USB充电端口已成为现代车辆信息娱乐系统的重要组成部分。|汽车USB 2.0和5 V Type-C解决方案提供充电和稳健的数据线保护

USB充电端口已成为现代车辆信息娱乐系统的重要组成部分。乘客越来越习惯于通过车辆的电气系统来为智能手机（或其他便携式设备）充电，并反过来利用这些设备来丰富车辆信息和娱乐功能。为了同时支持电源和数据能力，并且适应不断快速变化的便携式设备市场， USB充电端口必须满足与电源、数据传输和鲁棒性相关的各种系统要求，即使面对现实中的种种危险情况。
便携式设备电池充电——包括支持广泛的设备充电协议的能力，例如USBBC1.2充电下行端口(CDP)、专用充电端口(DCP)、标准下行端口(SDP)和各种常见专有协议——仅仅是对USB充电端口的众多要求中的一部分。其他要求包括维护高速USB数据传输的信号完整性，以及保护USB主机免受汽车环境中常见危险状况的影响。此外，小尺寸解决方案和低电磁辐射是满足日益复杂的汽车电子需求的重要要求。本文演示了一种满足汽车环境中现代USB充电端口要求的解决方案，包括设计示例。
汽车USB电源系统概述
图1显示了典型汽车USB充电器系统的框图，其中开关变换器从电池产生5V电压为VBUS供电。此处显示的USB充电端口仿真器和功率开关IC具有三个主要功能。首先， USB充电端口仿真器确定所连接设备的最佳充电电流，从而通过充电端口模式（如USBBC1.2CDP、DCP和供应商专有充电器仿真协议等）实现快速充电。其次， USB功率开关用作限流器和开关，可检测和限制总线电流。最后，端口控制器支持所连接设备与USB主机之间进行USB2.0高速数据传输。

文章图片
图1.汽车USB充电器框图
由于USB端口处于恶劣的汽车环境中，因此必须对敏感的USB电路加以保护，使其免受各种现实危害的影响，例如插座的静电放电(ESD)事件和线缆故障事件，这些事件可能会使受影响的线路遭受远超过其正常工作值的电压。
图2显示了一个汽车USB电源系统的简化框图，该系统将许多电源、端口和保护功能结合到一个IC中。在本例中， LT8698S将开关变换器和功率开关的功能集成到4mm×6mm的封装中，同时提供能抵御ESD事件和线缆故障的强大数据线保护。
图示的集成充电器解决方案包含了在USB端口和便携式设备之间独立执行USBBC1.2CDP协商序列的所有必需硬件，使得CDP兼容设备能够从VBUS汲取高达1.5A的电流，同时能与主机进行高速通信。
线缆压降补偿
当USB插座与控制器的物理距离较远时，例如USB插座位于车辆后部，而USB主机位于仪表板中，那么线缆压降补偿可使VBUS轨保持精确的5V稳压状态。 LT8698S具有可编程线缆压降补偿功能，可在USB插座上执行出色的调节，而无需额外的开尔文检测线路。
图3显示了线缆压降补偿的工作原理。 OUT/ISP和BUS/ISN引脚之间连接一个检测电阻RSEN ，该电阻串联在稳压器输出和负载之间。 LT8698S在其RCBL引脚上通过RCBL接地电阻产生46×(VOUT/ISP–VBUS/ISN)/RCBL的电流源。此电流与通过连接在稳压器输出和USB5V引脚之间的RCDC电阻流入USB5V引脚的电流相同。这会在RCDC电阻两端产生一个高于5VUSB5V反馈引脚的电压偏移，其与RCDC/RCBL电阻比成比例。结果， LT8698S根据负载电流将BUS/ISN引脚调节到一个高于负载目标5V的点（最大限值为6.05V），以维持插座VBUS引脚的精确调节。
线缆压降补偿消除了从稳压器连接额外的一对开尔文检测线路到远端负载的需要，但要求系统设计人员知道线缆电阻RCABLE ， LT8698S不会检测此值。设置线缆压降补偿的元件可以利用下式选择：RCBL=46×RSEN×RCDC/RCABLE 。线缆电阻会随温度而变化，要在很宽的温度范围内获得更好的整体输出电压精度，可以添加一个负温度系数(NTC)电阻作为RCBL的一部分，使线缆压降补偿随温度而变化。