最新的USB Power Delivery(USB PD)規(guī)格與擴展功率范圍(EPR)模式支持從USB Type-C(USB-C)源到接收設(shè)備提供高達(dá)240 W的電力。現(xiàn)在能夠在5 V到48 V的不同電壓水平和高達(dá)5 A的電流水平下傳輸電力。因此，方便、靈活且堅固的USB電源可以超越傳統(tǒng)的PC和移動應(yīng)用，滿足比以往USB版本更多的高功率設(shè)備需求。此外，強制使用USB-C電源和充電的要求也顯著降低了每位用戶的電源適配器數(shù)量，從而減少了電子廢物，帶來了明顯的環(huán)保和實際利益。

　　靈活可翻轉(zhuǎn)的連接

　　另一項技術(shù)成就是USB-C連接器本身。最先進(jìn)的版本設(shè)計用于通過單根USB-C電纜處理高達(dá)240 W的高功率，并通常用于支持USB PD特性的重要高功率應(yīng)用。一個顯著的優(yōu)勢是，USB-C電纜無方向性，支持可翻轉(zhuǎn)連接。

　　此外，還可以實現(xiàn)雙向電源傳輸選項。這是通過配置USB-C連接器的CC1和CC2引腳來完成的，這些引腳確定連接設(shè)備的角色——即下游面端口為源電源角色，上游面端口為接收角色，雙角色端口則同時支持源和接收角色。CC引腳還負(fù)責(zé)處理源與接收之間的電力傳輸合同談判數(shù)據(jù)。

　　另外，還有四個VBUS引腳用于電力傳輸，以及四個接地引腳。正確的接地對于提供高功率和在高數(shù)據(jù)速率下保持信號完整性至關(guān)重要。USB 3.1數(shù)據(jù)傳輸有四對差分對，以及兩對傳統(tǒng)的D+/D–數(shù)據(jù)引腳。

　　USB的發(fā)展

　　在首次發(fā)布時，USB PD規(guī)格顯著提升了USB的電力傳輸能力，將基礎(chǔ)的5 V電壓級別提高到20 V。在最高允許的5 A電流水平下，最大功率水平擴展至100 W，為更大外設(shè)供電(如顯示器和擴展塢)提供了更廣泛的可能性。

　　除了標(biāo)準(zhǔn)的5 V、9 V、15 V和20 V固定電壓級別外，USB PD 3.0還引入了可編程電源模式。該模式通過非標(biāo)準(zhǔn)電壓(以20 mV為步進(jìn))和電流(以50 mA為步進(jìn))進(jìn)行協(xié)商。此特性可用于實現(xiàn)高效充電，補償可能的電纜損耗，或提供精確的電壓水平以供給接收端。

　　最新的USB PD 3.1/3.2規(guī)格支持EPR模式和240 W的最大功率。相關(guān)圖表顯示了傳統(tǒng)USB標(biāo)準(zhǔn)和最新USB PD規(guī)格的適用電壓和功率范圍。增強的功率范圍進(jìn)一步拓展了為不同類型設(shè)備供電的機會，如醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)、LED照明以及咖啡機和攪拌機等小家電。此外，電動自行車、電動工具和無人機等設(shè)備，使用的電池容量遠(yuǎn)大于智能手機電池，現(xiàn)在也可以在可行的時間內(nèi)充電并迅速恢復(fù)使用。

　　市場趨勢

　　USB-C和USB PD技術(shù)最初在筆記本電腦和手機等消費類應(yīng)用中廣泛采用。在下一階段，汽車制造商發(fā)現(xiàn)USB PD在車內(nèi)應(yīng)用中具有優(yōu)勢。目前，我們看到電動出行、嵌入式和工業(yè)應(yīng)用的顯著增長。這種廣泛接受源于自然市場力量，因為日益激烈的競爭促使電子設(shè)備制造商不斷創(chuàng)新。

　　與此相對，另一個顯著驅(qū)動因素來自國家法規(guī)。全球的技術(shù)社區(qū)和地方當(dāng)局意識到USB在通過標(biāo)準(zhǔn)化電源適配器和充電器來減少電子廢物方面的潛力。根據(jù)歐盟的共同充電器指令2022/2380，自2024年底起，USB-C連接器和USB PD規(guī)格的使用將是歐盟許多便攜應(yīng)用的強制要求。在美國、中國、印度和其他地區(qū)也在進(jìn)行類似討論。

　　總之，實施USB-C和USB PD作為電源，不僅使電子產(chǎn)品在許多實際應(yīng)用中因成本、靈活性、互操作性和可用性變得更具競爭力，而且也促進(jìn)了生態(tài)創(chuàng)新，并確保未來的設(shè)計能夠遵守即將出臺的國家法規(guī)。

　　接收和源參考設(shè)計

　　根據(jù)最新趨勢和國家要求，Arrow與Infineon合作創(chuàng)建了REF_ARIF240WS3參考設(shè)計，以支持240-W USB PD 3.1接收應(yīng)用。該參考設(shè)計集成了USB PD 3.1的主要功能特性，以實現(xiàn)240 W的電力，從而縮短上市時間，最大限度地減少投資時間和資金，提供完全功能、經(jīng)過測試并可供客戶使用的解決方案。

　　REF_ARIF240WS3使用Infineon的EZ-PD PMG1-S3高壓微控制器，旨在用于高功率USB應(yīng)用。該參考設(shè)計將Infineon的EZ-PD PMG1系列高壓微控制器的現(xiàn)有功率接收能力從140 W擴展至240 W。它采用經(jīng)過驗證的USB PD 3.1 EPR軟件堆棧，支持高達(dá)48 V、5 A的電力接收，這是最新USB PD標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)的最高水平。該參考設(shè)計板集成了電機驅(qū)動功能和CAPSENSE，附帶電路原理圖和軟件代碼示例，便于使用。

　　配備REF_ARIF240WS3接收設(shè)計的還有Infineon的REF_XDPS2222_240W1，提供對應(yīng)的240 W USB PD 3.1源參考設(shè)計。這是一款高效的USB PD 3.1參考設(shè)計，采用Infineon的XDP數(shù)字電源XDPS2222 PFC + 混合反激(HFB)組合IC構(gòu)建。它具有緊湊的外形，功率密度達(dá)到25 W/in3，這得益于Infineon的CoolGaN技術(shù)。

　　通過PFC和HFB控制器之間的內(nèi)部握手選項，以及自適應(yīng)總線電壓設(shè)置功能，XDP XDPS2222支持廣泛的輸出電壓，從5 V到48 V，以符合USB PD EPR規(guī)格。該參考設(shè)計在高端和低端GaN器件中以HFB零電壓開關(guān)模式工作，并通過快速響應(yīng)的HFB峰值電流控制以及協(xié)調(diào)的PFC和HFB操作確保高效率。它還具有輕載下的脈沖跳過功能、自動PFC啟用/禁用控制和自我調(diào)整的PFC總線電壓水平。

　　USB PD規(guī)格滿足對電源需求高的USB外設(shè)、智能手機快速充電及更多應(yīng)用的需求。現(xiàn)在，個人電動出行設(shè)備，包括電動自行車和電動滑板車、無人機、移動機器人、3D打印機、專業(yè)音視頻設(shè)備、電動工具、醫(yī)療設(shè)備、家用電器和家庭娛樂設(shè)備，都能享受到便捷的USB電源。

　　通過提供接收和源參考設(shè)計，設(shè)計師可以縮短上市時間，迅速構(gòu)建符合有效USB規(guī)格認(rèn)證的USB PD設(shè)備。這兩種參考設(shè)計可根據(jù)需求提供。此外，Arrow還提供一系列技術(shù)支持服務(wù)，包括電路原理圖定制和PCB修改，幫助客戶最大化設(shè)計潛力并縮短上市時間。

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