進入主題之前，先介紹一張原理圖及其涉及到的器件，我們的主題也將以其中用到的核心器件的特性為藍本。如果你要設計帶有 USB-C 型接口的電子設備，同時需要這個接口能識別各種不同的設備來源并以正確的方式向其供電或對其內部電池進行充電，參考一下這幅圖就是很有價值的。
圖中的核心元件 RTQ2115C 由 C 型 USB 下行端口控制器、充電端口控制器、USB 2.0 高速數據線開關及 36V、3.5A 同步 Buck 轉換器共同組成，它可對使用 USB-C 型接口的設備接入事件進行檢測并安排對其實施供電操作，完全符合當下的應用發(fā)展方向。當符合 USB 2.0 BC1.2 和信產部 YD/T1591-2009 標準以及采用 Divider3 及 1.2V 模式的設備接入時，它可通過數據線的 D+/D- 對其進行檢測并自動判定其遵守的規(guī)格，自動安排與其規(guī)格相符的供電操作以實現其充電過程，這一特性使其可以和歷史上曾經出現過的絕大部分便攜式設備兼容，使你的設計具有極其普遍的適應性。
RTQ2115C 內含的同步 Buck 轉換器可在 3V~36V 的輸入電壓范圍內工作，最高可以耐受 42V 的電壓沖擊。其額定工作頻率為 2.1MHz，可接受 300kHz~2.2MHz 的外來同步信號控制其工作節(jié)奏。當其以自身時鐘作為工作頻率的來源時，一個外來的邏輯信號即可控制其進入頻譜擴展工作模式，可大大減輕電磁兼容問題的處理難度，這種模式下的工作頻率將在 2.1MHz~2.1MHz+6% 的范圍內隨機跳動。負載很輕時，其工作模式可選擇為 PSM 或 FPWM，可分別滿足高效率和高輸出電壓調整率的應用需求。其輸出采用 CC/CV 控制方式，輕載時工作于 CV 模式，重載時進入 CC 模式，非常符合充電應用的需求，同時還能用纜線壓降補償功能對長線傳輸帶來的電壓降進行補償，避免在負載端的電壓出現波動現象。
RTQ2115C 的引腳布置是經過 FMEA 即失效模式及其影響分析的結果，相鄰引腳出現短路時具有特別的保護功能可避免出現冒煙、燃燒等嚴重問題。其封裝引腳具有側面可潤濕能力，焊接時流動的焊接材料可以將其側面也包裹住，可對焊接可靠性的提高帶來幫助，同時也方便用光電檢測法自動發(fā)現焊接問題。
RTQ2115C 實際上是針對車用電子設備的應用需求開發(fā)的，已經通過了AEC-Q100 Grade 1 認證，可在 -40℃~125℃ 的環(huán)境溫度范圍內可靠工作。
下面就來談談 RTQ2115C 內含 Buck 轉換器是如何實現 CC/CV 控制及纜線壓降補償的。
這是實現 CC/CV 控制及纜線壓降補償所涉及到的應用電路原理圖。
R1 和 R2 構成的輸出電壓取樣電路獲得的反饋電壓 VFB 被送入電壓誤差放大器后與參考電壓進行比較，其誤差經放大處理后轉化為一個電流輸出對 COMP 端的電壓進行調節(jié)，所得電壓再與一個與時鐘信號同步的三角波進行比較得到控制開關動作的 PWM 信號，最后即可得到一個穩(wěn)定的輸出電壓，CV 控制就這樣完成了。
CC 即恒流控制是在負載電流超過預設的電流限制時用一個可控的電流源對上述控制回路中的 COMP 電壓進行強行的限制，使其隨著輸出電流的上升而變得越來越低，完全不管輸出電壓的高低。這種行為在負載電流沒有超限時是不會發(fā)生的，因此和 CV 控制一點也不會有沖突。在上圖所示電路中，RSENSE 就是這樣的輸出電流取樣電阻，CSP/CSN 內部連接的是一個使用 100mV 參考電壓為比較對象的誤差放大器，其輸出在下圖中被引入了 Control Logic 部分，我們可以將其想象為就是和 CV 控制回路的 COMP 節(jié)點連接在一起的，但是其作用遠比 CV 控制誤差放大器的作用更強，能使 CV 控制誤差放大器的輸出完全不起作用。
現在說說纜線壓降補償是如何實現的。當負載電流 IOUT 流過電阻 RSENSE 時會形成一個電壓差 VCS = RSENSE x IOUT，此電壓差經過內部電路處理后形成一個電流 ILC(µA) = 21 x ( VCS – 0.00476 )，它們兩者之間的關系如下圖所示：
此電流經過電壓反饋電阻網絡上端電阻 R1 處理后會給輸出電壓加入一個偏移量 VO_OFFSET = ILC x R1 = 21 x ( RSENSE x IOUT – 0.00476 ) x 10-6 x R1，使輸出電壓會隨著負載電流的上升而自動上升，但在負載連接端的電壓是基本維持不變的，因為這個偏移量的指標是根據負載線的特性而提出來的。所以，實際的設計過程需要首先給出偏移量指標，然后根據下式計算出 R1 的值：
其中的 IOUT 就是應用中會出現的最大負載電流，RSENSE 則是這個最大負載電流流經電阻 RSENSE 時能產生 100mV 壓降的電阻值。
最后再根據空載輸出電壓值 VOUT、恒壓控制的反饋參考電壓值 VREF_CV = 0.8V 及剛剛得到的 R1 計算出反饋電阻 R2 的值：
RSENSE 在應用中會流過大電流，選擇參數時需要考慮其功率耗散能力，具體的計算公式就不在這里涉及了，使用時還必須考慮其富余量以確保安全。
本文涉及到的所有公式在 RTQ2115C 的規(guī)格書里均有出現，有問題的讀者可以進一步參考之以獲取第一手信息，點擊文末的閱讀原文可快速抵達。
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