基于Microchip的UCS100X系列的智能USB充電器

　　摘要：本設計介紹了Microchip 公司UCS100X系列產品的智能USB充電器整體方案。這些全新的電源控制器為設計筆記本電腦、平板電腦、顯示器、擴展底座和打印機等主機設備，以及墻壁適配器等專用AC-DC電源和充電產品，提供了基于USB的先進充電功能。

　　引言

　　Microchip公司新型USB端口電源控制器的UCS1001和UCS1002系列廣受歡迎。這些全新控制器為智能手機和平板電腦提供了更高的電流和優先充電功能。UCS100X增加了對有源電纜(如Apple Lightning連接器)以及12W充電的支持，采用一個內置電流傳感器的UCS1002-2可以報告充電電流量，這有助于系統優化其充電電流，并適當分配功率。此外，UCS100X還可以通過一種靈活的方法，檢測和創建充電仿真配置文件，以支持未來USB產品設計。

　　1　UCS1002 USB充電的優點

　　1. UCS1002能夠滿足“綠色充電”的要求：許多電源適配器在未連接下游設備的空閑狀態下被視為浪費電能的插頭負載。加州能源委員會估計每年消耗的8,000 GWh電能中，只有2,900 GWh實際用于充電，UCS1002完成充電后，能進入低功耗休眠狀態以節省電能，從而實現“綠色充電”。

　　2. UCS1002能夠滿足“通用”USB充電器的要求：廣泛的設備充電覆蓋范圍，從Apple到Samsung，再到所有其他品牌。

　　3. 符合BC1.2標準。

　　4. 通過UL2367和IEC60950認證。

　　5. 具有多個選項的可配置，這使設計人員能夠升級他們的系統，向市場推出新的產品，同時為更廣泛的現有產品提供兼容性，降低淘汰的可能性。

　　2 USB充電器系統結構及原理

　　USB充電器系統結構由三個部分組成：電源模塊、充電模塊以及MCU控制模塊。

　　1)USB充電器系統結構整體框圖如圖1。

　　2)工作原理。

　　● 電源模塊

　　交流180-220V輸入通過PI的TNY278模塊轉化為直流5V給MCU和UCS100X供電。

　　● UCS100X充電模塊

　　當USB設備連接到USB主機或USB集線器的下游端口時，會檢測到D+和D-上的15kΩ下拉電阻，以及VBUS上的5V，向設備發送一個設備可識別的信號，讓其知道所連接的是充電器，而不是USB主機或集線器，當設備檢測到充電器的信號時，可以汲取超出USB規范(500mA)的電流。可以通過SMBus接口配置芯片充電，它內部預加載的仿真配置文件應用于下游設備，七個配置文件涵蓋了Apple低功率和高功率設備、DCP以及Samsung平板電腦，一開始上電的時候，UCS1002會運行這七個配置文件，從而找出最大充電電流的方案并記憶，下次同樣設備插入的時候就會以最大電流充電。

　　● MCU控制模塊

　　UCS1002有兩種工作模式。第一種是獨立工作，只需要AC220輸入，USB就能給手機充電。第二種是將HCA與PIC^®MCU配合使用：最大電流算法“HCA”程序符合USB BC1.2標準，可以支持絕大多數的手持設備大電流充電的需求。上電初始，利用PIC^®MCU將UCS1002內置的“Legacy”配置文件或自定義配置文件寄存器可應用仿真并測量VBUS電流，從而找到最大值，HCA程序里面還包括包含一個“電池電量耗盡”檢測程序，啟動定時器在幾分鐘內輪循不同的配置文件，檢測電池是否耗盡，如果設備剛開始插入的時候電池電量很低，那就會以很大的電流充電，隨著充電量的飽和，提供的充電電量也逐漸降低，確保不浪費電能，實現真正意義上的綠色充電器。