RICHTEK立锜科技USB-PD快速充电的灵活解决方案RT6190

RT6190是一款多功能的双向Buck-Boost控制器,可以为不同应用提供USB-PD电源传输功能,如行动充电器、USB-PD手机充电器、汽车充电器、电动自行车和太阳能应用等。在本篇应用文章中,我们将介绍RT6190的主要功能以及新推出的参考设计:利用RT6190驱动GaN FET,提供小型140瓦快速充电解决方案。


一、RT6190产品特色

可通过I2C编程:
RT6190可以在4.5V至36V的宽输入电压范围内运作,输出电压可在3V至36V之间编程。以I2C接口支持不同可编程功能,例如CV / CC输出、开关频率(250kHz至1MHz)、在长距离传输中的电缆电压降补偿。

支援USB-PD 3.0 SPR和3.1 EPR:
RT6190实现了峰值电流模式控制机制,并采用可编程的恒定电压(12.5mV/阶)和恒定电流(9位分辨率)输出,以支持USB-PD 3.0 SPR和3.1 EPR模式。

良好的电源路径管理:
具有内置的充电泵,可驱动外部低成本的N-MOSFET,或在市场上目前越来越受欢迎GaN FET开关。

广泛的应用范围:
RT6190可以控制USB端口(1A + 1C),可适用于在电源端或系统端的USB接口应用。如果要加上控制USB-C CC线的功能,可以用主控制器或外加TCPC控制器,如RT1718S完成。


二、设计范例

正向和反向操作的典型应用电路
RT6190的产品规格书提供了多种应用电路的设计。其中,图1展示了最常见的双向降升压电路。RT6190的核心功能是控制电路中显示的开关Q1、Q2、Q3、Q4的操作,并根据特定应用需求进行选择。

在操作上,可利用外部控制器通过I2C接口与RT6190沟通,并将控制命令写入其缓存器以执行。 如图1的注意事项(2) 所示,它是正向转换的简单表示:首先,外部电源连接到VSYS,并且连接EN以开启组件。

然后将控制指令90h、02h分别写入内部地址为0x0E、0x29的寄存器(图中表达为0x0E = 90h、0x29 = 02h),0x0E = 90h 的作用是使EN_PWM = 1以启动 Buck-Boost 转换,0x29 = 02h的作用是打开阻断开关QC1/2,由于输出电压和输出电流控制值都有预设的参数,所以5V会自动出现在 USB-C 端口上。以一样的方式,图中的注意事项 (3) 设定是使RT6190进入反向转换状态,最后在VSYS的输出也是5V。
 

注意事项:

(1) 当R17不上件,R18是100kΩ,RT6190的I2C地址为0x2C。
当R17是100kΩ,R18不上件,RT6190的I2C地址为0x2D。

(2) 正向操作模式开机步骤:
输入电源接到VSYS端点与EN接脚,并把电子负载接到VBUSC端点。
设定缓存器0x0E为90h,以及0x29为02h,然后VBUSC端点上就会有5V输出电压。

(3) 反向操作模式开机步骤:
输入电源接到VBUSC端点与EN接脚,并把电子负载接到VSYS端点。
设定缓存器0x0C为52h,0x29为02h,以及0x0E为90h,然后VSYS端点上就会有5V输出电压。

(4) 当VBUS端点为5V时,支持1C + 1A的应用场景。

*:R5、R6、C1与C2为非必须的减震器组件。


RT6190 + 具有CC逻辑的MCU用于显示器

基于图1,我们可以添加一个MCU或应用处理器,以实现图2所示的显示应用的实际设计。电路看起来相当简单,因为它不包括USB-A接口。然而,连接的MCU / EC必须具备用于USB-C接口应用的CC处理逻辑。
 


注意事项:

(1) 当R17不上件,R18是100kΩ,RT6190的I2C地址为0x2C。
当R17是100kΩ,R18不上件,RT6190的I2C地址为0x2D。

(2) 当只使用VBUSC输出时,VBUSA与GPA接脚可悬空不接任何组件。
*:R5、R6、C1与C2为非必须的减震器组件。


RT6190 + TCPC控制器(RT1718S)用于显示器
如果应用需要支持USB-PD协议,就需要加上TCPC Type-C接口控制器。图3显示了加上RT1718S的应用线路。
 


注意事项:

(1) 当R17不上件,R18是100kΩ,RT6190的I2C地址为0x2C。
当R17是100kΩ,R18 不上件,RT6190的I2C地址为0x2D。

(2) 当只使用VBUSC输出时,VBUSA与GPA接脚可悬空不接任何组件。

(3) *:非必须组件说明

  • R5、R6、C1与C2为减震器组件。
  • 当R31是0Ω,R32不上件,由RT6190控制QC1与QC2的外部N-MOS。

      当R31不上件,R32是0Ω,由RT1718S控制QC1与QC2的外部N-MOS。

  • 请参考RT1718S的规格书,去设定VDC接脚的R33与R34电阻值。



三、 参考设计

我们与提供氮化镓(GaN)功率管理技术制造商EPC合作推出了一个新的参考设计,专为快速充电应用而设计,实现高功率密度和高达98%的效率,适用于行动电源、手机充电器、汽车充电器、电动自行车和太阳能应用等。

新发布的参考设计可支持高达140瓦的快速充电,使用RT6190和EPC2204 100V增强型GaN FET的组合,与传统解决方案相比,缩小了总体解决方案的尺寸超过20%,在20V输出电压可实现98%效率。快速切换开关、高效率和小尺寸的特点可适合用电池充电器、固定电压的电池稳压器和USB-PD 3.1快速充电(支持5V、20V和28V)。


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