USB-PD快速充電的靈活解決方案－全新升降壓控制器

摘要

RT6190是一款多功能的雙向Buck-Boost控制器，可以為不同應用提供USB-PD電源傳輸功能，如行動充電器、USB-PD手機充電器、汽車充電器、電動自行車和太陽能應用等。在本篇應用文章中，我們將介紹RT6190的主要功能以及新推出的參考設計：利用RT6190驅動GaN FET，提供小型140瓦快速充電解決方案。

1. RT6190產品特色

可通過I²C編程：

RT6190可以在4.5V至36V的寬輸入電壓範圍內運作，輸出電壓可在3V至36V之間編程。以I²C介面支援不同可編程功能，例如CV / CC輸出、開關頻率（250kHz到1MHz）、在長距離傳輸中的電纜電壓降補償。

支援USB-PD 3.0 SPR和3.1 EPR：

RT6190實現了峰值電流模式控制機制，並採用可編程的恆定電壓（12.5mV/階）和恆定電流（9位分辨率）輸出，以支援USB-PD 3.0 SPR和28V輸出電壓的3.1 EPR模式。

良好的電源路徑管理：

具有內置的充電泵，可驅動外部低成本的N-MOSFET，或在市場上目前越來越受歡迎GaN FET開關。

廣泛的應用範圍：

RT6190可以控制USB端口（1A + 1C），可適用於在電源端或系統端的USB接口應用。如果要加上控制USB-C CC線的功能，可以用主控制器或外加TCPC控制器，如RT1718S完成。

2. 設計範例

正向和反向操作的典型應用電路

RT6190的產品規格書提供了多種應用電路的設計。其中，圖1展示了最常見的雙向降升壓電路。RT6190的核心功能是控制線路圖中開關Q1、Q2、Q3、Q4的操作，並根據特定應用需求進行選擇。

在操作上，可利用外部控制器通過I²C接口與RT6190溝通，並將控制命令寫入其暫存器以執行。如圖1的注意事項 (2) 所示，它是正向轉換的簡單表示：首先，外部電源連接到VSYS端點，並且連接EN以啟動RT6190。

然後將控制指令90h、02h分別寫入內部地址為0x0E、0x29的暫存器（0x0E = 90h、0x29 = 02h），0x0E = 90h的作用是使EN_PWM = 1以啟動 Buck-Boost 轉換，0x29 = 02h的作用是打開阻斷開關QC1/2，由於輸出電壓和輸出電流控制值都有預設的參數，所以5V會自動出現在USB-C端口上。以一樣的方式，圖中的注意事項 (3) 設定是使RT6190進入反向轉換狀態，最後在VSYS的輸出也是5V。

注意事項：

(1) 當R17不上件，R18是100kΩ，RT6190的I²C位址為0x2C。

當R17是100kΩ，R18不上件，RT6190的I²C位址為0x2D。

(2) 正向操作模式開機步驟：

• 輸入電源接到VSYS端點與EN接腳，並把電子負載接到VBUSC端點。
• 設定暫存器0x0E為90h，以及0x29為02h，然後VBUSC端點上就會有5V輸出電壓。

(3) 反向操作模式開機步驟：

• 輸入電源接到VBUSC端點與EN接腳，並把電子負載接到VSYS端點。
• 設定暫存器0x0C為52h，0x29為02h，以及0x0E為90h，然後VSYS端點上就會有5V輸出電壓。

(4) 當VBUS端點為5V時，支援1C + 1A的應用場景。

*：R5、R6、C1與C2為非必須的減震器元件。

RT6190 + 具有CC邏輯的MCU用於顯示器

基於圖1，我們可以添加一個MCU或應用處理器，以實現圖2所示的顯示器應用的實際設計。電路看起來相當簡單，因為它不包括USB-A接口。然而，連接的MCU / EC必須具備用於USB-C接口應用的CC處理邏輯。

注意事項：

(1) 當R17不上件，R18是100kΩ，RT6190的I²C位址為0x2C。

當R17是100kΩ，R18不上件，RT6190的I²C位址為0x2D。

(2) 當只使用VBUSC輸出時，VBUSA與GPA接腳可懸空不接任何元件。

*：R5、R6、C1與C2為非必須的減震器元件。

RT6190 + TCPC 控制器（RT1718S）用於顯示器

如果應用需要支援USB-PD協議，就需要加上TCPC Type-C接口控制器。圖3顯示了加上RT1718S的應用線路。

注意事項：

(1) 當R17不上件，R18是100kΩ，RT6190的I²C位址為0x2C。

當R17是100kΩ，R18不上件，RT6190的I²C位址為0x2D。

(2) 當只使用VBUSC輸出時，VBUSA與GPA接腳可懸空不接任何元件。

(3) *：非必須元件說明

• R5、R6、C1與C2為減震器元件。
• 當R31是0Ω，R32不上件，由RT6190控制QC1與QC2的外部N-MOS。

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

• 請參考RT1718S的規格書，去設定VDC接腳的R33與R34電阻值。

3. 參考設計

我們與提供氮化鎵（GaN）功率管理技術製造商EPC合作推出了一個新的參考設計，專為快速充電應用而設計，實現高功率密度和高達98％的效率，適用於行動電源、手機充電器、汽車充電器、電動自行車和太陽能應用等。

新發布的參考設計可支援高達140瓦的快速充電，使用RT6190和EPC2204 100V增強型GaN FET的組合，與傳統解決方案相比，縮小了總體解決方案的尺寸超過20％，在20V輸出電壓可實現98％效率。快速切換開關、高效率和小尺寸的特點可適合用電池充電器、固定電壓的電池穩壓器和USB-PD 3.1快速充電（支持5V、20V和28V）。