USB PD控制器MP5031簡介

概述

MP5031 作為新一代快充芯片可以滿足手機(jī)和其他設(shè)備對快充技術(shù)越來越高的要求。這款 USB 供電 (PD) 控制器芯片可兼容 USB Type-C 2.0 和 USB PD 3.0 規(guī)范，并支持專用充電端口 (DCP) 方案。MP5031 還支持 BC1.2 充電數(shù)據(jù)端口 (CDP) 握手協(xié)議。本文將介紹 MP5031 的功能特性，并探討其適用的各種功率范圍解決方案。

MP5031綜述

MP5031 采用小尺寸 QFN-20 (4mmx4mm) 封裝（見圖 1）。 其緊湊的封裝和簡潔的外圍設(shè)備使布局更加方便，而集成的物理層、協(xié)議層和策略引擎則保證了穩(wěn)健的 PD 通信。

圖1: MP5031芯片

不同于具有微控制器 (MCU) 的控制芯片，MP5031是一款專用集成芯片 (ASIC)。其尤為突出的是沒有復(fù)雜的配置要求，而且易于使用、可靠性高、靈活性強(qiáng)。MPQ5031 可與 DC/DC 變換器搭配使用，以支持 15W 至 100W 的全功率范圍以及多通道應(yīng)用。

可配置供電數(shù)據(jù)對象 (PDOS)

MP5031 提供五個供電數(shù)據(jù)對象 (PDO) 以支持寬功率范圍。PDO可根據(jù)不同的應(yīng)用規(guī)格進(jìn)行配置，其靈活的組合提供了多功能性，可適應(yīng)各種功率級別。

圖 2 顯示了 MP5031 的充電波形。

圖2: MP5031充電波形

通信協(xié)議

MP5031無需外部用戶交互即可兼容多種主流協(xié)議，如Quick Charge 3.0（QC 3.0）、華為快充協(xié)議（FCP）、BC1.2、Apple Divider 3模式、1.2V/1/2V模式。

CDP模式

除了純充電協(xié)議以外，MP5031還支持CDP模式，可以在PD快充時實現(xiàn)接收方與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。 它可通過 I2C 接口設(shè)置 CDP_EN = 1 ，并啟用 CPD 模式握手。圖 3 顯示了 CDP 模式設(shè)置。

圖3: CDP模式設(shè)置

保護(hù)功能

MP5031 具有兩個可配置的負(fù)溫度系數(shù) (NTC) 引腳，用于監(jiān)測 USB Type-C 接口和電路板的溫度。如果溫升過高，這些引腳還可關(guān)斷或降低輸出功率，以確保安全地快充。

另外，該器件還提供高壓 I/O 引腳，以支持外部 DC/DC 變換器的短路保護(hù) (SCP)，包括電池短路保護(hù)和 VBUS 短路保護(hù)。

GPIO Pins

MP5031具備多個通用 I/O (GPIO) 引腳，可配置為監(jiān)測輸入電壓 (VIN) 并在輸入欠壓時降低輸出功率。GPIO 引腳和 I2C 接口用于與外部電源變換器的通信。

MP5031的實際應(yīng)用場景

MP5031 可與其他 MPS 器件一起使用，實現(xiàn)完整的解決方案。

MP5031 與 MP4247組合應(yīng)用實現(xiàn) 60W 至 100W 解決方案

MP4247 是一款升降壓（Buck-Boost）變換器，它可在特定 VIN 條件下以出色的效率提供高達(dá) 100W 的峰值輸出功率。該器件具有一次性可編程 (OTP) 存儲器，非常適合 USB PD 應(yīng)用。

圖 4 顯示了MP5031 和 MP4247 的組合應(yīng)用參考設(shè)計。

圖 4： MP5031與 MP4247 的組合應(yīng)用參考設(shè)計

這種升降壓拓?fù)浣鉀Q方案具有以下優(yōu)勢：

集成兩個具有低導(dǎo)通電阻的下管MOSFET (LS-FET) 晶體管，以實現(xiàn)更好的散熱性能、更小解決方案尺寸，同時降低成本

支持高達(dá) 36V 的 VIN，3.3V 至 21V寬總線電壓 (VBUS)范圍

默認(rèn)支持60W輸出功率（最大100W）

具有三個可選頻率（250kHz、420kHz 和 600kHz），并提供頻率抖動功能以提高 EMI 性能

支持CC消隱功能和線損補(bǔ)償

具有出色的效率和散熱性能

在 60W 的輸出功率下，該方案效率可高達(dá) 98%，溫升僅為 25°C（采用 6.4cmx6.4cm 測試板）（參見圖 5）。

圖 5：VIN = 12V 和 60W 輸出功率時的效率與外殼溫升

該方案默認(rèn)配置為 5V/3A、9V/3A、15V/3A、20V/3A 和 3.3V 至 21V/3A 增強(qiáng)型 PDO (APDO)。這些配置均支持 CDP 模式以及 DCP 方案（包括 USB Type-C 2.0、USB PD 3.0、QC 3.0、華為 FCP、BC1.2、Apple Divider 3 模式和 1.2V/1/2V 模式）。

圖 6 顯示了五個 PDO的配置。

圖 6：USB-PD 測試配置

MP5031搭配 MP2491C實現(xiàn) 100W 解決方案

MP2491C 是一款具有輸出電壓調(diào)節(jié)控制功能的全集成高壓降壓變換器。該器件的恒定導(dǎo)通時間 (COT) 控制操作可提供快速瞬態(tài)響應(yīng)、簡單的環(huán)路設(shè)計和嚴(yán)格的輸出調(diào)整率。

圖 7 顯示了MP5031 和 MP2491C 的組合應(yīng)用參考設(shè)計。

圖 7：MP5031 和 MP2491C 組合應(yīng)用參考設(shè)計

MP5031 和 MP2491C組合解決方案具備以下優(yōu)勢：

集成兩個具有低導(dǎo)通電阻MOSFET的降壓拓?fù)?/p>

默認(rèn)支持100W輸出功率

支持高達(dá) 32V 輸入電壓和 5V 至 20V 的寬輸出電壓范圍

具有 490kHz 固定頻率

提供一個外部 ILIM 電阻，可輕松調(diào)節(jié)電流限制

支持低壓差 (LDO) 模式

VIN = 21V 時可提供高達(dá) 98% 的最大占空比

MP5031 和 MP2491C 組合解決方案在 57°C 溫升（采用 3.5cmx3.8cm 測試板）條件下可實現(xiàn)高達(dá) 98.5% 的效率（參見圖 8）。

圖 8：VIN = 21V 時的效率曲線

固定 PDO 的默認(rèn)配置為 5V/3A、9V/3A、15V/3A、20V/5A 和 20V/5A。 這些配置均支持 CDP 模式以及 DCP 方案（包括 USB Type-C 2.0、USB PD 3.0、QC 3.0、華為 FCP、BC1.2、Apple Divider 3 模式和 1.2V/1/2V 模式）。

圖 9 顯示了四個 PDO的配置。

圖9: PDO配置

結(jié)語

本文介紹了 MP5031的功能特性，及其相對于傳統(tǒng)控制芯片所具有的優(yōu)勢。其優(yōu)勢包括（但不限于）可配置 PDO、兼容各種主流協(xié)議、CDP 模式、保護(hù)功能和 GPIO 引腳等。文章還介紹了分別采用 MP4247 和 MP2491C為 MP5031 定制的組合解決方案。

請關(guān)注MPS 的 電源管理解決方案 和廣泛的 升降壓變換器 產(chǎn)品組合，以實現(xiàn)設(shè)計靈活性、卓越的性能以及高功率效率。

審核編輯：湯梓紅