USB Type-C PD 응용 제품의 설계 과제 해결하기

사용자가 USB Type-C PD(Power Delivery)를 사용하여 문제 없이 수월하게 장치를 충전할 수 있다면 제품 설계자는 프로젝트를 성공적으로 완수했다는 기쁨을 만끽할 수 있습니다. USB PD 충전의 복잡한 문제를 해결할 수 있었기 때문입니다.

확장성을 염두에 두고 설계된 USB PD는 랩톱, 스마트폰, 주변 장치, IoT 장치에 널리 사용되어 전용 전력 어댑터의 필요성을 제거합니다. 이 기술은 리버시블 커넥터를 통해 유연한 고전력 충전 및 데이터 전송을 실현하는 혁신적인 기술입니다.

이 커넥터는 5V ~ 20V의 다양한 전압과 최대 100W 또는 그 이상의 전력 레벨을 처리할 수 있습니다. 또한 보다 효율적인 전력 관리를 위해 전원과 싱크 사이를 스위칭할 수 있습니다. 따라서 과전압 및 과전류 보호와 같은 통합된 안전 기능을 통해 빠른 충전, 다중 장치 호환성, 효율적인 에너지 전달이 가능합니다.

USB PD는 사용자에게 고속 충전 및 더 빠른 전력 전달을 제공하지만 설계가 복잡해집니다. 응용 제품은 전원과 싱크 사이의 역할 스왑을 처리하고 USB PD 3.0 규정 준수를 보장해야 하며, 전력 프로파일을 관리하기 위한 펌웨어가 필요할 수 있습니다.

랩톱, 태블릿, 전력 뱅크와 같이, 이러한 커넥터를 사용하는 장치는 높은 효율을 유지하면서 다양한 전원(USB-C, 벽면 어댑터, 배터리)에서의 충전을 지원할 수 있어야 합니다. 일부 설계는 벅(강압) 또는 부스트(승압) 충전으로 제한되어 있어 다양한 입력 전압을 처리할 때 효율성이 떨어질 수 있습니다.

그 밖의 다른 문제에는 전력 변환에서의 열 생성 최소화, 다양한 충전기 및 부속품과의 다중 장치 호환성 보장, 콤팩트한 설계에서의 설계 효율성 지원이 있습니다.

간단한 고정 전력 응용 제품에는 필요 없을 수 있지만, 동적 또는 다중 역할 USB PD 응용 제품에는 일반적으로 펌웨어가 필요합니다. 대다수의 고급 USB PD 컨트롤러의 경우 전력 협상, 역할 스왑, 추가적인 안전 기능을 관리하기 위해 펌웨어를 필요로 합니다.

USB PD의 간소화 및 죄적화

Renesas Electronics Corporation는 Type-C 컨트롤러와 벅-부스트 배터리 충전기를 포함하여 복잡성을 줄이고 전력 전달을 최적함으로써 효율적이고 신뢰할 수 있는 USB-PC 설계를 가능하게 하는 USB-PD EPR(확장된 전력 범위) 솔루션을 제공합니다.

Renesas RAA489400 USB Type-C 포트 컨트롤러(그림 1)는 전력 협상, 역할 스왑, 안전 보호를 비롯한 주요 USB PD 3.0 기능을 통합하여 광범위한 개발 시간과 비용이 소요될 수 있는 펌웨어 복잡성을 줄입니다. 이 컨트롤러는 전력 전달을 자동으로 처리할 수 있지만 고급 정책 제어 또는 맞춤형 전력 프로파일을 위해 MCU가 필요할 수 있습니다.

그림 1: Renesas RAA489400 포트 컨트롤러는 주요 USB PD 3.0 기능을 통합합니다(이미지 출처: Renesas Electronics Corporation).

RAA489400은 전력 역할 스왑, 협상, 고장 보호를 처리하여 USB PD 규격 준수를 간소화합니다, 최대 240W의 고전력 응용 제품을 지원할 수 있으므로 배터리 구동식 모바일 장치, 전력 뱅크, 데스크톱, 전기 바이크와 드론, 산업용 시스템, 가전(예: 진공 청소기)에 적합합니다.

이 컨트롤러에는 정밀한 VBUS 전압 및 전류 모니터링을 위한 아날로그-디지털 컨버터가 내장되어 있어 전력 전달을 실시간으로 최적화할 수 있습니다. SMBus/I²C 커뮤니케이션을 통해 TCPM(Type-C 포트 관리자)과 원활하게 통합할 수 있으므로 다중 포트 시스템과의 호환성을 보장하고 펌웨어 개발을 간소화할 수 있습니다.

Renesas RAA489118 벅-부스트 충전기(그림 2)는 최적의 배터리 성능을 보장하면서 다양한 입력 및 출력 전압에 걸쳐 전력 전달을 관리하도록 설계된 고효율 배터리 충전기입니다.

그림 2: RAA489118 벅-부스트 배터리 충전기를 사용하면 서로 다른 전력 입력 간에 매끄러운 전환을 보장할 수 있습니다(이미지 출처: Renesas Electronics Corporation).

이 장치는 필요에 따라 전압을 승압 또는 강압할 수 있으므로 USB Type-C 어댑터, 태양광 패널 또는 직접적인 배터리 연결과 같은 여러 전원에서 충전해야 하는 응용 제품을 지원할 수 있습니다. 입력 전압이 배터리에 필요한 충전 레벨보다 높거나 낮은 경우, RAA489118은 그에 따라 조정하여 안정적이고 효율적인 충전 프로세스를 보장할 수 있습니다. 이 충전기는 여러 이산 전력 관리 부품을 불필요하게 만들기 때문에 PCB 복잡성과 전반적인 개발 비용을 줄일 수 있습니다.

결론

USB Type-C PD의 내재된 문제만 극복한다면 제품 설계자는 이러한 기술을 통해 더 스마트하고 더 빠르게 충전되며 더 효율적인 장치를 만들 수 있습니다. Renesas RAA489400 USB Type-C 포트 컨트롤러 및 RAA489118 벅-부스트 배터리 충전기는 고성능 응용 제품을 위한 USB-C 전력 전달 및 배터리 충전을 간소화하는 포괄적인 전력 관리 솔루션을 제공합니다.