全集成汽车 USB Type-A 和 USB Type-C 充电器控制芯片

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简介

汽车中控系统通常都会提供一个 USB 充电端口，该端口需要在传输数据的同时为移动设备充电。对这些系统而言，选择带 USB 限流开关的汽车级 IC 非常重要。本文将介绍 MPS 的 USB 充电端口降压变换器 MPQ4228-C-AEC1，以及如何将其高效率的优势应用于 USB 集线器和其他 USB Type-C 、USB Type-A 应用中。

MPQ4228-C-AEC1

MPQ4228-C-AEC1 提供了一种集成降压开关模式变换器和 USB 限流开关的 USB 充电解决方案（见图 1）。它支持 BC1.2 CDP 模式和 USB Type-C 5V @ 3A DFP 模式，并采用小尺寸 QFN-22 (4mmx4mm) 封装。该器件集成了一个同步 DC/DC 降压变换器和一个支持 CDP 模式的充电器端口控制器，可减少组件数量，从而改善 EMI 性能并减小 PCB 尺寸。

图 1：MPQ4228-C-AEC1 典型应用电路

MPQ4228-C-AEC1 提供多种强大的保护功能，包括打嗝模式的限流保护（支持 MFI OCP）、输出过压保护（OVP）、USB_OUT/DP/DM/CC1/CC2 到电池的短路保护，以及过温保护（OTP）。

MPQ4228-C-AEC1 还可用于 USB Type-A 和 USB Type-C 应用。其CC2 引脚可检测连接以配置 USB Type-C 电缆和连接器之间的接口。当 CC1 引脚接地时，MPQ4228-C-AEC1 工作于 USB Type-A 模式，电流限制遵从 USB Type-A 规范。

效率

MPQ4428-C-AEC1 采用高效率 DC/DC 变换器，峰值效率高达 94.4%，且总负载温升仅为 31°C 。由于该器件具有相当高的效率，其产生的热量也非常少，这不仅降低了散热需求，还缩小了整体解决方案尺寸。其效率曲线如图 2 所示。

图2：效率与负载电流

外壳温度测试

图 3 显示了 MPQ4228-C-AEC1 的外壳温度测试结果。测试条件为：输入电压 (V_IN) = 12V，USB = 5V，输出电流 (I_OUT) = 3A。测量在 4 层 PCB (57.4mmx57.4mm) 上进行；其顶层和底层为 2oz，而中间层 1 和中间层 2 为 1oz。环境温度 (T_A) 为 25°C。

图3：外壳温度测试

数据传输

数据传输需要出色的信号完整性，通过眼图测试可以评估 USB 2.0 信号的完整性。如图 4 所示，当主机数据通过 MPQ4228-C-AEC1 的内部 DP/DM 数据开关时，150cm 电缆具有出色的眼图性能。在此测试中，V_IN = 12V，开关频率 (f_SW) = 420kHz。

图4：眼图

电磁干扰 (EMI)

随着汽车电子产品的不断发展，对整车电磁兼容（EMC）性能的要求也越来越严格。电磁干扰（EMI）会降低器件性能；在某些应用中可能产生更明显的影响，例如收音机产生噪音。

MPQ4228-C-AEC1 具有频谱扩展功能，在无需屏蔽和共模电感的条件下，即可通过 CISPR25 Class 5 标准。图 5 显示了其传导 EMI 测试结果。测试条件为：V_IN = 12V，总线电压 (V_BUS) = 5V，I_OUT = 3A，电感 (L) = 4.7µH，f_SW = 420kHz，FREQ 引脚连接到 GND，工作模式为强制脉宽调制 (PWM) 模式。