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完全に統合された車載用USB Type-AおよびUSB Type-Cチャージャコントローラの紹介

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はじめに

自動車の中央制御システムは、USB充電ポートを持っています。これはデータを送信しながらモバイルデバイスを充電できる必要があります。これらのシステムでは、USB電流制限スイッチを備えた車載グレードのICを選択することが不可欠です。本稿では、MPQ4228-C-AEC1と、その高効率をUSBハブやその他のUSB Type-Cアプリケーション、およびUSB Type-Aアプリケーションでどのように利用できるかについて紹介します。

MPQ4228-C-AEC1

MPQ4228-C-AEC1は、USB電流制限スイッチを備えたステップダウンスイッチモードコンバータを統合したUSB充電ソリューションです (図1参照)。このデバイスは、BC1.2充電ダウンストリームポート (CDP) モードとUSB Type-C 5V @ 3Aのダウンストリーム・フェイシング・ポート (DFP) モードに対応し、小型のQFN-22 (4mm x 4mm) パッケージで提供されます。MPQ4228-C-AEC1には、同期 DC/DC降圧コンバータとCDPをサポートするチャージャのポートコントローラが統合されており、EMI性能を向上させ、必要な部品を減らすことでPCBサイズを縮小できます。

図1 : MPQ4228-C-AEC1の代表的なアプリケーション回路

MPQ4228-C-AEC1は、ヒカップモードによる電流制限保護 (MFI OCPに対応)、出力過電圧保護 (OVP)、USB_OUT / DP / DM / CC1 / CC2からバッテリー短絡保護、過熱保護 (OTP) などの堅牢な保護までを提供します。

さらに、MPQ4228-C-AEC1は、USB Type-AおよびUSB Type-Cアプリケーションで使用できます。CC2ピンは接続を検出して、USB Type-Cケーブルとコネクタ間のインタフェースを構成します。CC1ピンがグランドに接続されている場合、MPQ4228-C-AEC1はUSB Type-Aモードで動作し、電流制限はUSB Type-A仕様に変更されます。

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効率

MPQ4428-C-AEC1は高効率のDC/DCコンバータを備えており、負荷の合計温度上昇がわずか31°Cの場合、最大効率は94.4%です。このデバイスは非常に高い効率を備えており、発熱がほとんどないため、熱放散の必要性が減り、ソリューション全体を小型化できます。図2に効率曲線を示します。

図2 : 効率 VS. 負荷電流

ケース温度試験

図3は、MPQ4228-C-AEC1のケース温度テストを示しています。このテストでは、入力電圧 (VIN) = 12V、USB=5V、および出力電流 (IOUT) =3Aです。測定は4層PCB (57.4mm x 57.4mm) で行われました。最上層と最下層は2オンス、中間層1と中間層2は1オンスです。周囲温度 (TA) は25℃です。

図3 : ケース温度試験

データ伝送

データ伝送には優れたシグナル・インテグリティが必要であり、アイ・ダイアグラムはUSB 2.0のシグナル・インテグリティを評価するテストです。ホストデータがMPQ4228-C-AEC1の内部DP / DMデータスイッチを通過するとき、150cmケーブルは優れたアイ・ダイアグラム性能を発揮します (図4参照)。このテストでは、VIN = 12V、およびスイッチング周波数 (fSW) = 420kHzです。

図4 : アイ・ダイアグラム

電磁障害 (EMI)

車載の電子機器が向上し続けるにつれて、車両の電磁両立性 (EMC) 性能に対する要件はより厳しくなり、電磁障害 (EMI) はデバイスの性能を低下させます。特定のアプリケーションには、電磁波によって生成されるノイズなど、より顕著な影響がある場合もあります。

MPQ4228-C-AEC1のスペクトル拡散機能は、シールドやコモンモード・インダクタンスなしでCISPR25クラス5規格に合格できます。図5は、その伝導電磁妨害の結果を示しています。このテストは、次の条件で実施されました : VIN=12V、バス電圧 (VBUS) = 5V、IOUT = 3A、インダクタンス (L) = 4.7µH、fSW=420kHzで、FREQピンはGNDに接続され，デバイスは強制的にパルス幅変調 (PWM) 方式で動作します。

図5 : 伝導電磁妨害の結果

図6は、放射EMIの結果を示しています。このテストは、伝導電磁妨害と同じ条件で実施されました。

図6 : 放射EMIの結果

ラインドロップ補償

車とUSBポートの間には一定の距離があります。この距離による電圧降下は、端末の充電電圧と充電速度に影響します。車種によって、USBポートからの距離が異なります。そのため、MPQ4228-C-AEC1は回線損失補償を定義し、これを柔軟に設定できます。

図7 : ラインドロップ補償対負荷電流

MPQ4228-C-AEC1はMPQ4228ファミリの一部であり、次の部品が含まれています。

  • MPQ4228-AEC1Apple3A Dividerモードと、BC1.2および1.2V/1.2VモードのDCP方式に対応します。
  • MPQ4228-Q-AEC1Quick Charge (QC3.0) モードに対応し、BC1.2、Apple3Aデバイダモード、および1.2V/1.2VモードのDCP方式と下位互換性があります。

MPQ4228ファミリは、VBUS / DM / DP / CCピンのバッテリー短絡保護を備え、±8kVのIEC61000-4-2接触放電試験と±15kVのIEC61000-4-2気中放電試験に合格できます。

結論

本稿では、高効率、優れたEMI性能、最適化された熱放散など、MPQ4228-C-AEC1を使用する利点について述べました。MPQ4228-C-AEC1に加えて、 MPQ4228ファミリの一部であるMPQ4228-AEC1を紹介するビデオがあります。MPSは、AECQ-100認定の堅牢で多くのUSB充電ポートを提供し、あらゆる設計のニーズを満たすことができます。

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