MP5031の紹介 : USB 電力供給 (PD) コントローラ
はじめに
MP5031は、新世代の急速充電チップの一部で、携帯電話やデバイス向けの急速充電技術に対する需要の高まりに対応するものです。このUSB電力供給 (PD) コントローラは、USB Type-C2.0およびUSB PD3.0仕様と互換性があり、専用の給電ポート (DCP) スキームをサポートします。また、MP5031は、BC1.2充電ダウンストリームポート (CDP) ハンドシェイクもサポートしています。本稿では、MP5031の機能について説明し、さまざまな電力範囲のソリューションについて説明します
MP5031の概要
MP5031は、QFN-20 (4mm x 4mm) パッケージで提供されます (図1参照)。そのコンパクトなパッケージと簡素化された周辺機器は、便利なレイアウトを実現しています。さらに、統合された物理レイヤ、プロトコルレイヤ、およびポリシーエンジンは、堅牢なPD通信をサポートします。
図1 : MP5031チップ
特定用途向け集積回路 (ASIC) として、MP5031はマイクロコントローラ (MCU) を含む制御チップとは異なります。特に、MP5031には複雑な構成要件がないため、使いやすく、信頼性が高く、柔軟性にすぐれています。MPQ5031は、DC/DCコンバータと連携して、15W〜100Wまでの全電力範囲、およびマルチチャネル・アプリケーションをサポートします。
設定可能な電力データオブジェクト (PDO)
MP5031は、その広い電力幅をサポートするために、さまざまなアプリケーション仕様に従って構成できる5つの電力データオブジェクト (PDO) リストを備えています。MP5031の柔軟なPDOの組み合わせにより、さまざまな電力レベルに対応する多様性を実現します。
図2に、 MP5031の給電波形を示します。
図2 : MP5031充電波形
通信プロトコル
MP5031は、クイックチャージ 3.0 (QC 3.0)、Huawei急速充電プロトコル (FCP)、BC1.2、Appleデバイダの3モード、1.2V / 1 / 2Vモードなどのさまざまな主流プロトコルと互換性があり、外部ユーザーの関与が必要ありません。
CDPモード
純粋な充電プロトコルに加えて、MP5031はCDPモードをサポートし、PD急速充電中にシンクとホスト間のデータ通信を可能にします。I2Cインタフェースを使用して、CDP_EN = 1を設定し、CPDモードハンドシェイクを可能にします。図3にCDPモードの設定を示します
図3 : CDPモードの設定
保護
MP5031は、USB Type-Cインタフェースと回路基板の温度をモニタする2つの設定可能な負の温度係数 (NTC) ピンを備えています。温度が高くなりすぎると、これらのピンでシャットダウンを支援するか、出力電力を減らして安全な急速充電を保証します。
高電圧I/Oピンは、バッテリ短絡保護とVBUS短絡保護など、外部DC/DCコンバータの短絡保護 (SCP) もサポートします。
GPIOピン
複数の汎用I/O (GPIO) ピンを設定して、入力電圧 (VIN) をモニタし、入力が低電圧状態になった場合に、出力電力を減らします。GPIOピンおよびI2Cインタフェースにより、外部電力コンバータとの通信が可能です。
MP5031の実用的アプリケーション
MP5031は、他のMPSデバイスと連携して、完全なソリューションを実現できます。.
MP5031とMP4247による60W～100Wのソリューション
MP4247は、特定のVIN値で、すぐれた効率で最大100Wのピーク出力電力を実現できる昇降圧コンバータです。このデバイスは、ワンタイムプログラマブル (OTP) メモリを備えており、USB PDアプリケーションに最適です。
図4に、MP5031とMP4247を組み合わせたリファレンスデザインを示します。
図4 : MP5031とMP4247を組み合わせたリファレンスデザイン
この昇降圧トポロジーソリューションの利点は次のとおりです。
- 低オン抵抗をもった2つのローサイドMOSFET (LS-FET) トランジスタを統合して、効率的な温度上昇、より小さなソリューションサイズ、コスト削減を実現
- 最大36VのVIN、および3.3V〜21Vの広いバス電圧 (VBUS)をサポート
- デフォルトで60Wの出力電力をサポート (最大100W)
- 3つのオプション周波数 (250kHz、420kHz、600kHz) と周波数ジッタリングによって、EMI性能を向上
- CCブランク機能とライン補正をサポート
- すぐれた効率と発熱性能を実証
60Wの出力電力で、25°Cの温度上昇で効率は98％に達することができます (6.4cm x 6.4cmのテストボード上) (図5参照)。
図5 : VIN = 12Vおよび60Wの出力電力での効率とケース温度の上昇
デフォルト設定は、5V / 3A、9V / 3A、15V / 3A、20V / 3A、および3.3Vから21V / 3Aの拡張PDO (APDO) です。これらの設定は、CDPモードとDCPスキーム (USB Type-C 2.0、USB PD 3.0、QC 3.0、Huawei FCP、BC1.2、Appleデバイダの3モード、および1.2V / 1 / 2Vモードなど) に対応しています。
図6は、5つのPDOの設定方法です。
図6 : USB-PDテスト設定
MP5031およびMP2491Cによる100Wソリューション
MP2491Cは、VOUT のスケーリング制御が付いた完全統合型の高電圧ステップダウンコンバータです。デバイスのコンスタントオンタイム (COT) 制御動作により、高速な過渡応答と簡単なループ設計、および非常に厳密な出力レギュレーションが提供されます。
図7に、MP5031とMP2491Cを組み合わせたリファレンスデザインを示します。
図7 : MP5031とMP2491Cを組み合わせたリファレンスデザイン
MP5031およびMP2491Cと組み合わせたこのソリューションのメリットは、次のとおりです。
- 降圧トポロジーのため、低オン抵抗をもった2つのMOSFETを統合
- デフォルトで100Wの出力電力をサポート
- 最大32VのVINと5V～20Vの間の広い出力をサポート
- 490kHzの固定周波数を搭載
- 電流制限を簡単に調整するための外部ILIM抵抗を搭載
- 低ドロップアウト (LDO) モードをサポート
- VIN = 21Vの場合、98％の最大デューティサイクルを実現
MP5031およびMP2491Cのソリューションは、57°Cの温度上昇で最大98.5％の効率を実現できます (3.5cm x 3.8cmテストボード上) (図8を参照)。
図8 : VIN = 21Vでの効率曲線
固定PDOのデフォルト設定は、5V / 3A、9V / 3A、15V / 3A、20V / 5A、および20V / 5Aです。これらの設定は、CDPモードとDCPスキーム (USB Type-C 2.0、USB PD 3.0、QC 3.0、Huawei FCP、BC1.2、Appleデバイダの3モード、および1.2V / 1 / 2Vモードなど) に対応しています。
図9は、4つのPDOの設定方法です。
図9 : PDOの設定
結論
本稿では、MP5031の機能と、これらの機能が従来の制御チップでどのように向上するかについてレビューしました。メリットには、設定可能なPDO、さまざまな主流プロトコルとの互換性、CDPモード、保護、およびGPIOピンが含まれます (ただし、これらに限定されない)。さらに、MP4247とMP2491Cを用いたMP5031のカスタマイズされたソリューションについて説明しました。
MPSの電力管理ソリューションと、設計の柔軟性、すぐれたパフォーマンス、および高い電力効率を提供する昇降圧コンバータの幅広いポートフォリオをご覧ください。
_______________________
興味のある内容でしたか? お役に立つ情報をメールでお届けします。今すぐ登録を!
アカウントにログイン
新しいアカウントを作成