USB PD3.1 EPR助力24V直流电机驱动

过去几年，我们看到了USB Type-C口的普及趋势与速度。尤其是在USB PD3.1标准发布以后，该规范将快充功率上限从100 W提升至240 W（支持Extended Power Range，简称EPR）。这一变化使USB Type-C可以为更多的设备提供足够的充电功率，包括一些需要更高功率充电的大型电子设备、物联网设备、通信和安防设备、汽车和医疗设备等。

在USB PD3.1标准中，EPR工作模式下包含28 V，36 V和48 V三种固定电压档和三种可调电压档（Adjustable Voltage Supply，简称AVS）。28 V、36 V、48 V分别对应的是6节电池、8节电池和10节电池的应用，这让USB PD的能很好地适用于电脑、服务器、电机驱动和通信电源等设备。  

图1：USB PD的应用

值得关注的是，USB PD3.1标准带来了一个比较典型的应用扩展--为24 V直流电机驱动提供电源供应。直流电机主要功能是将电能转化为机械运动所需要的机械能，通常应用在电动工具、玩具车、电风扇等设备里。有数据表明，2022年全球电动工具出货量和市场规模分别为 5.1亿只和571.9亿美元，预计到2026年全球电动工具出货量将超过7亿台，市场规模将超过800亿美元。受电动工具无绳化的发展趋势影响，越来越多的电动工具采用多串锂电池组供电，而USB PD3.1标准的发布将有效推动电动工具无绳化发展并加速电动工具向USB PD快充的升级迭代。

使用独立的PD3.1 Sink升级您的电动工具设计

通过慧能泰半导体最新推出的 240W PD3.1 Sink控制器HUSB238A来升级电动工具的接口设计是一个最简单方式。HUSB238A是一款高度集成的独立的USB Type-C和Power Delivery（PD）Sink控制器。它集成了CC逻辑、USB PD协议和传统协议，支持Type-C V2.1 & USB PD3.1标准、PPS 20mV和AVS 100mV调压，传输的额定功率可达240 W（48 V 5 A）。HUSB238A可以在I²C模式和GPIO模式下运行。在I²C模式下，一个I²C主机以访问HUSB238A来配置设置、回读状态并执行高级功能，如数据角色交换，VDM信息。而在GPIO模式下，配置是通过设置引脚实现。HUSB238A的超低工作电流有助于系统降低总功耗，适合电池应用。它采用QFN 3 mm x 3mm-16L封装，用于具有传统桶连接器或USB micro-B电源连接器的电子设备，如物联网设备、无线充电器、无人机、智能扬声器、电动工具和其他设备。

图2.HUSB238A的性能优势

如下图所示，HUSB238A与USB PDSource进行通信，通过USB-C连接器实现USB-C和PD握手。HUSB238A可以控制负载开关，实现过压和欠压保护。HUSB238A 支持PPS 20 mV和AVS 100 mV调压，通过主机控制HUSB238A进入I²C模式，可以把28 V AVS电压调到24 V，直接给24 V直流电机供电。

图3.HUSB238A的系统框图

图4.HUSB238A PD3.1 参考设计小板

HUSB238A具有小尺寸封装与高集成度的设计，通过HUSB238A的PD诱骗小板，工程师无需额外的固件开发工作，可快速完成电动工具的接口升级。

图5.电动工具示例

将HUSB238A PD3.1小板与电动工具相连，并用一个140 W电源为其供电。启动电动工具，可以看到电动工具正常工作。在实际操作中，当需要诱骗出240 W（48 V 5 A）时，只需要为上述诱骗小板VBUS PIN增加额外的稳压威廉希尔官方网站 （I²C模式下）即可实现。

图6.HUSB238A I2C模式下的PD诱骗小板威廉希尔官方网站 图（最高48 V）

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深圳慧能泰半导体科技有限公司是一家专注于智慧能源控制技术的公司，主要面向智能快充和数字能源领域，提供高性能数模混合芯片产品。公司总部设立在深圳前海，同时在上海、浙江杭州、美国加州设有研发中心。慧能泰的核心研发团队来自国内外顶尖半导体公司，拥有强大的研发创新能力。公司现已获多项授权专利，拥有独立自主知识产权，并于2020年被评为“高新技术企业”。

目前，慧能泰已完成了围绕USB Type-C生态链的整体产品布局，开发并量产了多款产品：供电端的多系列PD Source协议芯片，受电端的高性能PD Sink(PD 诱骗芯片)、Type-C端口控制器（CC Logic），线缆端的USB eMarker（电子标签芯片）。成立以来，慧能泰连续推出多款业界领先的产品并广受市场欢迎。公司芯片出货量2亿颗，标杆性客户有联想、小米、三星、HP、贝尔金和努比亚等。同时，慧能泰也致力于提高能源利用效率、研究能源控制技术，借助自身的技术研发优势，面向ICT（通信服务器）、数据中心、光伏逆变器、储能等工业应用，研发数字电源控制芯片、高压驱动芯片、电源转换芯片和模块等产品。

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审核编辑：汤梓红