基于Microchip的UCS100X系列的智能USB充电器

摘要：本设计介绍了Microchip 公司UCS100X系列产品的智能USB充电器整体方案。这些全新的电源控制器为设计笔记本电脑、平板电脑、显示器、扩展底座和打印机等主机设备，以及墙壁适配器等专用AC-DC电源和充电产品，提供了基于USB的先进充电功能。

引言

Microchip公司新型USB端口电源控制器的UCS1001和UCS1002系列广受欢迎。这些全新控制器为智能手机和平板电脑提供了更高的电流和优先充电功能。UCS100X增加了对有源电缆(如Apple Lightning连接器)以及12W充电的支持，采用一个内置电流传感器的UCS1002-2可以报告充电电流量，这有助于系统优化其充电电流，并适当分配功率。此外，UCS100X还可以通过一种灵活的方法，检测和创建充电仿真配置文件，以支持未来USB产品设计。

1　UCS1002 USB充电的优点

1. UCS1002能够满足“绿色充电”的要求：许多电源适配器在未连接下游设备的空闲状态下被视为浪费电能的插头负载。加州能源委员会估计每年消耗的8,000 GWh电能中，只有2,900 GWh实际用于充电，UCS1002完成充电后，能进入低功耗休眠状态以节省电能，从而实现“绿色充电”。

2. UCS1002能够满足“通用”USB充电器的要求：广泛的设备充电覆盖范围，从Apple到Samsung，再到所有其他品牌。

3. 符合BC1.2标准。

4. 通过UL2367和IEC60950认证。

5. 具有多个选项的可配置，这使设计人员能够升级他们的系统，向市场推出新的产品，同时为更广泛的现有产品提供兼容性，降低淘汰的可能性。

2 USB充电器系统结构及原理

USB充电器系统结构由三个部分组成：电源模块、充电模块以及MCU控制模块。

1)USB充电器系统结构整体框图如图1。

2)工作原理。

● 电源模块

交流180-220V输入通过PI的TNY278模块转化为直流5V给MCU和UCS100X供电。

● UCS100X充电模块

当USB设备连接到USB主机或USB集线器的下游端口时，会检测到D+和D-上的15kΩ下拉电阻，以及VBUS上的5V，向设备发送一个设备可识别的信号，让其知道所连接的是充电器，而不是USB主机或集线器，当设备检测到充电器的信号时，可以汲取超出USB规范(500mA)的电流。可以通过SMBus接口配置芯片充电，它内部预加载的仿真配置文件应用于下游设备，七个配置文件涵盖了Apple低功率和高功率设备、DCP以及Samsung平板电脑，一开始上电的时候，UCS1002会运行这七个配置文件，从而找出最大充电电流的方案并记忆，下次同样设备插入的时候就会以最大电流充电。

● MCU控制模块

UCS1002有两种工作模式。第一种是独立工作，只需要AC220输入，USB就能给手机充电。第二种是将HCA与PIC^®MCU配合使用：最大电流算法“HCA”程序符合USB BC1.2标准，可以支持绝大多数的手持设备大电流充电的需求。上电初始，利用PIC^®MCU将UCS1002内置的“Legacy”配置文件或自定义配置文件寄存器可应用仿真并测量VBUS电流，从而找到最大值，HCA程序里面还包括包含一个“电池电量耗尽”检测程序，启动定时器在几分钟内轮循不同的配置文件，检测电池是否耗尽，如果设备刚开始插入的时候电池电量很低，那就会以很大的电流充电，随着充电量的饱和，提供的充电电量也逐渐降低，确保不浪费电能，实现真正意义上的绿色充电器。

3 硬件电路设计(部分)

1)UCS1002充电模块(如图2)。

2)USB输出模块(如图3)。

4 UCS1002 USB DEMO充电操作说明

此Demo通过控制M1、M2、EM、PW_EN将UCS1002配置成充电模式，当不采用MCU演示的时候，可将J1，J2的连接帽拿掉，输入220V，UCS1002单独工作;需要演示MCU的定时控制功能时，将J1，J2分别短接，通过按键输入设置定时的时间，有四个设定范围，S1按第一次D4闪;S1按第二次D4常亮;S1按第三次D4常亮，D5闪;S1按第四次D4，D5常亮。

5 结论

USB端口现在已被视为全球通用的充电资源，普通的USB充电最多能提供500mA的电流，受限于许多便携式装置仍有特殊的充电器需求。UCS1002系列可满足人们对USB充电解决方案的需求和期望，它能提供1A的充电电流，真正意义上实现了大电流充电，不论将哪种品牌的便携式装置插入USB端口，USB端口都可提供快速、有效的电源充电。通过SMSC的可编程UCS电源控制器，USB技术最终能够充分实践它的规格，将成为全球数十亿台USB装置的通用充电资源。