關於移動電源解決方案的分析和介紹

2020-12-19 電子發燒友

RT7885 是目前最強的移動電源解決方案之一,可是還沒發布就被人曝光了。

最早在公開場合提到 RT7885 的媒體是充電頭網,他們解剖了華為最新發布的 40W 超級快充移動電源:

拆解報告:華為 12000mAh 40W 超級快充移動電源

然後又專門報導了其中的核心器件:

華為大功率移動電源升降壓晶片曝光:首發立錡 RT7885

直到這篇報導上線的時候,RT7885 的規格書還沒有對公眾發布,我也不知道他們是從哪裡得到了文中提到的 RT7885 的規格書內容,只是不知道讀者對其中提供的產品信息是否感到滿足,那還只是預覽版呢。

從新聞傳播的角度看,充電頭網的朋友們抓住了要點,但從產品理解的角度來看,他們忽略了規格書中最重要的一個詞—— Bidirectional,即「雙向的」,它說明 RT7885 內含的 Buck-Boost 轉換器是可以雙向工作的,這是設計中的關鍵之處,它的使用最大化地簡化了產品結構,讓高性能移動電源的設計變成了可能。

實際上,使用 PD 協議的 USB Type-C 接口是可以支持雙重角色的:與用電設備連接時,它可以供電;供電設備接入時,它可以受電為己所用,這樣的特性正好符合移動電源的需要,我們可以用這樣的埠為它充電,又可以用這樣的埠為負載供電。

普通移動電源的充電埠和供電埠是分離的,因為供電路徑和受電路徑完全不一樣,這樣就需要使用各自獨立的電壓、電流轉換器件,一個負責將外部供電轉換為適合電池充電的信號,一個負責將電池電壓轉換為外部設備需要的電壓。

改用 USB Type-C 接口並實施 PD 協議以後,同樣的電源架構也可以套用,但是因為接口可以是雙重角色的,所以需要在接口內部加入切換電路,而電源轉換的部分仍然維持原有狀態,重要的功率器件仍然需要兩套,這就必然使得移動電源的設計變得複雜且器件眾多,空間佔用也多,成本也會很高,這還沒有計算實施 PD 協議的部分呢。

在探索 USB Type-C 接口移動電源解決方案的過程中,立錡曾經設計過一種各部獨立的解決方案,如下圖所示(僅供參考,不要考慮用它):

其中的 RT9485 是一款獨立的移動電源晶片(現在沒有對外銷售),可以 Buck 模式為電池充電,也可以 Boost 模式為外部設備供電,內含 MCU 可以操控所有的事情。當需要通過 USB Type-C 接口對外供電的時候,Boost 轉換器 RT4813 進入工作狀態,其輸出用電子開關接入 VBUS,完成對外供電的功能。RT1711 是 USB Type-C 接口控制器和  PD 協議處理器,它是使得這樣組合起來的系統能符合 PD 標準要求的必要部分。整個系統的電路如下圖所示:

這款設計雖然沒有大量走入應用,但性能表現還是不錯的,我現在還時不時地用一用由它構成的樣機。

與這樣的設計相比,RT7885 厲害的地方就是把所有的問題都簡化到了極致,用它設計的功率轉換電路是可以雙向工作的,外部供電的時候工作於對內電池的充電模式,需要對外供電的時候又工作於電壓轉換模式,一點都沒有浪費的地方,而且雙向的工作都可以升壓和降壓,也都具備輸入、輸出端電壓和電流的調節控制,所用電池可以是  1 ~ 4  節串聯,還具有電池均衡管理功能(只針對兩節電芯串聯的應用)。

關於晶片細節的東西我們就不進一步涉及了,那是從事專業工作的人才真正關心的,這樣的人一定要去看規格書(文末的閱讀原文可以直接抵達),現在讓我們一起欣賞一下由 RT7885 構成的系統框圖:

圖片中間部分的 QA、QB、QC、QD 和 L1 便是構成雙向 Buck-Boost 的核心元件,Q1A/B、Q2A/B 是實現埠電源阻斷控制的開關。假如需要 2 個以上的 A 型埠,右上角的那塊電路就需要另行加入。由於同時支持 C 型和 A 型接口,RT7885 的控制核心又是 MCU,世上現存的各種協議它都能支持,所以需要設計強悍移動電源的讀者可以特別關注。

下面是可資參考的 1C1A 應用電路圖,供關注細節的讀者參考。

(註:1C1A 表示有一個 A 型接口,有一個 C 型接口)

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