تامین تغذیه از طریق پورت USB

از زمان پیدایش ارتباط USB به عنوان گذرگاه استاندارد پر سرعت برای اتصال وسایل و تجهیزات خارجی به کامپیوترهای شخصی، فاکتور سرعت جزء مهم ترین مشخصات این ارتباط بوده است و مبحث تغذیه شامل مشخصات ولتاژ و جریان جزو مشخصات حاشیه ای این ارتباط بوده است. به عنوان مثال استاندارهای مختلف USB با عباراتی مانند full-speed ، Hi-speed یا Super-speed معرفی می شدند که نشان گر نقش مهم سرعت در ارتباط USB است.

 

شکل زیر روند توسعه سرعت ارتباط USB را از نسخه اول یعنی USB1.0 تا نسخه های جدید تر مانند USB3.1 را نشان می دهد.

 

از طرفی دیگر مشخصات توان ارتباط USB همواره جزو مشخصات حاشیه ای این ارتباط بوده است و پایه های تغذیه USB تنها به عنوان تامین کننده تغذیه وسایل جانبی در نظر گرفته می شدند. به عنوان مثال در نسخه USB1.0 مشخصات تغذیه برابر ولتاژ 5v و جریان 100mA که معادل توان 0.5w است مشخص شده است و یا در نسخه USB2.0 ولتاژ 5v و جریان 500mA معادل توان 2.5w مشخص شده است.

از سال 2010 ، مشخصات تغذیه USB علاوه بر تامین توان تجهیزات جانبی، به عنوان شارژ کننده باطری داخلی این وسایل مورد توجه قرار گرفت و اولین گام در این جهت، معرفی استاندارد CDP (charging downstream port) بوده است که جریان دهی پورت USB را تا 1.5A تعیین کرده است که همراه با ولتاژ تغذیه 5v ، توانی معادل 7.5w را تولید می کند.

در ادامه با توجه به نیاز به توان های بیشتر از 7.5w برای تجهیزاتی مانند هارد دیسک ها، پرینترها و تجهیزات دیگر و با توجه به این که در صورتی که امکان تغذیه این تجهیزات از طریق پورت USB فراهم نباشد باید برای هر یک از این تجهیزات تغذیه جداگانه در نظر گرفته شود، در نسخه های بعدی استاندارد های توان USB ، امکان ایجاد توان های بیشتر از طریق این پورت در نظر گرفته شد.

امروزه استاندارد های ارائه شده در این زمینه امکان تولید ولتاژ های 12v و 20v و جریان های تا 5A و توان حداکثر 100w را به پورت USB می دهند.

یکی از نکات دیگری که در مورد تغذیه USB مورد توجه قرار گرفت، تنظیم مشخصات ولتاژ و جریان پورت USB متناسب با مقدار مورد نیاز هر وسیله است که این مسئله از طریق پایه های داده و طی فرایندی به نام negotiation یا مذاکره صورت می پذیرد و این مسئله باعث عدم امکان وجود ارتباط داده در هنگام استفاده از تغذیه USB می شد. در نسخه های بعدی این مشکل از طریق تعیین مشخصات تغذیه از طریق پایه VBUS حل شد.

از دیگر ویژگی های اضافه شده در مورد ارتباط USB ، امکان ایجاد تغذیه از هر دو طرف ارتباط می باشد، به عنوان مثال اگر یک صفحه نمایش که دارای تغذیه جداگانه است از طریق پورت USB به لپتاپ متصل شود، لپتاپ می تواند از طریق آن شارژ شود.

با توجه به این توضیحات، امروزه استفاده از پورت USB برای تامین توان دستگاه های مختلف، به روشی متداول در دستگاه های جدید تبدیل شده است که باعث کاهش هزینه ها و کاهش ابعاد و وزن نهایی محصولات می شود.

در ادامه به معرفی اجمالی تراشه UPD1002 از محصولات جدید شرکت Microchip برای کنترل توان پورت USB می پردازیم.

 

مشخصات تراشه UPD1002 :

• عملکرد به عنوان تولید کننده / مصرف کننده
• انتقال توان تا حداکثر 100w توسط پورت USB
• کاهش سیم در به اشتراک گذاری تغذیه
• تنظیم و پیکربندی توسط پایه های مخصوص
• پشتیبانی از 30 نوع وضعیت تغذیه
• دارای 5 نوع وضعیت تغذیه طبق استاندارد
• پشتیبانی از باتری های خالی شده
• سفارشی سازی توسط حافظه قابل برنامه ریزی
• دارای ارتباط SPI برای اتصال حافظه های خارجی
• دارای رگولاتور داخلی
• بسته بندی 32 پایه QFN

 

شکل زیر بلوک دیاگرام داخلی این تراشه را نشان می دهد.

تراشه UPD1002 یک کنترل کننده ی قابل برنامه ریزی انتقال تغذیه توسط USB است که دارای قابلیت انتقال توان تا 100w توسط پورت USB می باشد.

این تراشه طبق استاندارد USB-IF قابلیت این را دارا می باشد که هم به عنوان تولید کننده و هم به عنوان مصرف کننده عمل کند.

این تراشه طبق مشخصات انتقال تغذیه USB عمل کرده و دارای امکان استفاده به عنوان یک اشتراک گذار تغذیه استاندارد صنعتی و پروتکل شارژر باتری می باشد.

مشخصات موجود در استاندارد USB-IF مشخص کننده ی 5 نوع وضعیت تغذیه مختلف می باشد که این تراشه دارای 25 وضعیت تغذیه اضافی برای بهینه سازی بیشتر می باشد.

انجام تنظیمات و پیکربندی تراشه توسط پایه های ارتباط SPI صورت می گیرد و امکان طراحی سریع و آسان را مهیا می سازد.

تراشه UPD1002 در بسته بندی 32 پایه QFN ارائه شده و دارای کاربرد در طیف وسیعی از محصولات مصرفی و صنعتی می باشد.

 

منابع :

Microchip programmable usb power controller

Introduction to USB Power Delivery , electronicdesign.com

 

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.