140W USB Type-C 電池系統(tǒng)參考設(shè)計(jì) RTK-G015-EPRSinkCharger 詳解

作為電子工程師，我們在設(shè)計(jì)工作中常常會(huì)遇到各種電源管理和電池充電的難題。今天，我要和大家詳細(xì)分享一款非常實(shí)用的 USB Type-C 電池系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)——RTK-G015-EPRSinkCharger（RTKA489EPRDE0010BU）。

文件下載：Renesas Electronics RTKA489EPRDK0010BU 評(píng)估板.pdf

一、產(chǎn)品概述

RTK-G015-EPRSinkCharger 是一款支持 2 至 7 節(jié)串聯(lián)鋰離子電池的通用串行總線功率傳輸（USB PD）評(píng)估板。它由 48V USB - C 端口控制器（SPR/EPR TCPC）RAA489400、USB - C 端口管理器（TCPM）R9A02G0151 和板載充電器 RAA489118 組成，支持 USB PD 2.0、USB PD 3.1 和 USB Type - C 規(guī)范，可作為 USB Type - C EPR 功率接收器充電器或 EPR 移動(dòng)電源使用。不過需要注意的是，該評(píng)估板上沒有電池保護(hù)電路，因此強(qiáng)烈建議搭配瑞薩的電池管理系統(tǒng)（BMS）使用，以避免在移動(dòng)電源模式下出現(xiàn)過放電情況。

二、產(chǎn)品特性

（一）USB 功率傳輸和 USB Type - C 特性

1. 支持多種電壓模式：在僅接收模式（Sink Only）下，需要從 USB Type - C 電源供應(yīng)設(shè)備獲取 SPR 模式 5V、9V、15V、20V 或 EPR 模式 28V 的輸入；在移動(dòng)電源（DRP）模式下，接收模式同樣需要上述電壓輸入，而在供電模式下支持 15W、27W、45W、60W、100W 或 140W 的源 PDP 額定功率。
2. USB Implementers Forum 認(rèn)證：RAA489400 的 TID = 10147，R9A02G0151 的 TID = 8183，這表明該產(chǎn)品在 USB 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方面具有較高的合規(guī)性。
3. 單 USB Type - C 端口：方便與各種 USB Type - C 設(shè)備進(jìn)行連接。

（二）接口特性

1. LED 指示燈：包括電源供應(yīng)指示燈（2 個(gè)綠色 LED，分別用于接收和供電指示）以及來自 R9A02G0151 的 3 個(gè)紅色指示燈，用于指示硬件設(shè)置錯(cuò)誤、EPR 模式和上電復(fù)位等狀態(tài)。
2. 開關(guān)：通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)可以進(jìn)行電池配置控制、充電電流限制控制和操作模式選擇。
3. 調(diào)試接口：提供瑞薩片上調(diào)試仿真器接口，方便進(jìn)行固件的編寫和調(diào)試。
4. 電池管理系統(tǒng)接口：可與包括 FGIC 的電池模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)電池管理功能。

三、組件信息

（一）IC 組件

評(píng)估板上集成了多個(gè)重要的 IC，如 R9A02G0151（USB - C 端口管理器）、RAA489400（48V USB - C 端口控制器）、RAA489118（板載充電器）等，每個(gè) IC 都有其特定的功能和引腳分配。

（二）連接器

包括 USB Type - C 插座、瑞薩片上調(diào)試仿真器接口、USB2.0 數(shù)據(jù)接口、電池管理系統(tǒng)連接器等，為不同的功能擴(kuò)展和連接提供了便利。

（三）開關(guān)

通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)可以設(shè)置充電電流限制、操作模式和電池單元數(shù)量等參數(shù)。

（四）LED

不同的 LED 用于指示各種狀態(tài)，方便用戶了解評(píng)估板的工作情況。

四、功能設(shè)置

（一）電池配置

通過旋轉(zhuǎn)開關(guān) SW1B 可以設(shè)置電池的串聯(lián)數(shù)量，標(biāo)準(zhǔn)固件中針對(duì)不同的電池配置定義了相應(yīng)的最大系統(tǒng)電壓（MaxSysVol）和最小系統(tǒng)電壓（MinSysVol）。如果需要使用其他的 MaxSysVol 和 MinSysVol 值，可以使用 VIDWriter 1.2.1.0 生成包含這些參數(shù)的固件。

（二）充電電流限制

使用旋轉(zhuǎn)開關(guān) SW1 可以設(shè)置充電電流限制和操作模式，共有三種操作模式：板載模式（Board）、電池管理系統(tǒng)模式（BMS）和手動(dòng)模式（Manual）。在不同的模式下，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置和固件更新。

（三）操作模式選擇

通過旋轉(zhuǎn)開關(guān) SW3 可以選擇操作模式，包括 28V/140W EPR DRP 模式和 28V/140W EPR 僅接收模式等。在不同的模式下，評(píng)估板的工作方式和所需的輸入輸出條件也有所不同。

五、板卡設(shè)置和使用

（一）所需材料

需要 1 個(gè) RTK - G015 - EPRSinkCharger 評(píng)估板和 1 根 USB Type - C 電纜，根據(jù)所需的最大 Type - C 源 PD 功率，可能需要 5A 電纜或 EPR 電纜。

（二）連接電池模塊

根據(jù)不同的情況，可以選擇使用標(biāo)準(zhǔn)充電器參數(shù)、自定義充電器參數(shù)或搭配瑞薩 BMS 接口進(jìn)行電池模塊的充電。在連接過程中，需要注意開關(guān)的設(shè)置和固件的更新，同時(shí)要確保 LED 指示燈的狀態(tài)正常，以避免操作模式和電池配置與實(shí)際系統(tǒng)不匹配的問題。

（三）移動(dòng)電源模式設(shè)置

如果需要使用評(píng)估板的移動(dòng)電源模式，在無 USB2.0 數(shù)據(jù)通信時(shí)，需要安裝跳線短接 JP1 的 DP 和 DM；在有 USB2.0 數(shù)據(jù)通信時(shí)，需要參考支持 USB 外設(shè)功能的相關(guān)內(nèi)容。

六、固件編寫

（一）固件生成

在特定的操作環(huán)境下，使用 VIDWriter 1.2.1.0 工具可以生成所需的固件。在生成過程中，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇相應(yīng)的功能、設(shè)置 VID/PID 號(hào)碼，并在相應(yīng)的字段中設(shè)置最大電池充電電壓、最小電池電壓、最大充電電流和最大源 PDP 等參數(shù)。

（二）閃存寫入概述

R9A02G0151 支持串行編程接口，可以使用專用的閃存編程器（如 PG - FP6、E1、E2、E2 Lite、E20 片上調(diào)試仿真器）進(jìn)行固件的寫入。在不同的情況下，需要選擇合適的寫入工具和方法。

（三）使用瑞薩片上調(diào)試仿真器進(jìn)行固件寫入

由于評(píng)估板沒有完整的 14 針仿真器連接器，需要使用轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接。連接完成后，使用瑞薩閃存編程器 V3 進(jìn)行編程操作，具體步驟包括創(chuàng)建新項(xiàng)目、選擇微控制器和工具、設(shè)置電源供應(yīng)、選擇操作設(shè)置并開始編程等。

七、可選功能

（一）支持 USB 外設(shè)功能

評(píng)估板雖然本身沒有 USB 數(shù)據(jù)通信功能，但提供了接口，可以擴(kuò)展基于 USB2.0 的外設(shè)功能測試和調(diào)試。在進(jìn)行調(diào)試時(shí)，需要移除 JP1 的跳線，并將系統(tǒng)的 D + /D - 信號(hào)連接到 JP1 的 DP/DM 上。

（二）支持 SMBus 目標(biāo)接口

評(píng)估板具有 SMBus 目標(biāo)接口，可以與外部控制器進(jìn)行通信。如果需要通過外部控制器控制評(píng)估板，需要將系統(tǒng)的 SMBus 控制器信號(hào)連接到 J1 上。

綜上所述，RTK - G015 - EPRSinkCharger 評(píng)估板是一款功能強(qiáng)大、靈活性高的 USB Type - C 電池系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)，適用于各種需要 USB 功率傳輸和電池充電管理的應(yīng)用場景。在使用過程中，我們需要仔細(xì)了解其各項(xiàng)特性和功能設(shè)置，嚴(yán)格按照操作步驟進(jìn)行操作，以確保評(píng)估板的正常運(yùn)行和電池的安全使用。大家在實(shí)際應(yīng)用中有沒有遇到過類似評(píng)估板的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。