Ladeschaltung Single-Chip-Lösung für USB Typ C

USB-Typ-C-Steckverbinder und -Buchse.
USB-Typ-C-Steckverbinder und -Buchse.

Maxim stellt einen Ladebaustein für USB-Typ-C-Geräte vor, der zwei Li-Ion-Zellen in Serie sicher und schnell lädt.

Schnell genug ist USB spätestens seit Version 3.0 mit einer Übertragungsrate von bis zu 4 Gbit/s. Was den großen Nutzen von USB Typ C ausmacht, ist die gute und kompakte Steckverbindung sowie »USB Power Delivery«, die Stromversorgung eines Gerätes über das USB-Kabel.

Der Steckverbinder kennt kein oben und unten mehr, so dass das Kabel in beliebiger Orientierung in die Buchse gesteckt werden kann. Die Stromversorgung über USB kann Geräte mit bis zu 100 Watt ohne zusätzliches Netzkabel versorgen, beispielsweise Monitore und Drucker. Dazu definiert der USB-3.1-Standard verschiedene Spannungen und Stromstärken. Beim Einstecken eines Geräts beträgt die Spannung stets 5 V, kann aber, wenn das Gerät sich entsprechend identifiziert, auf 12 V oder 20 V hochgesetzt werden. Die maximale Stromstärke beträgt 5 A. Neben »Power Delivery«  gibt es mit »Battery Charging« einen weiteren USB-Betriebsmodus, bei dem die Datenleitungen nicht genutzt werden. Bei diesem Modus beträgt der Widerstand zwischen den Datenpins D+ und D- 200 Ohm oder weniger, so dass das angeschlossene Gerät erkennen kann, dass es an ein Ladegerät angeschlossen ist. Im Extremfall können die Datenleitungen auch kurzgeschlossen sein.

    Laden mit bis zu 15 Watt

    Der neue Baustein von MAX14748 von Maxim adressiert diesen Batterielademodus. Die Absicht des USB Implementers Forum war, die Ladegeräte so einfach und universell wie möglich zu spezifizieren. Dafür benötigen die batteriebetriebenen Geräte eine Ladeschaltung, die der MAX14748 enthält. Er lädt Geräte mit Akkusätzen aus zwei in Serie geschalteten Li-Ion-Zellen und liefert bis zu 15 W Leistung – das laut USB-Spezifikation mögliche Maximum beim Laden von Akkus. Die Ladeschaltung macht das Stückwerk aus mehreren ICs entbehrlich, das früher zur Implementierung dieser Funktionen erforderlich war, und ermöglicht Entwicklern außerdem die Nutzung nur derjenigen USB Typ-C-Funktionen, die sie für ihr Design tatsächlich benötigen. 

    Von drahtlosen Lautsprechern über hochwertige Kameras und Virtual-Reality-Headsets bis zu motorbetriebenen Medizingeräten gibt es die unterschiedlichsten Anwendungen, die zum Laden und zum Übertragen von Multimedia-Datenströmen von der Einfachheit der USB Typ-C-Steckverbinder profitieren. Akkusätze mit zwei in Serie geschalteten Zellen versorgen diese Anwendungen mit der nötigen Energie. Allerdings benötigen diese Geräte im Gegenzug auch reichlich Energie, um wieder aufgeladen zu werden. Bislang erforderten USB Typ-C-Produkte mit zwei in Serie geschalteten Akkuzellen mehrere diskrete Bauelemente, was die Materialkosten in die Höhe trieb und für zusätzliche potenzielle Fehlerquellen in der Schaltung sorgte.

    Diese Architektur wird mit dem MAX14748 entscheidend gestrafft, denn der Baustein fasst die eigentliche Ladeschaltung, die Erkennung der USB Typ-C-Ladeschaltung, einen 28-V-Überspannungsschutz und den Leistungspfad in einem einzigen Chip zusammen. Die hochintegrierte Lösung, die sich auch für bisherige, USB BC1.2-konforme und andere, nicht standardgemäße Ladegeräte eignet, unterstützt das Laden per USB Typ-C mit der doppelten Leistung gegenüber einer Micro-USB-Lösung. Eine programmierbare automatische Eingangsstrombegrenzung bewirkt, dass auf sichere Weise der maximal vom Ladegerät unterstützte Strom gezogen wird, was dem wertvollen Endgerät Schutz bietet.

    Wichtige Vorteile

    • Weniger Platzbedarf für das Power-Management: Im Unterschied zu typischen Ladelösungen verringert der MAX14748 den Aufwand an diskreten Bauteilen, indem er die Ladegeräteerkennung, einen Aufwärts-Abwärtswandler und einen Li-Ion-Akkulader mit intelligenter Leistungswahl in einem Chip vereint. 
    • Schnelles und sicheres Laden: Der MAX14748 lädt Akkusätze aus zwei in Serie geschalteten Li-Ion-Zellen aus früheren 5 V USB-Adaptern, wobei seine Strombegrenzungsfunktion ein Überladen verhindert. 
    • Zusätzliche Schutzfunktionen: Der MAX14748 bietet einen integrierten 28-V-Überspannungsschutz sowie JEITA-Ladeschutz und ist an den USB-Adapter-Pins gegen elektrostatische Entladungen bis ±15 kV geschützt.

    Der MAX14748 ist in einem Wafer-Level-Gehäuse mit 54 Bumps im 0,4-mm-Raster und Abmessungen von 3,97 x 2,77 x 0,64 mm³ untergebracht. Er kostet 3,40 US-Dollar bei Abnahme ab 1.000 Stück. Ein Evaluation Kit MAX14748EVKIT# ist für 77,- US-Dollar erhältlich.