摘要：哪有白来的充电便当，都是工程师在暗地想了许多办法。面向未来，不支撑USB Type-C接口的轿车不要买。
跟着便携式电子设备的广泛遍及，用户在开车时为自己的设备充电变得越来越频频。USB供电功用让设备充电变得极为便当。USB的高数据率也让新一代信息文娱体系支撑丰厚多样的车载功用，如音频播映、屏幕和运用同享，以及数据衔接等等。
传统USB Type-A接口现已广泛运用于轿车OEM厂商的各种车型，其供电才干最高为7.5W（5V电压，最高1.5A电流）。跟着USB Type-C接口在PC机、智能手机和其它便携式电子设备上快速遍及，USB Type-A接口正敏捷被筛选。USB Type-C半导体商场估量出货量到2022年将超越9亿片（来历：Gartner 2018年陈述和赛普拉斯估量）。
与USB Type-A接口比较，USB Type-C接口结构更紧凑，具有通用衔接，可正反插，线缆插拔无方向性约束（Type-C线缆两头插头彻底相同）。此外，它还能明显进步输出功率，最高可达100W（20V电压，最高5A电流）。由于能够供给远高于7.5W的功率，它能完成极富吸引力的新运用形式，能够快速充电，能够一同为车内不断添加的有源设备充电，如平板电脑、笔记本电脑乃至电动剃须刀（参见图1）。
图1.为各种设备充电所需的功率以及能够满足要求的USB标准。
要将具有新一代供电才干的USB Type-C接口植入轿车中，触及的作业远不止进步供电端口电压和电流这么简略，它还要求选用不同于跟商等第和消费级产品USB口的规划办法。在本文中，咱们将讨论怎么在车辆内运用USB，USB Type-C与PD（Power Delivery）操控器应具有的功用，互操作性的影响，以及USB Type-C规划应考虑的首要因素。
Power Delivery（洽谈供电）的妙处
咱们所在年代的节奏在不断加速，咱们需求能更快、更频频地为咱们的设备充电。假如具有100W供电才干，就能在约15分钟内一同为笔记本电脑和手机充满电。
进步供电才干是车载USB的要害。尽管用户能够运用Type-A转 USB-C的适配器，经过车上的老端口为新手机充电，可是这样做不能充分发挥USB Type-C接口的优势。具有USB Type-C接口的新一代手机尽管具有快充才干，却受制于USB Type-A接口的7.5W供电才干。明显，全功率供电将对客户满意度和车型差异化优势有着重要的效果。
一般来说，轿车OEM厂商无需为车上的每一个USB Type-C端口供给全功率100W电力。为了在不严峻影响充电时刻或牢靠性的前提下下降本钱，可在多个端口间同享100W供电功率，完成所谓的动态负载同享。在总功率100W的状况下，合作相应的固件，当有第二个设备刺进时，USB PD操控器可进行智能的分配，将一个USB Type-C端口的功率下降至60W，而第二个刺进的设备能够获得40W功率（参见图2）。
图2. 为下降本钱，可在多个端口间同享100W供电功率，即所谓的动态负载同享。
A）单个设备以100W功率充电；B）在第二部设备刺进后，两部设备可同享端口供给的功率。
USB Type-C与PD操控器
为处理USB Type-C和Power Delivery（PD）协议的复杂性，PD操控器集成了带有PD逻辑的嵌入式微处理器。典型状况下，该微处理器的固件由处理器制造商供给，要么是一个可下载文件，要么是由开发环境直接生成。
轿车OEM厂商要在车辆的长生命周期中供给高牢靠的处理方案，经过USB认证仅仅最低要求。操控器应得到老练的软件栈支撑，并经过商场查验，这样才干保证USB子体系的牢靠性。此外，互操作性也十分必要。由于两个契合USB标准的设备也未必能一同作业。
互操作性在轿车运用中起着重要的效果，互操作性差，会给用户满意度形成负面影响。USB端口已开展成为轿车的一项严峻功用，从充电、音乐流媒体到智能手机交互，越来越多的功用运用USB端口。购买轿车时，人们有时更关怀是否能够轻松地衔接手机和播映音乐，而不是发动机作业有多杰出。
轿车的运用寿数很长，它们不只需求与当今商场上简直每一种智能手机、平板电脑和笔记本电脑完成互操作，还需求与往后几年推出的电子设备完成互操作。考虑到一般智能手机每两年替换一次，互操作就变得更为重要。
此外，就如许多标准相同，USB PD标准会随时刻推移而演进开展。例如，当时标准支撑具有可编程供电（PPS）功用的Power Delivery 3.0和Quick Charge (QC) 4.0。假如这些标准中的恣意一种标准发生改变（实际上USB Type-C标准和PD标准一向处于改变中），轿车或许就不能彻底兼容商场上的新式设备。
完成高牢靠、互操作性的仅有途径是运用可编程的USB操控器。运用可编程操控器有助于对USB PD协议栈进行晋级，使之能与最新设备完成互操作。由于轿车有如此很多组件需求运用软件运转，司机们的习气是，这些软件晋级对车主是通明的。由于当一辆车进行维护保养时，技能人员一般会从晋级固件开端。
操控器尽管具有嵌入式处理器，但它未必具有可编程才干。以固定功用的USB操控器为例，它不需求编程，销售价格也较低。作为替代品的可装备操控器，能供给数量有限的、预先编程的装备选项。
固定功用操控器与可装备操控器很合适消费类电子设备（如USB鼠标）等运用。此类运用的产品寿数最多只要几年时刻，并且产品交互简略，只需与数量有限、且清晰界说的几种设备进行互操作（如PC机和笔记本电脑）。
由于可编程USB操控器能让开发人员充分发挥操控器的各项功用，为多种设备的互操作和各种用例供给最佳体会。经过反应，操控器能动态调整和调校自身设置，以针对详细设备优化功用。此外，在引进新标准或发生意外问题的时分，经过固件晋级，这种USB操控器足以灵敏地处理这些问题。这就有助于轿车OEM厂商在车辆的整个运用寿数中保证互操作、质量和牢靠性。
值得一提的是，充分发挥这种操控器的各项功用，并不需求开发人员直接为操控器编程。开发人员运用先进的开发东西，就能界说操控器的各种作业形式。接着，开发东西能主动生成正确的固件。这些东西也简化了更新操控器的进程。
此外，一些USB操控器制造商还担任办理新USB设备的互操作性，为车上USB-C口供给晋级用的固件，以应对标准的改变。轿车OEM厂商也就没有必要专门组织工程资源来自行从事这方面的作业。
车载USB操控器不同于标准化产品。试想，假如USB鼠标停止作业，不到10美元就能够替换。但假如车载USB端口停止作业，则需求贵重的质保修理才干康复。因而，车载USB操控器有必要契合更高标准。良品率有必要远高于消费类产品。轿车运用的电子设备有必要能够接受更高的作业温度。轿车组件的保修年限远远善于一般消费类电子产品。例如，消费类操控器的保修年限或许很短，而轿车OEM厂商要求的保修年限则超越10年。
保证车规级可用性的五项技能
规划具有更大供电才干的USB Type-C子体系，首要应战之一是电源需求过压、过流、ESD和短路维护以及高压栅级驱动器。此外，还需求线缆补偿，以保证车上信号经过长线缆时的信号质量。轿车的内部空间往往很短促，且时常在恶劣的环境条件下作业，为了完成牢靠运转，还需求加温度操控，操控功率，以防过热和损坏。此外，在向USB Type-C过渡的进程中，OEM厂商需求支撑传统的USB Type-A设备。
电路维护：在USB端口的实际运用环境中，USB电路需求防备一系列电气事情。其间，最常见的便是静电放电（ESD）。例如，乘客在塑料椅子上来回移动或冲突地毯就会累积静电电荷。假如他们触碰露出在外的USB端口，就或许损坏车内精细的电子设备，这些设备修理难度大，修理本钱高。
为了避免ESD，体系需求与屏蔽地衔接，这样就能安全地耗散能量。抱负的话，操控器应集成ESD防护功用。一般，8 KV的触摸放电防护和15 KV的空气放电防护足以维护操控器不会因ESD事情损坏。此外，也能够在PCB上加装额定的ESD维护二极管，进一步增强维护。
USB端口还需求防备意外的过压（OV）和过流（OC）状况。过压和过流常发生在设备充电的进程中。在发动充电时，设备和供电体系要在电流和电压上坚持一致。可是，假如体系供给过错的电压或电流，就需求触发过压维护（OVP）或过流维护（OCP）电路，起到维护设备的效果。
此外，短路维护也是必要的。在将线缆按必定视点拉拽时，Vbus引脚或许与某一个数字引脚瞬间短路。Vbus的电压可高达20V，而数字引脚仅能接受5V，这种短路会损坏相关的端口。与Type-A端口比较，短路维护关于USB Type-C端口显得愈加重要。这是由于，Type-C端口在更紧凑的空间中塞入了22个引脚（而Type-A为9个），然后进步了Vbus的短路概率。
抱负状况下，USB操控器应集成短路维护功用。短路维护能够重置，这样发生短路时不会损坏操控器。之后能够重置操控器以康复该Type-C口功用，这样短路事情就成为暂时的可康复事情，不用召回车辆入店修理。假如没有集成短路维护功用，操控器或许被焚毁，导致严峻问题。
高压栅级驱动：为了支撑后向兼容，USB Type-C接口的默许电压为5V。在供电电压确认后，操控器或许需求从5V FET切换到20V FET，以支撑更高功率的供电。假如该功用未集成在操控器中，则需求外加电路来驱动更大功率的FET，以便为Vbus供给20V电压。
线缆补偿：为便当起见，USB端口或许布局在车内遍地，比方中控台、后座间的中心储物盒和/或杂物箱内。关于不单用于供电的USB端口（如数据功用），USB操控器还很有或许用于信息文娱体系。将储物盒中的端口衔接到信息文娱体系或许需求长达10英尺的USB线缆。运用如此长的线缆或许形成严峻的压降，对信号质量和牢靠性形成晦气影响。
为了坚持长线缆中的信号质量处于牢靠的作业范围内，操控器能够施加补偿。简略来说，操控器内的固件可调理输出电压，以补偿超长线缆发生的压差。这种补偿可根据运用的线缆长度采纳固定数值，操控器也能够经过定时对接收到的信号进行监控、修正补偿调理量，进行动态压降补偿。
过温功率操控：选用USB Type-C的另一应战是怎么处理高达100W功率充电时发生很多热的问题。过热或许形成一系列问题，包含引发火灾和/或损坏正在充电的设备。挨近的、对热比较灵敏的组件，如信息文娱体系或导航体系的电子设备，也或许遭到晦气影响。过大的热耗散乃至或许损坏USB端口自身，需求贵重的维护或保修。
过温功率操控是避免过热的有用办法。安置在灵敏组件周围的热传感器在挨近热阈值时会警示操控器。操控器随即下降充电功率。下降功率后，发热削减，体系便能够冷却下来。与此一同，衔接的设备仍然在充电，仅仅速度下降。这种安全功用应集成在操控器的微处理器中，并对用户通明。
支撑传统的USB Type-A口：尽管新设备将选用USB Type-C接口，可是运用USB Type-A接口的设备仍有数十亿之多。轿车OEM厂商需求供给Type-A端口，为这些传统设备供给支撑。不用规划两个独自的USB子体系，现有的操控器能一同支撑Type-A端口和Type-C端口（参见图3）。这类一体化操控器在简化体系规划的一同，最大极限地下降了总BOM本钱。
图3. 赛普拉斯供给的CCG3PA等混合操控器一同支撑Type-C端口和Type-A端口，因而用户既能衔接Type-C端口设备并完成快速充电，也能衔接他们的传统Type-A端口设备并为其充电。
为了保证电源的牢靠性，需求完成上述一切功用。这样会明显添加车载USB Type-C与PD子体系的本钱和空间占用。面向轿车商场的USB操控器将这些功用和其他功用集成在一同（参见图4），保证悉数组件都到达车规要求，能够很好地协同作业、下降本钱、简化规划。削减需求安装的元件数量还能够削减潜在的毛病点，进步牢靠性。
图4. 面向轿车商场规划的USB Type-C操控器，比方这儿显现的赛普拉斯CCG3PA，经过集成必要组件，保证高牢靠供电、下降本钱、简化规划，一同在车辆的运用寿数中坚持杰出的互操作性。
赛普拉斯是历代USB技能的抢先供货商。轿车OEM厂商运用EZ-PD USB-C CCG3PA操控器，能把Power Delivery 3.0和Quick Charge 4.0的悉数优势供给给自己的客户。CCG3PA评价套件可为USB Type-C电源适配器/充电器和充电宝规划供给全面的支撑，包含固件生成。
跟着USB PD敏捷成为轿车的标配功用，能与新一代便携式设备互操作成为要害。轿车需求支撑USB Type-C接口。从USB Type-A晋级到USB Type-C还能支撑快速充电等新的功用。为了在车辆的整个运用寿数周期中坚持高质量和互操作性，规划人员需求满足灵敏的可编程操控器，以习惯USB标准改变、并与根据新标准的未来产品进行互操作。经过将要害功用集成到操控器中，为内部电子设备供给维护，OEM厂商既能保证牢靠性，也能最大极限地下降体系本钱。
