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USB-Cポート： 次の自動車における標準電源ポート【オン・セミコンダクター】
2021年4月2日
USB-Cポート： 次の自動車における標準電源ポート
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新型コロナウイルスにより、 私たちは多くの旅行計画を保留またはキャンセルせざるを得ませんでした。一時は、航空機での移動が完全に制限されるのではないかと思った方もいるでしょう。また、航空機での移動よりも、新型コロナウイルスの感染リスクを抑えやすい自動車での移動を好んで選んだ人もいます。
従来、自動車には、充電機能が全く搭載されておらず、外出前にすべての機器をフル充電することが当たり前でした。現在、一部の自動車には、携帯電話用の低電力のUSB標準Aポート、または12Vの電源と携帯機器をつなぐ中電力のUSB電源ケーブルが備え付けられています。しかし、それでも携帯電話、そして辛うじてタブレット端末のニーズに対応できる状態です。ノートPCの充電が必要な場合はどうなるでしょうか。
USB-C TM （USB Type C とも呼ばれます） は、ノートPCだけでなく、移動中の全期間でGPSを使用しつづけるような消費電力が大きな5Gスマホやタブレット端末の充電機能を提供することで、救いの手を差し伸べます。お使いのエンターテインメエント機器にApple CarPlayが搭載されているなら、携帯電話を充電するのと同じUSB-Cポートを使用してCarPlayでデータを扱えますし、同様にAndroid Autoも扱うことができます。また、Bluetoothでデータ、 USB-C で充電を使いたい場合も、すべてコントロールできます。
また、後部座席に座った状態で機器を充電する必要があるでしょうか。USB-C充電専用ポートは、車内全体の色々なところにあり、電力は車のバッテリーから5V～21V のUSB-C Power Delivery （PD） 電源へわずか20mVステップで直接変換できます。各USB-Cポートから利用できる電力は100Wへ拡張可能であり、これはノートPCを1時間足らずでフル充電するために十分です。現在の急速充電対応スマートフォンは、その USB-C ソリューションで使用されている設計および製品に依存しますが、15分間でフル充電できます。
しかし、システム設計者は、車載USB充電モジュールの設計にどこから着手するのでしょう。もちろん、合計1030ページに上る USB-CおよびUSB PD 仕様書を読むことから着手できますが、これは非常に時間のかかる気の遠くなる作業であり、内容を理解するためにリファレンスとなる仕様まで遡る必要があるかもしれません。USB標準団体への参加には、時間がかかり過ぎます。また、仕様は常に進化し、更新されています。オン・セミコンダクターは、仕様を理解したいが情報の多さに圧倒されている皆さまをサポートできます。なぜなら、これは当社が得意とする分野だからです。
オン・セミコンダクターは、高出力USB-C PDポートの設計を支援する、すべてのエレクトロニクスとリファレンス設計を提供することにより、容易なソリューションを提供します。12Vのバッテリーのあと、バックブーストDC/DCレギュレータは、触れるだけで USB-C 通信を開始できる5Vを提供します。また、USB PDコントローラは、接続されている携帯電話、タブレット端末、およびノートPCが最適なバッテリー充電に必要な電圧と電流を確保できるようUSB-Cポートを管理して、すべてのハンドシェークを処理します。また、オン・セミコンダクターは、すべてのMOSFET、逆バッテリー保護、過電圧、過電流、および過熱保護、バッテリー短絡保護のための保護デバイスを提供しており、それをリファレンス設計のなかに組みこんでいます。
下記に示す FUSB3307評価ボード は、このような60 Wリファレンス設計の優れた例です。 FUSB3307は、USB PD 3.0ソースコントローラであり、上記の急速充電アルゴリズムを実現するPPS（プログラマブルパワーサプライ）を提供します。出力充電電流は、小型の5 mΩ抵抗を通じて検知され、 NCV81599 Buck-Boostコントローラ のフィードバックを直接コントロールします。
図1 FUSB3307 評価ボード |
これは自己完結型のソリューションであり、USB PD と USB-C と互換性があります。すべての保護は、簡単設計用に設計されています。入力電圧4.5 V～32 Vを3.3 V～21 VのUSB PD電圧へ変換できます。5Aの電流が必要な場合も、追加のエレクトロニクス部品は必要ありません。既存のシステムが、電流を供給する前に5Aに対応したケーブルであるかチェックするからです。
オン・セミコンダクターは、自動車向けエレクトロニクス部品の大手サプライヤであるだけでなく、USB PD 仕様の電源アダプタ記述にも携わっています。 当社は仕様を細かくモニターし 、お客様の設計ニーズにソリューションを合わせこんでいます。オン・セミコンダクターは、自社のあらゆるデバイスを活用することによって、すべてをシームレスに機能させ、お客様のシステムをサポートしています。
FUSB3307 評価ボードの資料で、詳しい情報と、いかに容易にかつ迅速に設計に適用できるかについてご確認ください。当社の USB-C ソリューション の詳細、および自動車や他のさまざまなアプリケーションにおけるお客様の次の設計ニーズ、ソリューションのニーズに対応する方法については、下記の情報をご覧ください。
USB-C に関する詳しい情報：
• USB Type-C source controller supporting USB-PD 3.0 with PPS and a 4-switch buck boost
（ PPS および4スイッチ・バックブーストを備えた、USB-PD 3.0 をサポートするUSB Type-C
ソースコントローラ）
• 60 Watt USB Type-C PD demo board video （60ワットUSB Type-C PDデモボードの動画）
著者
Oscar Freitas
Senior Member of Technical Staff, ON Semiconductor
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