集成元件可更大程度地提高功率密度

如前所述，USB PD 充电解决方案涉及多个外部器件，包括控制单元、MOSFET 和感应电阻器，这些器件的解决方案尺寸和 BOM 成本尚未经过优化。

图 2 所示的完全集成式降压/升压充电器可以简化 USB PD 充电解决方案的系统级设计。首先，在充电器上集成输入电流检测功能。借助感应到的输入电流，充电器可提供输入电流调节和输入过流保护，从而避免适配器过载。作为输入过压和过流保护电路的一部分，外部背对背 MOSFET 的控制逻辑和驱动电路也集成到了充电器中。这些功能使得去掉方框图中支持输入电源路径管理和输入电流检测的单元成为可能。

便携式设备的常见趋势是采用多种输入源。例如，输入源可以是 USB 适配器、常规桶形适配器、充电盒或太阳能。背对背 MOSFET 的两个驱动器使充电器能够从两个不同的输入源中选择输入电压。

充电器还集成了所有四个开关 MOSFET、相关控制逻辑和驱动器。充电器内部集成了用于管理 NVDC 电源路径的电池 FET。通过感应流经电池 FET 的充电电流，可以去掉充电器输出侧的外部感应电阻器。

通过实现四个 FET 的降压/升压转换器的双向操作，充电器自身可以支持 OTG 模式。当存在适配器时，充电器以正向充电模式工作，电流从 VBUS 流向电池。

当适配器断开连接时，电流流动方向相反，从电池流向 VBUS。VBUS 上的 OTG 模式输出电压覆盖从 2.8V 至 22V 之间的整个 USB PD 电压范围，可编程阶跃步长为 10mV，与 USB PD 3.0 规格兼容。

为了支持 USB Type-C 端口的 FRS，此集成式降压/升压充电器实现了一种全新的备用模式。在本文中，备用模式是指降压/升压充电器从正向充电模式到反向 OTG 模式的超快速切换，而不会导致总线电压崩溃。

参阅图 3 中的应用图表可知，适配器连接 USB 端口为系统供电，并通过降压/升压功率级为电池充电。同时，适配器可以通过充电器的 PMID 输出为附件供电。适配器断开连接后，电池的内部 FET 仍可以为系统供电；但是，PMID 上的附件可能会断电。

在启用备用模式的情况下，充电器能够监测 VBUS 电压。VBUS 电压降到预设阈值以下，表示已移除适配器。一旦检测到适配器移除，充电器可迅速从正向充电模式转换为 OTG 模式，对电池放电，以调节 VBUS 电压，并自行实现 FRS。拔出适配器后，为系统和附件供电的电源可以从适配器无缝切换到电池，这样可以去掉方框图中用于 OTG 模式和 FRS 的直流/直流转换器。

图 4 显示了用于 FRS 的充电器备用模式测试波形。在 USB1 上连接了一个 9V 适配器作为输入电源。通过导通 ACFET1-RBFET1，VBUS 将对适配器短路

。假设 PMID 上有 1A 的辅助电流，BAT 上有 1A 的充电电流。当 9V 适配器电压 (VAC) 消失后，仍可以将 PMID 和 VBUS 电压调节为 5V，以持续为 1A PMID 负载供电。