Analogtipp Effizientes und kostengünstiges USB PD für Infotainmentsysteme

USB-C und USB PD werden auch im Auto zunehmend gefragt. Ab dem Modelljahr 2025 dürfte die Anzahl von zwei auf vier steigen. Wir stellen eine flexible Lösung vor, die sich auf die eigenen Vorgaben abstimmen lässt.

USB-C ist weithin als neue, schnellere Technik zum Laden von Laptops, Tablets und Smartphones bekannt, und tatsächlich bietet diese Norm beeindruckende Eigenschaften. Ein einzelner USB-C-Anschluss unterstützt gemäß USB Power Delivery (USB PD) R3.1 bis zu 240 W (48 V, 5 A), was gegenüber den 7,5 W (5 V, 1,5 A) von USB-A eine gravierende Verbesserung darstellt. Hinzu kommt, dass die EU und weitere wichtige Länder USB-C als einheitlichen Ladestecker für elektronische Kleingeräte vorschreiben.

Die wachsende Zahl der mit USB-C und USB PD ausgestatteten Konsumprodukte sorgt dafür, dass beide Techniken auch in Kraftfahrzeugen vermehrt nachgefragt werden. Denn die Konsumenten möchten ihre Geräte selbstverständlich auch im Auto betreiben bzw. zügig aufladen können. Ab dem Modelljahr 2025 dürfte die durchschnittliche Zahl der USB-C-Ports in Kraftfahrzeugen von zwei auf vier steigen.

Viele Anwender profitieren bereits jetzt von der breiten Verfügbarkeit und Vielseitigkeit, die kennzeichnend für USB-C sind und dafür sorgen, dass künftig nicht nur elektronische Kleingeräte mit diesem Anschluss ausgestattet werden dürften. Insgesamt sorgt USB-C für Effizienz und Interoperabilität sowie eine problemlose Nutzererfahrung.

Anforderungen an USB-C für Anwendungen im Auto

Was die Anwendung von USB-C im Kontext eines Automobils angeht, spielen verschiedene Aspekte eine Rolle. Zweckmäßigkeit und Flexibilität der Anschlüsse sind von besonderer Bedeutung, wenn es möglich sein soll, Geräte unkompliziert anzuschließen, um sie zu laden oder um Daten zu übertragen. Anzahl, Abstand und Leistungsfähigkeit der Ports werden durch ein so genanntes Source Power Policy Management (SPM) koordiniert, das außerdem für die Konfiguration der Ports und ihre Fähigkeit zum Betrieb unter unterschiedlichen Bedingungen zuständig ist. Dies betrifft die Eingangsspannungen, die Temperaturen und das zugewiesene Leistungsbudget mehrerer Anschlüsse (Bild 1).

Zwei-Port-Ausführung des USB PD Controllers

Beim Baustein TPS25772-Q1 handelt es sich um eine Zwei-Port-Ausführung der USB-PD-Controller-Familie von Texas Instruments. Er enthält einen Buck-Boost-Wandler zur Versorgung des ersten Ports sowie eine Schnittstelle zur Steuerung eines externen Buck-Boost-Wandlers, der die Stromversorgung des zweiten Ports übernimmt. Sämtliche Regelfunktionen im TPS25772-Q1 werden von einem einzigen USB PD-Controller wahrgenommen, in den das SPM integriert ist.

Über mehrere Stellschrauben kann das Design und das Verhalten der Ladeeinheit beeinflusst werden. Zum Erstellen einer individuellen Konfiguration müssen nur wenige Fragen beantwortet bzw. einige Widerstandswerte modifiziert werden.

Auf den Platzbedarf und die Kosten kommt es ebenfalls an. Der nur 2,4 mm in der Höhe messende USB-C-Steckverbinder lässt nicht nur eine weitere Miniaturisierung industrieller Produkte zu, sondern ermöglicht auch in Autos eine platzsparende Realisierung der USB-Anschlussboxen.

Die USB PD-Controller von TI verfügen über eine integrierte Leistungsstufe mit Buck-Boost-Wandler, und die daraus resultierende Single-Chip-Lösung trägt zur Verbesserung der Effizienz und Leistungsdichte von USB-Produkten im Auto bei.

USB-C-Port im Automobilbereich implementieren

Inzwischen geht die Implementierung von USB-C-Ports im Automobilbereich in eine Phase über, in der neben der Stromversorgung auch die Datenübertragung eine Rolle spielt. Allerdings müssen durchaus nicht alle Ports im Auto für dieselbe Funktionalität ausgelegt sein. Während einige eine höhere Ladeleistung unterstützen können, sind alternativ auch Datentransfers möglich, sowie künftig auch USB DisplayPort Alternate Mode oder USB4 zum direkten Tunneln von DisplayPort Revision 2.1.

Als Entwickler ist man an flexiblen Lösungen interessiert, die sich auf die eigenen Vorgaben abstimmen lassen, wenn sich die Regelwerke weiterentwickeln und die Nachfrage des Markts zunimmt. Neuartige Hardware-Designs und immer mehr integrierte Funktionen werden die Nutzung von USB-C immer einfacher machen. (kr)

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* Penny Xu ist Business Lead for Wide Vin USB Products bei Texas Instruments in Dallas.

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