集成元件可更大程度地提高功率密度

如前所述，USB PD 充電解決方案涉及多個外部器件，包括控制單元、MOSFET 和感應電阻器，這些器件的解決方案尺寸和 BOM 成本尚未經過優化。

圖 2 所示的完全集成式降壓/升壓充電器可以簡化 USB PD 充電解決方案的系統級設計。首先，在充電器上集成輸入電流檢測功能。借助感應到的輸入電流，充電器可提供輸入電流調節和輸入過流保護，從而避免適配器過載。作為輸入過壓和過流保護電路的一部分，外部背對背 MOSFET 的控制邏輯和驅動電路也集成到了充電器中。這些功能使得去掉方框圖中支持輸入電源路徑管理和輸入電流檢測的單元成為可能。

便攜式設備的常見趨勢是采用多種輸入源。例如，輸入源可以是 USB 適配器、常規桶形適配器、充電盒或太陽能。背對背 MOSFET 的兩個驅動器使充電器能夠從兩個不同的輸入源中選擇輸入電壓。

充電器還集成了所有四個開關 MOSFET、相關控制邏輯和驅動器。充電器內部集成了用于管理 NVDC 電源路徑的電池 FET。通過感應流經電池 FET 的充電電流，可以去掉充電器輸出側的外部感應電阻器。

通過實現四個 FET 的降壓/升壓轉換器的雙向操作，充電器自身可以支持 OTG 模式。當存在適配器時，充電器以正向充電模式工作，電流從 VBUS 流向電池。

當適配器斷開連接時，電流流動方向相反，從電池流向 VBUS。VBUS 上的 OTG 模式輸出電壓覆蓋從 2.8V 至 22V 之間的整個 USB PD 電壓范圍，可編程階躍步長為 10mV，與 USB PD 3.0 規格兼容。

為了支持 USB Type-C 端口的 FRS，此集成式降壓/升壓充電器實現了一種全新的備用模式。在本文中，備用模式是指降壓/升壓充電器從正向充電模式到反向 OTG 模式的超快速切換，而不會導致總線電壓崩潰。

參閱圖 3 中的應用圖表可知，適配器連接 USB 端口為系統供電，并通過降壓/升壓功率級為電池充電。同時，適配器可以通過充電器的 PMID 輸出為附件供電。適配器斷開連接后，電池的內部 FET 仍可以為系統供電；但是，PMID 上的附件可能會斷電。

在啟用備用模式的情況下，充電器能夠監測 VBUS 電壓。VBUS 電壓降到預設閾值以下，表示已移除適配器。一旦檢測到適配器移除，充電器可迅速從正向充電模式轉換為 OTG 模式，對電池放電，以調節 VBUS 電壓，并自行實現 FRS。拔出適配器后，為系統和附件供電的電源可以從適配器無縫切換到電池，這樣可以去掉方框圖中用于 OTG 模式和 FRS 的直流/直流轉換器。

圖 4 顯示了用于 FRS 的充電器備用模式測試波形。在 USB1 上連接了一個 9V 適配器作為輸入電源。通過導通 ACFET1-RBFET1，VBUS 將對適配器短路

。假設 PMID 上有 1A 的輔助電流，BAT 上有 1A 的充電電流。當 9V 適配器電壓 (VAC) 消失后，仍可以將 PMID 和 VBUS 電壓調節為 5V，以持續為 1A PMID 負載供電。