CXUS7780A-QT 车规级USB Type-C PD + PWM Buck-Boost控制器
USB PD3.0/PPS | 4V-36V输入 | AEC-Q100 Grade 2

产品版本：Rev 1.0 | 更新日期：2026年4月 | 型号：CXUS7780A-QT | 封装：WQFN-48L（6×6mm）

嘉泰姆电子（JTM-IC）推出的 CXUS7780A-QT 是一款高度集成的车规级USB Type-C Power Delivery（USB-C PD）和PWM Buck-Boost控制器，专为USB PD供电端（Provider）应用设计。芯片内置 ARM Cortex-M0 MCU，负责协议通信、PWM转换器智能控制、基于固件的保护以及客户定制功能。CXUS7780A-QT 集成了 PWM Buck-Boost控制器、硬件级保护（电感峰值电流限制、VBUS OVP、VO UVP、VCONN限流），即使MCU未激活也能快速响应。芯片符合 USB PD 3.0规范（含PPS）和 USB Type-C线缆与连接器规范1.2，支持 4V至36V 宽输入电压和 3V至22V 宽输出电压范围，采用 WQFN-48L 6×6mm 封装，通过 AEC-Q100 Grade 2 认证，是汽车USB Type-C PD充电器的理想选择。

1. 产品概述与市场定位

随着USB Type-C PD在汽车充电器中的普及，供电端（Provider）需要高集成度、高可靠性的控制器方案。CXUS7780A-QT 作为一款车规级USB PD和PWM Buck-Boost控制器，其核心价值在于将 USB PD协议通信、Buck-Boost功率转换、硬件级保护 和 MCU智能控制 集成于单一芯片，显著降低系统BOM成本和设计复杂度。

芯片内置的PWM Buck-Boost控制器采用峰值电流模式，支持 4V至36V 宽输入电压和 3V至22V 宽输出电压。芯片集成 AnyPower™恒压控制（10位分辨率，23.4mV/步进）和 AnyPower™恒流控制（9位分辨率），支持可编程开关频率（200kHz至600kHz），并具备 脉冲跳频模式（PSM） 以提高轻载效率。内置 电荷泵栅极驱动器 可驱动成本更低的N沟道MOSFET，替代昂贵的P沟道MOSFET。芯片还集成 输出泄放电路，在VBUS负跳变、硬复位或USB-C连接器拔出后快速放电VBUS。

CXUS7780A-QT 的USB PD功能符合 USB PD 3.0规范（含PPS）和 USB Type-C线缆与连接器规范1.2，支持Alternate Mode和VCONN输出，通过内部MCU支持其他专有通信协议。芯片采用 WQFN-48L 6×6mm 封装，结温范围 -40°C 至 125°C，环境温度范围 -40°C 至 105°C，完全符合汽车级应用要求。其硬件级保护包括 电感峰值电流限制、VBUS OVP、VO UVP、VCONN限流，响应速度快，确保系统在各种异常条件下安全可靠运行。

2. 主要特点与技术亮点

• USB Type-C PD Provider：符合USB PD 3.0规范、USB Type-C线缆与连接器规范1.2，支持Alternate Mode和VCONN输出。
• ARM Cortex-M0 MCU：支持USB PD协议通信、专有通信协议、智能控制、固件保护及客户定制功能。
• PWM Buck-Boost控制器：4V至36V宽输入，3V至22V宽输出，峰值电流模式PWM操作。
• AnyPower™恒压控制：10位分辨率，支持电缆压降补偿（CDC）。
• AnyPower™恒流控制：9位分辨率，电流检测电阻低至5mΩ至15mΩ。
• 可编程开关频率：200kHz至600kHz，支持频率同步。
• 脉冲跳频模式（PSM）：提高轻载效率，可选强制CCM操作。
• 内置电荷泵栅极驱动器：驱动N沟道MOSFET，实现输出功率路径开/关控制。
• 输出泄放电路：VBUS和BLD引脚内置泄放电路，快速放电输出电容。
• 硬件级保护：电感峰值电流限制、VBUS OVP、VO UVP、VCONN限流、可调外部OTP。
• 可编程保护阈值：VBUS OVP（3V-24.9V，97.66mV/步进）、VO UVP（3V-20V，93.75mV/步进）。
• 在线固件更新：通过从机I²C接口实现在线固件更新。
• I²C接口：支持主/从I²C接口，GPIO用于MUX控制或定制功能。
• VCONN输出：VCONN1/2输出电流限制，支持USB插头供电。
• 宽温度范围：结温-40°C至125°C，环境温度-40°C至105°C。

3. 典型应用电路

CXUS7780A-QT的典型应用电路包含：VIN输入（4V-36V），外接4个N沟道MOSFET（QA-QD）组成Buck-Boost功率级，功率电感L1，输入/输出电容，电流检测电阻RCS，VBUS输出（3V-22V）。CC1/CC2连接USB Type-C连接器，DP/DM连接USB数据线。芯片通过I²C接口与EC（嵌入式控制器）通信，GPIO用于状态指示和控制。VCONN1/2通过肖特基二极管连接至CC1/2，为E-Marker线缆供电。

图2. 典型应用电路

引脚封装图

4. 极限参数与电气特性（设计参考）

5. 工作原理与设计指导

5.1 MCU系统

CXUS7780A-QT 内置 ARM Cortex-M0 MCU，配合MTP存储器、ROM、SRAM、10位ADC、两个I²C接口（主/从）和GPIO引脚，构成完整的MCU系统。MCU负责电源控制、定制功能、策略引擎和设备策略管理，通过从机I²C接口向EC/AP报告PD操作状态（输入/输出电压、输出电流、外部温度），并接收命令。GPIO引脚可用于控制高速多路复用器或其他定制功能。

5.2 PWM Buck-Boost控制器

PWM Buck-Boost控制器包含 AnyVolt®恒压控制（23.4mV/步进）、AnyCurrent™恒流控制、失调消除输出电流检测放大器（23.5mA至47mA/步进，取决于检测电阻）、内置栅极驱动器、电荷泵栅极驱动器和输出泄放电路。CV或CC控制电路通过峰值电流模式PWM操作调节输出电压或电流。芯片集成 二极管仿真功能 和 脉冲跳频模式（PSM） 以提高轻载效率。输出电流检测放大器支持低至5mΩ至15mΩ的检测电阻，降低功率损耗。

5.3 欠压锁定（UVLO）

UVLO功能持续监测VDD和V2引脚的偏置电压。当VDD和V2均上升超过各自的UVLO上升阈值时，内部UVLO信号拉低以激活MCU。芯片还监测PVDD引脚的偏置电压。只有当所有UVLO信号均为低时，PWM Buck-Boost控制器才会激活，否则MCU和PWM控制器将保持在欠压锁定状态，防止不良操作。

5.4 脉冲跳频模式（PSM）与二极管仿真

轻载时，芯片进入 脉冲跳频模式（PSM） 和 不连续导通模式（DCM） 以降低开关损耗。内部补偿电压Vcomp与可编程PSM阈值比较，当Vcomp低于PSM阈值时，转换器进入脉冲跳频模式。芯片还集成 二极管仿真模式（DEM），通过两个零电流检测（ZCD）电路分别检测低侧和高侧MOSFET的源漏电压，避免反向电感电流。

5.5 电缆压降补偿（CDC）

CXUS7780A-QT 的AnyVolt功能可略微调整CV输出电压以补偿USB电缆上的压降。芯片可通过ADC检测CSOP和CSON引脚之间的输出电流检测电压（Vcs0），并自适应地添加适当的输出电压偏移（Vcdc）来补偿电缆压降。Vcdc与转换器输出电流（Iout）近似成正比：Vcdc = Iout × RCABLE，其中RCABLE是USB电缆寄生电阻的预设值。

5.6 VBUS过压保护（OVP）与VO欠压保护（UVP）

VBUS OVP是硬件级保护，通过内置电阻分压器监测VBUS引脚电压。当VBUS电压超过OVP阈值时，OVP比较器输出高电平并启动去抖计时。OVP跳变电压可编程为3V至24.9V（8位，97.66mV/步进），去抖时间可选。VO UVP监测VO引脚电压，当VO电压低于UVP阈值时，UVP比较器输出高电平并启动去抖计时。UVP跳变电压可编程为3V至20V（8位，93.75mV/步进），去抖时间可选。

5.7 功率路径栅极驱动器

CXUS7780A-QT 集成功率路径栅极驱动器，用于控制PWM转换器输出与USB-C VBUS端子之间的外部输出阻断MOSFET。内置电荷泵为栅极驱动器供电，驱动外部N沟道功率MOSFET，相比P沟道MOSFET更具成本效益。GP引脚的电压由电荷泵产生，VO引脚必须连接到PWM转换器输出以确保功率MOSFET能够成功导通。

5.8 VCONN输出

VCONN1和VCONN2引脚之一被选择为外部电子标记（E-Marker）或有源电缆供电。VCONN到VCONN1和VCONN2之间的两个内部MOSFET用于控制VCONN电源路径。建议通过肖特基二极管（D1/2）将VCONN1/2引脚连接至USB-C CC1/2端子，以防止反向电流。VCONN输入引脚必须连接至外部5V电源。

5.9 在线固件更新

嵌入式MTP存储器允许CXUS7780A-QT的固件通过I²C从机接口由EC或AP更新。芯片提供固件可编程设计功能，极大简化产品开发阶段的设计工作。最终用户也可通过互联网更新固件，根据需求进行软件更改。

6. 基于CXUS7780A-QT的车载USB PD充电器设计实例

设计目标：一款车规级USB Type-C PD充电器，输入电压12V（9V-36V范围），输出支持5V/3A、9V/3A、12V/3A、15V/3A、20V/3A（最大60W），支持USB PD3.0/PPS协议，工作温度-40°C至105°C。

• 系统配置：选用CXUS7780A-QT，VIN接12V车载电源，输入电容采用68μF铝聚合物电容并联10μF/50V X5R MLCC，功率电感选用4.7μH，输出电容采用100μF/25V电解电容并联10μF/25V X7R MLCC，电流检测电阻RCS=5mΩ。4个N沟道MOSFET（QA-QD）选用40V/20A器件，电荷泵驱动外部阻断MOSFET。VCONN1/2通过肖特基二极管连接至CC1/2。
• 参数设置：通过I²C配置PD协议参数，设置VBUS OVP阈值为22V（20V输出的110%），VO UVP阈值为3V。开关频率设为300kHz，CC恒流参考电压设为30mV（对应6A输出电流）。使能电缆压降补偿功能，补偿0.24V走线压降。
• 充电协议：芯片通过CC1/CC2与受电设备进行PD通信，协商输出电压和电流。支持USB PD3.0/PPS规范，兼容USB Type-C线缆与连接器规范1.2。
• 保护设计：VBUS OVP硬件保护响应时间快，VO UVP保护输出短路。CC1/2具备25V耐压。VCONN输出具备限流保护。外部NTC连接至GPIO1/AIN1/RT引脚实现外部过温保护（EOTP）。
• 热设计：在12V输入、20V/3A输出（60W）下，效率约95%，芯片功耗约3.2W。采用4层PCB，θJA=26.8°C/W，环境温度105°C时结温约125°C，满足限值要求。
• PCB布局：功率回路（CIN1→RCS1→QA→QB→CIN1'和CO1→QD→QC→CO1'）尽可能短以最小化开关噪声。CSP/CSN采用Kelvin连接。CC1/CC2、D+/D-走线远离功率噪声源。散热焊盘多过孔连接至地平面。

7. PCB布局建议

• IC接地：将IC GND引脚和散热焊盘连接至地平面（IC-ground），再通过低阻抗路径连接至USB GND端子。
• 去耦电容：VCONN、VDD、V2、PVDD和VBUS引脚的MLCC靠近引脚放置，通过低阻抗路径连接至引脚和IC-ground。
• 自举电容：BOOT1/2到PHASE1/2的电容通过短而低阻抗的路径连接。
• 功率级布局：PGND和PHASE1引脚分别连接至低侧MOSFET的源极和漏极。PHASE2和ZCD引脚分别连接至高侧MOSFET的源极和漏极。
• 电流检测：CSOP和CSON引脚之间的电容靠近这些引脚放置。CSOP和CSON路径必须使用Kelvin连接直接连接至电流检测电阻（RCSO）的端子。
• 功率回路：两个关键电流回路"CIN1→RCS1→QA→QB→CIN1"和"CO1→QD→QC→CO1"必须尽可能短，以最小化CSIP/VIN、CSIN、PHASE1、PHASE2和ZCD引脚的开关噪声。
• 输入/输出电容：使用MLCC（10μF/50V，X5R/X7R）作为输入和输出电容，重载时建议增加MLCC或固态电容以降低纹波。
• 散热：增加高侧和低侧MOSFET漏极的PCB面积以改善散热。
• 信号隔离：将输入/输出电流检测信号、CC1/CC2信号、CV环路反馈信号和CV/CC补偿网络与开关节点和开关电流路径隔离。
• ESD防护：在USB Type-C连接器的GND和VBUS端子附近连接MLCC，提高ESD抗扰度。

8. 订购信息与技术支持

CXUS7780A-QT 采用 WQFN-48L（6×6mm） 封装，无铅、RoHS合规，通过AEC-Q100 Grade 2认证。产品型号命名规则：CXUS7780A + 封装类型（QW：WQFN-48L 6×6）+ 等级（QT：AEC-Q100 Grade 2）+ 铅镀层（G：绿色）。嘉泰姆电子提供工程样品、量产芯片及全面的技术支持，包括评估板、参考设计和FAE现场支持。