【導(dǎo)讀】隨著智能電子產(chǎn)品電池容量的不斷增加，快速充電成為提升用戶體驗(yàn)的一個(gè)重要考量。目前，市場(chǎng)處于多種充電標(biāo)準(zhǔn)共存的局面，但是隨著USB Type-C接口標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的推廣， USB-PD有望在未來(lái)的快速充電市場(chǎng)中獲得越來(lái)越多的統(tǒng)御力。
與目前的快速充電協(xié)議相比，基于USB Type-C的USB-PD協(xié)議優(yōu)勢(shì)很明顯：其可以承載3A或5A的電流（傳統(tǒng)的USB A型或B型接口最大承載電流只有1.7A），有利于提升充電的功率，最高的傳輸功率可以達(dá)到100W；同時(shí)接口中定義了用于功率傳輸協(xié)議通訊的專有通道(CC1/CC2)，可以在充電和受電設(shè)備間完成智能的自適應(yīng)充電調(diào)節(jié)，提升充電效率。加之USB Type-C在數(shù)據(jù)傳輸方面的優(yōu)勢(shì)——支持USB 3.1高達(dá)10Gbps的速率——以及支持正反插的特性，因此隨著USB Type-C的廣泛應(yīng)用USB-PD協(xié)議的市場(chǎng)滲透率將快速增長(zhǎng)。
為了響應(yīng)這一市場(chǎng)趨勢(shì)，技術(shù)公司也正在積極推進(jìn)基于USB-PD的充電解決方案的開發(fā)。日前，Power Integrations公司（以下簡(jiǎn)稱PI）和Cypress聯(lián)合推出了一款針對(duì)智能移動(dòng)設(shè)備充電器應(yīng)用、兼容USB-PD協(xié)議的20W AC-DC電源轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)DER-533，向著未來(lái)的快速充電市場(chǎng)邁出了重要的一步。這一參考設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了USB-PD標(biāo)準(zhǔn)的Profile 2要求，能夠通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)3A、USB Type-C線纜提供5V/3A和9V/2.2A的功率傳輸，并且能夠滿足DoE6能效要求，空載功耗低于30 mW。
在該參開設(shè)計(jì)的開發(fā)中，PI和Cypress各自拿出了自己最具競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)——PI創(chuàng)新的InnoSwitch-CP高度集成的隔離反激拓?fù)溟_關(guān)IC，和Cypress的USB Type-C端口控制器EZ-PD CCG2——簡(jiǎn)言之，PI的產(chǎn)品負(fù)責(zé)高效率的電源管理，Cypress的技術(shù)則確保基于功率傳輸協(xié)議的智能控制。
PI的InnoSwitch-CP芯片一直是其引以為豪的產(chǎn)品，由于采用了專利的FluxLink技術(shù)，InnoSwitch-CP芯片跨接在AC/DC轉(zhuǎn)換器初級(jí)和次級(jí)兩端，通過(guò)磁感耦合它既實(shí)現(xiàn)了高性能的次級(jí)反饋控制，也兼具初級(jí)反饋控制電路簡(jiǎn)單的特性，具有顯著的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，由于次級(jí)反饋控制具有紋波小、動(dòng)態(tài)性能好的優(yōu)勢(shì)，因此在功率比較大的應(yīng)用場(chǎng)合InnoSwitch-CP產(chǎn)品更能夠顯現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)，這也正好契合了快速充電市場(chǎng)功率日益增加的需求。此外，由于采用的同步整流，InnoSwitch-CP芯片可實(shí)現(xiàn)更高的效率，并能夠避免初次級(jí)的MOSFET交越導(dǎo)通，確保了方案的可靠性。
圖1，PI的InnoSwith-CP采用了創(chuàng)新的磁感耦合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了更高的性價(jià)比
InnoSwitch-CP中的“CP”意思是恒定功率，這意味著其可在USB-PD協(xié)議中提供持續(xù)恒定的大功率輸出，在不同輸入電壓、負(fù)載、溫度及批量生產(chǎn)條件下輸出穩(wěn)壓精度均優(yōu)于3%，并且在整個(gè)功率范圍內(nèi)以高于90%的效率工作。
圖2，InnoSwitch-CP的功率特性，可確保在USB-PD協(xié)議充電中提供持續(xù)恒定的大功率輸出
在該方案的智能充電控制端，Cypress的CCG2 USB Type-C控制器的表現(xiàn)也可圈可點(diǎn)。該器件中，包含了一個(gè)ARM Cortex-M0 處理器及32KB 閃存，集成了Type-C 收發(fā)器、終端電阻及系統(tǒng)級(jí)的ESD保護(hù)電路，出廠前已經(jīng)固化了滿足USB-IF 要求的固件程序。為了滿足能耗標(biāo)準(zhǔn)的要求，CCG2的低功耗性能也很出色，在進(jìn)入“深度睡眠” 狀態(tài)時(shí)僅消耗2.5μA電流。
不過(guò)，CCG2 USB Type-C控制器最顯著的優(yōu)勢(shì)還在于其靈活性，由于其具有可編程性，用戶可以根據(jù)需要定義設(shè)備在充電過(guò)程中的角色——充電端或受電端；另一方面，未來(lái)可以根據(jù)USB-PD標(biāo)準(zhǔn)的變化更新固件，以適應(yīng)USB-IF 規(guī)范的更新修改。
圖3，CCG2 USB Type-C控制器框圖
總之，PI和Cypress推出的這款USB-PD充電器方案集成了雙方的優(yōu)勢(shì)技術(shù)，在基于USB-PD的快速充電市場(chǎng)開啟之初，提供了一個(gè)經(jīng)典的范例。未來(lái)雙方將如何聯(lián)手在市場(chǎng)上圈地，讓我們拭目以待。
圖4，PI和Cypress聯(lián)合推出的充電器參考設(shè)計(jì)DER-533電路圖
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