自從2017年9月蘋果iPhone 8首次引進(jìn)快充技術(shù)，在隨后的iPhone X、iPhone Xs、iPhone Xs Max、iPhone Xr等所有iPhone機(jī)型都將支持USB PD快速充電功能作為標(biāo)準(zhǔn)配置，9月11日，喬布斯劇院召開(kāi)2019年秋季新品發(fā)布會(huì)，正式發(fā)布2019年的三款全新的iPhone手機(jī)：iPhone 11、iPhone 11 Pro和iPhone 11 Pro Max，三款手機(jī)均支持18W USB PD快充，其中iPhone 11 Pro系列的兩款機(jī)型更是標(biāo)配了USB-C接口的18W PD充電器和USB-C to Lightning快充數(shù)據(jù)線，是USB PD快充發(fā)展史上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，標(biāo)志著快充行業(yè)風(fēng)口已經(jīng)來(lái)臨。
 

　　
 

　　目前由于PD充電器的功率密度提高及輸出電壓范圍變寬，電源設(shè)計(jì)面臨著3大安全挑戰(zhàn)：　　

　　1、電網(wǎng)波動(dòng)：市電異常高壓易導(dǎo)致輸入電容爆裂，開(kāi)關(guān)管、保險(xiǎn)絲等元器件損壞！　　

　　2、功率器件發(fā)熱：快充因功率密度提高，異常工況下，功率器件大量發(fā)熱，有熔化外殼風(fēng)險(xiǎn)！　　

　　3、輸出過(guò)壓：異常工況下(開(kāi)環(huán))，輸出電壓高上加高，若超過(guò)PMU耐壓，有損壞手機(jī)風(fēng)險(xiǎn)！

　　

　　在2019（秋季）USB PD＆Type-C 亞洲大會(huì)上，芯朋微應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)——王曠先生主講了《如何讓PD快充更安全？》，發(fā)布最新PD快充重磅IC及18-60W全系列安全PD充電解決方案！

　　

　　一、市電異常高壓對(duì)充電器的影響及對(duì)策　　

　　市電高壓下，高壓電解電容的漏電流損耗會(huì)增加，當(dāng)C2過(guò)熱開(kāi)閥損壞后，等價(jià)為nF級(jí)電容，差模電感L1加變壓器漏感與寄生電容發(fā)生振蕩，振蕩尖峰電壓高達(dá)數(shù)百伏，易導(dǎo)致Q1擊穿，進(jìn)而損壞CS電阻等多個(gè)元器件。

　　

　　對(duì)策1：直接采樣市電保護(hù)技術(shù)　　

　　PN8275P內(nèi)部850V高壓模塊，通過(guò)HV腳直接監(jiān)控市電，實(shí)現(xiàn)市電精準(zhǔn)OVP保護(hù)HV腳還兼有X電容放電和高壓?jiǎn)��?dòng)功能，PN8275P外驅(qū)MOS方案適用于30W/45W/60WPD快充應(yīng)用。

　　

　　對(duì)策2：間接釆樣市電保護(hù)技術(shù)　　

　　PN8161P(18WPD快充)內(nèi)置市電保護(hù)模塊，在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通階段，通過(guò)仁dmg電流判斷市電，可實(shí)現(xiàn)5%精度市電OVP保護(hù)，移除傳統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)市電保護(hù)所需的9顆元器件。

　　

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（以18W PD為例）　　

　　市電OVP精準(zhǔn)保護(hù)：升高市電至321ac時(shí)PN8161P自動(dòng)關(guān)閉PpWM，由于高壓電容損耗降低及環(huán)溫降低，從而有效保護(hù)高壓電容�！�
　

　　　

　　CH1：輸出電壓；CH4：市電

　　

　　有效識(shí)別雷擊干擾：雷擊發(fā)生時(shí)，高壓電容電短時(shí)間超過(guò)市電OvP閾值(464VDC)，PN8161R自動(dòng)識(shí)別為雷擊干擾信號(hào)，輸出電壓正常推持。
 

　　

　　CH1：輸出電壓；CH4：高壓電容電壓

　　

　　二、異常過(guò)溫對(duì)充電器的影響及對(duì)策　　

　　由于人體可觸摸到充電器的外殼，安規(guī)要求外殼溫度需低于75度。PD快充由于功率密度更高，異常工況下功率器件大量發(fā)熱，有熔化外殼風(fēng)險(xiǎn)。

　　

　　對(duì)策：控制芯片內(nèi)置OTP保護(hù)市電　　

　　PN8161(18W PD)集成控制器+智能MOS，采用3D疊層封裝技術(shù)控制器精準(zhǔn)監(jiān)控功率MOS溫度，實(shí)現(xiàn)低成本、精準(zhǔn)快過(guò)熱安全保護(hù)�！　�

　　PN8275(30-60W PD)同時(shí)提供芯片內(nèi)部和芯片外部的雙重OTP保護(hù)。芯片內(nèi)溫度超過(guò)145℃，芯片進(jìn)入過(guò)溫保護(hù)狀態(tài)；通過(guò)外部NTC檢測(cè)系統(tǒng)熱點(diǎn)是否超過(guò)定值，復(fù)用CS腳實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

　　

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（以18W PD為例）　　

　　加重負(fù)載，功率器件溫升不斷升高，當(dāng)PN8161表面溫度至127.3度，充電器OTP保護(hù)。
　

　

　　CH1：PN8161；CH2：變壓器；CH3：殼內(nèi)環(huán)溫

　　

　　三、輸出過(guò)壓對(duì)充電器的影響及對(duì)策　　

　　異常工況下(如閉環(huán)控制異常)，PD充電器輸出電壓會(huì)高上加高，如果USB口電壓超過(guò)手機(jī)內(nèi)部的PMU單元耐壓(典型值16V)，則損壞手機(jī)！因此，應(yīng)合理設(shè)計(jì)充電器的輸出過(guò)壓保護(hù)(典型值低于15V)。
　　

　　對(duì)策：PN8275/PN8161在變壓器去磁期間采樣輔助繞組電壓，通過(guò)對(duì)輸出電壓的間接采用實(shí)現(xiàn)異常過(guò)壓保護(hù)。
　　

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（以18W PD為例）　　

　　短路光耦次級(jí)模擬反饋異常，輸出電壓升高至14.4V時(shí)，觸發(fā)PN8161輸出過(guò)壓保護(hù)。　

　

　　CH1：輸出電壓；CH4: PN8161芯片供電

　　

　　PN8161典型應(yīng)用于18W PD充電器，除外圍精簡(jiǎn)外，芯片通過(guò)DMG腳開(kāi)關(guān)波形間接采樣市電和輸出電壓，實(shí)現(xiàn)市電OVP和輸出電壓OVP，避免充電器內(nèi)部器件或手機(jī)PMU過(guò)壓損壞。芯片采用3D疊層封裝技術(shù)，控制器可精準(zhǔn)監(jiān)控內(nèi)部智能功率MOS溫度，實(shí)現(xiàn)低成本、精準(zhǔn)快OTP，有效防止功率器件過(guò)熱引起的安全問(wèn)題。
 

　　

　　18W PD快充方案亮點(diǎn)：　　

　　節(jié)省10顆以上外圍： 無(wú)啟動(dòng)電阻、無(wú)CS偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)，原副邊均實(shí)現(xiàn)SOP8功率集成；　　

　　滿足CoC V5 Tier 2：專利高壓?jiǎn)��?dòng)，實(shí)現(xiàn)30mW待機(jī)功耗；工作曲線隨輸出電壓自適應(yīng)，不同輸出電壓下平均效率裕量均大于4個(gè)點(diǎn)；　　

　　EMC性能卓越：抖頻幅度隨負(fù)載自適應(yīng)，改善傳導(dǎo)；DCM/QR工作模式，避免次級(jí)整流管反向恢復(fù)問(wèn)題，改善輻射；　　

　　3.3~12V寬輸出電壓范圍：PN8161/PN8307H供電范圍寬，無(wú)需額外LDO穩(wěn)壓；　　

　　協(xié)議芯片任意搭：SSR架構(gòu)，方案易滿足PD3.0/QuickCharge 4+。
 

　　

　　PN8275典型應(yīng)用于30W/45W/60W PD充電器，芯片通過(guò)850V耐壓HV腳直接監(jiān)控市電實(shí)現(xiàn)市電OVP保護(hù)，并兼具高壓?jiǎn)��?dòng)、X電容放電等功能。芯片內(nèi)置片內(nèi)OTP和片外OTP，可監(jiān)控充電器多個(gè)熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)雙重OTP保護(hù)，更安全。此外，DMG實(shí)現(xiàn)輸出過(guò)壓保護(hù)和OCP線電壓補(bǔ)償，避免輸出電壓異常損壞手機(jī)電池管理電路。

　　

　　驪微電子作為芯朋微一級(jí)代理商、本著為客戶提供低價(jià)格、高效率，低功率，高效應(yīng)的宗旨，合作三年有余，致力于電源方案設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及芯片銷售，團(tuán)隊(duì)具有8年以上電源方案設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，擁有豐富的開(kāi)關(guān)電源、充電器、適配器、小家電等產(chǎn)品的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持服務(wù)，為客戶提供一站式的電源解決方案，更多PD快充產(chǎn)品的詳細(xì)手冊(cè)或技術(shù)資料，請(qǐng)向驪微電子申請(qǐng)。>>