上海贝岭“功率器件&电源IC”在PD快充中的应用

一、手机充电技术的发展历史及现状

USB-PD，英文全称为USB Power Delivery，是USB的标准化组织USB-IF推出的一个快速充电的标准。经过近7年时间的发展与更新，如今的USB PD快充协议已经由最初的1.0版本、2.0版本、3.0版本发展到PPS(Programmable Power Supply)，现在又推出了最新的3.1版本。目前为止，我们现有的使用消费类产品大部分停留在USB-PD 3.0的时代。 

接口方面，当下USB-C即type C接口以其正反插即可、可通大电流的同时还能实现数据传输的优势稳居市场占有量最大。

从2010年到2021年，快充技术整体上基本经历了4次大的变更，功率从7.5W到最大可实现240W的功率等级。

二、快充技术方案概述

传统的手机充电器采用的是PSR反激电路，这种充电器的电路是最早研发被采用的，目前市场上15W以下的充电器大多也采用这种方案，相对于SSR来讲，PSR反激电路主要有以下优缺点：

1.优点：PSR 省掉了光耦、431 及它们周边元件，所以体积可以做得更小，价格更便宜；

2.缺点：PSR采用原边辅助绕组作为采样电压，由于变压器工艺、输出二极管的一致性、输出寄生电阻等因素，导致 PSR 输出精度较低，一般只用在小功率电源上（15W 以内）。

PSR反激电路

相对来讲，SSR电路较PSR电路要复杂一点，主要优缺点如下：

1.优点：由于采用的是副边反馈，所以反馈的速度比较快，精度更准确，使得电路的稳定性更高，动态响应速度更快，输出电压电流精度高，可应用的领域更多；

2.缺点：由于反馈控制要更快更精准，采用了光耦和431,使得电路板上元器件的成本增加。

SSR反激电路

现在的手机充电器电路方案：SSR反激电路+协议输出可调组成的电路。下图为目前市场上流通的带有协议的充电器采用的方案，也是目前市场上采用量最大的方案，输出功率从18W-120W不等；目前最新的充电器功率240W,后续也将大批量投入市场。

1.优点：输出功率随着手机和充电器的协议可以进行调节，而且输出稳定，采用MOS管用来同步整流大大减小了整流时的损耗，输出VBUS MOS管可及时对输出进行保护和调节，安全性高；

2.缺点：元器件多，成本高。

SSR反激电路+协议组合电路

现状较少但是未来有一定发展趋势的手机充电器电路方案：PFC+SSR反激电路+协议输出可调组成的电路。图中这种方案目前市场上流通量较少，但必定是未来发展趋势，这种手机充电器的功率一般是≥100W时才会采用这样的方案，后续随着充电器功能功率不断加大，这种方案采用的会更多。

1.优点：增加了PFC电路，使功率因数增大，在同等方案下充电器功率可以做得更大。

2.缺点：元器件多，成本高。

PFC+SSR反激电路+协议组合电路

三、贝岭功率器件在PD应用的产品推荐

3.1  手机充电器对功率MOSFET技术需求1

手机充电器中，PFC和初级开关管有如下技术需求：

1.高击穿电压：保证开关MOS能够不被击穿；

2.低内阻：导通状态下产生的功率小，发热少；

3.低开关损耗：使开关导致的损耗降低，发热减少；

4.低热阻：正常工作时发热量小；

5.低di/dt和dv/dt：开关状态下产生震荡以及杂波小，产生较小的电磁干扰。

贝岭型号推荐：

3.2  手机充电器对功率MOSFET技术需求2

手机充电器中整流开关管和VBUS开关管技术需求如下：

1.高击穿电压：保证开关MOS能够不被击穿；

2.低内阻：导通状态下产生的功率小，发热少；

3.低热阻：正常工作时发热量小；

4.高雪崩耐量：发生异常短路情况时会产生较大的电压电流尖峰，高雪崩耐量可使MOS管不被击穿；

5.短路电流能力强：短路瞬间会产生较大电流，MOS管需要有承受较大电流的能力。

贝岭型号推荐：

四、贝岭电源IC器件在PD应用的产品推荐

4.1 ME8138: 高性能电流模式 GaN驱动控制器

应用场合：

应用于PD快充、适配器、充电器、开放式电源

4.2 ME8131: 高性能电流模式PWM驱动控制器

应用场合：

应用于PD快充、适配器、充电器、开放式电源

4.3 ME8128:  高性能离线QR GaN反激变换器

应用场合：

应用于PD快充电源、适配器等反激式开关电源

4.4 ME841X:同步整流控制器 & 转换器

应用场合：

应用于PD快充电源、充电器、适配器等反激式开关电源