前言

2021 年5 月，USB-IF 協(xié)會(huì)發(fā)布了全新的USB PD3.1規(guī)范，該規(guī)范將快充功率上限從100 W提升至240 W（支持Extended Power Range，簡(jiǎn)稱EPR）。充電功率的提升也讓USB PD的應(yīng)用從手機(jī)、筆記本電腦，擴(kuò)展到便攜式設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、智能家居、通信和安防設(shè)備、汽車和醫(yī)療等領(lǐng)域。

面對(duì)更多的應(yīng)用場(chǎng)景，市場(chǎng)對(duì)于PD協(xié)議芯片的要求也越來越高。慧能泰半導(dǎo)體順勢(shì)推出一款支持PD3.1 EPR且集成MCU的高性能PD協(xié)議芯片HUSB362，支持EPR模式140 W（28 V 5 A），PPS支持從18 W到100 W，AVS支持從100W到140W。目前HUSB362已通過了USB-IF協(xié)會(huì)的PD3.1合規(guī)性測(cè)試，TID為9329。

慧能泰PD3.1 EPR 協(xié)議芯片HUSB362

圖1.HUSB362 TID圖片

通過HUSB362實(shí)現(xiàn)的140 W（28V5A）大功率快充設(shè)計(jì)，外圍僅需1顆光耦和少量電阻即可實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)整和前級(jí)PFC控制。該方案采用的是3mΩ的高精度電流采樣，確保了采樣精度同時(shí)大大降低了系統(tǒng)的功耗，而且可以同時(shí)支持高端電流采樣和低端電流采樣。

圖2.HUSB362 28V5A設(shè)計(jì)小板

在PD3.1標(biāo)準(zhǔn)中， EPR工作模式增加了28 V，36 V和48 V三種固定電壓檔和三種可調(diào)電壓檔（Adjustable Voltage Supply，簡(jiǎn)稱AVS）。PD3.1 EPR模式下的OVP設(shè)置為對(duì)應(yīng)電壓的120%，更高的電壓也給PD協(xié)議芯片帶來更多的挑戰(zhàn)。HUSB362支持PD3.1 EPR模式，電壓上限支持到28 V，實(shí)際耐壓更是高達(dá)35 V。

圖3. HUSB362 28V5A設(shè)計(jì)小板電壓調(diào)試示例

圖4. HUSB362 28V5A設(shè)計(jì)小板工作示例

在大功率AC-DC應(yīng)用場(chǎng)景中，充電器、適配器對(duì)功率因數(shù)和輸入電流諧波的要求需要增加PFC電路來實(shí)現(xiàn)。為了提升電路效率降低系統(tǒng)功耗需要對(duì)PFC進(jìn)行控制，而HUSB362集成了高精度電壓電流采樣，能自主計(jì)算輸出功率，從而智能化地調(diào)節(jié)PFC線路開關(guān)。

在上述調(diào)壓過程中，HUSB362就實(shí)現(xiàn)了對(duì)前級(jí)PFC的控制：輕載（可編程，實(shí)驗(yàn)設(shè)置為輸入功率75W以內(nèi)）時(shí)斷開PFC電路，功率變大時(shí)再啟動(dòng)PFC電路。

另外，充電器功率變大，傳統(tǒng)電源架構(gòu)下的充電器體積將隨之增加。這個(gè)時(shí)候我們可以通過降低開關(guān)損耗、提高熱性能、采用新電源架構(gòu)提升充電器的功率密度的方式來減小大功率充電器的體積。

AHB（不對(duì)稱半橋）具有較高的轉(zhuǎn)換效率，支持電壓的寬范圍輸出，HUSB362+PFC+AHB可實(shí)現(xiàn)高效小型化的大功率快充電源設(shè)計(jì)。

圖5. HUSB362功能框圖

HUSB362作為一款集成了32位MCU的USB PD Source芯片，專為高性能電源設(shè)計(jì)。它可以支持多個(gè)具有可編程電壓和電流的PDO，如PPS PDO、EPR PDO，所有的PDO都完全符合USB PD 3.1 V1.7規(guī)范。

HUSB362還實(shí)現(xiàn)了可編程的DPDM PHY，D+和D-引腳可以被配置為支持QC2.0、QC3.0、AFC、FCP和Divider 3的模式，為傳統(tǒng)設(shè)備提供了很好的兼容性。

HUSB362集成N-MOS驅(qū)動(dòng)，可控制VIN和VBUS之間是否導(dǎo)通，從而保護(hù)與Type-C連接器連接的設(shè)備。另外，其CC1、CC2、D+和D-引腳的高電壓容限和保護(hù)為系統(tǒng)提供了更多的可靠性。除此之外，針對(duì)LPS（限功率電源），HUSB362也作了充分的保護(hù)設(shè)計(jì)。

圖6. HUSB362產(chǎn)品特性

對(duì)于快充電源設(shè)計(jì)而言，恒壓環(huán)路控制（CC）與恒流環(huán)路控制（CV）是必不可少的。HUSB362集成了優(yōu)質(zhì)的恒壓控制環(huán)(CV)和恒流控制環(huán)(CC)，同時(shí)集成FB調(diào)壓模式，可同時(shí)應(yīng)用于ACDC或者DCDC。無論何種應(yīng)用場(chǎng)景，都能實(shí)現(xiàn)雙環(huán)路控制，提升穩(wěn)定性同時(shí)兼顧兼容性。

HUSB362集成雙環(huán)路的設(shè)計(jì)可讓用戶采用極簡(jiǎn)的外圍元件實(shí)現(xiàn)應(yīng)用設(shè)計(jì)，提升空間利用率和設(shè)計(jì)難度同時(shí)降低BOM成本。

圖7. HUSB362 140 W 3C1A降功率快充電源設(shè)計(jì)電路圖

HUSB362還支持多口快充電源設(shè)計(jì)。通過2顆HUSB362和1顆HUSB365可以實(shí)現(xiàn)140 W 3C1A的降功率快充電源設(shè)計(jì)。單口工作時(shí)，單C口最大支持140 W（28V5A）快充，其中C3最大支持65 W（20V3.25A），單A口默認(rèn)18W快充，電壓電流可編程；任意兩口及以上工作時(shí)，C口降功率，電壓電流可編程，如果C3與A1口同插，輸出退回5V。適用于各類墻插、排插、車充等應(yīng)用。

深圳慧能泰半導(dǎo)體科技有限公司是一家專注于智慧能源控制技術(shù)的公司，主要面向智能快充和數(shù)字能源領(lǐng)域，提供高性能數(shù)模混合芯片產(chǎn)品。公司總部設(shè)立在深圳前海，同時(shí)在上海、浙江杭州、美國(guó)加州設(shè)有研發(fā)中心。慧能泰的核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)來自國(guó)內(nèi)外頂尖半導(dǎo)體公司，擁有強(qiáng)大的研發(fā)創(chuàng)新能力。公司現(xiàn)已獲多項(xiàng)授權(quán)專利，擁有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并于2020年被評(píng)為”高新技術(shù)企業(yè)“，也入選了深圳市“專精特新”企業(yè)名單。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

目前，慧能泰已完成了圍繞USB Type-C生態(tài)鏈的整體產(chǎn)品布局。在供電端，慧能泰提供各類高集成度高性能的A口、C口以及A+C多口快充協(xié)議芯片。在受電端，慧能泰可提供通過USB-IF認(rèn)證的PD Sink HUSB238、集成MCU的USB PD DRP產(chǎn)品HUSB251，以及全自主USB Type-C端口控制器HUSB320等多類型的產(chǎn)品。

而在線纜端，慧能泰有著全面的專利布局，已獲6個(gè)相關(guān)專利證明，并已推出多款技術(shù)領(lǐng)先的USB eMarker產(chǎn)品，例如開啟4引腳eMarker時(shí)代的HUSB332D、全球第一款過PD3.1認(rèn)證的eMarker芯片HUSB332B、自帶過溫保護(hù)功能的eMarker HUSB332C以及打通UFCS生態(tài)鏈的HUSB335等。慧能泰的產(chǎn)品已獲市場(chǎng)驗(yàn)證也廣受好評(píng)。

了解HUSB362更多信息：https://www.hynetek.com/2603.html