USB Type-C 是新一代通用串行總線連接器、端口和電纜規範，支持雙向電源和正反逆插，支持更高的充電功率和達10 Gbps的數據傳輸速率，被越來越廣泛地應用於便攜式設備。

 

USB PD全稱USB Power Delivery，即USB功率傳輸協議，支持數據通信和高達100 W的功率傳輸
，啟動時默認支持5 V@3A

，可根據需要調至27 W、45 W、60 W
、100 W等
，並支持額外的功率和電壓選擇。USB PD 3.0是USB-IF組織發布的最新協議，旨在一統快速充電技術規範的可編程電源（PPS，Programmable Power Supply）。USB PD3.0輸出電壓範圍從5V擴展到3 V至21 V

，步進調幅電壓為20 mV。

 

QC 3.0是高通第三代快充技術，其支持的總線電壓(VBUS) 範圍，Class A為3.6 V至12 V，Class B為3.6 V至20 V。QC 3.0在分立模式下等同於QC 2.0
，以0 V、0.6 v
、3.3 V三級邏輯通過靜態D+/D- 值選擇VBUS
；在連續模式下
，新的QC 3.0以200 mV小步幅增加或降低VBUS，讓便攜式設備選擇最適合的電壓達到理想充電效率
，更具靈活性，其最大負載電流限製為3 A，最高功率可達60 W。高通的快充技術如今已發展到第四代即QC4，電壓檔細分為以20mV為一檔
，同時支持USB PD。

 

 

安森美半導體和偉詮共同推出的45W USB PD 3.0電源適配器方案涵蓋5V/3A、9V/3A、12V/3A
、15V3A 
、20V/2.25A的PD 3.0規格和3.6 V至12 V/3 A的QC 3.0 Class A規格，額定輸出功率45 W，平均能效超過90%，待機功耗低於30 mW，符合最新的能效標準

，且占板尺寸僅57mmx36mmx19mm

，功率密度達1.15W/cm3，此外，該方案還集成全麵的保護機製，包括自適應的輸出過壓保護、欠壓保護、過流保護、短路保護、電纜壓降補償
、開環保護等，在實現高能效和高功率密度的同時確保高可靠性
，工程師采用該方案可輕鬆設計出支持PD 3.0或QC 3.0的高能效
、高功率密度和高度可靠的電源適配器，用於智能手機、平板電腦和筆記本電腦等應用。 

 

該設計主要采用安森美半導體的初級端高頻準諧振反激式PWM控製器NCP1340
、次級端同步整流控製器NCP4306、同步FET NTMFS6B03、開關FET ATP104和偉詮的PD3.0協議控製器WT6632F/WT6615F。方案框圖如圖1所示。

 

圖1：45 W USB PD3.0電源適配器方案框圖

 

準諧振反激+同步整流的架構有利於實現高功率密度和高能效。在該方案中，安森美半導體的NCP1340采用準諧振電流模式控製，工作頻率高達150 KHz

，集成X電容放電功能和新一代跳周期模式
，穀底鎖定開關運行機製避免因穀底數不穩定所產生的音頻噪聲問題，配以同步整流控製器NCP4306
，通過超快關斷觸發、極短導通延時和強大的驅動能力降低整流二極管導通損耗。同步FET NTMFS6B03導通電阻低至4.8 mΩ
，最大限度地降低導通損耗
，低門極電荷和電容最大限度地降低驅動損耗。而輸出FET采用單P溝道ATPAK功率MOSFET ATP104
，具備低導通電阻、大電流、纖薄的封裝和4.5 V驅動能力。

 

偉詮的USB PD控製器WT6632F/WT6615F支持USB PD 3.0規範和QC 3.0，用於USB Type-C DFP下行端口(源)充電應用，通過集成USB PD基帶物理層、Type-C檢測、並聯穩壓器
、電壓和電流檢測、負載開關的MOSFET控製器和8位微處理器
，最大限度地減少外部元件數，實現小外形和低物料單(BOM)成本
，支持3 V至30 V的寬工作電壓範圍

，無需外部LDO
，多次可編程的ROM可用於編輯程序代碼及用戶配置數據。

 

圖2：45 W USB PD3.0電源適配器方案電路原理圖

 

該方案在230 Vac、滿載條件下的開關頻率高達約130 KHz。

 

 

我們在90 Vac、115 Vac、230 Vac
、264 Vac 條件下，測得該方案於5 V輸出(電纜未插入)的待機功耗都低於27 mW，在評估板端測得在115 Vac和230 Vac的條件下，20 V/2.25 A輸出的平均能效超過90%。

 

圖3：能效測試曲線

 

當拔除電纜時， MOSFET快速關斷，當再次插入電纜
、總線電壓Vbus降至5 V時，MOSFET快速導通。此外，我們在上述所有條件下測得的紋波和噪聲都低於100 mV， 動態性能出色
，散熱性良好。

 

圖4：熱圖像@20V2.25A

 

現已被安森美半導體收購的Fairchild與偉詮合作推出經實踐證實的高能效方案仍將提供給客戶，且配備相應的評估板和使用指南：

 

支持USB PD 2.0的24 W電源適配器方案，輸出電壓涵蓋5 V、9 V、12 V
，采用離線準諧振PWM控製器FAN602MX、次級端同步整流控製器FAN6240M6X和偉詮的USB PD控製器WT6630P

 

支持USB PD 3.0+PPS的25 W電源適配器方案
，輸出電壓涵蓋5 V、9 V，采用離線準諧振PWM控製器FAN604HMX
、次級端同步整流控製器FAN6240M6X和偉詮的USB PD控製器WT6615F

 

支持USB PD 3.0+QC 3.0的65 W電源適配器方案，采用離線準諧振PWM控製器FAN604HMX
、次級端同步整流控製器FAN6240M6X和偉詮的USB PD控製器WT6632F/WT6615F。

 

 

USB Type-C接口和USB PD協議將成為市場的主流。安森美半導體利用在電源半導體領域的專長和偉詮在USB PD領域的領先技術

，合作推出全係列USB PD壁式充電器參考設計以滿足市場需求。其中，45 W USB PD3.0電源適配器方案，支持USB Type-C PD 3.0和QC 3.0協議，工作頻率高達150KHz
，功率密度達1.15 W/cm3，待機功耗低於30 mW，完全符合各項能效標準
，且具備高達90%的平均能效

，和出色的紋波及動態性能，使設計人員能快速設計出支持USB PD 3.0和QC 3.0的緊湊和高能效的電源適配器，用於智能手機、平板電腦和筆記本電腦等應用。此外，該方案還易於擴展輸出功率至60 W。