USB PD需求大增，PI推全新芯片助力

2021-09-24 14:03:57 来源: 互联网

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在电源芯片领域，有一家公司是不得不提的，那就是Power Integration，也就是大家俗称的PI。这是一家以AC-DC电源用IC起家的企业，而在后续的发展中，借助自我研发和收购，PI扩展出了LED驱动器芯片、高可靠性的IGBT驱动器、高级程度的电机驱动器和汽车级别门极驱动器和功率解决方案等多系列的产品。

值得一提的是，在近年来热门的氮化镓领域，这家老牌厂商也是其中一个主要推动者。早在2019年9月，PI就宣布交付了该公司PowiGaN氮化镓技术的第一百万个InnoSwitch3开关电源IC。

而来到近年来的另一个热点——USB PD市场，PI的市场地位也毋庸置疑。在具体介绍这个之前，我们先来了解一下什么是USB PD。

越来越重要的USB PD

所谓USB PD，也就是USB Power Delievry的简称，这是一种利用USB（Universal Serial Bus）电缆进行充电，并最大可达到100W供电受电的扩充标准。

其实在PD出来以前，以往的USB最大充电功率分别为USB 2.0最大的2.5W，USB 3.0最大的4.5W。而USB-IF組織發布DE 電池充电規範电池USB BC（Battery Charging）在1.2版本时的的最大充电功率也只有7.5W。而且还定义了不同的电源类型，如SDP， CDP以及DCP。

然而当随着智能手机屏幕越做越大，分辨率越来越高，性能越来越强大的同时，手机的电池容量却没有跟上。于是大家就将目光头像了让手机能更快地实现充电，进而推动了USB PD标准的诞生。经历了PD1.0，PD2.0，到目前最新的PD3.1之后，整个USB供电市场发生了翻天覆地的变化。

在标准演进的同时，USB PD对设计也提出了越来越多的要求。

如PD1.0把传输功率从之前的7.5W提高到了最大100W，输出电压最高达到20V，最大电流达到5A。当一个用电设备连接到主机的USB口，初始功率为10W (5V / 2A)，在最终的功率规格选定之后，传输功率相应的转换到18W，36W，60W或者100W。

伴随这Type-C接口规范的发布，USB-IF将USB PD升级到了2.0版本。BUS电压根据需求在5V，9V，15V和20V之间切换。作为一种新的接口规范，Type-C默认最大支持5V/3A。Type-C接口带有专用的通信线，即CC(channel configure)线。CC线可以传输USB PD协议，同时支持DRP (dual role port) type C接口，可以在电源和负载之间进行角色转换，进而支持功率双向传输。USB PD2.0借助Type-C接口进行功率传输，有效的解决了上述问题。

需要强调一下，普通的Type-C线缆仅可以支持3A电流，如果想要支持5A的电流，则需要使用带有E-Mark认证的Type-C线缆，否则电流被限制在3A。借助这样的认证，进一步提高了充电的安全性。

2015年，11月，USB PD 3.0标准公布，和2.0时代不一样，新的标准增加了PPS（programmable power supply）功能，BUS电压能够以20mV/step进行调整，电流限值能够以50mA/step进行调整。电压电流细分调整可以优化电力传输策略，让power变得更加智能化。在随后的2017年，则又带来了USB PD 3.0 PPS。

到了今年五月，USB IF协会又发布了全新的快充标准UBS PD 3.1。

据充电头网报道，USB PD3.1规范将原来的USB PD3.0内容归到标准功率范围（Standard Power Range，简称SPR）里面，最大功率保持100W不变；同时增加了扩展功率范围（Extended Power Range，简称EPR），最大功率由100W扩展到240W。

从USB-IF协会公布的资料看来，在扩展功率范围EPR中，新增了28V、36V和48V三种固定电压档和三种可调电压档（Adjustable Voltage Supply，简称AVS）。其中最大电流等级维持最大5A不变；100-140W功率是28V AVS，电压范围是15V-28V；大于140W到180W功率是36V AVS，电压范围是15V-36V；大于180W到240W是48V AVS，电压范围是15V-48V。

在USB PD3.1标准下，USB Type-C线缆分20V等级的普通线缆和50V等级的EPR线缆两种规格。超过100W的功率输出，不仅需要使用EPR（扩展功率）的5A线缆，而且还必须在Source，Sink和Cable之间通过EPR特定信息握手才能由SPR进入到EPR；如果线缆是固定在充电器上的Captive cable，则只需要Source和Sink之间握手即可。

PI 的六年演进

作为一个电源芯片专家，PI不会，也绝不可能错过USB PD这个机会。

据PI公司资深技术培训经理阎金光介绍，早在2015年，PI就推出了其面向这个市场的InnoSwitch和Fluxlink，并于2017年将其推进到InnoSwitch 3。到了2019年更是推出了带有I2C接口的InnoSwitch 3 Pro，为其增加了与MCU“通话”的功能。阎金光表示，之所以增加这个接口和微处理器，就是为了对PD协议的接口进行管理。为了满足更大功率输出的设计需求，PI在当年还推出了集成PowerGan开关的版本，给客户提供更好的设计。2020年，PI又推出了能降低大功率设计所需电容尺寸的MinE-CAP，满足开发者更高功率密度产品的设计需求，让开发者在保持功率不变的前提下，还能降低产品的尺寸。

近日，PI又带来了新款的InnoSwitc3-PD系列IC，给USB PD市场带来更好的支持。从阎金光的介绍我们得知，这个新的方案能够进一步简化客户PD产品的BOM设计。如下图设计，在框内只有单个IC，它能够直接和外部Type-C接口的CC1和CC2进行通信。换而言之，在这个全新设计中，我们把MCU放到了IC的内部，提高了集成度。

官方资料显示，这是业界面向USB Type-C、USB功率传输(PD)和USB数字控制电源(PPS)适配器应用的集成度最高的解决方案。采用超薄InSO-24D封装。内部除了集成了USB-C和PD控制器外，还集成了高压PowiGaN开关、多模式准谐振反激式控制器、次级侧检测电路、FluxLink™隔离式数字反馈电路和同步整流驱动器。

据介绍，采用InnoSwitch3-PD IC的电源设计具有低至14mW的空载功耗，效率更是最高可以做到95%。输出功率能够做到100W，且无需散热片就能符合所有全球能效法规。Power Integrations的FluxLink高速通信反馈链路可确保快速、精确的次级侧调整。InnoSwitch3-PD IC同样具备全面的保护功能，包括输入电压监测、精确的电压缓升/缓降和过压保护，以及具有可对故障响应单独设定的输出过压和欠压故障检测。

Power Integrations高级产品营销工程师Aditya Kulkarni也表示：“对于寻求极致充电器功率密度的设计人员来说，InnoSwitch3-PD IC是最佳之选。高功率密度需要方案具有极高的集成度和效率，以降低自身发热。InnoSwitch3-PD IC作为我们InnoSwitch3产品系列的最新成员，可以极大地简化智能手机、平板电脑、笔记本电脑和其他受益于快速充电的设备所需的紧凑、高能效USB PD电源的开发和制造。InnoSwitch3-PD IC可将BOM元件数减少到传统设计的一半，从而缩短设计时间。对于原装及非原装充电器厂商来说，可大大简化其超薄、超紧凑充电器的批量生产。”

责任编辑：sophie

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