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針對當前市場需求和最新的USB標準，領先的電源半導體供應商安森美半導體宣布攜手USB PD控制器領域的領導者偉詮電子，合作推出全系列USB PD壁式充電器參考設計，包括支持USB Type-C接口PD 3.0和高通Qualcomm Quick® Charge 3.0TM Class A快充協議的45 W USB PD 3.0電源適配器方案。 USBType-C、USB PD和QC 3.0簡介 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，并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范的可編程電源（PPS，Programmable Power Supply）。USB PD3.0輸出電壓范圍從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) 范圍，Class A為3.6 V至12 V，Class B為3.6 V至20 V。QC 3.0在分立模式下等同于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，其最大負載電流限制為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。 45 WUSB PD 3.0電源適配器方案實現緊湊、高能效的設計 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%，待機功耗低于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，該方案還集成全面的保護機制，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松設計出支持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，用于智能手機、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控制器NCP1340、次級端同步整流控制器NCP4306、同步FET NTMFS6B03、開關FET ATP104和偉詮的PD3.0協議控制器WT6632F/WT6615F。方案框圖如圖1所示。 file:///C:/Users/sophiaz/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.png 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于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制，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，谷底鎖定開關運行機制避免因谷底數不穩定所產生的音頻噪聲問題，配以同步整流控制器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控制器WT6632F/WT6615F支持USB PD 3.0規范和QC 3.0，用于USB Type-CDFP下行端口(源)充電應用，通過集成USB PD基帶物理層、Type-C檢測、并聯穩壓器、電壓和電流檢測、負載開關的MOSFET控制器和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的寬工作電壓范圍，無需外部LDO，多次可編程的ROM可用于編輯程序代碼及用戶配置數據。 file:///C:/Users/sophiaz/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.png 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。 能效和性能測試 我們在90 Vac、115 Vac、230 Vac、264 Vac 條件下，測得該方案于5 V輸出(電纜未插入)的待機功耗都低于27 mW，在評估板端測得在115Vac和230 Vac的條件下，20 V/2.25 A輸出的平均能效超過90%。 file:///C:/Users/sophiaz/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.png 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于100 mV，動態性能出色，散熱性良好。 file:///C:/Users/sophiaz/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.png file:///C:/Users/sophiaz/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.png 圖4：。
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