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安森美半导体实现高通QC3.0的完整方案

文章出处:捷配电子市场网 发布时间: 2016/11/09 | 1006 次阅读

    如今,智能手机、平板电脑等便携式设备随着用户的所需而不断增大屏幕和增多功能,耗电量明显增加,如何延长电池续航时间成为工程师需要解决的重要问题。同时,用户需要快速充电,使电源适配器所需的功率也增加,高通快速充电技术是应此需求而生。
    高通快速充电技术概览
    采用传统的5 V输入电压充电,由于输出大电流和线性阻抗产生的压降限制电池充电IC输入对输出电压余量,且产生更多热量和能效损失导致手机系统显着发热,而减小输出电流则需要更长的充电时间。高通快速充电技术突破传统5 V充电的限制,减少线路损耗,为电池充电IC提供充足的余量,改善热性能,实现更高转换能效,大大缩短充电时间。例如,若电缆电阻300 m?,便携式设备中总电阻300 m?,采用传统的5 V电压充电,根据USB电池充电规范1.2版(USB BC 1.2),Micro USB电缆的最大电流限制在1.8 A,输入功率为9 W,功耗为(1.8)2x(0.3 + 0.3)=1.94 W,能效损失达到22%;若采用高通快速充电,将输入电压提高至9 V,在相同输入功率9 W的情况下,输入电流为1 A,此时功耗仅为12 x (0.3 + 0.3) = 0.6 W,能效损失仅为5 V/1.8 A的1/3,减小发热量,且实现更快充电。
    高通快速充电现已升级至QC3.0,比上一代QC 2.0更进一步提升充电效率和加快充电速度。QC 2.0提供5V、9V、12V和20V四档充电电压,QC3.0则以200mV为步幅,提供从3.6V到20V电压的灵活选择。采用高通 QC 3.0时,便携式设备通过USB接口的D+和D-信号提交电压选择请求,在同一时间可能有不规律的USB数据通信。关于QC3.0支持的总线电压(VBUS)范围,A级为3.6 V至12 V,B级为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三级逻辑通过静态D+/D- 值选择VBUS;在连续模式下,新的QC 3.0以200 mV小步幅增加或降低VBUS,让便携式设备选择最适合的电压达到理想充电效率,更具灵活性,其最大负载电流限制为3 A,最高功率可达60 W。
    QC 3.0兼容于先前的QC版本,并可支持最新的USB Type-C接口,其工作原理是:在电源适配器里的次级端需要一个IC经由USB电缆来连接高通IC,USB D+和D-用于发送来自便携式设备的信息到适配器,次级端控制器处理所需的输出电压,解码D+和D-信号信息,请求初级端AC-DC控制器通过光耦来调节所需的输出电压,从而减小损耗,提高充电效率。
    安森美半导体致力于推动高能效创新,是全球电源方案的领袖,为配合新一代快速充电技术,公司推出符合新的高通QC 3.0的AC-DC适配器方案,支持更小尺寸的适配器,具有能效高、空载待机能耗低等优势,支持高通QC 3.0高压专用充电端口(HVDCP)A级和B级规格,和向后兼容旧的QC 2.0协议,并符合UL认证和欧盟能效标准(CoC V5 TIer-2)要求,提供领先业界的高能效。该方案集成NCP4371次级端充电控制器、NCP4308同步整流(SR)控制器和NCP1361/6初级端稳流准谐振(QR) PWM控制器。
    其中,NCP4371次级端QC3.0充电控制器支持充电器USB VBUS根据手机或便携式设备的需求而变化,为优化电池充电时间,USB VBUS可在3.6 V-20 V以分立步幅配置,兼容USB BC 1.2,提供+/-3%的恒压和恒流调节,内置可配置的功率限制功能,具备内部或外部放电功能选择,软短路限流降至VBUS = 2.2 V,外部元件少,无需次级端并联稳压器如TL431,就能实现一个充电器设计,节省了成本和所需空间。

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