2016快速充電器設計趨勢及最新恒功率高效率充電方案

　　眾所周知，手機處理器正在以摩爾定律的速度前進(jìn)著(zhù)，早先的單核雙核已經(jīng)進(jìn)化到了如今的八核十核。相比于飛速發(fā)展的手機硬件性能，電池技術(shù)的進(jìn)步可用“龜速”來(lái)形容也不夸張，成為提升用戶(hù)體驗的瓶頸之一。如今手機廠(chǎng)商解決續航的辦法無(wú)外乎兩種：一是直接使用大容量電池，二是使用快速充電技術(shù)，相較于前者的“簡(jiǎn)單粗暴”，后者的實(shí)用性顯然更高。

　　隨著(zhù)用戶(hù)體驗正漸漸成為手機的核心競爭力，快速充電技術(shù)成為一項吸引用戶(hù)的重要指標。經(jīng)過(guò)近幾年發(fā)展，快速充電技術(shù)正逐漸成熟起來(lái)，包括高通、聯(lián)發(fā)科、華為、oppo等公司推出了各種快速充電協(xié)議，處于群雄紛爭的“戰國時(shí)代”，提高功率密度、對不同協(xié)議的兼容、可靠的控制機制等成為快速充電急需解決的挑戰和難題。

　　在近日由EEVIA主辦的“2016中國ICT媒體論壇和產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會(huì )上，致力于高能效電源轉換的高壓集成電路業(yè)界的領(lǐng)導者Power Integrations(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PI)公司的高級應用工程師、實(shí)驗室經(jīng)理Jason Yan對在場(chǎng)的媒體和工程開(kāi)發(fā)者深入闡述了快充技術(shù)的發(fā)展趨勢以及借助PI最新方案的應對之道，并正式宣布推出最新一代恒功率、高效率InnoSwitch-CP系列恒壓/恒流離線(xiàn)反激式開(kāi)關(guān)IC產(chǎn)品，不僅有助于提升手機的充電效率，更可有效改善手機發(fā)熱問(wèn)題。

　　雖尚需時(shí)日，USB-PD有望一統快充“江湖”

　　從事電源設計開(kāi)發(fā)和技術(shù)支持工作超過(guò)24年的Jason分析道，從線(xiàn)型降壓電源開(kāi)始，電源開(kāi)發(fā)在摸索中前進(jìn)，體積越做越小，充電方式也迎來(lái)了新的變革，現在的趨勢是快速充電。以前的充電器只提供一個(gè)固定的輸出電壓(5V)，電源提供的輸出功率取決于輸出電流的大小，輸出電流越大則提供給電池端的功率更大，從而提高充電效率減小充電時(shí)間。但電流不能無(wú)限制的增加，因在輸出電纜的功耗隨電流的增大會(huì )相應的增加。因而快速充電應用應運而生。其實(shí)現方法是手機跟充電器進(jìn)行雙向通訊，電源會(huì )根據負載端發(fā)出的指令做出反應，改變其輸出電壓和電流，實(shí)現減小功率損耗、增大充電功率、減小充電時(shí)間的目的，從而實(shí)現快速充電。

　　實(shí)現快充的前提是實(shí)現充電器端和手機端進(jìn)行通訊，如此便涉及到通訊協(xié)議的問(wèn)題。協(xié)議不同接口會(huì )有所差異，針對不同的協(xié)議接口，PI有不同的解決方法，在USB電纜中，指令通過(guò)數據線(xiàn)傳輸，數據線(xiàn)根據不同的通訊協(xié)議要求，通過(guò)D+、D-傳送指令信號，這種方式最早應用于高通公司的QC2.0協(xié)議，目前已經(jīng)進(jìn)展至QC3.0版本，進(jìn)一步對快充性能進(jìn)行了優(yōu)化。而即將興起的USB-PD協(xié)議，則可以完全實(shí)現雙向通訊，且其傳輸功率可以進(jìn)一步增加，應用前景將更加廣闊。相信在很多充電應用領(lǐng)域會(huì )被廣泛采用。

　　Jason認為，現在的快充通信協(xié)議市場(chǎng)呈現諸侯割據、混戰的形勢，還沒(méi)有統一標準。未來(lái)USB-PD協(xié)議將被引入，作為一個(gè)相對更完善的協(xié)議，將對國家快充標準的制定起到推波助瀾的作用。

　　從提高電壓到恒功率，看PI如何不斷優(yōu)化快充方案

　　提高充電速度的方法有兩個(gè)大方向，一是提高電壓，二是提高電流。Jason說(shuō)：“對于電流增加的方案，其連接器及電纜都需要特別的定制，因而其兼容性及成本都有一定的局限性。而提高電壓的方法可以保證輸出功率增加的同時(shí)，電源輸出電纜上的功耗不會(huì )顯著(zhù)增加，如果電壓的提高能夠以相對較小的檔位改變(比如200毫伏/檔)，則可以改善手機內部DC/DC轉換器的功耗，從而降低手機充電過(guò)程中的發(fā)熱問(wèn)題。針對此方式，PI推出的具有恒功率輸出特性的IC，以滿(mǎn)足快速充電應用中輸出電壓實(shí)現漸變特性的要求?！?/p>

　　PI一直致力于追求高功率密度解決方案，減少元件數目，提高效率。因目前的很多應用都希望在使用現有外殼的情況下提供更高的快充輸出所要求的功率。在以前的輸出電壓固定的設計當中，優(yōu)化效率相對來(lái)講比較容易。而快速充電的輸出電壓是變化的，因而要考慮使用單一變壓器實(shí)現不同輸出電壓情況下的效率問(wèn)題?？斐鋺弥凶儔浩髟O計時(shí)進(jìn)行綜合考量對于設計工程師來(lái)說(shuō)將是個(gè)挑戰。。另外，隨著(zhù)功率增加，外殼較小，如果電源轉換效率不高，充電器發(fā)熱嚴重的話(huà)，相應對產(chǎn)品的可靠性也是個(gè)考驗。因此，方案中完善的保護措施也是必需的。否則，要么造成無(wú)法充電，要么損壞后端的手機電路。