PD充電器硬件結(jié)構(gòu)

典型的手機(jī)充電器的硬件結(jié)構(gòu)（以基于Dialog方案的高通QC2.0快充協(xié)議為例）如圖1所示。iW626作為QC2.0協(xié)議控制器，經(jīng)由USB口的D+/D-信號和手機(jī)側(cè)AP進(jìn)行供電協(xié)商，然后通過光耦控制原邊的AC/DC控制器iW1780完成輸出電壓的調(diào)整。

基于PD協(xié)議的充電器電路可以維持AC/DC部分不變，只是將QC協(xié)議控制器替換為PD控制器，比如Cypress半導(dǎo)體的CCG2（type-cControllerGeneraTIon2）。CCG2是最早通過USB-IF認(rèn)證的PD控制器之一，內(nèi)部包含ARM?Cortex?-M0處理器和完備的PD協(xié)議收發(fā)器，可以滿足充電器，主機(jī)，附件，EMAC線纜等各種支持type-c口的應(yīng)用，在蘋果，聯(lián)想，HP，Dell，小米，樂視等一線品牌客戶都有眾多的量產(chǎn)案例。

圖1基于Dialog方案的高通QC2.0快充協(xié)議的充電器硬件框圖

采用CCG2PD控制器和DialogAC/DC控制器的充電器電路簡圖如圖2所示，CCG2通過Type-C口的CC信號和手機(jī)AP進(jìn)行PD協(xié)議溝通，然后通過PWM控制光耦將電壓和電流需求反饋到AC/DC進(jìn)行輸出調(diào)節(jié)。CCG2會通過采樣VBUS來保證PD協(xié)議狀態(tài)機(jī)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，并且根據(jù)PD狀態(tài)通過MOSFET控制VBUS的通斷。另外CCG2也可以通過D+/D-支持QC3.0協(xié)議，在同一個Type-C口上實現(xiàn)PD和QC的共存（實際工作時兩者不能同時起用，用戶可以定義優(yōu)先級和使能策略）。PD快充除了可以進(jìn)行調(diào)壓充電，還可以進(jìn)行電流調(diào)節(jié)，實現(xiàn)電流精調(diào)或者大電流充電甚至直充。CCG2可以使用內(nèi)部ADC進(jìn)行電壓電流采樣，進(jìn)行閉環(huán)控制和OVP/OCP/UVP保護(hù)。CCG2的保護(hù)機(jī)制是軟件控制的，因此實時性不夠，可以充當(dāng)AC/DC控制器保護(hù)的輔助或者冗余。Cypress的第三代PD控制器CCG3在精簡BOM的同時，集成了內(nèi)部硬件的OCP/OVP等保護(hù)機(jī)制，提高了ADC精度，提供了最優(yōu)的大電流直充方案，已經(jīng)在多個手機(jī)客戶開始了評估設(shè)計。

圖2基于CypressCCG2方案的PD和QC快充協(xié)議的充電器硬件框圖

pd充電協(xié)議是什么

PD充電協(xié)議是USB-IF組織公布的功率傳輸協(xié)議，它可以使目前默認(rèn)最大功率5V/2A的type-c接口提高到100W，同時谷歌宣布Android7.0以上的手機(jī)搭載的快充協(xié)議必須支持PD協(xié)議，意在統(tǒng)一快充市場。

pd協(xié)議快充什么意思

USB-PowerDelivery（USBPD）是目前主流的快充協(xié)議之一。是由USB-IF組織制定的一種快速充電規(guī)范。。USBPD透過USB電纜和連接器增加電力輸送，擴(kuò)展USB應(yīng)用中的電纜總線供電能力。該規(guī)范可實現(xiàn)更高的電壓和電流，輸送的功率最高可達(dá)100瓦，并可以自由的改變電力的輸送方向。

USBPD和Type-C的關(guān)系。經(jīng)常會有人把USBPD和Type-C放在一起談，甚至就把Type-C充電器叫做PD充電器。USBPD和Type-C其實是兩碼事，USBPD是一種快速充電協(xié)議，而Type-C則是一種新的接口規(guī)范。Type-C接口默認(rèn)最大支持5V/3A，但在實現(xiàn)了USBPD協(xié)議以后，能夠使輸出功率最大支持到前文提到的100W。所以現(xiàn)在許多實用Type-C接口的設(shè)備都會支持USBPD協(xié)議。

USBPD的發(fā)展前景。USBPD現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了USBPD3.0版本。在谷歌的推動下目USBPD已經(jīng)收編了高通的QC快充協(xié)議，并獲得了中國工信部的支持。有望在不久統(tǒng)一目前混亂的快充市場。

PD快充協(xié)議優(yōu)勢

PD是PowerDelivery，關(guān)注的是兩個或者多個設(shè)備，甚至是一個基于USB接口的智能電網(wǎng)的電能傳輸過程，電能傳輸可以是雙方向的，甚至是組網(wǎng)的，可以具備系統(tǒng)級供電策略。而QC是QuickCharge僅僅關(guān)注的是快速充電問題，電能傳輸是單方向的，不具備電能組網(wǎng)能力，不支持除了供電以外的其他功能。

目前支持PD協(xié)議的設(shè)備還比較少，已知的僅蘋果的newMacbook、魅族和HTC手機(jī)的幾款高端型號、谷歌筆記本等少數(shù)設(shè)備，但是星火之勢，終可燎原，而且國內(nèi)也漸有廠家推出了PD協(xié)議的充電頭，比如筆者剛?cè)胧值倪@個奧?？芇D充電器TSM-1U。ORICOTSM-1U使用了瓷白的PC材料外殼，整體偏向正方形，采用的是兩段化設(shè)計，大部分為光滑表面，接近插頭的地方為磨砂處理，增加和手的接觸阻力，易于插拔，而光滑處能防污和提高產(chǎn)品顏值。

USB PD快速充電通信原理

USBPD的通信是將協(xié)議層的消息調(diào)制成24MHZ的FSK信號并耦合到VBUS上或者從VBUS上獲得FSK信號來實現(xiàn)手機(jī)和充電器通信的過程。

如圖所示，在USB PD通信中，是將24MHz的FSK通過cAC-Coupling耦合電容耦合到VBUS上的直流電平上的，而為了使24MHz的FSK不對PowerSupply或者USBHost的VBUS直流電壓產(chǎn)生影響，在回路中同時添加了zIsolation電感組成的低通濾波器過濾掉FSK信號。

US BPD的原理，以手機(jī)和充電器都支持USBPD為例講解如下：

1）USBOTG的PHY監(jiān)控VBUS電壓，如果有VBUS的5V電壓存在并且檢測到OTGID腳是1K下拉電阻（不是OTGHost模式，OTGHost模式的ID電阻是小于1K的），就說明該電纜是支持USBPD的；

2）USBOTG做正常BCSV1.2規(guī)范的充電器探測并且啟動USBPD設(shè)備策略管理器，策略管理器監(jiān)控VBUS的直流電平上是否耦合了FSK信號，并且解碼消息得出是CapabilitiesSource消息，就根據(jù)USBPD規(guī)范解析該消息得出USBPD充電器所支持的所有電壓和電流列表對；

3）手機(jī)根據(jù)用戶的配置從CapabilitiesSource消息中選擇一個電壓和電流對，并將電壓和電流對加在Request消息的payload上，然后策略管理器將FSK信號耦合到VBUS直流電平上；

4）充電器解碼FSK信號并發(fā)出Accept消息給手機(jī)，同時調(diào)整PowerSupply的直流電壓和電流輸出；

5）手機(jī)收到Accept消息，調(diào)整ChargerIC的充電電壓和電流；

6）手機(jī)在充電過程中可以動態(tài)發(fā)送Request消息來請求充電器改變輸出電壓和電流，從而實現(xiàn)快速充電的過程。