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浅析两大PD移动电源解决方案

时间:2017-09-05 来源:

“充电五分钟,通话两小时。”一句简单的广告语,让快充技术迅速跃入了大众视野,成为近两年来手机及其配件中最火的关键词。

前有高通、MTK领军,后有OPPO、华为、三星等后起之秀,百花齐放的背后,企业各自为营为战,握手协议不一,致使整个快充市场的方案标准难以统一,各厂家之间的快充产品互不兼容,这不仅对消费者的使用来说非常不便利,还造成了资源上的浪费。

因此,为了规范快充标准,加速快充技术的商用与发展,今年年初,USB-IF(USB标准化组织)在原有USB PD2.0/3.0的基础上,通过与高通、泰尔实验室及国内主流手机厂商多方沟通,正式发布了USB PD3.0协议V1.1重要更新,旨在一统快速充电技术规范的PPS(Programmable Power Supply)由此问世,以实现对高通QC4.0/3.0、联发科PE3.0/2.0、华为FCP/SCP及OPPO VOOC等快充方案的收编;同时规范了新版本的USB接口将不允许通过非USB-PD协议来进行电压调整。

此外,谷歌亦在Android7.0 OEM规范中强调,快充技术必须支持USB-PD协议。这两个新规范的出现,为快充技术的正向发展从硬件和软件层面上了道“双保险”。

标准一统,大势所趋的USB-PD协议

可以看到,尽管当前市面上的快充协议各有差异,但本质上,它实现的方式无非两种:高压小电流和低压大电流。比如QC2.0、PE2.0、FCP等就属于高压小电流快充方式的代表,而像SCP、VOOC等属于低压大电流快充方式的代表。

随着今年春节期间PD3.0-V1.1规范更新,增加了PPS标准后,PD协议实现了对高压小电流和低压大电流两种快充方式的全面覆盖,为实现快充标准一统奠定了强有力的基础。

另一方面,PD协议相对于其他快充协议具有可靠性好、安全性高,扩展性强等特点。一般的快充协议只是通过简单地识别D+/D-,或者判断VBUS电压电流就实现了握手的过程,所以市面上很多方案商为了节省成本,采用普通的MCU就把整个协议的握手过程模拟出来,门槛非常低,造成的直接后果就是安全性低。

而PD协议需要经过BMC编解码、4B5B编解码、CRC检验等一系列操作后才能完成整个握手过程,一般的MCU无法实现,所以,PD协议芯片通常需要采用专用芯片。

此外,PD协议是一种通信协议,可以通过通信方式知道双方的带载能力、放电状态、电池状态、认证信息等,对于系统来说,能够获取对方的信息越多,越有利于双方配合以及对异常情况的把控,正因如此,PD协议在安全性方面要远优于其他协议。

 

 

值得一提的是,其他快充协议只能实现一对一的快速充电,他们聚焦的只有“充电”,而PD协议聚焦的是一对多的“智能”电源管理,在不久的将来,如上图所示,一个Type-C口实现充电、视频传输、音频传输、数据拷贝的情景将随处可见。

两大PD移动电源方案分析

受限于USB-PD协议的普及程度,当前市面上的PD移动电源方案并不多,主要架构有两种:

一种是单芯片解决方案,将协议、MCU,以及升降压控制部分全部集成在一颗芯片内,MOS管外置。这种方案的特点是外围器件较少,功率部分也可以通过更换不同MOS管来进行调整;但弊端是系统方案的稳定性、可靠性不好掌控,且负载响应差,因此品牌厂商很少采用这种架构进行产品设计。

 

 

图:采用PD协议芯片+MCU+ DC-DC架构的芯海科技PD移动电源方案框图

第二种则是分立解决方案,如上图所示,采用PD协议芯片+MCU+DC-DC架构,将协议、MCU以及功率部分全部独立开来,各司其职。这种方案的特点是系统框架稳定,可靠性高,开发简便,但外围器件偏多。

由于PD协议还存在升级的可能,且终端客户存在定制化需求,因此目前市面上的PD移动电源方案多采用第二种架构来实现。

在分立式PD移动电源解决方案中,PD协议芯片主流供应商有TI、Cypress、芯海科技等;DC-DC主流供应商有TI、Intersil、南芯科技等;MCU的选择范围更多,常见的有ST、芯海科技、ABOV等。其中,芯海科技提供的CSU38M20+CSS34P16+SC8802方案以性能好、兼容性强、性价比高的优势,在市场上得到了广泛应用。

总结

从目前市面上支持快充手机的数量来看,支持USB-PD协议的手机不到5%,大部分手机还是支持高通、MTK、华为、OPPO等自家的快充协议,这也是为什么USB-PD协议发布了这么久,但市场需求量最大的仍然是支持其他快充协议的产品。但是,随着支持PD协议的产品增多,协议标准逐步走向统一,未来的充电将变得更加便利!

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