隨著USB Type-C商用進程的加速，與之同步推進的USB-PD功率傳輸協(xié)議的發(fā)展也步入了快車道。在智能設備的電池容量越來越大的今天，這一基于新的USB接口標準，能夠承載更高電流(3A或5A)，能夠傳輸高達100W功率，可實現(xiàn)自適應功率調節(jié)的協(xié)議備受矚目。各技術供應商也紛紛推出了兼容USB-PD的充電解決方案。

前不久，Power Integrations(PI)和Cypress聯(lián)合推出了一款兼容USB-PD協(xié)議的20W AC-DC電源轉換器參考設計DER-533。這一參考設計按照USB-PD標準的Profile 2要求，可通過標準3A的USB Type-C線纜提供5V/3A和9V/2.2A的功率傳輸。我們今天就來仔細剖析一下這個方案。

圖1是一個典型的USB-PD充電器解決方案示意圖。從中可以看到，在該方案的供電端需要兩個核心的芯片：一個是AC/DC電源轉換IC，完成交流到直流的功率轉換，一個是USB-PD協(xié)議控制IC，運行功率傳輸協(xié)議實現(xiàn)充電的智能控制。這兩顆器件性能的優(yōu)劣，直接影響到整體方案的表現(xiàn)。

圖1，典型的USB-PD充電器解決方案系統(tǒng)框圖

在上述PI和Cypress推出的參考設計DER-533中，兩家公司分別成為了這兩個核心器件的供應商。

該參考設計中，AC/DC芯片選用了PI公司的InnoSwitch-CP IC。InnoSwitch-CP采用了PI獨有的FluxLink技術實現(xiàn)功率轉換的精確控制。傳統(tǒng)的AC/DC方案，要么采用性能高但是結構復雜的次級反饋控制電路，要么為了簡化復雜度和降低物料成本而采用初級控制電路，但在性能上進行折中。InnoSwitch-CP解決了設計工程師的這個困擾，它通過在初級和次級側之間的磁感耦合技術，使得AC/DC電源系統(tǒng)既能夠具備次級反饋控制電路的性能優(yōu)勢，也能夠具有初級反饋控制電路簡單性的特點，同時不需要光耦器進行隔離，進一步優(yōu)化了BOM成本。

InnoSwitch-CP跨接于初次級隔離帶之間，同時控制初級主開關管與次級同步整流開關管，可防止兩個功率MOSFET發(fā)生交越導通，并能夠滿足隔離元件的所有安規(guī)及耐壓要求。這也使得該方案具有高效率和高可靠性的特性，它可直接監(jiān)測充電器的輸出端，達到精確的輸出電壓及電流控制，輸出同步整流MOSFET也由此IC直接驅動，從而實現(xiàn)非常簡單高效的高可靠性設計。

InnoSwitch-CP可以確保充電過程中保持恒功率輸出，在不同輸入電壓、負載、溫度及批量生產條件下輸出均能滿足優(yōu)于3%的穩(wěn)壓精度。在高能效表現(xiàn)方面，該器件在其它類似的設計中曾經達到過在整個功率范圍內效率均高于90%，且空載功耗低于10 mW的優(yōu)異特性。

圖2，PI的InnoSwitch-CP典型AC/DC應用電路

Cypress的CCG2 USB Type-C控制器在這一參考設計中，運行功率傳輸協(xié)議，在供電和受電設備之間建立自適應的充電流程，以確保整個充電過程的快速可靠。由于其具有可編程的特性，用戶可以方便地通過更新固件，以適應USB-IF 規(guī)范的更新修改。

CCG2 USB Type-C控制器集成度很高，包含了一個ARM Cortex-M0 處理器及32KB 閃存，集成了Type-C 收發(fā)器、終端電阻及系統(tǒng)級的ESD保護電路，并可在出廠前固化滿足USB-IF要求的固件程序。同時在能耗方面，CCG2的在進入“深度睡眠”狀態(tài)時僅消耗2.5μA電流。因此，與PI的InnoSwitch-CP結合之后，使得參考設計能夠輕松滿足DoE6能效要求，空載功耗低于30 mW。

圖3，CCG2 USB Type-C控制器具有很高的集成度

由于PI和Cypress的這兩顆器件，都具有較高的集成度和簡化的BOM，這使得最終的方案也具有簡潔和低成本的特性。這些要素整合在一起，使得該參考設計成為目前我們可見的非常優(yōu)秀的一款USB-PD充電器解決方案。