2016快速充電器設(shè)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，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”來形容也不夸張，成為提升用戶體驗的瓶頸之一。如今手機廠商解決續(xù)航的辦法無外乎兩種：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“簡單粗暴”，后者的實用性顯然更高。

　　隨著用戶體驗正漸漸成為手機的核心競爭力，快速充電技術(shù)成為一項吸引用戶的重要指標(biāo)。經(jīng)過近幾年發(fā)展，快速充電技術(shù)正逐漸成熟起來，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(zhàn)國時代”，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(zhàn)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)展望研討會上，致力于高能效電源轉(zhuǎn)換的高壓集成電路業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者Power Integrations(以下簡稱PI)公司的高級應(yīng)用工程師、實驗室經(jīng)理Jason Yan對在場的媒體和工程開發(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(yīng)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/恒流離線反激式開關(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)熱問題。

　　雖尚需時日，USB-PD有望一統(tǒng)快充“江湖”

　　從事電源設(shè)計開發(fā)和技術(shù)支持工作超過24年的Jason分析道，從線型降壓電源開始，電源開發(fā)在摸索中前進(jìn)，體積越做越小，充電方式也迎來了新的變革，現(xiàn)在的趨勢是快速充電。以前的充電器只提供一個固定的輸出電壓(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間。但電流不能無限制的增加，因在輸出電纜的功耗隨電流的增大會相應(yīng)的增加。因而快速充電應(yīng)用應(yīng)運而生。其實現(xiàn)方法是手機跟充電器進(jìn)行雙向通訊，電源會根據(jù)負(fù)載端發(fā)出的指令做出反應(yīng)，改變其輸出電壓和電流，實現(xiàn)減小功率損耗、增大充電功率、減小充電時間的目的，從而實現(xiàn)快速充電。

　　實現(xiàn)快充的前提是實現(xiàn)充電器端和手機端進(jìn)行通訊，如此便涉及到通訊協(xié)議的問題。協(xié)議不同接口會有所差異，針對不同的協(xié)議接口，PI有不同的解決方法，在USB電纜中，指令通過數(shù)據(jù)線傳輸，數(shù)據(jù)線根據(jù)不同的通訊協(xié)議要求，通過D+、D-傳送指令信號，這種方式最早應(yīng)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，則可以完全實現(xiàn)雙向通訊，且其傳輸功率可以進(jìn)一步增加，應(yīng)用前景將更加廣闊。相信在很多充電應(yīng)用領(lǐng)域會被廣泛采用。

　　Jason認(rèn)為，現(xiàn)在的快充通信協(xié)議市場呈現(xiàn)諸侯割據(jù)、混戰(zhàn)的形勢，還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。未來USB-PD協(xié)議將被引入，作為一個相對更完善的協(xié)議，將對國家快充標(biāo)準(zhǔn)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大方向，一是提高電壓，二是提高電流。Jason說：“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，電源輸出電纜上的功耗不會顯著增加，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(nèi)部DC/DC轉(zhuǎn)換器的功耗，從而降低手機充電過程中的發(fā)熱問題。針對此方式，PI推出的具有恒功率輸出特性的IC，以滿足快速充電應(yīng)用中輸出電壓實現(xiàn)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(shù)目，提高效率。因目前的很多應(yīng)用都希望在使用現(xiàn)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(shè)計當(dāng)中，優(yōu)化效率相對來講比較容易。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現(xiàn)不同輸出電壓情況下的效率問題。快充應(yīng)用中變壓器設(shè)計時進(jìn)行綜合考量對于設(shè)計工程師來說將是個挑戰(zhàn)。。另外，隨著功率增加，外殼較小，如果電源轉(zhuǎn)換效率不高，充電器發(fā)熱嚴(yán)重的話，相應(yīng)對產(chǎn)品的可靠性也是個考驗。因此，方案中完善的保護(hù)措施也是必需的。否則，要么造成無法充電，要么損壞后端的手機電路。