當前增長最快的電源應用是什么？毫無疑問，智能手機等移動設備的快速充電方式占有一席之地。USB PD技術為移動設備快速充電提供了卓越的性能，但與此同時，它也給電源適配器帶來了設計和BOM成本上的挑戰。那么，用于移動設備快速充電的電源適配器主要面臨哪些挑戰？USB PD解決方案又如何解決這些挑戰？

Dialog系統和應用高級總監李勇博士說，未來電源適配器將會朝著體積越來越小、功率越來越高、充電速度越來越快、安全性越來越高的方向發展。為滿足這些趨勢，市場需要具有高功率密度和超高效率的IC解決方案，并使用更少且更小的元件，這需要能夠專門為AC/DC電源優化的USB PD解決方案，它們能夠提供可靠、低成本的系統方案，并簡化適配器設計。

Dialog系統和應用高級總監李勇博士

快速充電的關鍵挑戰是什么？

移動設備的快速充電對電源適配器帶來了許多挑戰，其中成本、安全性和各種快速充電協議是最大的挑戰。目前市場上有眾多不同的快速充電協議，包括高通Quick Charge 2.0/3.0（QC2.0/3.0）、聯發科技PumpExpress Plus（PE+ 1.0/2.0）、三星自適應快速充電（AFC）、華為快速充電協議（FCP）、針對直充的華為超級充電協議（SCP）、其他OEM廠商專有協議、USB Power Delivery（USB PD 2.0, 3.0）、USB-IF可編程電源（PPS）、高通Quick Charge 4+（QC4+）等等。其他挑戰還包括：功率密度、恒壓恒流（CVCC）規范、效率、空載待機功耗、動態負載響應、音頻噪聲、用戶體驗和EMI / EMC共模噪聲等。

李勇博士表示，理想的快速充電系統是能夠協商任何電流和任何電壓，不管協議如何，能夠克服電源適配器系統的各種挑戰。

如何對AC/DC電源進行優化？

USB PD通過單根線纜提供更靈活的電力和數據傳輸，實現USB功能的最大化。功率流方向不再是固定的。它可以跨多個外設優化電源管理，并提供智能、靈活的系統級電源管理。但是在移動設備的AC/DC快速充電方面仍存在一些限制，需要對其進行優化。

據李勇博士介紹，傳統的USB PD解決方案未對AC/DC電源進行優化；有些功能超出需求（例如音頻模式，雙向功率流）。它們通常是基于DSP或MCU的，其內在控制器IC成本較高。它們需要許多外部元件和較高的系統BOM成本，還要求電源硬件工程師編寫軟件或固件，其系統設計流程通常很復雜，而且產品設計周期也很長。因此，市場需要一款專門為AC/DC優化的USB PD解決方案。

他以Dialog的一款USB PD解決方案為例介紹，該方案專門針對AC/DC進行了優化，由iW1781（針對USB PD優化的一次側控制器）、iW676（針對直充和USB PD優化的同步整流控制器）和iW656（USB PD2.0接口IC）組成。而為了推動向USB PD 3.0 / PPS的演進，Dialog還推出了iW656P和iW657P二次側接口IC。這兩款IC均支持USB PD 3.0和PPS協議，與一次側控制器iW1791結合，該芯片組組成了優化的USB PD 3.0 / PPS AC/DC解決方案。

如何為便攜式電源適配器進行簡化和優化？

李勇博士介紹，為便攜式電源適配器進行簡化和優化的關鍵在于USB PD控制器，它需要具有更高的集成度，覆蓋更寬的電壓范圍，實現更低的IC成本。

Dialog在一款USB PD / PPS電源適配器設計中，使用iW657P USB PD控制器、iW1791主控制器和iW676 SR控制器。其中，iW656P / iW657P提供iW656的全部功能，并支持USB PD 3.0、高通QuickCharge 4+、USB PPS和直接充電。它提供低至10mV /step的VBUS 分辨率、板載VBUS / TJ / VSD測量和增強的USB Type-C控制，包括對智能線纜的VCONN支持。iW657P還提供額外的電流檢測功能，可通過板載ADC測量次級電流，并與移動設備通信，實現更智能的控制和保護。

圖1. 使用iW657P + iW1791 + iW676的USB PD/PPS電源適配器設計示例

這是單一PCB板實現完整的USB PD電源適配器的設計，它無需子板，而傳統的解決方案中通常需要用子板來托管基于MCU的USB PD控制器。該方案大大簡化了外部元件的數量，實現了簡單的電源設計，并且無需編寫軟件或固件。

李勇博士介紹，USB PD 3.0向后兼容USB PD 2.0，并增加了直接充電功能。它為可編程電源模式提供了一種新型增強供電數據對象（APDO）。移動設備可以高精度地在規定范圍內請求和控制電源適配器的輸出電壓，并實現可編程電流折返。它提供了一種新的支持直充和其他充電算法的機制。PPS需要20mV /step電壓分辨率，最小電壓可降至3.3V。采用PPS設計的便攜式電源適配器可以直接為移動設備內的電池充電，包括智能手機，這有助于解決移動設備端電源管理的散熱和成本方面的挑戰。