安森美半导体与伟诠电子合作推出全系列USB PD壁式充电器参考设计
针对当前市场需求和最新的usb标准，领先的电源半导体供应商安森美半导体宣布携手usb pd控制器领域的领导者伟诠电子，合作推出全系列usb pd壁式充电器参考设计，包括支持usb type-c接口pd 3.0和高通qualcomm quick® charge 3.0tm class a快充协议的45 w usb pd 3.0电源适配器方案。
usb type-c、usb pd和qc 3.0简介 usb type-c 是新一代通用串行总线连接器、端口和电缆规范，支持双向电源和正反逆插，支持更高的充电功率和达10 gbps的数据传输速率，被越来越广泛地应用于便携式设备。
usb pd全称usb power delivery，即usb功率传输协议，支持数据通信和高达100 w的功率传输，启动时默认支持5 v@3a，可根据需要调至27 w、45 w、60 w、100 w等，并支持额外的功率和电压选择。usb pd 3.0是usb-if组织发布的最新协议，旨在一统快速充电技术规范的可编程电源（pps，programmable power supply）。usb pd3.0输出电压范围从5v扩展到3 v至21 v，步进调幅电压为20 mv。
qc 3.0是高通第三代快充技术，其支持的总线电压（vbus） 范围，class a为3.6 v至12 v，class b为3.6 v至20 v。qc 3.0在分立模式下等同于qc 2.0，以0 v、0.6 v、3.3 v三级逻辑通过静态d+/d- 值选择vbus；在连续模式下，新的qc 3.0以200 mv小步幅增加或降低vbus，让便携式设备选择最适合的电压达到理想充电效率，更具灵活性，其最大负载电流限制为3 a，最高功率可达60 w。高通的快充技术如今已发展到第四代即qc4，电压档细分为以20mv为一档，同时支持usb pd。
45 w usb pd 3.0电源适配器方案实现紧凑、高能效的设计 安森美半导体和伟诠共同推出的45w usb pd 3.0电源适配器方案涵盖5v/3a、9v/3a、12v/3a、15v3a 、20v/2.25a的pd 3.0规格和3.6 v至12 v/3 a的qc 3.0 class a规格，额定输出功率45 w，平均能效超过90%，待机功耗低于30 mw，符合最新的能效标准，且占板尺寸仅57mmx36mmx19mm，功率密度达1.15w/cm3，此外，该方案还集成全面的保护机制，包括自适应的输出过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护、电缆压降补偿、开环保护等，在实现高能效和高功率密度的同时确保高可靠性，工程师采用该方案可轻松设计出支持pd 3.0或qc 3.0的高能效、高功率密度和高度可靠的电源适配器，用于智能手机、平板电脑和笔记本电脑等应用。
该设计主要采用安森美半导体的初级端高频准谐振反激式pwm控制器ncp1340、次级端同步整流控制器ncp4306、同步fet ntmfs6b03、开关fet atp104和伟诠的pd3.0协议控制器wt6632f/wt6615f。方案框图如图1所示。
图1：45 w usb pd3.0电源适配器方案框图
准谐振反激+同步整流的架构有利于实现高功率密度和高能效。在该方案中，安森美半导体的ncp1340采用准谐振电流模式控制，工作频率高达150 khz，集成x电容放电功能和新一代跳周期模式，谷底锁定开关运行机制避免因谷底数不稳定所产生的音频噪声问题，配以同步整流控制器ncp4306，通过超快关断触发、极短导通延时和强大的驱动能力降低整流二极管导通损耗。同步fet ntmfs6b03导通电阻低至4.8 m?，最大限度地降低导通损耗，低门极电荷和电容最大限度地降低驱动损耗。而输出fet采用单p沟道atpak功率mosfet atp104，具备低导通电阻、大电流、纤薄的封装和4.5 v驱动能力。
伟诠的usb pd控制器wt6632f/wt6615f支持usb pd 3.0规范和qc 3.0，用于usb type-c dfp下行端口（源）充电应用，通过集成usb pd基带物理层、type-c检测、并联稳压器、电压和电流检测、负载开关的mosfet控制器和8位微处理器，最大限度地减少外部元件数，实现小外形和低物料单（bom）成本，支持3 v至30 v的宽工作电压范围，无需外部ldo，多次可编程的rom可用于编辑程序代码及用户配置数据。
图2：45 w usb pd3.0电源适配器方案电路原理图
该方案在230 vac、满载条件下的开关频率高达约130 khz。
能效和性能测试 我们在90 vac、115 vac、230 vac、264 vac 条件下，测得该方案于5 v输出（电缆未插入）的待机功耗都低于27 mw，在评估板端测得在115 vac和230 vac的条件下，20 v/2.25 a输出的平均能效超过90%。
图3：能效测试曲线
当拔除电缆时， mosfet快速关断，当再次插入电缆、总线电压vbus降至5 v时，mosfet快速导通。此外，我们在上述所有条件下测得的纹波和噪声都低于100 mv， 动态性能出色，散热性良好。
图4：热图像@20v2.25a
现已被安森美半导体收购的fairchild与伟诠合作推出经实践证实的高能效方案仍将提供给客户，且配备相应的评估板和使用指南：
ø 支持usb pd 2.0的24 w电源适配器方案，输出电压涵盖5 v、9 v、12 v，采用离线准谐振pwm控制器fan602mx、次级端同步整流控制器fan6240m6x和伟诠的usb pd控制器wt6630p
ø 支持usb pd 3.0+pps的25 w电源适配器方案，输出电压涵盖5 v、9 v，采用离线准谐振pwm控制器fan604hmx、次级端同步整流控制器fan6240m6x和伟诠的usb pd控制器wt6615f
ø 支持usb pd 3.0+qc 3.0的65 w电源适配器方案，采用离线准谐振pwm控制器fan604hmx、次级端同步整流控制器fan6240m6x和伟诠的usb pd控制器wt6632f/wt6615f。
总结 usb type-c接口和usb pd协议将成为市场的主流。安森美半导体利用在电源半导体领域的专长和伟诠在usb pd领域的领先技术，合作推出全系列usb pd壁式充电器参考设计以满足市场需求。其中，45 w usb pd3.0电源适配器方案，支持usb type-c pd 3.0和qc 3.0协议，工作频率高达150khz，功率密度达1.15 w/cm3，待机功耗低于30 mw，完全符合各项能效标准，且具备高达90%的平均能效，和出色的纹波及动态性能，使设计人员能快速设计出支持usb pd 3.0和qc 3.0的紧凑和高能效的电源适配器，用于智能手机、平板电脑和笔记本电脑等应用。此外，该方案还易于扩展输出功率至60 w。
qualcomm quick charge是qualcomm technologies， inc的產品。qualcomm是qualcomm incorporated在美國和其他國家的註冊商標。quick charge是qualcomm incorporated的註冊商標。usb type-c 和 usb-c是usb implementers forum的註冊商標。
关于安森美半导体 安森美半导体（on semiconductor，美国纳斯达克上市代号：on）致力于推动高能效电子的创新，使客户能够减少全球的能源使用。安森美半导体领先于供应基于半导体的方案，提供全面的高能效电源管理、模拟、传感器、逻辑、时序、互通互联、分立、系统单芯片（soc）及定制器件阵容。公司的产品帮助工程师解决他们在汽车、通信、计算机、消费电子、工业、医疗、航空及国防应用的独特设计挑战。公司运营敏锐、可靠、世界一流的供应链及品质项目，一套强有力的守法和道德规范计划，及在北美、欧洲和亚太地区之关键市场运营包括制造厂、销售办事处及设计中心在内的业务网络。更多信息请访问http://www.onsemi.cn。
关于伟诠电子 伟诠电子股份有限公司（twse： 2436）成立于1989年，位于“***硅谷”新竹科学工业园区，定位为无晶圆厂之集成电路公司 （fabless ic company），是***知名的ic设计公司之一，专长于集成电路产品的企划、设计、测试、应用与营销。进一步信息，请浏览www.weltrend.com。
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qc 3.0是高通第三代快充技术，其支持的总线电压（vbus） 范围，class a为3.6 v至12 v，class b为3.6 v至20 v。qc 3.0在分立模式下等同于qc 2.0，以0 v、0.6 v、3.3 v三级逻辑通过静态d+/d- 值选择vbus；在连续模式下，新的qc 3.0以200 mv小步幅增加或降低vbus，让便携式设备选择最适合的电压达到理想充电效率，更具灵活性，其最大负载电流限制为3 a，最高功率可达60 w。高通的快充技术如今已发展到第四代即qc4，电压档细分为以20mv为一档，同时支持usb pd。
45 w usb pd 3.0电源适配器方案实现紧凑、高能效的设计 安森美半导体和伟诠共同推出的45w usb pd 3.0电源适配器方案涵盖5v/3a、9v/3a、12v/3a、15v3a 、20v/2.25a的pd 3.0规格和3.6 v至12 v/3 a的qc 3.0 class a规格，额定输出功率45 w，平均能效超过90%，待机功耗低于30 mw，符合最新的能效标准，且占板尺寸仅57mmx36mmx19mm，功率密度达1.15w/cm3，此外，该方案还集成全面的保护机制，包括自适应的输出过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护、电缆压降补偿、开环保护等，在实现高能效和高功率密度的同时确保高可靠性，工程师采用该方案可轻松设计出支持pd 3.0或qc 3.0的高能效、高功率密度和高度可靠的电源适配器，用于智能手机、平板电脑和笔记本电脑等应用。
该设计主要采用安森美半导体的初级端高频准谐振反激式pwm控制器ncp1340、次级端同步整流控制器ncp4306、同步fet ntmfs6b03、开关fet atp104和伟诠的pd3.0协议控制器wt6632f/wt6615f。方案框图如图1所示。
图1：45 w usb pd3.0电源适配器方案框图
准谐振反激+同步整流的架构有利于实现高功率密度和高能效。在该方案中，安森美半导体的ncp1340采用准谐振电流模式控制，工作频率高达150 khz，集成x电容放电功能和新一代跳周期模式，谷底锁定开关运行机制避免因谷底数不稳定所产生的音频噪声问题，配以同步整流控制器ncp4306，通过超快关断触发、极短导通延时和强大的驱动能力降低整流二极管导通损耗。同步fet ntmfs6b03导通电阻低至4.8 m?，最大限度地降低导通损耗，低门极电荷和电容最大限度地降低驱动损耗。而输出fet采用单p沟道atpak功率mosfet atp104，具备低导通电阻、大电流、纤薄的封装和4.5 v驱动能力。
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