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英集芯PD3.1 EPR28V解决方案助力大功率PD电源开发
来源:网络 时间:2022-08-29 16:12
2022年8月16日,2022(夏季)亚洲充电展在深圳成功举办,展会同期还举办了2022(夏季)USB PD&Type-C亚洲大会,并邀请了17位行业大咖现场与大家探讨USB PD&Type-C的应用与未来发现,为大家分享最新的第三代半导体技术以及高效率快充电源解决方案。
英集芯科技在此次演讲中主要介绍英集芯关于PD140W EPR28V整套解决方案,涉及到单C口方案,双C口输出方案。其中包含快充协议芯片,DC/DC电源转换芯片,以及线缆emark芯片。
英集芯科技旗下多款产品已实现量产和大规模出货,可广泛应用于充电器、车充、无线充、移动电源、储能电源等领域,并成功进入小米、联想、OPPO、realme、安克、倍思、绿联、Aohi、羽博、宝马、贝尔金、mophie等国内外知名品牌供应链,性能质量获得客户高度认可。

 
最新的USB PD3.1快充规范将功率划分为标准功率范围(简称SPR)和扩展功率范围(简称EPR)两个范围。
其中标准功率范围就是目前市面上主流的USB PD3.0 PPS快充标准,最大充电功率依然为100W不变;而新增的28V、36V、48V三个电压则属于拓展功率范围,三个电压对应的最大输出电流均为5A,输出功率最大可以达到240W。
除了新增三组固定电压之外,USB PD3.1标准还在拓展功率范围中增加了三组可调电压档(简称AVS),分别为15V-28V 5A、15V-36V 5A以及15V-48V 5A。AVS的最小调压步进是0.1V,并且继续沿用基于PDP的恒功率限制模式。

 
针对USB PD3.1 28V5A 140W快充,英集芯新推出了IP2736和IP2738两款协议芯片,应用功率范围均为18-140W,带OCP,OVP,CP功能,外置VBUS路径NMOS,支持FB,CO,I2C调压模式。
除上述共同点外,IP2736主要用于需要UFCS融合快充协议及PD3.1 EPR28V的方案。IP2738可以做常规100W的双C口方案外,也可以做EPR28V的方案应用。



英集芯IP2736集成USB PD2.0/3.1、QC5/QC4+QC3+/QC3.0/QC2.0、FCP/SCP/SFCP、AFC、MTK PE+ 2.0/1.1快充协议,支持UFCS融合快充协议,BC1.2、Apple/SAMSUNG手机协议,兼容协议非常全面,手机笔电等大小设备全部通吃。

IP2736内部集成电压基准,集成可编程的电压/电流环路控制,芯片内部集成低端电流检测,输出支持线损补偿。支持电源适配器应用的光耦反馈,支持通过I2C和FB控制的DC-DC改变输出电压,支持车充、储能电源、充电器、移动电源、电动工具等应用。
英集芯IP2736采用4*4mm,QFN24封装,体积小巧,外围精简,可简化充电器的协议电路设计。小体积的封装满足多种设计应用。



英集芯设计的EPR28V-140W系统框图,前端可采用输出固定高压的LLC电源架构,加上英集芯IP6550同步降压控制器以及IP2736协议芯片,即可组成时下热门140W单C口方案。


 
IP6550是一款同步开关降压控制器,集成双NMOS驱动器,输入工作电压范围4.5-36V,支持电感峰值限流,支持双路输出平均电流限流。IP6550兼容低ESR输出电容器,集成输出电压线补功能(40mV/A),具有CV/CC输出特性。

IP6550支持5A输出电流,内置的同步降压控制器开关频率固定135kHz。可用于两路USB-A口,降压5V2.4A输出,也可作为单路降压使用,输出电压可调满足更多场合。IP6550内置输入过压、欠压保护,内置输出过流、过压、欠压及短路保护,芯片内部集成过热保护,并支持EN控制开关。


英集芯IP6550_HV+IP2736-EPR28V-140W的优势:
1、可以搭配大功率的LLC电源使用,解决一般电源IC不能实现宽电压输出的问题。
2、IP6550_HV的转换效率高,在29V输入,输出28V/5A的条件下,转换效率高达98%,从而让整机的满载转换效率几乎不受DC/DC二级转换效率影响。
3、IP6550_HV的待机电流低,架构在无设备负载接入的情况下,IP2736可以让IP6550_HV进入EN关断休眠,从而降低整机功耗。
4、IP6550_HV的动态响应好,避免一般DC/DC因动态差,导致充笔记本电脑出现异常的现象。
5、IP2736兼容的协议广,涵盖目前市面上公开授权的快充类协议。
6、方案可以利用IP2736的IO实现AC/DC输出电压进行微调,以便实现整机的低功耗
7、可以利用IP2736的剩余IO来做PFC的控制。

 
上述方案动态响应测试如图,输入电压28.5V,输出电压28V,输出电流在1.25A到2.5A跳变时,输出电压变化峰值基本可以控制在300mV之内。


输出电流在2.5A到3.75A跳变时,输出电压变化峰值不到300mV。

 
输出电流在3.75A到5A跳变时,输出电压变化峰值也在允许范围内。

 
IP2736直接搭配AC/DC方案的系统框架图,该方案需要搭配431光耦,同时负极管要返回驱动PMOS。

 
IP2738大部分性能特写与IP2736的相同,相较之下区别在于采用QFN32封装,集成4路路径NMOS驱动电路,外驱NMOS,支持双路独立输出过流、过压、短路保护。

IP2738详细资料信息

 
英集芯140W双C口快充系统框图,输出端采用两颗IP6550同步降压控制器以及一颗IP2738协议芯片,可实现单口功率盲插,双口输出功率智能分配。
英集芯IP6550_HV+IP2738-EPR28V-140W方案优势:
1、可以搭配大功率的LLC电源使用,解决一般电源IC不能实现宽电压输出的问题。
2、IP6550_HV的转换效率高,在29V输入,输出28V/5A的条件下,转换效率高达98%,从而让整机的满载转换效率几乎不受DC/DC二级转换效率影响。
3、IP6550_HV的待机电流低,架构在无设备负载接入的情况下,IP2736可以让IP6550_HV进入EN关断休眠,从而降低整机功耗。
4、IP6550_HV的动态响应好,避免一般DC/DC因动态差,导致充笔记本电脑出现异常的现象。
5、IP2736兼容的协议广,涵盖目前市面上公开授权的快充类协议。
6、方案可以利用IP2736的IO实现AC/DC输出电压进行微调,以便实现整机的低功耗
7、可以利用IP2736的剩余IO来做PFC的控制。
8、两个C口可以实现功率智能分配

 
IP2738可通过连接设备申请电压判断出其是电脑还是手机,从而实现100W/30W功率智能分配,当同时接两台笔电时,每台都能获得65W快充功率,达到最优解。
新推出的IP2736和IP2738除可以用于设计单C/双C口方案外,还可以搭配英集芯的IP2726等明星产品,设计2C1A、3C1A、2C2A等多口方案,充分满足市场需求。
据了解,英集芯IP2736和IP2738现已量产并大量出货,助力Aohi MAGCUBE 40W双C口充电器、绿联45W双C口氮化镓充电器、赛小虎35W双USB-C口快充、麦多多GaN5 mini 65W 2C1A氮化镓充电器、绿联140W 2C1A氮化镓充电器等新品成功上市。

 
此外英集芯还推出了EPR线材E-Marker芯片IP2133,通过了USB-IF PD3.1认证,TID号:7106。IP2133支持USB Type-C 2.1 和 PD3.1 协议标准,支持 USB 3.2 全功能线缆应用,最大充电功率240W(PD)。
IP2133集成两端的 VCONN 二极管,集成两端的 Ra 电阻和 Ra 自动移除。采用DFN-6L封装,具有外围简单、低功耗特点,满足20mW的要求。


基于英集芯IP2133的USB 2.0线缆参考原理图,采用单颗IP2133设计。
基于英集芯IP2133的USB 3.1全功能线缆参考原理图。
最新USB PD3.1快充标准以及苹果140W/35W快充的相继推出,为快充市场带了新的热度以及需求。为满足客户需求,英集芯也是第一时间推出IP2736和IP2738两款快充协议芯片,满足单口到多口丰富设计。
充电功率的提升对数据线也有了先要求,英集芯还推出IP2133 E-Marker芯片用于240W快充线设计,从充电器到数据线,为客户提供一站式方案服务。

 
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