前言

2021 年 5 月，USB-IF 協會發布了全新的 USB PD3.1規范，該規范將快充功率上限從 100 W 提升至 240 W（支持 Extended Power Range，簡稱 EPR）。充電功率的提升也讓 USB PD 的應用從手機、筆記本電腦，擴展到便攜式設備、物聯網設備、智能家居、通信和安防設備、汽車和醫療等領域。

【資料圖】

面對更多的應用場景，市場對于 PD 協議芯片的要求也越來越高。慧能泰半導體順勢推出一款支持PD3.1 EPR 且集成 MCU 的高性能 PD 協議芯片 HUSB362，支持 EPR 模式 140 W（28 V 5 A），PPS 支持從 18 W 到 100 W，AVS 支持從 100W 到140W。目前 HUSB362 已通過了 USB-IF 協會的PD3.1合規性測試，TID 為 9329。

慧能泰PD3.1 EPR 協議芯片 HUSB362

圖 1.HUSB362 TID 圖片

通過 HUSB362 實現的 140 W（28V5A）大功率快充設計，外圍僅需 1 顆光耦和少量電阻即可實現輸出電壓調整和前級 PFC 控制。該方案采用的是 3m Ω 的高精度電流采樣，確保了采樣精度同時大大降低了系統的功耗，而且可以同時支持高端電流采樣和低端電流采樣。

圖 2.HUSB362 28V5A 設計小板

在PD3.1標準中， EPR 工作模式增加了 28 V，36 V 和 48 V 三種固定電壓檔和三種可調電壓檔（Adjustable Voltage Supply，簡稱 AVS）。PD3.1 EPR 模式下的 OVP 設置為對應電壓的 120%，更高的電壓也給 PD 協議芯片帶來更多的挑戰。HUSB362 支持 PD3.1 EPR 模式，電壓上限支持到 28 V，實際耐壓更是高達 35 V。

圖 3. HUSB362 28V5A 設計小板電壓調試示例圖 4. HUSB362 28V5A 設計小板工作示例

在大功率 AC-DC 應用場景中，充電器、適配器對功率因數和輸入電流諧波的要求需要增加 PFC 電路來實現。為了提升電路效率降低系統功耗需要對 PFC 進行控制，而 HUSB362 集成了高精度電壓電流采樣，能自主計算輸出功率，從而智能化地調節 PFC 線路開關。

在上述調壓過程中，HUSB362 就實現了對前級 PFC 的控制：輕載（可編程，實驗設置為輸入功率 75W 以內）時斷開 PFC 電路，功率變大時再啟動 PFC 電路。

另外，充電器功率變大，傳統電源架構下的充電器體積將隨之增加。這個時候我們可以通過降低開關損耗、提高熱性能、采用新電源架構提升充電器的功率密度的方式來減小大功率充電器的體積。

AHB（不對稱半橋）具有較高的轉換效率，支持電壓的寬范圍輸出，HUSB362+PFC+AHB 可實現高效小型化的大功率快充電源設計。

圖 5. HUSB362 功能框圖

HUSB362 作為一款集成了 32 位 MCU 的 USB PD Source 芯片，專為高性能電源設計。它可以支持多個具有可編程電壓和電流的 PDO，如 PPS PDO、EPR PDO，所有的 PDO 都完全符合 USB PD 3.1 V1.7 規范。

HUSB362 還實現了可編程的 DPDM PHY，D+ 和 D- 引腳可以被配置為支持 QC2.0、QC3.0、AFC、FCP 和 Divider 3 的模式，為傳統設備提供了很好的兼容性。

HUSB362 集成 N-MOS 驅動，可控制 VIN 和 VBUS 之間是否導通，從而保護與 Type-C 連接器連接的設備。另外，其 CC1、CC2、D+ 和 D- 引腳的高電壓容限和保護為系統提供了更多的可靠性。除此之外，針對 LPS（限功率電源），HUSB362 也作了充分的保護設計。

圖 6. HUSB362 產品特性

對于快充電源設計而言，恒壓環路控制（CC）與恒流環路控制（CV）是必不可少的。HUSB362 集成了優質的恒壓控制環 ( CV ) 和恒流控制環 ( CC ) ，同時集成 FB 調壓模式，可同時應用于 ACDC 或者 DCDC。無論何種應用場景，都能實現雙環路控制，提升穩定性同時兼顧兼容性。

HUSB362 集成雙環路的設計可讓用戶采用極簡的外圍元件實現應用設計，提升空間利用率和設計難度同時降低 BOM 成本。

圖 7. HUSB362 140 W 3C1A 降功率快充電源設計電路圖

HUSB362 還支持多口快充電源設計。通過 2 顆 HUSB362 和 1 顆 HUSB365 可以實現 140 W 3C1A 的降功率快充電源設計。單口工作時，單 C 口最大支持 140 W（28V5A）快充，其中 C3 最大支持 65 W（20V3.25A），單 A 口默認 18W 快充，電壓電流可編程；任意兩口及以上工作時，C 口降功率，電壓電流可編程，如果 C3 與 A1 口同插，輸出退回 5V。適用于各類墻插、排插、車充等應用。

深圳慧能泰半導體科技有限公司是一家專注于智慧能源控制技術的公司，主要面向智能快充和數字能源領域，提供高性能數模混合芯片產品。公司總部設立在深圳前海，同時在上海、浙江杭州、美國加州設有研發中心。慧能泰的核心研發團隊來自國內外頂尖半導體公司，擁有強大的研發創新能力。公司現已獲多項授權專利，擁有獨立自主知識產權，并于 2020 年被評為 " 高新技術企業 "，也入選了深圳市 " 專精特新 " 企業名單。

充電頭網總結

目前，慧能泰已完成了圍繞 USB Type-C 生態鏈的整體產品布局。在供電端，慧能泰提供各類高集成度高性能的 A 口、C 口以及 A+C 多口快充協議芯片。在受電端，慧能泰可提供通過 USB-IF 認證的 PD Sink HUSB238、集成 MCU 的 USB PD DRP 產品 HUSB251，以及全自主 USB Type-C 端口控制器 HUSB320 等多類型的產品。

而在線纜端，慧能泰有著全面的專利布局，已獲 6 個相關專利證明，并已推出多款技術領先的 USB eMarker 產品，例如開啟 4 引腳 eMarker 時代的 HUSB332D、全球第一款過 PD3.1 認證的 eMarker 芯片 HUSB332B、自帶過溫保護功能的 eMarker HUSB332C 以及打通 UFCS 生態鏈的 HUSB335 等。慧能泰的產品已獲市場驗證也廣受好評。

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