乌兰PLC编程培训学校分享C 可编程电源如何满足5G智能手机快充需求？这篇文章讲透了

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　　如果说最近的5G智能手机具有更大的屏幕、更大的锂离子电池容量和“快速充电（快充）”等特点，是表明着未来手机的发展，那么USB-C（USB Type-C）的PD 3.0规范，尤其是可编程电源（PPS），将成为USB供电的首选。

　　USB自1996年问世以来，在移动产品的数据通信、充电和供电的标准化方面提供了空前的领导地位。USB技术的最大飞跃发生在2013年至2016年，当时USB委员会集体批准了：

　　USB3.1 Super Speed + Gen 1（5Gbps）和Gen 2（10Gbps）数据通信

　　电源供电Power Delivery 2.0或PD，最高100 W或20 V / 5 A Type C连接器（修订版1.2）

　　图1：USB的演进

　　Type C连接器有24个触点（两排各12个触点），设计用以处理高达100 W、20 V / 5 A的电流，以非常紧凑的外形尺寸（仅2.4mm高度）提供可正反逆插的插头插入和附件方向检测，并承诺放弃我们都爱恨交加的传统电缆的纠缠“老鼠窝”。

　　100 W……真的吗？

　　从7.5 W充电（USB3.0）到100 W（USB 3.1）是个相当大的飞跃。也许有人会问，当大多数移动设备使用15 W – 45 W充电器就能正常工作时，谁真的需要100 W？然而，如果过去的情况能说明未来的趋势，那么明天的创新将比我们想象的更快吞噬100 W。

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　　USB-C PD电力协议

　　在使用USB 3.1和Type C连接器之前，USB充电设备通过D +和D-端子上的非数据信令来识别USB充电端口。虽然此方法在高达7.5 W的情况下也能正常工作，但要在USB 源（source）和USB 接收端（sink）之间安全地提供高达100 W（20 V / 5 A）的功率，则需要一种更精密、更强大的方法。

　　总的来说，USB 3.1、PD 2.0和Type C连接器引入了一种双线、单线协议，横跨source和sink之间的CC线（图2），具有全面的消息传递功能。这种PD消息传递的一个用途是协商电力协议。电力协议很像从菜单上订购餐厅食物。在基于隐式协议（最大15 W）连接source和sink之后，如果两个端口都具有PD功能，则必须建立显式协议或PD 电力协议（最高100 W）。

　　图2：USB-C / PD电力协议

　　所有合规的> 3 A Type C电缆都必须包含电子标记的电缆或emarker。因此，如果检测到电缆中的emarker，一个具有> 3A能力的源设备可能做的第一件事就是向emarker发送“发现身份（Discover Identity）”或SVID消息。Sources和Sinks在接收到消息开始时，会对一个SOP（数据包开始Start of Packet）做出响应。为了避免冲突，emarker在接收到消息开始时对SOP做出响应。

　　一旦Source了解到电缆是否具有> 3A的能力，它便会广告其V / I功能，就像餐厅的菜单一样。然后，sink请求源设备宣告的供电能力选项之一，类似于餐厅客户。如果请求是可接受的，则Source将提供商定的电力。每次发送消息时，消息接收方都会向消息发送方发送一条“ Good CRC”消息，通知发送方该消息已无误接收。

　　USB-C PD 2.0对比PD 3.0

　　PD 2.0允许最多7个功率选项（PDO），用于揭示source端口的电源能力或sink的电力需求，通过USB Type C、CC引脚在PD消息中传输。相比之下，PD 3.0、PPS提供图3所示的“电压和电流范围” PDO。PPS的优势在于，与固定PDO相比，sink可以更加精细的步进值来请求电压/电流。这有助于优化source和sink之间的充电效率。

　　图3：PD 2.0 对比 3.0

　　5G智能手机电池尺寸

　　最近发布的一款5G智能手机配备6.9英寸大屏幕和5,000 mAh锂离子电池，相比之前的型号容量因而增加了25％。屏幕尺寸和5G都对电池尺寸的增加起到一定的作用。电池尺寸增加25％意味着需要AC-DC旅行适配器（TA）提供更多的电量，才能继续宣传“快充”功能。而USB-C PPS是实现这一功能的首选。

　　快充

　　传统上，锂离子充电在0.7充电速率（C-rate）下安全完成（C-rate简单指充电电流除以电池容量）。例如，0.7 C-rate的充电电流对1,000 mAh电池来说是700 mA。但是，通常情况下，将一块空电池从0％充电到50％的充电状态（SoC）约需45分钟（图4）的充电时间（TTC）。这并不是那么快，而且，您不能简单地增加电流来改善TTC。当一个电池的数据表上写明它的充电为0.7 C-rate时，以1 C-rate充电会导致电池过早老化，或可能导致永久性损坏。而根据其数据表，锂离子电池在使用至少500次后，必须保留至少80％的原始容量。

　　更快的充电时间（TTC）意味着更多的电量

　　为了改善TTC，电池制造商正在设计大于1 C-rate的充电电池，在这里告诉你一个好消息--湖南阳光技术学校全国招生。

　　图4：充电率与充电时间

　　虽然不了解最近发布的5G智能手机内部的实际充电情况，但它确实配备了一个25 W PPS充电器，并接受45 W PPS充电器配件。如果您要使用45 W旅行适配器，并假设从墙壁到电池的能效在80％左右，则约有36 W电量进入电池。这与计算出的32.6 W所需的22分钟、0％至50％ SoC的充电时间相差不大，如上图 4所示。

　　值得一提的是，由于USB-C连接器的最大电流为5 A，为了实现7.5 A IBAT，在5G手机内部的Type C连接器和电池充电器之间需要一个半压电荷泵（图5）。例如，TA可能输出10 V / 4 A，而电荷泵将输出5 V / 8 A（假设理想的功率损耗）。这有时被称为高电压，低电流（HVLC）。正如物理学告诉我们的那样，功率耗散为I2R，在这里告诉你一个好消息--湖南阳光技术学校全国招生。

　　图5：5G智能手机内部的半压电荷泵

　　分析笔记本电脑PD 2.0的流量