淺析兩大PD移動電源解決方案

摘要：快充技術(shù)發(fā)展的如火如荼，然而，企業(yè)各自為營的背后，快充發(fā)展面臨著握手協(xié)議不一、產(chǎn)品互不兼容的難題；年初，USB PD3.0協(xié)議更新給快充標(biāo)準(zhǔn)一統(tǒng)帶來了極大利好。本文將為大家闡述PD協(xié)議的優(yōu)勢，以及當(dāng)前市場上的兩個PD移動電源解決方案。

“充電五分鐘，通話兩小時。”一句簡單的廣告語，讓快充技術(shù)迅速躍入了大眾視野，成為近兩年來手機(jī)及其配件中最火的關(guān)鍵詞。

前有高通、MTK領(lǐng)軍，后有OPPO、華為、三星等后起之秀，百花齊放的背后，企業(yè)各自為營為戰(zhàn)，握手協(xié)議不一，致使整個快充市場的方案標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，各廠家之間的快充產(chǎn)品互不兼容，這不僅對消費(fèi)者的使用來說非常不便利，還造成了資源上的浪費(fèi)。

因此，為了規(guī)范快充標(biāo)準(zhǔn)，加速快充技術(shù)的商用與發(fā)展，今年年初，USB-IF（USB標(biāo)準(zhǔn)化組織）在原有USB PD2.0/3.0的基礎(chǔ)上，通過與高通、泰爾實驗室及國內(nèi)主流手機(jī)廠商多方溝通，正式發(fā)布了USB PD3.0協(xié)議V1.1重要更新，旨在一統(tǒng)快速充電技術(shù)規(guī)范的PPS（Programmable Power Supply）由此問世，以實現(xiàn)對高通QC4.0/3.0、聯(lián)發(fā)科PE3.0/2.0、華為FCP/SCP及OPPO VOOC等快充方案的收編；同時規(guī)范了新版本的USB接口將不允許通過非USB-PD協(xié)議來進(jìn)行電壓調(diào)整。

此外，谷歌亦在Android7.0 OEM規(guī)范中強(qiáng)調(diào)，快充技術(shù)必須支持USB-PD協(xié)議。這兩個新規(guī)范的出現(xiàn)，為快充技術(shù)的正向發(fā)展從硬件和軟件層面上了道“雙保險”。

標(biāo)準(zhǔn)一統(tǒng)，大勢所趨的USB-PD協(xié)議

可以看到，盡管當(dāng)前市面上的快充協(xié)議各有差異，但本質(zhì)上，它實現(xiàn)的方式無非兩種：高壓小電流和低壓大電流。比如QC2.0、PE2.0、FCP等就屬于高壓小電流快充方式的代表，而像SCP、VOOC等屬于低壓大電流快充方式的代表。

隨著今年春節(jié)期間PD3.0-V1.1規(guī)范更新，增加了PPS標(biāo)準(zhǔn)后，PD協(xié)議實現(xiàn)了對高壓小電流和低壓大電流兩種快充方式的全面覆蓋，為實現(xiàn)快充標(biāo)準(zhǔn)一統(tǒng)奠定了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。

另一方面，PD協(xié)議相對于其他快充協(xié)議具有可靠性好、安全性高，擴(kuò)展性強(qiáng)等特點。一般的快充協(xié)議只是通過簡單地識別D+/D-，或者判斷VBUS電壓電流就實現(xiàn)了握手的過程，所以市面上很多方案商為了節(jié)省成本，采用普通的MCU就把整個協(xié)議的握手過程模擬出來，門檻非常低，造成的直接后果就是安全性低。

而PD協(xié)議需要經(jīng)過BMC編解碼、4B5B編解碼、CRC檢驗等一系列操作后才能完成整個握手過程，一般的MCU無法實現(xiàn)，所以，PD協(xié)議芯片通常需要采用專用芯片。

此外，PD協(xié)議是一種通信協(xié)議，可以通過通信方式知道雙方的帶載能力、放電狀態(tài)、電池狀態(tài)、認(rèn)證信息等，對于系統(tǒng)來說，能夠獲取對方的信息越多，越有利于雙方配合以及對異常情況的把控，正因如此，PD協(xié)議在安全性方面要遠(yuǎn)優(yōu)于其他協(xié)議。

值得一提的是，其他快充協(xié)議只能實現(xiàn)一對一的快速充電，他們聚焦的只有“充電”，而PD協(xié)議聚焦的是一對多的“智能”電源管理，在不久的將來，如上圖所示，一個Type-C口實現(xiàn)充電、視頻傳輸、音頻傳輸、數(shù)據(jù)拷貝的情景將隨處可見。

兩大PD移動電源方案分析

受限于USB-PD協(xié)議的普及程度，當(dāng)前市面上的PD移動電源方案并不多，主要架構(gòu)有兩種：

一種是單芯片解決方案，將協(xié)議、MCU，以及升降壓控制部分全部集成在一顆芯片內(nèi)，MOS管外置。這種方案的特點是外圍器件較少，功率部分也可以通過更換不同MOS管來進(jìn)行調(diào)整；但弊端是系統(tǒng)方案的穩(wěn)定性、可靠性不好掌控，且負(fù)載響應(yīng)差，因此品牌廠商很少采用這種架構(gòu)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。

圖：采用PD協(xié)議芯片+MCU+ DC-DC架構(gòu)的芯海科技PD移動電源方案框圖

第二種則是分立解決方案，如上圖所示，采用PD協(xié)議芯片+MCU+DC-DC架構(gòu)，將協(xié)議、MCU以及功率部分全部獨(dú)立開來，各司其職。這種方案的特點是系統(tǒng)框架穩(wěn)定，可靠性高，開發(fā)簡便，但外圍器件偏多。

由于PD協(xié)議還存在升級的可能，且終端客戶存在定制化需求，因此目前市面上的PD移動電源方案多采用第二種架構(gòu)來實現(xiàn)。

在分立式PD移動電源解決方案中，PD協(xié)議芯片主流供應(yīng)商有TI、Cypress、芯?？萍嫉?；DC-DC主流供應(yīng)商有TI、Intersil、南芯科技等；MCU的選擇范圍更多，常見的有ST、芯?？萍?、ABOV等。其中，芯?？萍继峁┑腃SU38M20+CSS34P16+SC8802方案以性能好、兼容性強(qiáng)、性價比高的優(yōu)勢，在市場上得到了廣泛應(yīng)用。

總結(jié)

從目前市面上支持快充手機(jī)的數(shù)量來看，支持USB-PD協(xié)議的手機(jī)不到5%，大部分手機(jī)還是支持高通、MTK、華為、OPPO等自家的快充協(xié)議，這也是為什么USB-PD協(xié)議發(fā)布了這么久，但市場需求量最大的仍然是支持其他快充協(xié)議的產(chǎn)品。但是，隨著支持PD協(xié)議的產(chǎn)品增多，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)逐步走向統(tǒng)一，未來的充電將變得更加便利！

作者：芯?？萍?應(yīng)用工程師 楊樂

擁有六年電源產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗，芯片原廠工作超過三年，主要負(fù)責(zé)Type-C/PD快充芯片規(guī)格制定及相關(guān)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用方案開發(fā)。主導(dǎo)開發(fā)的應(yīng)用方案中多項技術(shù)創(chuàng)新屬業(yè)內(nèi)首創(chuàng)，目前在Type-C/PD領(lǐng)域已有國家發(fā)明專利3項，實用新型專利2項。