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《如何讓PD快充更安全?》重磅IC及PD充電解決方案!

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文章出處:驪微電子責任編輯:電源管理芯片人氣:-發表時間:2019-08-30 10:16
  近年來智能手機發展越來越快,很多的手機都配備了pd快充的技術,很大程度上的提高了我們手機在充電上的速度,但由于USB PD充電器由于功率密度提高、輸出電壓范圍變寬,存在三大安全挑戰:主要有電網波動帶來的安全挑戰、功率器件發熱的安全挑戰以及輸出過壓對手機PMU的安全挑戰。
  
  在2019(秋季)USB PD&Type-C 亞洲大會上,芯朋微應用技術總監——王曠先生主講了《如何讓PD快充更安全?》,發布最新PD快充重磅IC及18-60W全系列安全PD充電解決方案!
 
  
 
  一、市電異常高壓對充電器的影響及對策  
  當充電器在不同電壓工作時,市電持續高壓是充電器的主要安全威脅之一,實驗分析表明:高壓電容開閥是炸機元兇,C2過熱開閥損壞后,等為nF級電容,差模電感L1加變壓漏感與寄生電容發生振蕩,振蕩尖峰電壓高達數百伏,易導致Q1擊穿,進而損壞CS電阻等多個元器件。受電同波動影響,C1、C2是充電器中最容易損壞的器件,除電容自身技術提升外是否還有更好的應對措施?
  
  方法1:直接采樣市電保護技術  
  PN8275P內部850V高壓模塊,通過HV腳直接監控市電,實現市電精準OVP保護HV腳還兼有X電容放電和高壓啟動功能PN8275P外驅MOS方案適用于30W/45W/60WPD快充應用。
  
  方法2:間接釆樣市電保護技術  
  PN8161P(18WPD快充)內置市電保護模塊,在開關管導通階段,通過仁dmg電流判斷市電,可實現5%精度市電OVP保護,移除傳統方案實現市電保護所需的9顆元器件。
  
  市電OVP精準保護:升高市電至321ac時PN8161P自動關閉PpWM,由于高壓電容損耗降低及環溫降低,從而有效保護高壓電容。   
  有效識別雷擊干擾:雷擊發生時,高壓電容電短時間超過市電OvP閾值(464VDC),PN8161R自動識別為雷擊干擾信號,輸出電壓正常推持。
  
  二、功率器件發熱充電器過溫影響及對策  
  由于人體可觸摸到充電器的外殼,安規要求外殼溫度需低于75度,避免人體燙傷PD快充由于功率密度更高,異常工況下(如惠棉)避免溫度過高熔化外殼(一般PC料耐溫<125度);因此加入輸出恒流,避免寬電壓輸出時,某個工作點的輸出電流過大引起過溫引入OTP保護,且確保OTP監控點為PD充電器的最熱點。
  
  方法1:原邊主控加入CC控制  
  PN8161C內置CC功能,從源頭上避免異常工況下輸出功率過大造成的功率器件溫度異常升高。
  
  方法2:控制芯片內置OTP保護  
  PN8275(30-60WPD)同時提供芯片內部和芯片外部的雙重OTP保護:芯片內溫度超過145℃,芯片進入過溫保護狀態;通過外部NTC檢測系統熱點是否超過定值,復用CS腳實現保護。  
  PN8161(18wPD)集成控制器+智能MOS,采用3D疊層封裝技術控制器精準監控功率Mos溫度,實現低成本、精準快過熱安全保護。
  
  三、輸出過壓對充電器的影響及對策  
  異常工況下(如閉環控制異常),PD充電器輸出電壓會高上加高,如果USB口電壓超過手機內部的PMU單元耐壓(典型值16V),則造成手機損壞!因此,應合理設計充電器的輸出過壓保護(典型值低于15V)。
  
  方法:PN8275/PN8161在變壓器去磁期間采樣輔助繞組電壓,通過對輸出電壓的間接采現異常過壓保護。
 
  
  18W PD快充方案亮點:  
  節省10顆以上外圍: 無啟動電阻、無CS偵測網絡,原副邊均實現SOP8功率集成;  
  滿足CoC V5 Tier 2:專利高壓啟動,實現30mW待機功耗;工作曲線隨輸出電壓自適應,不同輸出電壓下平均效率裕量均大于4個點;  
  EMC性能卓越:抖頻幅度隨負載自適應,改善傳導;DCM/QR工作模式,避免次級整流管反向恢復問題,改善輻射;  
  3.3~12V寬輸出電壓范圍:PN8161/PN8307H供電范圍寬,無需額外LDO穩壓;  
  協議芯片任意搭:SSR架構,方案易滿足PD3.0/QuickCharge 4+。
 
  
  PN8161典型應用于18W PD充電器,除外圍精簡外,芯片通過DMG腳開關波形間接采樣市電和輸出電壓,實現市電OVP和輸出電壓OVP,避免充電器內部器件或手機PMU過壓損壞。芯片采用3D疊層封裝技術,控制器可精準監控內部智能功率MOS溫度,實現低成本、精準快OTP,有效防止功率器件過熱引起的安全問題。
 
  
  PN8275典型應用于30W/45W/60W PD充電器,芯片通過850V耐壓HV腳直接監控市電實現市電OVP保護,并兼具高壓啟動、X電容放電等功能。芯片內置片內OTP和片外OTP,可監控充電器多個熱點,實現雙重OTP保護,更安全。此外,DMG實現輸出過壓保護和OCP線電壓補償,避免輸出電壓異常損壞手機電池管理電路。
  
  使用PD快充進行充電,讓電池更安全長壽,同時也能避免手機出現降頻,PD快充充分利用零散時間、短時間來進行多次充電,有利于電池擁有最佳的使用壽命,而cpu性能也會因電量飽滿而處于較高穩定的高性能運作,使用pd快充改變單一的充電環境,讓手機更健康更安全,更多PD快充產品的詳細手冊或技術資料,請向驪微電子申請。>>
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