仅需一颗芯片,让10亿台电脑的USB接口秒变快充头

2021年04月01日 23:30 次阅读 稿源:充电头网 条评论

电脑作为生产力工具,在我们的生活和工作中都起到了非常重要的作用,是我们日常离不开的伙伴。然后现在手机协同电脑办公也是越来越多,大家也都是一边工作一边为手机充电。若能让台式机提供USB-A、USB-C快充接口,在开机时支持快充对手机充电,充分利用碎片化时间充电,可减少一个充电器的购买,且节省桌面插座占用。

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据Gartner统计,2020年全球PC出货量同比增长4.8%至2.75亿台,为十年来最高增幅。加上以往出货量,全球至少有数十亿台电脑保有量。而这些个人电脑,也都有升级为USB-C快充的潜力。

一颗芯片让台式机秒变快充

个人电脑主机箱内均内置了一台电源,常见的尺寸有ATX、SFX等。这些电源基于美国INTEL公司提出的ATX供电规范,是一个标准化的独立产品。值得一提的是,INTEL也是全球CPU市场的霸主,参与了多种电脑标准技术的制订和普及。

以个人电脑主机内部的ATX电源为例,这个最常见的电源均配置有12V输出。标准化的12V输出为手机快充提供了几乎完美的支持,可以直接搭配市场上集成度非常高的DC-DC降压芯片,并且协议支持广泛。

轻松的就可以从电脑12V取电,通过降压芯片为手机输出快充,可满足苹果9V 2.22A 20W,安卓11V 3A 33W快充。

电脑电源12V输出,通过内置协议的DC-DC降压芯片,由协议控制降压,可输出5V、9V PDO档位,以及PPS、OPPO VOOC、华为SCP、三星AFC等快充协议,满足不同手机充电需求。

通过充电头网拆解发现,个人电脑中的高性能电源不少采用了LLC架构,这一架构性能优秀,供电稳定,并且内部经过多次滤波,可以说为台式机升级快充提供了稳定的电能供应。

其中台式机电源输出12V为CPU、显卡供电,有非常高的稳定性,可将降压电路安装在机箱内部,通过SATA硬盘供电接口或大4PIN接口从电源取电,通过降压电路实现快充输出。

使用时只需将数据线接到机箱的充电口即可实现快充,连接电脑传输数据时插回主板USB接口。值得注意的是,这里PCI-E金手指仅用于固定,没有从主板PCI-E插槽取电,而是用SATA母座供电。因此扩展出来的USB-C接口,不具备数据传输功能。

台式机秒变快充,从使用场景能预见的优势,可以为手机直接供电,也可以为无线充供电;此外,还能为小台灯、小风扇等周边用电器供电。

我们暂且叫它快充扩展卡,在设计初期就考虑到了全高机箱和半高机箱的PCI挡板尺寸,因此只需要更换不同挡板即可兼容这两种机箱。无论你是ATX机箱,还是ITX、miniITX机箱,都能轻松应对。

举一反三,这个理念也可以用于个人电脑桌面充改造,有待玩家进一步研究。如果你需要多个USB-C、USB-A接口,也可以增加电源芯片自由组合,即使想要设计4个USB-C全快充接口也是可以实现的,内部使用全部独立的方案,可以实现盲插功能。每个接口都可以实现快充,而不是单口可以快充,连接两个设备就回落5V。快充扩展卡这个理念DIY可玩性非常强。

哪些芯片可以实现

基于12V供电的降压方案,国内多家大厂有完整的高度集成的解决方案,并且经过多年实际应用,兼容性和可靠性都非常好。

让一台电脑支持快充,电路上有两种类型,分别是DC-DC降压和DC-DC升降压。

DC-DC降压,这类方案集成度高、内置快充协议、开发高效,并且成本极具优势;代表芯片品牌有智融、英集芯、富满等。

DC-DC升降压,这种方案也非常成熟,需要外挂快充协议芯片,适合开发大功率快充,发烧友的最爱;代表芯片品牌有南芯、宝砾微等。

值得注意的是,这些都是清一色国产芯片哦。目前国产芯片在这一领域已经做到世界一流水准,并且性能得到了市场验证,累计出货量近亿颗了。

ismartware智融

智融对于车充降压具有完整的产品线,其中内置协议的降压芯片有SW3510、SW3513、SW3514、SW3516、SW3517、SW3518,搭配电感和降压开关管等外围元件即可实现功能完整的降压电路。

此外,智融SW3521、SW3522、SW3526内置降压开关管,为全部集成设计,外围元件精简,协议支持广泛,一颗芯片搭配必须的外围元件即可完成自带协议的降压转换器产品。

智融一口气推出9款三星S21+快充方案文章,归纳了智融可用于实现手机快充的降压芯片和协议芯片。

智融SW3518S是一颗降压控制器,需要外置开关管,但是SW3518S支持VOOC闪充,最高输出电流5A,支持PD3.0/PPS快充,并且支持双口快充输出,支持QC4+、华为SCP、三星AFC等丰富的快充协议,现在很多氮化镓多口充电器都在使用这颗芯片用来支持多口输出。

智融SW3521为支持USB-A口快充的全集成降压IC,内部集成开关管,支持华为高压和低压SCP,对华为手机的快充有很好的支持,搭配简单的外围元件,就可组成完整的高性能多快充协议的充电解决方案。

智融SW3522支持USB-C口,支持PD3.0快充和PPS快充,内部集成开关管,支持QC和AFC快充。智融SW3521和SW3522都采用ESOP8封装,外围元件精简,集成度高,两颗芯片分别实现USB-A和USB-C快充,智融车充参考设计介绍。

智融SW3526是一颗支持USB-C或USB-A口的全集成车充降压IC,内部集成开关管,支持华为高压和低压SCP,对华为手机的快充具有很好的支持。同时还支持PD3.0/PPS快充,支持AFC和QC等快充协议,使用了SW3526的机乐堂38W车充拆解。

INJOINIC英集芯

通过充电头网的拆解,英集芯具有多颗全集成的车充降压IC,可用于12V输入的降压输出。挑几款最常用的来说吧,IP6520是一颗高度集成的降压IC,协议支持非常广泛,支持PD和QC快充,支持PPS快充,并且还通过了PD3.0 USB IF协会认证。

图为IP6520车充Demo,背面仅有电感和滤波电容,外围元件非常精简。英集芯IP6520支持PD3.0/PPS输出,支持华为高压SCP、三星AFC以及QC快充协议。支持USB-C接口,支持18W PD快充。IP6520内部集成开关管,采用ESOP8封装,外围简单方便布局。充电头网实测兼容性非常好。

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英集芯IP6525T全集成降压转换器,集成降压控制和协议识别功能。IP6525T支持华为FCP、三星AFC和QC快充,支持USB-A口降压输出,内置开关管,外围元件非常精简,IP6525T支持18W输出,支持完善的保护功能。三星车充都在用这款降压芯片。

英集芯IP6537是一颗高集成的快充车充芯片,集成了高效同步降压转换器和协议识别功能,外围精简,可以为车载充电器的开发提供完整的解决方案。充电头网通过ChargerLAB POWER-Z KM001C检测,英集芯IP6537可支持5V/3A、9V/2.22A、3.3-11V/2A输出。

英集芯IP6538是一款集成同步开关的降压转换器、支持14种输出快充协议、支持Type-C输出和USB PD2.0、PD3.0(PPS)协议的双口输出SOC IC,支持USB-C和USB-A口输出,为车载充电器、快充适配器、智能排插提供完整的解决方案,机乐堂1A1C 20W车充使用了IP6538。

FM富满

富满XPM5236芯片集成同步降压控制与多协议识别功能,并且采用内置MOS的设计,最大输出功率可达到36W。同时,该芯片还具有集成度高、封装简单等特点,可以有效减少芯片外围的元器件数量,节省系统开发成本,加速产品上市。

富满XPM5236系列采用ESOP8封装,有XPM5236A和XPM5236B两个型号,均采用ESOP8封装,支持6.6V至 36V超宽电压输入,以及3.6V至12V输出,并可依据充电协议自行调整。其中XPM5236A的PDO配置为5V/3A、9V/3A两个电压档位,XPM5236B 的PDO配置为5V/3A、9V/3A、12V/3A三个电压档位。

协议方面,支持Apple 2.4A、USB DCP、QC3.0、QC2.0、AFC、FCP等协议。XPM5236内部集成开关管,内置补偿功能,外围仅需四颗元件,即可提供36W大功率快充,同时快充兼容性也不错。

Southchip南芯

南芯是国内第一家升降压控制器芯片厂商,旗下产品非常广泛,南芯的方案适合做大功率升降压快充使用,元件数量相对较多。

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首先介绍的南芯SC8102是一颗内置降压开关管的同步整流降压转换器,内部集成低阻开关管,最大输出电流6A,可搭配协议IC使用。SC8102支持双口输出,具有独立的电流检测,可搭配协议IC做单口快充,也可作为双口5V输出。采用QFN5*5mm封装,在适配器内部搭配协议IC做大功率降压输出。

南芯SC8112是一颗内置降压开关管的同步整流降压转换器,内部集成低阻开关管,最大输出电流6A,可搭配协议IC使用。SC8112支持双口输出,具有独立的电流检测,可搭配协议IC做单口快充,也可作为双口5V输出。采用QFN5*5mm封装,在车充内部搭配协议IC降压输出。

南芯SC8815是一款数字控制的H桥升降压控制器,使用时需外置协议芯片和开关管与电感等元件。SC8815参数可由I2C接口配置,搭配协议IC使用,支持宽范围电压转换,内置ADC可用于输入输出电压及电流检测,可用于回传电压电流等功率信息,功能全面被三星45W车充使用。

南芯SC8721是一颗内置四颗H桥开关管的升降压转换器,支持最高22V输出,可通过I2C总线接口进行输出电压调节和输出限流调节,搭配I2C接口的协议芯片可以做升降压输出,内置的ADC可用于输入输出电压和电流检测,可用于输出参数回传,提高产品竞争力。

Powlicon宝砾微

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宝砾微PL5500是一颗双向H桥升降压控制器,可实现升降压操作以及对电池的充放电管理。PL5500在使用时需要搭配协议IC和开关管等外置元件,可实现20V 45W升降压大功率输出,支持完善的保护功能,被俊凯达63W车充使用。

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宝砾微PL5501是一颗同步四开关单向升降压控制器,支持最高36V输入电压,内置LDO可为协议芯片供电,简化设计。外置开关管,在车充内可实现65W大功率升降压输出,倍思65W车充使用了这颗芯片。

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宝砾微PL9405是一款同步四开关双向BUCK-BOOST转换器,支持最高36V工作电压,持续负载电流可达5A。PL9405还具有电池充放电管理功能,支持1到6节电池充放电管理。

内部集成两个耐压高达40V、9mΩ低导通电阻的功率MOSFET,只需要外置两个MOSFET。且外置MOSFET分摊发热、降低整机温升且节省PCBLayout布局空间。倍思45W车充在使用宝砾微PL9405。

充电头网总结

想不到吧,个人电脑实现快充改造,其实并不难。

以上是充电头网为大家盘点的适合应用在电脑上的同步降压芯片,和同步升降压芯片。以上芯片均具有外围元件精简、保护全面、协议支持广泛的优点。可方便的为台式机提供主流手机的快充支持,实现新的产品卖点。

电路方案如上介绍,具体实现方式,可由SATA或大4PIN口取电,在机箱内增加电路板和输出接口。

台式机加装快充,可以减少插排的占用,并且输出的电源,也可为无线充、小风扇、移动电源等供电,使桌面不再凌乱。

降压方案目前可实现单口最大33W的输出功率,若需更高的输出功率如45-65W,则需要同步升降压芯片来实现15V、20V输出,成本和复杂度有所提升。

得益于国内半导体产业化的进步和快充技术的发展,高性价比的快充解决方案才得以普及。加上标准化的部件和标准规格,更大幅简化了兼容性设计,总之一句话,科技让生活更便捷。

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