加速140W快充普及 9大厂商率先推出12款PD3.1芯片

2022年01月06日 21:54 次阅读 稿源:充电头网 条评论

2021年5月份,USB PD3.1最新规范发布;10月1日,USB Type-C电缆和连接器规范修订版2.1公布。这两个新规范将快充功率直接从现在的100W提升到了240W,覆盖到了生活方方面面,给快充市场提供了全新发展机遇。芯片厂商算是最先洞察到市场先机的,据充电头网观察,目前已经有多家厂商推出了USB PD3.1配套的快充芯片,详细芯片规格见表格。


从充电头网整理的表格数据可见,首批支持USB PD3.1快充的芯片类型有协议芯片、E-marker芯片、同步整流、DC-DC降压芯片等。这些芯片可以应用于充电器、线缆、车充、户外电源等领域。

值得一提的是,目前苹果、闪极、雅晶源、新斯宝等厂商均已经率先推出了140W USB PD3.1快充充电器,USB PD3.1快充生态逐渐完善。


基于最新的USB PD3.1标准,苹果推出了旗下首款140W氮化镓快充充电器,推动USB PD3.1标准的落地。与此同时充电头网也注意到,自新标准发布以来,业内陆续已有多家半导体企业推出了多款符合USB PD3.1标准的芯片产品,成为行业中首批吃螃蟹的人。

快充规范重大升级

2021年5月份,USB-IF协会正式发布了USB PD3.1快充标准,将最大充电功率提升至240W,同时新增28V、36V、48V三组固定输出电压档位,以及15V-28V、15V-36V、15V-48V三组可调电压档位(简称AVS)。


最新USB PD3.1快充标准是USB PD3.0标准的进阶版本,PD3.1涵盖了PD3.0的内容,可以完全向下兼容;同时在标准的称呼方面,USB PD3.0也逐渐被USB PD3.1 SPR取代,SPR指的是标准功率范围,当PD快充产品的功率在100W以内时,都可以称之为USB PD3.1 SPR。当产品功率大于100W时,就属于USB PD3.1 EPR(扩展功率范围)设备。

对于电源产品而言,为了满足USB PD3.1 EPR的应用需求,快充充电器中几乎所有的元器件都迎来了全新的挑战,尤其是电源芯片、协议芯片、MOS、电容、变压器、连接器等。


线缆方面,在USB PD3.1标准下可以分为20V等级的普通线缆和50V等级的EPR线缆两种规格。不过需要注意的是,USB-IF协会已经于12月底终止了普通100W线缆认证申请,后续的USB-C to USB-C线缆都需要进行240W认证。这不仅对线缆材质提出了更高要求,而且也需要搭配最新标准的E-Marker芯片。


通过ChargerLAB POWER-Z KM002C测试可见,最新的EPR线缆可以既可以支持50V 5A 250W功率传输,同时也能保持40Gbps的数据传输标准。

快充协议芯片

协议芯片对于USB PD3.1快充充电器而言至关重要,目前市面上支持USB PD3.1 SPR(USB PD3.0)快充标准的协议芯片已经多达百余款,不过能够支持USB PD3.1 EPR快充协议的凤毛麟角。据充电头网不完全统计,目前仅有英集芯、英飞凌、天德钰、慧能泰等几家厂商推出了USB PD3.1 EPR协议芯片。

INJOINIC英集芯IP2736


英集芯IP2736协议芯片支持USB PD3.0/3.1协议,支持28V EPR档位输出,支持E-Marker线缆。同时这颗协议芯片还支持QC5/QC4+QC3+/QC3.0/QC2.0快充协议,支持中国融合快充标准UFCS,支持FCP/SCP快充协议,支持AFC快充协议,支持SFCP快充协议和MTK PE快充。手机电脑快充全部通吃,协议支持非常全面。

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Infineon英飞凌CYPD3135


英飞凌CYPD3135是USB PD3.0快充协议芯片,属于EZ-PD CCG3系列,是一款高度集成的USB-C型控制器,符合最新的USB-C和PD标准。CCG3是一个完整的USB-C和USB电源端口控制解决方案,可用于笔记本电脑、显视器、拓展坞以及电源适配器等设备。

英飞凌CCG3使用专有的M0S8技术,具有32位、48-MHz ARM Cortex-M0处理器,具有128 KB闪存、8KB SRAM、20GPIOS、全速USB设备控制器。可用于认证的密码引擎、20V容错调节器,以及一对FET开关5V(VCON)电源,为电缆供电。CCG3还集成了两对栅极驱动器来控制外部VBUS FET和系统级ESD保护,电源领域应用中,CGG3常用封装有40-QFN、32-QFN两种封装形式。

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Infineon英飞凌PMG1-S3


英飞凌EZ-PD PMG1-S3新一代USB PD3.1协议芯片,支持28V 5A(140W)输出和取电。PMG1协议芯片均内置MCU微处理器,可提供额外的控制功能,适合智能扬声器、笔记本电脑、电动工具和存储设备等。

该芯片有QFN-48和BGA-97两个封装,内部集成了USB PD3.1协议,内置ARM M0及M0+处理器,片内集成256K Flash和32K SRAM,支持GPIO引脚,内置通路管驱动电路,用于片内供电的稳压器和引脚高压保护电路。同时PMG1还提供过压过流保护、短路保护和反向电流保护。最新引入的固件保护功能支持安全固件启动和签名固件更新等安全功能。

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JADARD天德钰JD6622


天德钰JD6622是最新发布的USB PD3.1快充协议芯片,采用QFN5*5-32L封装,内置ARM M0+ 64K Flash+8KB SRAM,支持PD3.1 EPR 28V、UFCS,并兼容多款协议,而且还支持双C口独立快充输出以及功率智能调配。

在保护方面也集成了过温度保护、输出过流保护、输入过压保护、I/O引脚过压保护;支持I2C/UART功能,支持光耦和FB反馈,应用于适配器和DC-DC等产品领域。

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Hynetek慧能泰HUSB311


慧能泰HUSB311符合最新的USB Type-C和USB PD3.1标准,内部集成了一个完整的BMC编码,包括一个接收器和发射器。有了这个 USB BMC电源传输协议的物理层,它能够处理USB PD3.1协议,支持140W(28V/5A)供电和取电。HUSB311可以分别配置为USB PD3.1 Source only、USB PD3.1 Sink only和USBPD3.1 DRP三种不同的工作模式。

E-Marker芯片

在USB PD3.1快充标准发布后,2021年10月,USB Type-C电缆和连接器规范修订版2.1公布,更新了USB-C线缆的最新规范,使其能够支持最高支持240W快充,进一步完善了整个USB PD3.1标准的生态。线缆规范的更新也带来了E-Marker芯片的升级,据充电头网了解,目前已有易冲、英集芯、威锋电子、慧能泰等厂商推出了符合USB PD3.1 EPR快充标准的E-Marker芯片。

CPS易冲CPS8821


丝印B1aB的是来自易冲半导体的USB PD3.1规格 E-Marker芯片CPS8821,该芯片可支持USB PD3.1快充,最高240W功率,还兼容USB4&雷电4&雷电3&USB3.2数据传输,目前已经量产出货。

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INJOINIC英集芯IP2133


英集芯IP2133一颗高集成的USB Type-C数据线E-Marker芯片,支持USB Type-C2.1和PD3.1协议标准,支持USB PD3.1 EPR扩展功率应用,支持SOP'通讯。同时内部集成硬件的BMC协议以及物理层协议,支持获取制造商信息指令,支持EPR模式。

VIA威锋电子VL153


针对USB-C to USB-C线缆标准的更新,威锋电子推出了一款全新的E-Marker芯片VL153,这颗芯片不仅支持USB PD3.1,同时也支持USB4数据和thunderbolt等协议,此前已经在同轴科技USB4数据线有所应用。该芯片与上一代VL152采用Pin to Pin设计,方便客户以最小的成本实现产品升级。

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Hynetek慧能泰HUSB332B


Hynetek慧能泰半导体的USB E-Marker芯片HUSB332B已经获得USB PD3.1认证, TID 6773。该芯片支持PD3.1 EPR 240W功率传输和USB4 Gen3 40Gbps数据传输,也支持Thunderbolt 3功能,适用于搭载240W USB-C to USB-C线缆上。据悉,HUSB332B也是业内率先通过USB PD3.1认证的芯片。其封装向下兼容HUSB332和HUSB332A,近期将推向市场。

同步整流芯片

USB PD3.1快充标准带来的更大的功率以及更高的输出电压,这对电源芯片提出了新的要求,大功率电源一般需要用上PFC+LLC的电源架构,不仅如此,USB PD3.1快充电源还需要用到更高耐压值的同步整流芯片,以满足EPR功率范围最低28V输出电压的要求。据了解,目前MPS推出的MP6924A以及恩智浦TEA2095两款同步整流芯片都能满足上述需求,并且已经在部分电源产品中有所应用。

MPS芯源MP6924A


MPS MP6924A是一颗双路同步整流控制器,内部集成了两个同步整流控制器,分别用于LLC两个次级线圈输出的整流应用,适用于LLC转换器同步整流应用。可以节省一颗控制器,精简次级电路设计,同时支持4.2-35V宽范围工作电压,可以适用于USB PD3.1快充140W电源设计,目前该芯片已经获得戴尔130W电源采用。

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NXP恩智浦TEA2095


恩智浦 TEA2095是一颗双路同步整流控制器,内置两个驱动器,可以同时驱动两个同步整流管,并支持独立工作。值得一提的是,该芯片支持4.5V-38V宽电压输出,满足当前USB PD3.1快充的应用。

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降压芯片

USB PD3.1快充芯片中之所以会出现降压芯片,主要是因为用于USB PD3.1快充的AC-DC生态还不够成熟。目前主流的方案是基于PFC+LLC的架构开发AC-DC电源输出固定电压值,然后通过降压芯片进行二次调压实现5-28V输出,最后由协议芯片控制输出。目前英集芯IP6550以及茂睿芯MK9218都可用于USB PD3.1快充充电器的设计。

INJOINIC英集芯IP6550

加速140W快充普及!9大厂商率先推出12款PD3.1芯片-充电头网

英集芯IP6550是一款支持USB PD3.1快充标准的同步降压控制器,支持最高36V输入电压,输出电压支持最高30V,可满足目前28V5A的140W大功率输出需求。该芯片支持5A输出电流,内置的同步降压控制器开关频率固定135kHz。可用于两路USB-A口,降压5V2.4A输出,也可作为单路降压使用,输出电压可调满足更多场合。IP6550内置输入过压、欠压保护,内置输出过流、过压、欠压及短路保护,芯片内部集成过热保护,并支持EN控制开关。

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MERAKI-IC茂睿芯MK9218

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茂睿芯MK9218是一款支持110V输入的同步整流降压控制器,这款降压转换器最高支持100V输入电压,输出电压范围为0.8-60V,完全满足USB PD3.1的28-48V应用,既可用于充电器内部降压,也可用于用电设备内部降压。同时还支持两颗芯片组成两相同步降压,效率提高并降低输出纹波。

总结

虽然USB PD3.1快充标准的发布已有半年之久,但目前整个市场的出货主要还是以USB PD3.1 SPR部分的产品为主。USB PD3.1 EPR部分的生态尚未成熟,目前仅有苹果一家品牌量产了符合最新标准的140W快充电源,在受电端几乎没有对应的产品,这也导致很多厂商一直处于观望状态。

不过充电头网通过整理发现,在USB PD3.1快充技术发布后,MPS、NXP、英集芯、茂睿芯、慧能泰、英飞凌、天德钰、易冲、威锋电子等多家厂商或早或晚都布局了USB PD3.1快充的芯片,产品各具特色,涵盖了LLC同步整流、同步降压、协议、E-Marker等不同的应用,成为了业内率先进入USB PD3.1快充市场的企业。

相信在随着越来越多芯片厂商入局USB PD3.1快充市场,整个快充生态也将逐渐走向成熟。

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