隨著智能手機變得越來越智能、體積越來越大，電池容量也在不斷增加。能夠快速為電池充電是供電時要考慮的一個關(guān)鍵方面。USB PD:USB Power Delivery功率傳輸協(xié)議，USB功率2013年的新標準名為USBPD，USB PD 協(xié)議基于USB3.1，是USB3.1 中即type-c端口后提出的功率傳輸概念。可以為這種技術(shù)帶來更大的靈活性，將充電能力擴大為10倍，最高可達100瓦。
隨著智能手機產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，市場對電池技術(shù)更高的要求推動技術(shù)在電池容量提升、充電效率提升及移動充電三個主要方面進行探索。
當前，電子設(shè)備采用鋰電池為主流沿用的電池技術(shù)，其本身因重量輕、體積小、能量密度高的特點，取代鎳電池，成為最佳的電池元素。“鋰離子”在正、負極中嵌入與脫出，最終實現(xiàn)電能與化學能的相互轉(zhuǎn)化。
公開資料顯示，從80年代鋰電池技術(shù)首次提出，到現(xiàn)在，30年間正負極的材料技術(shù)并無革命性進展，科學家沒有找到更優(yōu)化的正負極材料。《電源雜志》主編斯蒂法諾·帕瑟里尼指出：“現(xiàn)在傳統(tǒng)鋰電池技術(shù)已接近瓶頸，進一步優(yōu)化的空間有限。”
大電壓快充方案在大幅度提升電池充電效率的同時，不可避免地加劇了電池發(fā)熱情況，并對電池壽命帶來影響。快充次數(shù)越多，電池的損耗就越大，根據(jù)估算，快充完全充放電700次左右，手機的最大電量就會下降到標準電量的80%。
具有 USB Power Delivery功率傳輸協(xié)議 及其可編程電源 (PPS) 功能的 USB Type-C? 越來越受歡迎，通過最大限度地提高電源適配器的效率并最大限度地減少手機端的充電損耗，從而縮短了充電時間。PPS 允許適配器通過與正在充電的設(shè)備進行通信來獲得可變的輸出電壓，從而優(yōu)化充電條件。
隔離式反激電源拓撲因其低成本和最少的組件而在手機適配器中很受歡迎。圖 1 顯示了反激系統(tǒng)框圖。通常，主輸出電壓反饋電路包括一個光耦合器和一個并聯(lián)穩(wěn)壓器，例如 TI 的 LMV431。
圖 1：適配器功率級
對于普通的USB PD適配器產(chǎn)品，輸出電壓范圍為3-20V。直接從輸出為并聯(lián)基準供電的一種簡單方法。選擇 LMV431 低壓/寬可調(diào)范圍 (1.24V/30V) 并聯(lián)穩(wěn)壓器將有助于保持與 3.0V 較低輸出電壓的兼容性。移動適配器的常見固定輸出為 1A 時 5V，并且只需要兩個反饋電阻。但是，要創(chuàng)建 PPS 系統(tǒng)，TPL0102-100 可啟用可變輸出。
TPL0102 具有兩個線性錐度數(shù)字電位器 (DPOT)，具有 256 個游標位置和 100kΩ 的端到端電阻。TPL0102-100 具有兩個 256 抽頭數(shù)字電位器、一個與手機微控制器 (MCU) 通信的 I2C 接口和可存儲雨刷位置的非易失性存儲器。圖 2 顯示了分壓器模式下的 TPL0102-100，它帶有一個單位增益運算放大器緩沖器，以創(chuàng)建一個 8 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。電路的模擬輸出電壓由抽頭設(shè)置決定，通過 I2C 總線編程。單位增益緩沖運算放大器緩沖 TPL0102-100 的高阻抗輸出；否則分壓器輸出端的負載會影響輸出電壓。對于 PPS，您需要打開 Q1，小信號 N 溝道金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)。重要的是要記住 TPL0102-100 的默認值為 8E 用于雨刷；因此 MCU 需要啟動 TPL0102 雨刷器的值，以便在 PPS 開啟時，輸出電壓值仍為 5V。
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圖 2：在適配器側(cè)實現(xiàn) PPS
設(shè)計過程
如前所述，常見的移動適配器輸出為 1A 時的 5V。要開始設(shè)計 PPS 系統(tǒng)，您必須將 R1 和 R2 計算為默認的 5V 輸出。一旦 R1 和 R2 的值被鎖定，您就可以計算 R3 以獲得 PPS 系統(tǒng)所需的最小 20mV 步長。
理論上，公式 1 將最小階躍電壓表示為：
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然后等式 2 計算 Vout 的輸出范圍：
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VTPL0102 的范圍是從 0V 到 VCC。VFB 是選定的并聯(lián)穩(wěn)壓器的參考電壓。對于 LMV431，VFB 為 1.24V。VCC 是運算放大器的電源，Vout 是適配器輸出電壓。
USB PD PPS 正變得越來越流行。以最少的元件和低成本將傳統(tǒng)適配器配置為 PPS 功能是一個挑戰(zhàn)，但通過一些額外的電路，移動適配器可以輕松實現(xiàn)最新 USB PD 技術(shù)中的 PPS 功能。
