《如何让PD快充更安全？》重磅IC及PD充电解决方案！

　　近年来智能手机发展越来越快，很多的手机都配备了pd快充的技术，很大程度上的提高了我们手机在充电上的速度，但由于USB PD充电器由于功率密度提高、输出电压范围变宽，存在三大安全挑战：主要有电网波动带来的安全挑战、功率器件发热的安全挑战以及输出过压对手机PMU的安全挑战。

　　

　　在2019（秋季）USB PD＆Type-C 亚洲大会上，芯朋微应用技术总监——王旷先生主讲了《如何让PD快充更安全？》，发布最新PD快充重磅IC及18-60W全系列安全PD充电解决方案！
 

　　
 

　　一、市电异常高压对充电器的影响及对策　　

　　当充电器在不同电压工作时，市电持续高压是充电器的主要安全威胁之一，实验分析表明：高压电容开阀是炸机元凶，C2过热开阀损坏后,等为nF级电容，差模电感L1加变压漏感与寄生电容发生振荡，振荡尖峰电压高达数百伏，易导致Q1击穿,进而损坏CS电阻等多个元器件。受电同波动影响，C1、C2是充电器中最容易损坏的器件，除电容自身技术提升外是否还有更好的应对措施？

　　

　　方法1：直接采样市电保护技术　　

　　PN8275P内部850V高压模块，通过HV脚直接监控市电，实现市电精准OVP保护HV脚还兼有X电容放电和高压启动功能PN8275P外驱MOS方案适用于30W/45W/60WPD快充应用。

　　

　　方法2：间接釆样市电保护技术　　

　　PN8161P(18WPD快充)内置市电保护模块，在开关管导通阶段，通过仁dmg电流判断市电,可实现5%精度市电OVP保护，移除传统方案实现市电保护所需的9颗元器件。

　　

　　市电OVP精准保护：升高市电至321ac时PN8161P自动关闭PpWM，由于高压电容损耗降低及环温降低，从而有效保护高压电容。　　　

　　有效识别雷击干扰：雷击发生时，高压电容电短时间超过市电OvP阈值(464VDC)，PN8161R自动识别为雷击干扰信号，输出电压正常推持。

　　

　　二、功率器件发热充电器过温影响及对策　　

　　由于人体可触摸到充电器的外壳，安规要求外壳温度需低于75度，避免人体烫伤PD快充由于功率密度更高，异常工况下(如惠棉)避免温度过高熔化外壳(一般PC料耐温<125度)；因此加入输出恒流,避免宽电压输出时，某个工作点的输出电流过大引起过温引入OTP保护，且确保OTP监控点为PD充电器的最热点。

　　

　　方法1：原边主控加入CC控制　　

　　PN8161C内置CC功能，从源头上避免异常工况下输出功率过大造成的功率器件温度异常升高。

　　

　　方法2：控制芯片内置OTP保护　　

　　PN8275(30-60WPD)同时提供芯片内部和芯片外部的双重OTP保护：芯片内温度超过145℃，芯片进入过温保护状态；通过外部NTC检测系统热点是否超过定值，复用CS脚实现保护。　　

　　PN8161(18wPD)集成控制器+智能MOS，采用3D叠层封装技术控制器精准监控功率Mos温度,实现低成本、精准快过热安全保护。

　　

　　三、输出过压对充电器的影响及对策　　

　　异常工况下(如闭环控制异常)，PD充电器输出电压会高上加高，如果USB口电压超过手机内部的PMU单元耐压(典型值16V)，则造成手机损坏！因此，应合理设计充电器的输出过压保护(典型值低于15V）。

　　

　　方法：PN8275/PN8161在变压器去磁期间采样辅助绕组电压，通过对输出电压的间接采现异常过压保护。
 

　　

　　18W PD快充方案亮点：　　

　　节省10颗以上外围： 无启动电阻、无CS侦测网络，原副边均实现SOP8功率集成；　　

　　满足CoC V5 Tier 2：专利高压启动，实现30mW待机功耗；工作曲线随输出电压自适应，不同输出电压下平均效率裕量均大于4个点；　　

　　EMC性能卓越：抖频幅度随负载自适应，改善传导；DCM/QR工作模式，避免次级整流管反向恢复问题，改善辐射；　　

　　3.3~12V宽输出电压范围：PN8161/PN8307H供电范围宽，无需额外LDO稳压；　　

　　协议芯片任意搭：SSR架构，方案易满足PD3.0/QuickCharge 4+。
 

　　

　　PN8161典型应用于18W PD充电器，除外围精简外，芯片通过DMG脚开关波形间接采样市电和输出电压，实现市电OVP和输出电压OVP，避免充电器内部器件或手机PMU过压损坏。芯片采用3D叠层封装技术，控制器可精准监控内部智能功率MOS温度，实现低成本、精准快OTP，有效防止功率器件过热引起的安全问题。
 

　　

　　PN8275典型应用于30W/45W/60W PD充电器，芯片通过850V耐压HV脚直接监控市电实现市电OVP保护，并兼具高压启动、X电容放电等功能。芯片内置片内OTP和片外OTP，可监控充电器多个热点，实现双重OTP保护，更安全。此外，DMG实现输出过压保护和OCP线电压补偿，避免输出电压异常损坏手机电池管理电路。

　　

　　使用PD快充进行充电，让电池更安全长寿，同时也能避免手机出现降频，PD快充充分利用零散时间、短时间来进行多次充电，有利于电池拥有最佳的使用寿命，而cpu性能也会因电量饱满而处于较高稳定的高性能运作，使用pd快充改变单一的充电环境，让手机更健康更安全，更多PD快充产品的详细手册或技术资料，请向骊微电子申请。>>