USB PD3.1帶動(dòng)PD快充技術(shù)重大革新！蘋果140W氮化鎵充電器帶火的市場，最新進(jìn)展到哪里了？

（電子發(fā)燒網(wǎng)報(bào)道 文/章鷹）近期，在蘋果推出新款 MacBook Pro 時(shí)，該公司還推出了一款全新的140W USB-C 充電器，該充電器隨附在 16 英寸機(jī)型的包裝盒中。Apple的140W充電器是該公司第一個(gè)使用氮化鎵 (GaN) 制造的充電器。

圖：蘋果140W氮化鎵充電器，電子發(fā)燒友拍攝

海外媒體拆解顯示，蘋果這款充電器使用 USB-C PD 3.1 標(biāo)準(zhǔn)，可提供高達(dá)240W的功率。這也是蘋果首款采用GaN的電源適配器。這個(gè)充電器單獨(dú)售價(jià) 99 美元（不包括 USB-C-to-MagSafe 電纜，額外收費(fèi)49美元）。Macbook Pro 2021機(jī)身上設(shè)置了三個(gè)全功能雷電4接口，物理形態(tài)為USB-C，三個(gè)接口均支持40Gbps數(shù)據(jù)傳輸、6K@60Hz視頻傳輸。

USB-C PD 3.1標(biāo)準(zhǔn)有哪些更新？

繼USBPD3.0之后，2021年5月USB-IF在Power delivery加入新的規(guī)格，并且發(fā)表PD3.1規(guī)范。新的規(guī)范中加入EPR功能，擴(kuò)展PD3.0供電瓦數(shù)100W的限制，增加到240W（48V 5A），最大支持48V的電壓輸出，并且在文件中對其供電要求與行為進(jìn)行定義。

圖：PD快充應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。電子發(fā)燒友拍攝

USB PD 3.1快充規(guī)范將功率分為標(biāo)準(zhǔn)功率范圍（SFR）和擴(kuò)展功率范圍（EPR）。市場上主流的USB PD 3.0 PPS快充標(biāo)準(zhǔn)不變，最大充電功率100W，而新增加28V、36V、48V三個(gè)電壓屬于拓展功率范圍，三個(gè)電壓對應(yīng)的最大輸出電流均為5A，輸出功率最大可以達(dá)到240W。

USB PD3.1快充標(biāo)準(zhǔn)還在拓展功率范圍增加三組可調(diào)整電壓檔位，簡稱AVS，分別為AVS APDO 15V~28V5A、15V~36V5A、15V~48V5A。AVS最小調(diào)壓步進(jìn)是0.1V，并且繼續(xù)沿用基于PDP的恒功率限制模式。

USB PD 3.1通過擴(kuò)展電壓至48V，電流5A不變，可提供最大240W的充電功率，這幾乎覆蓋了所有高性能獨(dú)顯游戲本、移動(dòng)工作站以及部分臺式機(jī)供電，USB PD3.1快充標(biāo)準(zhǔn)除了能夠滿足除了手機(jī)、平板、輕薄型筆電等產(chǎn)品之外，還能應(yīng)用在電動(dòng)工具、安防領(lǐng)域 POE 供電、兩輪電動(dòng)車、IOT 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等領(lǐng)域，市場容量大大增加。

以游戲本、顯示器這類設(shè)備，大部分充電電壓都在20V以下，在應(yīng)用USB PD3.1快充標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，只需要在電腦輸入端增加一個(gè)降壓電路即可滿足100W以上大功率充電的要求。另外，對于電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、工業(yè)電源這類多串鋰離子電池設(shè)備或者需要高電壓供電的設(shè)備來說，由于多串電池組的高電壓特性，可以直接通過USB PD3.1的拓展功率范圍的電壓與之適配。

Power Integrations產(chǎn)品營銷總監(jiān)Chris Lee對媒體表示，USB PD 3.1 快充標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，直接受益的市場包括了電動(dòng)工具， 電動(dòng)自行車，無線充電以及其他5-10節(jié)鋰電池的應(yīng)用場合。在USB PD 3.0 100W的限制下，大功率的充電器無法受惠?，F(xiàn)在功率提升至240W，這意味著現(xiàn)行桌上型或者大體積的大功率充電器可以直接由便攜性的適配器來取代，這是一個(gè)嶄新的機(jī)會(huì)，有助于激勵(lì)市場進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化或是更新。

市場上推出的多款集成PD3.0和PD3.1方案

深圳寶礫微電子有限公司市場總監(jiān)肖祥富對記者表示：目前，我們看到研發(fā)工程師在設(shè)計(jì)PD快充方案，遇到三個(gè)棘手的問題。一、現(xiàn)在的PD方案結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，外圍器件比較多，所以快充的體積尺寸沒有辦法做到更??；二、協(xié)議兼容性。客戶終端多樣性，一般都有很多種的快充協(xié)議，現(xiàn)在市場主流的PD協(xié)議，無法滿足所有的需求，PD快充方案的兼容性比較頭痛；三、溫升和EMI。在整個(gè)快充方案設(shè)計(jì)中，溫升和EMI占用設(shè)計(jì)的大量時(shí)間。

圖：PL6200方案。電子發(fā)燒友拍攝

為了解決以上問題，寶礫微推出了超高集成度Soc方案PL6200。這顆產(chǎn)品可以同時(shí)支持1C+2A+MicroB+Lighting多USB口，可以同時(shí)兼容PD2.0、PD3.0、QC2.0、QC3.0、AFC、FCP、SCP等快充協(xié)議。支持1-6串電池充電管理，采用COT控制架構(gòu)，自帶抖頻功能，有利于EMI性能。

“在DC－DC內(nèi)部集成了PD3.0方案，我們只做一部分，數(shù)字傳送通過外面的MCU完成，這時(shí)候只需要一顆帶有IFC功能的簡單MCU就可以實(shí)現(xiàn)整體PD功能?！?肖祥富分析說，“這是今年推出了PD Soc快充方案，可以支持最多支持5個(gè)USB口的快充協(xié)議。”

圖：PL6200芯片-雙向Type-C PD方案 電子發(fā)燒友拍攝

之前，寶礫微電子推出的PL5500芯片只支持鋰電池充電，現(xiàn)在碰到的儲(chǔ)能電源或其他電源用到磷酸鐵鋰，我們沒有辦法去做充電管理，必須要配合外面的其他的器件來完成。但是PL6200方案的出現(xiàn)改變了這種情況，PL6200方案可以配合3V到4.5V的電池管理，外部設(shè)置支持多少的電子電壓，可以隨意配置。采用升降壓結(jié)構(gòu)，這種模式抗干擾能力強(qiáng)，滿足大功率應(yīng)用，最高做到200W。

肖祥富展示了PL6200芯片和集成方案的三種典型應(yīng)用。這款產(chǎn)品的成功案例包括：一、3串電池PD65W移動(dòng)電源；二、寶礫微做了2A+C的共享充電寶應(yīng)用方案，2串電池PD45W共享充電寶，支持PD3.0，QC3.0，AFC等快充協(xié)議，可以滿足EMI及PPS認(rèn)證要求；三、寶礫微集成PL6200芯片設(shè)計(jì)的雙向TYPE－CPD方案還展示了筋膜槍應(yīng)用和儲(chǔ)能電源應(yīng)用。以儲(chǔ)能電源方案為例，這是一個(gè)28V、5A和140W的方案，儲(chǔ)能電源多了幾個(gè)MOSFET管，因?yàn)楣β蚀?，考慮散熱和電流問題，多放置幾個(gè)MOSFET管，就可以實(shí)現(xiàn)更高功率。目前客戶對這個(gè)方案反饋非常好。

威鋒電子大中華區(qū)技術(shù)支持部資深技術(shù)工程經(jīng)理張輝分享公司在USB PD3.1領(lǐng)域的最新信息。USB-IF協(xié)會(huì)更新了EPR標(biāo)準(zhǔn)，支持48V最高電壓，充電功率最大到240W。威鋒電子推出了VL153 E-marker芯片，支持PD3.1標(biāo)準(zhǔn)，支持USB4，支持Thunder Cable VDO，其電力傳輸能力為20V5A 100W，數(shù)據(jù)傳輸能力為USB4 Gen3（40Gbps）。

據(jù)悉，威鋒電子在9月中旬還推出全球第一顆USB4終端裝置控制芯片VL830，自此多個(gè)數(shù)據(jù)和顯示協(xié)議可以共享一條高速鏈接通道，且支持最高到40Gbps的傳輸速率。在 Thunderbolt 4 或 USB4 架構(gòu)之下，VL830 可同時(shí)提供 USB 及 DisplayPort 傳輸?shù)娜苓\(yùn)行，且后兼容 USB Type-C 架構(gòu)的 DP 替代模式 (DisplayPort Alternate Mode) 裝置，包括支持該模式的筆記本電腦、平板或智能型手機(jī)。


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