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三大快充芯片巨头,涌向待机零功耗

2024-04-09 充电头网 阅读:
前言能源的合理高效使用历来受到政策法规及相关企业的重视。众多新技术的使用,使得充电设备工作时的转换效率得以提升,但电子设备更多时候处于不充电的待机状态,单看待机功耗指标虽然不大,但由于长时间的待机,总

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前言2Kiednc

能源的合理高效使用历来受到政策法规及相关企业的重视。众多新技术的使用,使得充电设备工作时的转换效率得以提升,但电子设备更多时候处于不充电的待机状态,单看待机功耗指标虽然不大,但由于长时间的待机,总功耗还是相当可观。如何降低这部分损耗,是业界目前越来越关注的一个话题。2Kiednc

据《IEC62301 家用电器待机功耗的测量》这一标准规定,功耗<5mw即为零待机。同样,业界标杆企业之一的三星电子也将5mW定义为零待机的分界线。并于2021年8月在其网站明确提出,目前其手机充电器产品上执行的20mW待机标准在2025年前要全部更换到5mW。也就意味着,明年开始,三星的手机快充极有可能都会采用零待机方案。2Kiednc

待机零功耗解决方案demo2Kiednc

晶丰明源待机零功耗快充解决方案demo2Kiednc

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晶丰明源新推出了一款25WPD快充组合方案,可以实现待机零功耗,在230V空载下的功率消耗仅在2mW以下,余量巨大。该方案由BP87640准谐振反激控制器芯片、BP62640次级侧控制器芯片和BP818磁耦合隔离器芯片构成。通过紧凑设计整合多功能模块,可以有效提高设备性能,显著降低能源消耗。2Kiednc

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晶丰明源待机零功耗快充解决方案demo正面特写。2Kiednc

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该方案侧面特写。2Kiednc

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该方案PCB板特写。2Kiednc

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该方案USB-C母座特写。2Kiednc

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该方案demo长度实测为44.12mm。2Kiednc

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该方案demo宽度实测为44.12mm。2Kiednc

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高度为13.97mm。2Kiednc

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重量为23.8g。2Kiednc

接下来将会对构成这款方案的主要芯片作一个详细讲解,逐一解释其功能和作用,以便更清晰地理解整体方案的设计和实现原理。2Kiednc

晶丰明源BP876402Kiednc

BP87640是晶丰明源推出的一款零待机功耗的准谐振反激控制器芯片,内置GaN门驱动器。该芯片具有130KHz的最大开关频率,内部集成了700V高压启动电路,并支持最高150V的辅助供电,适用于非常广泛的输出电压范围。2Kiednc

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BP87640通过磁耦合器BP818与次级侧控制器BP62640通信,实现了二次侧调节。它通常在QR和DCM模式下进行谷底切换操作,具备高效率和良好的EMI性能。2Kiednc

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BP87640采用SSOP-10封装,符合LPS规定,具有逐周期电流限制、输出过电压保护、辅助供电过电压保护、二次整流器短路保护、反馈开路保护、过温保护等保护机制,适用于QC / USB PD / 可编程交流/直流充电器领域,搭配这款芯片可以研发出高效率低功耗体积小的充电器。2Kiednc

晶丰明源BP626402Kiednc

BP62640 是一款AC/DC次级侧控制器,可与准谐振反激控制器芯片BP87640配合使用,在旅行适配器应用中实现零待机功率。2Kiednc

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BP62640采用基于输出电压纹波的控制算法,确保快速瞬态响应,同时消除了对复杂环路补偿电路的需求。通过磁耦合器BP818向主控制器发送请求信号,实现对输出电压的精确调节。在待机状态下,BP62640可进入超低功耗的睡眠模式,在次级端消耗极低,同时消除了反馈电阻网络的损耗,而且磁耦合器无需偏置电流,进一步降低了系统功耗。2Kiednc

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此外,BP62640还集成了先进的同步整流控制器,优化了驱动占空比,提升了系统效率。通过电荷泵电源,输出电压可调至最低2.8V。BP62640提供QFN3*3-16L封装,为电子设计提供了更多的选择。2Kiednc

晶丰明源BP8182Kiednc

BP818 是一款磁耦合隔离器,内置了两个耦合线圈,通过利用磁耦合传输信息,并提供电气隔离,可提供稳定可靠的性能,相比传统光耦合器,它消除了低精度、非线性电流传输比以及有限的使用寿命等缺点,而且磁耦元器件在待机状态下,基本处于静默状态,完全不需要消耗能量,能系统的能源损耗更低,专为离线电源的主次通信而设计。2Kiednc

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BP818 在主次两侧均无需偏置电流即可运行,大大降低了系统的待机功耗。BP818 符合全球强化绝缘的安全要求,采用LSOP-4封装,爬电比距为8mm,隔离电压高达5000VAC。2Kiednc

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BP818已经通过了UL62368、TUV(IEC62368)、CQC(GB4943.1)、VDE(IEC60747)等安全法规的认证。与主次控制器结合使用,可以建立高性能的开关电源完整解决方案。2Kiednc

华源智信待机零功耗快充解决方案demo2Kiednc

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华源智信产品是通过组合形式实现零待机(小于5mw),在空载时候切断光耦,可以实现整个系统在待机时的功耗为4.5~4.8mW,可以满足零待机,但余量不大。因此通过降低同步整流器的损耗,即通过协议切断同步整流待机通电,可以让整个系统的待机损耗降至3.X mW,剩余1.X mW的裕量,从而实现产品的量产化。2Kiednc

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充电头网已对华源智信零功耗PD快充方案demo进行拆解,下面将会进行详细讲解。2Kiednc

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华源智信零功耗PD快充方案demo PCBA板正面展示。2Kiednc

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华源智信零功耗PD快充方案demo PCBA板背面展示。2Kiednc

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经充电头网实测得该方案demo长50.36mm。2Kiednc

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宽为44.29mm。2Kiednc

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高度为19.07mm。2Kiednc

该方案的体积与市面上主流的PD快充相比毫不逊色,同时还具备待机零功耗等功能。这意味着在不使用的时候,该方案能够有效延长设备寿命并节省能源消耗。2Kiednc

华源智信HY9232Kiednc

HY923是一款智能数字控制同步整流控制器,作为二极管模拟器工作。HY923可以在正端或负端应用,关断速度快,反向尖峰电压低,耐压150V,驱动能力强,驱动电压钳位在7V,启动时驱动下拉功能,具有积分功能以避免同步整流误开通。2Kiednc

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HY923可以驱动标准N通道功率金属氧化物半导体场效应晶体管,以替代肖特基二极管,实现高效率。HY923采用数字控制技术,以优化在不同应用中的DCM / PFM / CCM / QR多模式操作。数字控制技术进一步增强了稳健的CCM操作。2Kiednc

自适应预关断方案不仅确保了快速切换,还最小化了开关损耗。自适应预关断方案通过软SR MOSFET关断过渡,优化了电磁干扰(EMI)。通过INTG引脚可配置的电压-时间阈值,避免了在DCM/QR模式下由于寄生环路引起的SR MOSFET误触发切换。2Kiednc

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HY923集成了多种功能,可以减少BOM并优化性能,提供SOT23-6封装。2Kiednc

华源智信HY16622Kiednc

华源智信HY1662是一款用于电源管理和电压调整的PWM控制器芯片,其主要负责监测输入电压并控制输出电压以保持稳定。2Kiednc

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HY1662内置通信协议,在收到ZP信号后可进入低功耗式,驱动MOS或GaN针对Coo1Mos有自适应智能驱动,HY1662可以高压启动+低漏电,全QR操作,最高频率200K,具有高达55V的工作电压,适应输出电压范围非常宽。2Kiednc

HY1662在该方案中旨在实现低于5毫瓦的待机功耗和50微安的待机电流。其集成了精密的恒压(CV)控制方案,支持脉冲模式控制、PFM(脉冲频率调制)、DCM(降压模式)和QR(恒定导通时间)等多种控制模式,并具有频率抖动、自适应MOSFET栅极驱动和热关断电路等功能。2Kiednc

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HY1662还集成了丰富的保护和功能,如线路补偿、输出过电压保护、过温保护、上电和断电保护以及感应电阻器开路保护,同时提供SOP7封装。2Kiednc

华源智信HY55012Kiednc

HY5501是一款嵌入式32位微控制器,拥有32KB的闪存、64位e-Fuse ROM和2KB的静态随机存储器(SRAM),是一款高性能的可编程PD控制器芯片,这款芯片已经获得了PD3.1 SPR 认证,TID:9887,适用于快充适配器、移动电源等领域。2Kiednc

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HY5501内部集成了CC/CV环路补偿、电缆损耗补偿和控制方案,可以编程支持各种专有协议,如PD/PPS、Qualcomm QC2.0/3.0、PE2.0等。HY5501内置的TYPE-C协议支持在插入TYPE-C设备时的自动唤醒系统。它可以自动识别设备的插入和拔出,以及设备的充电/放电属性。2Kiednc

HY5501设计高度集成,外部组件非常少,具有欠压保护(UVP)、过流保护(OCP)、过压保护(OVP)和过温保护(OTP)等多种保护模式,让系统的可靠性大大提高。2Kiednc

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上图展示的是HY5225,这是华源智信专门为三星定制的料号名称。实际上,它与HY5501是同一颗芯片。HY5501提供QFN24封装,具有尺寸小、重量轻、高度集成等优点,适用于高密度安装和高频应用。2Kiednc

瑞萨高性能45W快充方案解析2Kiednc

通过对瑞萨电子这款45W快充参考设计的解析发现,该设计采用iW9860初级控制器搭配iW760次级控制器,组合实现了超低待机功耗,高转换效率和高性价比的快充解决方案。2Kiednc

iW9860具有多项先进性能,支持单面板应用,并具备全面完善的保护功能。iW760将同步整流控制器和协议芯片集成在一颗芯片内部,通过数字补偿,简化电路设计。芯片采用硬连线状态机,无需MCU和固件,消除了恶意提升输出电压造成设备损坏的隐患。参考设计中,两颗瑞萨电子控制器相互配合,各有所司,为PD快充领域提供一种高能效,高性价比的初次级整体方案。2Kiednc

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基于瑞萨iW9860+iW760方案设计的这一DEMO,主板为正方形,基于该DEMO量产出来的成品更加小巧便携,同时相较柱状造型的充电器来说,插墙插使用体验也会更好。2Kiednc

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俯视角度看DEMO主板正面,输入输出端设有小板,初次级分别采用三颗电解电容和两颗固态电容滤波。2Kiednc

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主板背面一览,由于瑞萨iW760集成了次级同步整流控制器以及协议芯片等芯片的功能,相较传统方案来说,主板背面看上去更加简洁。此外主板初次级之间镂空处理,后期量产可加装麦拉片绝缘。2Kiednc

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实测PCBA模块长度为37.18mm。2Kiednc

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宽度为37mm。2Kiednc

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厚度为20.16mm。2Kiednc

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另外测得DEMO重量约为41.3g。2Kiednc

瑞萨iW98602Kiednc

iW9860是一颗零待机功耗的数字控制反激控制器,芯片具备瑞萨专利的恒定频率,准谐振和自适应多模式控制。2Kiednc

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iW9860开关频率范围为70kHz到130kHz,待机功耗为零,支持单层PCB设计,大大降低系统总成本,使用独特的开关模式,包括自适应准谐振(QR)操作和自适应多模控制(MMC)以及连续导通模式(CCM),可大大提高效率的同时消除听觉噪音并实现尺寸、效率和电磁干扰性能的优化,内置单点故障保护以及过温保护阈值,大大提高设备的安全稳定性。2Kiednc

iW9860具有多模式控制包括PWM,PFM和突发模式,优化反激转换器的性能,包括能效和EMI。通过搭配iW760可实现紧凑的快充充电器设计,实现高能效,高性价比的快充解决方案。2Kiednc

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renesas iW9860芯片采用6引脚SOT-23封装,支持紧凑型电源设计,可应用在智能手机、平板电脑和其他便携设备的快充交流/直流适配器中。2Kiednc

瑞萨iW7602Kiednc

iW760是一颗次级控制芯片,芯片内部集成协议功能,同步整流控制器和VBUS控制,支持PD3.0快充应用。2Kiednc

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芯片内置数字补偿,用于反激转换器的闭环控制。芯片采用硬连线状态机,无需MCU编码,消除了恶意提升输出电压造成设备损坏的隐患。2Kiednc

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瑞萨电子 iW760 资料信息。2Kiednc

充电头网总结2Kiednc

这三款待机零功耗PD快充方案通过集成和设计优化,成功地提高了设备性能并降低了能源消耗。在230V空载下的功率消耗都在5mW以下,且具有较大余量,不仅能够满足用户的快速充电需求,还能够有效地节约能源、保护设备并提升用户体验。2Kiednc

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