PI推出高度集成的USB PD单芯片解决方案-电子发烧友网

（文/程文智）近期PI推出了一款内置了USB PD控制器的InnoSwitch3-PD系列反激式开关IC，新的IC采用了超薄的InSOP-24D封装，内部集成了USB-C和PD控制器、高压PowiGaN开关、多模式准谐振反激式控制器、次级侧检测威廉希尔官方网站、FluxLink隔离式数字反馈威廉希尔官方网站和同步整流驱动器等功能威廉希尔官方网站。

据PI资深技术培训经理Jason Yan介绍，InnoSwitch3-PD是一个简化BOM的PD应用方案，只需要单颗IC加一些外围器件就能构建一个PD快充解决方案，该IC可以直接连接到Type-C 接口，并与外接设备进行通信，也就是说新的InnoSwitch3-PD讲微控制器集成到了IC内部。

高度集成的USB PD单芯片解决方案

根据PI公布的InnoSwitch3-PD快充方案原理图，其BOM确实比较简单，原因是InnoSwitch3-PD本身的集成度变高了，该芯片同时兼顾了功率器件和数字器件，内部集成了高压MOS管、还有两个电源控制器、微控制器等。

在初级侧，InnoSwitch3-PD集成了高压MOS开关，且对于功率比较大的应用场景，高压MOS开关换成了GaN开关。支持多模式QR和CCM工作方式。

Jason谈到多模式工作方式时特别之处，反激式电源应用中还需要进行一些优化，比如说当电源工作在CCM模式下时，在初级侧有个功率开关，次级侧有一个同步整流开关，这两个开关是不能同时开通的，如果同时开通了，电源就有可能会炸掉。

“我们用一个控制器同时控制两个功率开关，这样可以保证它们的时序不会出现两个开关同时开通的情况。这样就可以保证电源的可靠性。”Jason对媒体表示。

图：单芯片PD快充解决方案原理图（来源：PI）

在次级侧，InnoSwitch3-PD可以直接驱动同步整流开关，这样做效率更高，也更加安全可靠。

在PD应用中，输出负载一般会有一个功率开关，只有当Type-C接口有设备接入的时候，比如接上了手机，这个开关就会开通。而一旦检测到是空载的情况时，开关就会关闭，输出端将不会有电压出现。InnoSwitch3-PD内部集成了一个N通道负载开关驱动。同时，该芯片还提供了放威廉希尔官方网站径，一旦负载拔掉后，电容上的电量就可以通过该内部放电威廉希尔官方网站泄放掉，以保证输出端始终是安全电压。

InnoSwitch3-PD在次级侧还集成了USB Type-C和PD控制器。控制器的主要工作是：

一是负载类型的检测，判断负载是有源负载还是无源负载。

二是做E-marker电缆检测，因为Type-C电缆有不同的输出规格，支持5A及以上电流的电缆内部需要放置一颗IC，目的是让连接端的设备对电缆进行识别，如果电缆中有IC存在，就表明可以送出5A的电流。同时PD控制器也需要对电缆做出判别，判断目前的电缆是只允许3A的电流输出，还是可以做到5A。一般来说100W的PD快充就要做到20V/5A，此时电缆就一定要有E-marker芯片在内。

此外，PD控制器还有一个作用，那就是对VBUS/VCONN开关进行控制。因为如果电缆中有E-marker芯片的话，就需要对其进行供电，VCONN就是这样的一个供电端。Jason Yan特别指出，这里仅为一个供电电源，支持PPS，即可编程电源，可对电压和电流进行精确的设定。

在CC1和CC2引脚上可进行代码传输，额定电压最大可达28V。其实，在PD应用中，目前最高的电压是20V，因此该电压是安全的，如果有更高的电压进来的话，它会提供OVP保护，内部集成了VCONN供电。

Jason还特别提到一个有意思的点，那就是InnoSwitch3-PD内部有一个温度检测输入，可以检测电源系统中每个地方的温度，因为这个检测元件是可以根据需要放置在任何地方的，如果放到整流管上，就能测量整流管的温度，如果放在Type-C连接器上，就能检测连接器的温度。

对于PD的输出电压和电流，则可以根据CC1或者CC2的指令来设定。Jason表示，输出电压经过VOUT检测之后，进行闭环控制，可以做到非常精确，比如说你需要5.32V的电压，PD电源就可以精确地调整到5.32V输出。具体来说，在电压方面，可做到3~24V之间可调，档位压差是10mV；恒流控制方面，电流可以在最大输出值的20%~100%之间进行调整，电流的档位是最大输出值的0.8%。

Jason解释说，电流和电压都可以精确控制其实是有一个非常大好处的。他举例说，手机在充电的时候，手机会发烫，原因一是电池在发热，二是手机内部有一个电源管理IC，该IC其实是一个DCDC降压威廉希尔官方网站，它的作用是将充电器输入进来的电压降至电池所需要的电压，而这个降压过程其实是有损耗的，这个损耗就会以热量的形式散发出来。

而如果输入电压和电流可以精确控制了的话，那么，手机中的这颗电源管理IC就可以省掉了。当然，Jason也承认，目前并没有手机厂商将这颗电源管理IC去掉，因为它们需要兼容不同的充电器，单不排除以后都是PD充电器时，会省掉该芯片。

相比其他解决方案所需总元件数更少

由于集成度提高了，总体方案所需要的元件数量也大幅降低。据Jason介绍，使用InnoSwitch3-PD的PD解决方案，不论是跟竞争对手相比，还是跟PI的前一代产品相比，所需要的总原件数量都降低了。

他拿一款60W的PD快充解决方案举例，新的InnoSwitch3-PD在初级侧需要35颗元件、次级侧需要16颗元件、USB-PD接口端需要9颗元件，全部加起来是60颗元件。而PI前一代产品的数量是79，竞争对手的解决方案甚至到了124颗。

Jason还强调，这还不是最低的，如果是做20W的PD快充，其实只需要44颗元件就能搞定。

“元件数量的降低，并不表示性能降低了，我们的解决方案效率最高可达95%，空载功耗低至14mW、输出功率可达100W，且无需散热片。”他自豪地表示。

InnoSwitch3-PD适用于快充应用的主要特性

InnoSwitch3-PD是专为PD快充应用打造的，首先，其内部集成的USB PD控制器支持USB PD 3.0+PPS和QC4.0协议，具有一次性可编程（OTP）存储器；其次，其内部集成的Type-C控制器可简化设计，它符合USB Type-C Rev. 1.3标准（上拉电流源用于负载和线缆检测，VCONN供电用于电子标签线缆），CC1/CC2具有过压保护；三是该芯片提供所有必须的USB-PD和PPS功能，省去了软件和接口威廉希尔官方网站的开发时间和成本；四是具备用于NTC电阻的专用温度检测引脚。

在输出功率方面，最高可支持100W输出。根据PI提供的信息，在最大输出功率为40W或45W以下时，可选用内置MOS开关的INN3865C、INN3866C、INN3867C这三个型号；如果输出功率在55W以上，建议选用内置PowiGaN开关的INN3878C、INN3879C及INN3870C几个型号。