可实现高通快速充电QC 3.0的AC-DC适配器方案

　　如今，智能手机、平板电脑等便携式设备随着用户的所需而不断增大屏幕和增多功能，耗电量明显增加，如何延长电池续航时间成为工程师需要解决的重要问题。同時，用户需要快速充电，使电源适配器所需的功率也增加，高通快速充电技术是应此需求而生。
　　高通快速充电技术概览
　　采用传统的5V输入电压充电，由于输出大电流和线性阻抗产生的压降限制电池充电IC输入对输出电压余量，且产生更多热量和能效损失导致手机系统显著发热，而减小输出电流则需要更长的充电时间。高通快速充电技术突破传统5 V充电的限制，减少线路损耗，为电池充电IC提供充足的余量，改善热性能，实现更高转换能效，大大缩短充电时间。例如，若电缆电阻300 mΩ，便携式设备中总电阻300 mΩ，采用传统的5 V电压充电，根据USB电池充电规范1.2版(USB BC 1.2)，Micro USB电缆的电流限制在1.8 A，输入功率为9 W，功耗为(1.8)2 x(0.3 + 0.3)=1.94 W，能效损失达到22%；若采用高通快速充电，将输入电压提高至9 V，在相同输入功率9 W的情况下，输入电流为1 A，此时功耗仅为12 x (0.3 + 0.3) = 0.6 W，能效损失仅为5 V/1.8 A的1/3，减小发热量，且实现更快充电。
　　高通快速充电现已升级至QC 3.0，比上一代QC 2.0更进一步提升充电效率和加快充电速度。QC 2.0提供5V、9V、12V和20V四档充电电压，QC 3.0则以200 mV为步幅，提供从3.6 V到20 V电压的灵活选择。采用高通QC 3.0时，便携式设备通过USB接口的D+和D-信号提交电压选择请求，在同一时间可能有不规律的USB数据通信。关于QC3.0支持的总线电压(VBUS) 范围，A级为3.6 V至12 V，B级为3.6 V至20 V。QC 3.0在分立模式下等同于QC 2.0，以0 V、0.6 v、3.3 V三级逻辑通过静态D+/D- 值选择VBUS；在连续模式下，新的QC 3.0以200 mV小步幅增加或降低VBUS，让便携式设备选择适合的电压达到理想充电效率，更具灵活性，其负载电流限制为3 A，功率可达60 W。
　　QC 3.0兼容于先前的QC版本，并可支持的USB Type-C接口，其工作原理是：在电源适配器里的次级端需要一个IC经由USB电缆来连接高通IC，USB D+和D-用于发送来自便携式设备的信息到适配器，次级端控制器处理所需的输出电压，解码D+和D-信号信息，请求初级端AC-DC控制器通过光耦来调节所需的输出电压，从而减小损耗，提高充电效率。
　

　　图1：QC 3.0的工作原理图

　　安森美半导体实现高通QC 3.0的完整方案
　　安森美半导体致力于推动高能效创新，是电源方案的，为配合新一代快速充电技术，公司推出符合新的高通QC 3.0的AC-DC适配器方案，支持更小尺寸的适配器，具有能效高、空载待机能耗低等优势，支持高通QC 3.0高压专用充电端口(HVDCP)A级和B级规格，和向后兼容旧的QC 2.0协议，并符合UL和欧盟能效标准(CoC V5 Tier-2)要求，提供业界的高能效。该方案集成NCP4371次级端充电控制器、NCP4308同步整流(SR)控制器和NCP1361/6初级端稳流准谐振(QR) PWM控制器。
　　其中，NCP4371次级端QC3.0充电控制器支持充电器USB VBUS根据手机或便携式设备的需求而变化，为优化电池充电时间，USB VBUS可在3.6 V-20 V以分立步幅配置，兼容USB BC 1.2，提供+/-3%的恒压和恒流调节，内置可配置的功率限制功能，具备内部或外部放电功能选择，软短路限流降至VBUS = 2.2 V，外部元件少，无需次级端并联稳压器如TL431，就能实现一个充电器设计，节省了成本和所需空间。