PD充電器硬件結構

典型的手機充電器的硬件結構（以基于Dialog方案的高通QC2.0快充協議為例）如圖1所示。iW626作為QC2.0協議控制器，經由USB口的D+/D-信號和手機側AP進行供電協商，然后通過光耦控制原邊的AC/DC控制器iW1780完成輸出電壓的調整。

基于PD協議的充電器電路可以維持AC/DC部分不變，只是將QC協議控制器替換為PD控制器，比如Cypress半導體的CCG2（type-cControllerGeneraTIon2）。CCG2是最早通過USB-IF認證的PD控制器之一，內部包含ARM?Cortex?-M0處理器和完備的PD協議收發器，可以滿足充電器，主機，附件，EMAC線纜等各種支持type-c口的應用，在蘋果，聯想，HP，Dell，小米，樂視等一線品牌客戶都有眾多的量產案例。

圖1基于Dialog方案的高通QC2.0快充協議的充電器硬件框圖

采用CCG2PD控制器和DialogAC/DC控制器的充電器電路簡圖如圖2所示，CCG2通過Type-C口的CC信號和手機AP進行PD協議溝通，然后通過PWM控制光耦將電壓和電流需求反饋到AC/DC進行輸出調節。CCG2會通過采樣VBUS來保證PD協議狀態機的可靠運轉，并且根據PD狀態通過MOSFET控制VBUS的通斷。另外CCG2也可以通過D+/D-支持QC3.0協議，在同一個Type-C口上實現PD和QC的共存（實際工作時兩者不能同時起用，用戶可以定義優先級和使能策略）。PD快充除了可以進行調壓充電，還可以進行電流調節，實現電流精調或者大電流充電甚至直充。CCG2可以使用內部ADC進行電壓電流采樣，進行閉環控制和OVP/OCP/UVP保護。CCG2的保護機制是軟件控制的，因此實時性不夠，可以充當AC/DC控制器保護的輔助或者冗余。Cypress的第三代PD控制器CCG3在精簡BOM的同時，集成了內部硬件的OCP/OVP等保護機制，提高了ADC精度，提供了最優的大電流直充方案，已經在多個手機客戶開始了評估設計。

圖2基于CypressCCG2方案的PD和QC快充協議的充電器硬件框圖

pd充電協議是什么

PD充電協議是USB-IF組織公布的功率傳輸協議，它可以使目前默認最大功率5V/2A的type-c接口提高到100W，同時谷歌宣布Android7.0以上的手機搭載的快充協議必須支持PD協議，意在統一快充市場。

pd協議快充什么意思

USB-PowerDelivery（USBPD）是目前主流的快充協議之一。是由USB-IF組織制定的一種快速充電規范。。USBPD透過USB電纜和連接器增加電力輸送，擴展USB應用中的電纜總線供電能力。該規范可實現更高的電壓和電流，輸送的功率最高可達100瓦，并可以自由的改變電力的輸送方向。

USBPD和Type-C的關系。經常會有人把USBPD和Type-C放在一起談，甚至就把Type-C充電器叫做PD充電器。USBPD和Type-C其實是兩碼事，USBPD是一種快速充電協議，而Type-C則是一種新的接口規范。Type-C接口默認最大支持5V/3A，但在實現了USBPD協議以后，能夠使輸出功率最大支持到前文提到的100W。所以現在許多實用Type-C接口的設備都會支持USBPD協議。

USBPD的發展前景。USBPD現在已經發展到了USBPD3.0版本。在谷歌的推動下目USBPD已經收編了高通的QC快充協議，并獲得了中國工信部的支持。有望在不久統一目前混亂的快充市場。

PD快充協議優勢

PD是PowerDelivery，關注的是兩個或者多個設備，甚至是一個基于USB接口的智能電網的電能傳輸過程，電能傳輸可以是雙方向的，甚至是組網的，可以具備系統級供電策略。而QC是QuickCharge僅僅關注的是快速充電問題，電能傳輸是單方向的，不具備電能組網能力，不支持除了供電以外的其他功能。

目前支持PD協議的設備還比較少，已知的僅蘋果的newMacbook、魅族和HTC手機的幾款高端型號、谷歌筆記本等少數設備，但是星火之勢，終可燎原，而且國內也漸有廠家推出了PD協議的充電頭，比如筆者剛入手的這個奧睿科PD充電器TSM-1U。ORICOTSM-1U使用了瓷白的PC材料外殼，整體偏向正方形，采用的是兩段化設計，大部分為光滑表面，接近插頭的地方為磨砂處理，增加和手的接觸阻力，易于插拔，而光滑處能防污和提高產品顏值。

USB PD快速充電通信原理

USBPD的通信是將協議層的消息調制成24MHZ的FSK信號并耦合到VBUS上或者從VBUS上獲得FSK信號來實現手機和充電器通信的過程。

如圖所示，在USB PD通信中，是將24MHz的FSK通過cAC-Coupling耦合電容耦合到VBUS上的直流電平上的，而為了使24MHz的FSK不對PowerSupply或者USBHost的VBUS直流電壓產生影響，在回路中同時添加了zIsolation電感組成的低通濾波器過濾掉FSK信號。

US BPD的原理，以手機和充電器都支持USBPD為例講解如下：

1）USBOTG的PHY監控VBUS電壓，如果有VBUS的5V電壓存在并且檢測到OTGID腳是1K下拉電阻（不是OTGHost模式，OTGHost模式的ID電阻是小于1K的），就說明該電纜是支持USBPD的；

2）USBOTG做正常BCSV1.2規范的充電器探測并且啟動USBPD設備策略管理器，策略管理器監控VBUS的直流電平上是否耦合了FSK信號，并且解碼消息得出是CapabilitiesSource消息，就根據USBPD規范解析該消息得出USBPD充電器所支持的所有電壓和電流列表對；

3）手機根據用戶的配置從CapabilitiesSource消息中選擇一個電壓和電流對，并將電壓和電流對加在Request消息的payload上，然后策略管理器將FSK信號耦合到VBUS直流電平上；

4）充電器解碼FSK信號并發出Accept消息給手機，同時調整PowerSupply的直流電壓和電流輸出；

5）手機收到Accept消息，調整ChargerIC的充電電壓和電流；

6）手機在充電過程中可以動態發送Request消息來請求充電器改變輸出電壓和電流，從而實現快速充電的過程。