2016快速充电器设计趋势及最新恒功率高效率充电方案

　　不管提高电流还是电压，最终目的都是提高输出功率，PI全新产品InnoSwitch-CP系列实现18w恒功率输出，降低线路上的损耗，改善手机发热，实现真正快速充电。

　　Jason举例说，最新推出的InnoSwitch-CP的恒功率输出可为高通QC3.0应用提供最佳的充电性能。QC3.0协议充电器的输出电压不像2.0版本那样只提供5V、9V、12V三个台阶的输出电压，在6V-12V期间其输出电压是逐渐变化的。手机电池在充电过程中其充电电流是由手机内部的充电管理电路决定的。实际电池两端的充电电压取决于内部的DC/DC转换电路。DC/DC转换电路的输入即为外部连接的快充充电器的输出。如果外部供给转换电路的电压比较高，则DC/DC转换电路的功耗就会比较大，从而带来手机发热问题。在旧有的QC2.0版本充电协议下，快充时只有两档较高的输出电压(9V或12V)，因而充电时在电池两端电压相对比较固定的情况下，DC/DC转换电路输入输出的压差比较大，因而功耗比较严重。而对于3.0版本的充电协议，因其输出电压是渐变的，DC/DC转换器两端的压差可以根据电池两端电压实现精确控制，因而可以大大降低DC/DC转换电路的损耗。另外，DC/DC转换电源本身的转换效率也与其输入电压的高低有关，其输入输出两端的压差越小，实际工作时其占空比也越大，其自身的转换效率也更高。综上所述，InnoSwitch-CP的恒功率输出特性(输出电压可以实现渐变)尤其适合于3.0版本的快充设计。可以大大改善手机内部充电发热问题。

　　再者，从充电效率方面来看也有所差异。比如，对于旧有的2.0版本方案，当手机内部使用9V输入的DC/DC转换电路时，在电池电压比较低的情况下，很大一部分功率损耗于DC/DC变换电路，因而实际电池对功率的应用并未实现最大化。如上图所示其电源输出功率最大只能至16W。而对于3.0协议的方案，因其输出电压可连续变化，电源可以始终在输出电压介于6V至12V期间时保证最大18W的输出功率能力。InnoSwitch-CP的特性可以保证输出电压从6V开始以渐变的方式逐渐增加至12V输出，同时维持连续的18W输出功率能力。

　　实现初级和次级之间的控制，安规级新方案确保快充安全性

　　此次最新发布的InnoSwitch-CP采用Fluxlink技术来精确控制电源输出特性，是典型的次级侧控制方式的电源方案。IC内部初次级侧各有一个控制器，初级侧还集成了一个功率MOSFET，，次级侧控制器实现对输出电压和电流的监测，根据监测结果将信息反馈至初级，进行相应的开关控制，从而实现更精确的输出电压和电流的控制。此外InnoSwitch-CP配置了次级侧的同步整流驱动技术，可以大大提升电源效率，改善充电器温升。采用次级侧控制器同时控制初级和次级两个开关管的开关，可以防止某些情况下可能出现的两个开关管同时开通的现象，从而避免灾难性的故障发生。相对于其它采用两个控制器分别控制初级和次级MOSFET的方案，InnoSwitch-CP可以实现更加可靠的同步整流工作控制，任何情况下都不会出现初级和次级两个开关同时导通的情况，从而大大提高可靠性。

　　另外，InnoSwitch-CP是第一个跨接于初级和次级之间满足安规要求的功率转换IC解决方案。

　　另外，InnoSwitch-CP是第一个跨接于初级和次级之间满足安规要求的功率转换IC。既然IC是处在初级和次级之间，首先被关注的是出现故障时会不会出现短路或绝缘降低的情况，一旦该故障结果存在人手触摸到就有触电危险。为了解决这个问题，PI所有的产品出厂之前都会进行全面测试，通过6Kv的耐压测试，以保证任何故障情况下IC本身的绝缘特性完好，避免触电的危险。InnoSwitch-CP是安规器件，已经通过了UL、TUV、CQC中国质量认证中心的认证。

　　InnoSwitch-CP专门应对QC3.0开发。CP是指输出电压在6V-12V之间，输出功率始终是18W，由于是次级反馈电源方案，InnoSwitch-CP可以实现正负3%的输出稳压精度。而一般快充方案只能达到5%的稳压精度，初级侧反馈方案达到3%的精度尤其困难。

　　精益求精是PI做产品的态度。InnoSwitch-CP的FluxLink技术还可优化输出同步整流效果，可保证在整个负载范围内均提供极高的效率。例如，在230 VAC输入时空载功耗低于10 mW，而满载效率高达90%以上。InnoSwitch-CP器件可轻松满足全球所有能效标准。“空载功耗低到10毫瓦，直白地说就是充电器不用每天拔下来，几乎不会有任何电能消耗产生，即使采用高精度电表都无法对所消耗的功率进行计量。”Jason表示。

　　“InnoSwitch-CP具有全面保护功能方面，包括输出过压保护、输入过压保护、过热保护。充电器有问题时内部会发热，如果人不在家，充电器可能会发生故障造成火灾。所以当充电器内部温度到一定程度时，该过温保护特性会动作，停止开关操作，进而停止功率传输防止火灾等严重事故的发生。”Jason强调道。

　　利用InnoSwitch-CP可轻松完成快充应用的设计，无过度设计及功率浪费。恒功率使输出电压的变化针对快速充电应用进行了优化，可降低电源成本并避免功率浪费，可以始终为负载提供最大功率。InnoSwitch-CP通过直接监测输出电流及电压实现精确控制，集成的同步整流驱动可提高效率且无需额外的光耦电路，无交越导通风险。更有国际安规认可的跨接于绝缘带之间的技术提供安全高效的保障。

　　“目前PI提供两种型号的InnoSwitch-CP器件。INN2214K IC提供15W输出功率，适用于通用输入电压范围的充电器和适配器应用，而更大型号的INN2215K在同类应用中可提供最大22 W的输出功率。” Jason介绍说。

　　本文小结

　　快充技术发展到今天可以说已经比较成熟。在电池技术无法取得突破性成果的今天，快速充电技术可以说是最佳以及最合理的续航解决方案。PI最新解决方案InnoSwitch-CP系列恒压/恒流离线反激式开关IC克服多重挑战，在充电效率、充电安全、减少发热、降低功耗上都有出色的表现，快速充电或许从此真正开始，2016将成为快充真正发展元年。