解决这种“焦虑症”最根本的办法是电池技术的创新
自从用上了智能手机，很多人都或多或少患上了“电量焦虑症”。特别是当手机cpu的算力越来越强、屏幕越来越大、功能越来越多时，看着电量百分比哗哗往下掉，心里的那片阴影总是挥之不去。
解决这种“焦虑症”最根本的办法是电池技术的创新，不过鉴于锂离子电池技术（和智能手机其他技术相比）“龟行”般的演进速度，人们只能是一声叹息。于是几年前大家将治疗“焦虑症”的思路转了一个方向——开始从加快充电速度的角度做文章。于是“快充”成为了一个热点，高通的quick charge、联发科的pump express、oppo的vooc、华为的scp、usb-if的usb pd……各种快充技术纷纷登场，“充电n分钟，通话n小时”之类的广告语也变得耳熟能详。
1
快充江湖，usb pd何以胜出？ 尽管不同的快充技术各具特点，但从大的技术策略上看，其实都有异曲同工之妙，大家主要的技术着力点无非是以下几条：
提升充电的电压和电流，增加单位时间内的功率供给。
在充电和受电设备之间建立通信协议，根据需要动态调节充电电压电流，让效率最大化。
将可调充电电压电流的阶跃间隔缩小，进一步提升效率。
经过数年的鏖战，目前快充技术的竞争格局也基本明朗——usb pd已经确立了稳固的优势地位，一统充电江湖指日可待。usb pd的胜出，究其原因有两个方面。
从技术上讲，虽然usb pd和其他快充技术相比，在进入市场的时间上不占先，但其将后发优势发挥得淋漓尽致，可谓是“人无我有，人有我优”：
输出功率方面，usb pd可提供最大100w功率输出（20v/5a），不仅可以满足智能手机等便携设备所需，也可以满足更大功率的消费电子产品的需求。
usb pd定义了特有的供、受电端动态协商机制，实现了自适应的按需供电；在usb pd 3.0的pps（programmable power supply）规范中，将vbus线上的电压和电流调整阶跃精细到20mv和50ma，进一步减少能量损耗，提升充电效率。
usb pd还支持角色切换功能，一个设备可根据需要提供供电或受电的功能。
从非技术的角度来讲，凭借usb pd背后强大的usb生态系统的支持，其在竞争中可用的筹码更多。比如在pps规范中，usb-if就规定了“不允许usb接口通过非usb pd的协议来进行电压和电流调整”，这明显有利于usb pd在市场中优势地位的确立。
正是由于技术和非技术两方面的合力，不论是主动迎合还是被动接受，快充市场的玩家纷纷向usb pd靠拢。谷歌在android 7.0 oem规范中提出“使用usb接口的手机，其快充技术必须支持usb pd”；高通从quick charge 4.0开始，已经兼容usb pd协议；苹果虽未明确表态，但有分析称从iphone 8/8 plus起，也开始支持usb pd了……
可见，在治愈快充“焦虑症”这件事上，usb pd已经成为一副公认的“良方”。
2
快充ic，何谓“良药”？
既然有了药方，接下来关键的一步就是如何炮制良药了——也就是如何开发出符合usb pd标准、适应市场所需的芯片方案。
在usb pd快充ic的研发上，近年来各个厂商推出了不少新品，也尽可能将自己在电源管理领域积累的功力充分发挥出来。归纳起来，众厂商芯片研发的发力焦点主要在以下几个方面：
更佳的性能，更高的效率；
提供与usb控制器的接口，实现动态可编程，让usb pd自适应按需供电的特性充分发挥出来；
更高的集成度，简化系统，优化bom；
满足安全和可靠性要求。
在诸多usb pd快充ic中，有一款产品很值得圈点，这就是来自qorvo公司的act4751。
图1：qorvo公司usb pd快充ic act4751（图源：qorvo）
从芯片架构上看，act4751分为四个部分：
1
主稳压器
一个4a同步整流降压dc-dc转换器，支持动态的电压电流调整。
2
“迷你”稳压器
一个提供5v/350ma输出、始终开启的降压dc-dc转化器。
3
辅助ldo
一个输出电压可编程的20ma低压差线性稳压器。
4
控制逻辑
包括状态机逻辑和i2c接口控制器。
主稳压器是决定充电器性能的关键部分，act4751的主稳压器通道支持4.5至40v输入范围，可以提供最高80w的输出功率，由于采用了同步整流架构，同时在内部集成了两个50mω的mosfet，因此具有不俗的效率表现。
与主稳压器“打配合”的是控制逻辑模块。act4751可通过i2c接口与usb控制器连接，基于专有控制算法，通过编程可在3v到24v间以12.5mv步长对输出电压在进行动态调整，电流方面可以在0~4a之间以256个步长进行调整。该器件可在450khz至2.25mhz频率范围内进行固定频率电流模式控制，支持外部时钟同步和100％占空比操作。
图2：act4751具有不俗的效率特性（图源：qorvo）
在主稳压器之外，act4751通过“迷你”稳压器和ldo提供两路辅助电源，可以分别为usb控制器和usb-c中的1.5 w vconn有源电缆供电。因此只需一个器件，act4751就能提供多个电源轨，更高的集成度让系统电路结构也变得更简单。
此外，act4751还集成了自我保护功能，包括热关断、欠压和过压保护以及具有打嗝/闭锁模式的过流保护，确保应用的可靠性和安全。
3
认证方案，手到“病”除！
为了让开发者切实体会到act4751的“疗效”，qorvo在推出芯片产品的同时，还特别提供了经过行业认证的参考设计方案。
比如下面这个采用四颗act4751，配合cypress的usb控制器ccg3pa设计的四端口usb充电集线器参考设计，在一块电路板上同时支持两个80w usb-c pd通道和两个7.5w usb-a通道，功率总计达到175w。该电源充电器方案通过了usb-if的usb-pd 3.0认证，在此基础上进行开发可大大简化设计流程。
图3：基于四个act4751的四端口usb充电集线器参考设计（图源：qorvo）
图４：基于四个act4751的四端口usb充电集线器参考设计框图（图源：qorvo）
在这个四通道的usb pd充电集线器参考设计架构基础上，qorvo还将其简化为一个单通道的80w usb pd充电器方案，这当然是游刃有余了。
图5：基于act4751的80w usb pd pps充电器参考设计（图源：qorvo）
图6：基于act4751的80w usb pd pps充电器参考设计框图（图源：qorvo）
值得一提的是，在act4751标准器件基础上，qorvo还瞄准日益增长的车载快充市场，推出了符合车规的act4751m。act4751m的工作电压高达40v，具有在苛刻的汽车环境中承受高达48v负载突降事件的保护功能。该器件通过了aec-q100车规认证，并符合汽车emi标准cispr 25 class 3，为“上车”铺平了道路。
act4751m还有一个特性，就是支持高通的quick charge快充标准。qorvo也基于act4751m开发出了包含四个通道（两个80w quick charge 4+通道和两个40w quick charge 3.0通道），总功率达280w的快充集线器参考设计方案。该方案同样通过了quick charge的认证，并在转化效率和外形尺寸上经过了全面的优化，为加速开发者商用产品的上市提供了便利。
图７：基于act4751m的四通道quick charge充电集线器参考设计框图（图源：qorvo）
毋庸置疑，usb pd的快充时代已经来了，像act4751这样的快速充电ic“良药”，对解决快充“焦虑症”大有裨益，也给智能手机和其他充电电子产品的设计提供了更大的、可以“任性而为”的空间。这对于开发者和最终用户，都是一个福音。
魅族最近真忙，又要发布魅族Flyme6，又要给魅族Note5升降价
四位串行段式液晶显示模块EDM1190A的性能特点和方案设计
5G和eMTC即将商用重点加快无线电频率规划
美军智能指挥控制平台——“晶格”发展分析
vivo屏下指纹识别手机曝光：最快CES 2018亮相
解决这种“焦虑症”最根本的办法是电池技术的创新
超薄手机盖板玻璃实现“广东制造” 专利说明书长达28页
玻璃基Mini LED加速升级，争夺战再掀高潮！
产品分析：解决什么问题？
选择限幅器时需要考虑什么
无封装、无散热、无电源之后，LED还能去掉什么？
澜起科技董事长兼CEO杨崇和博士荣膺安永企业家奖2023中国内地大奖
这台国产手机曾为狙击iPhone6s而生售价五千，如今一千五
京东使用运输机器人——“小红帽”，运输货物，为智慧仓储开辟了新方向
高通授权金模式会改变吗？韩国重罚是否能改变
2019年的IC产业该何去何从？
车载类RE/CE测试的小技巧
LED切片分析(金相显微镜)失效分析
Linux PCI驱动到底都干了些什么?（二）
工业平板电脑介绍
解决这种“焦虑症”最根本的办法是电池技术的创新，不过鉴于锂离子电池技术（和智能手机其他技术相比）“龟行”般的演进速度，人们只能是一声叹息。于是几年前大家将治疗“焦虑症”的思路转了一个方向——开始从加快充电速度的角度做文章。于是“快充”成为了一个热点，高通的quick charge、联发科的pump express、oppo的vooc、华为的scp、usb-if的usb pd……各种快充技术纷纷登场，“充电n分钟，通话n小时”之类的广告语也变得耳熟能详。
1
快充江湖，usb pd何以胜出？ 尽管不同的快充技术各具特点，但从大的技术策略上看，其实都有异曲同工之妙，大家主要的技术着力点无非是以下几条：
提升充电的电压和电流，增加单位时间内的功率供给。
在充电和受电设备之间建立通信协议，根据需要动态调节充电电压电流，让效率最大化。
将可调充电电压电流的阶跃间隔缩小，进一步提升效率。
经过数年的鏖战，目前快充技术的竞争格局也基本明朗——usb pd已经确立了稳固的优势地位，一统充电江湖指日可待。usb pd的胜出，究其原因有两个方面。
从技术上讲，虽然usb pd和其他快充技术相比，在进入市场的时间上不占先，但其将后发优势发挥得淋漓尽致，可谓是“人无我有，人有我优”：
输出功率方面，usb pd可提供最大100w功率输出（20v/5a），不仅可以满足智能手机等便携设备所需，也可以满足更大功率的消费电子产品的需求。
usb pd定义了特有的供、受电端动态协商机制，实现了自适应的按需供电；在usb pd 3.0的pps（programmable power supply）规范中，将vbus线上的电压和电流调整阶跃精细到20mv和50ma，进一步减少能量损耗，提升充电效率。
usb pd还支持角色切换功能，一个设备可根据需要提供供电或受电的功能。
从非技术的角度来讲，凭借usb pd背后强大的usb生态系统的支持，其在竞争中可用的筹码更多。比如在pps规范中，usb-if就规定了“不允许usb接口通过非usb pd的协议来进行电压和电流调整”，这明显有利于usb pd在市场中优势地位的确立。
正是由于技术和非技术两方面的合力，不论是主动迎合还是被动接受，快充市场的玩家纷纷向usb pd靠拢。谷歌在android 7.0 oem规范中提出“使用usb接口的手机，其快充技术必须支持usb pd”；高通从quick charge 4.0开始，已经兼容usb pd协议；苹果虽未明确表态，但有分析称从iphone 8/8 plus起，也开始支持usb pd了……
可见，在治愈快充“焦虑症”这件事上，usb pd已经成为一副公认的“良方”。
2
快充ic，何谓“良药”？
既然有了药方，接下来关键的一步就是如何炮制良药了——也就是如何开发出符合usb pd标准、适应市场所需的芯片方案。
在usb pd快充ic的研发上，近年来各个厂商推出了不少新品，也尽可能将自己在电源管理领域积累的功力充分发挥出来。归纳起来，众厂商芯片研发的发力焦点主要在以下几个方面：
更佳的性能，更高的效率；
提供与usb控制器的接口，实现动态可编程，让usb pd自适应按需供电的特性充分发挥出来；
更高的集成度，简化系统，优化bom；
满足安全和可靠性要求。
在诸多usb pd快充ic中，有一款产品很值得圈点，这就是来自qorvo公司的act4751。
图1：qorvo公司usb pd快充ic act4751（图源：qorvo）
从芯片架构上看，act4751分为四个部分：
1
主稳压器
一个4a同步整流降压dc-dc转换器，支持动态的电压电流调整。
2
“迷你”稳压器
一个提供5v/350ma输出、始终开启的降压dc-dc转化器。
3
辅助ldo
一个输出电压可编程的20ma低压差线性稳压器。
4
控制逻辑
包括状态机逻辑和i2c接口控制器。
主稳压器是决定充电器性能的关键部分，act4751的主稳压器通道支持4.5至40v输入范围，可以提供最高80w的输出功率，由于采用了同步整流架构，同时在内部集成了两个50mω的mosfet，因此具有不俗的效率表现。
与主稳压器“打配合”的是控制逻辑模块。act4751可通过i2c接口与usb控制器连接，基于专有控制算法，通过编程可在3v到24v间以12.5mv步长对输出电压在进行动态调整，电流方面可以在0~4a之间以256个步长进行调整。该器件可在450khz至2.25mhz频率范围内进行固定频率电流模式控制，支持外部时钟同步和100％占空比操作。
图2：act4751具有不俗的效率特性（图源：qorvo）
在主稳压器之外，act4751通过“迷你”稳压器和ldo提供两路辅助电源，可以分别为usb控制器和usb-c中的1.5 w vconn有源电缆供电。因此只需一个器件，act4751就能提供多个电源轨，更高的集成度让系统电路结构也变得更简单。
此外，act4751还集成了自我保护功能，包括热关断、欠压和过压保护以及具有打嗝/闭锁模式的过流保护，确保应用的可靠性和安全。
3
认证方案，手到“病”除！
为了让开发者切实体会到act4751的“疗效”，qorvo在推出芯片产品的同时，还特别提供了经过行业认证的参考设计方案。
比如下面这个采用四颗act4751，配合cypress的usb控制器ccg3pa设计的四端口usb充电集线器参考设计，在一块电路板上同时支持两个80w usb-c pd通道和两个7.5w usb-a通道，功率总计达到175w。该电源充电器方案通过了usb-if的usb-pd 3.0认证，在此基础上进行开发可大大简化设计流程。
图3：基于四个act4751的四端口usb充电集线器参考设计（图源：qorvo）
图４：基于四个act4751的四端口usb充电集线器参考设计框图（图源：qorvo）
在这个四通道的usb pd充电集线器参考设计架构基础上，qorvo还将其简化为一个单通道的80w usb pd充电器方案，这当然是游刃有余了。
图5：基于act4751的80w usb pd pps充电器参考设计（图源：qorvo）
图6：基于act4751的80w usb pd pps充电器参考设计框图（图源：qorvo）
值得一提的是，在act4751标准器件基础上，qorvo还瞄准日益增长的车载快充市场，推出了符合车规的act4751m。act4751m的工作电压高达40v，具有在苛刻的汽车环境中承受高达48v负载突降事件的保护功能。该器件通过了aec-q100车规认证，并符合汽车emi标准cispr 25 class 3，为“上车”铺平了道路。
act4751m还有一个特性，就是支持高通的quick charge快充标准。qorvo也基于act4751m开发出了包含四个通道（两个80w quick charge 4+通道和两个40w quick charge 3.0通道），总功率达280w的快充集线器参考设计方案。该方案同样通过了quick charge的认证，并在转化效率和外形尺寸上经过了全面的优化，为加速开发者商用产品的上市提供了便利。
图７：基于act4751m的四通道quick charge充电集线器参考设计框图（图源：qorvo）
毋庸置疑，usb pd的快充时代已经来了，像act4751这样的快速充电ic“良药”，对解决快充“焦虑症”大有裨益，也给智能手机和其他充电电子产品的设计提供了更大的、可以“任性而为”的空间。这对于开发者和最终用户，都是一个福音。
魅族最近真忙，又要发布魅族Flyme6，又要给魅族Note5升降价
四位串行段式液晶显示模块EDM1190A的性能特点和方案设计
5G和eMTC即将商用重点加快无线电频率规划
美军智能指挥控制平台——“晶格”发展分析
vivo屏下指纹识别手机曝光：最快CES 2018亮相
解决这种“焦虑症”最根本的办法是电池技术的创新
超薄手机盖板玻璃实现“广东制造” 专利说明书长达28页
玻璃基Mini LED加速升级，争夺战再掀高潮！
产品分析：解决什么问题？
选择限幅器时需要考虑什么
无封装、无散热、无电源之后，LED还能去掉什么？
澜起科技董事长兼CEO杨崇和博士荣膺安永企业家奖2023中国内地大奖
这台国产手机曾为狙击iPhone6s而生售价五千，如今一千五
京东使用运输机器人——“小红帽”，运输货物，为智慧仓储开辟了新方向
高通授权金模式会改变吗？韩国重罚是否能改变
2019年的IC产业该何去何从？
车载类RE/CE测试的小技巧
LED切片分析(金相显微镜)失效分析
Linux PCI驱动到底都干了些什么?（二）
工业平板电脑介绍