浅析两大PD移动电源解决方案

摘要：快充技术发展的如火如荼，然而，企业各自为营的背后，快充发展面临着握手协议不一、产品互不兼容的难题；年初，USB PD3.0协议更新给快充标准一统带来了极大利好。本文将为大家阐述PD协议的优势，以及当前市场上的两个PD移动电源解决方案。

“充电五分钟，通话两小时。”一句简单的广告语，让快充技术迅速跃入了大众视野，成为近两年来手机及其配件中最火的关键词。

前有高通、MTK领军，后有OPPO、华为、三星等后起之秀，百花齐放的背后，企业各自为营为战，握手协议不一，致使整个快充市场的方案标准难以统一，各厂家之间的快充产品互不兼容，这不仅对消费者的使用来说非常不便利，还造成了资源上的浪费。

因此，为了规范快充标准，加速快充技术的商用与发展，今年年初，USB-IF（USB标准化组织）在原有USB PD2.0/3.0的基础上，通过与高通、泰尔实验室及国内主流手机厂商多方沟通，正式发布了USB PD3.0协议V1.1重要更新，旨在一统快速充电技术规范的PPS（Programmable Power Supply）由此问世，以实现对高通QC4.0/3.0、联发科PE3.0/2.0、华为FCP/SCP及OPPO VOOC等快充方案的收编；同时规范了新版本的USB接口将不允许通过非USB-PD协议来进行电压调整。

此外，谷歌亦在Android7.0 OEM规范中强调，快充技术必须支持USB-PD协议。这两个新规范的出现，为快充技术的正向发展从硬件和软件层面上了道“双保险”。

标准一统，大势所趋的USB-PD协议

可以看到，尽管当前市面上的快充协议各有差异，但本质上，它实现的方式无非两种：高压小电流和低压大电流。比如QC2.0、PE2.0、FCP等就属于高压小电流快充方式的代表，而像SCP、VOOC等属于低压大电流快充方式的代表。

随着今年春节期间PD3.0-V1.1规范更新，增加了PPS标准后，PD协议实现了对高压小电流和低压大电流两种快充方式的全面覆盖，为实现快充标准一统奠定了强有力的基础。

另一方面，PD协议相对于其他快充协议具有可靠性好、安全性高，扩展性强等特点。一般的快充协议只是通过简单地识别D+/D-，或者判断VBUS电压电流就实现了握手的过程，所以市面上很多方案商为了节省成本，采用普通的MCU就把整个协议的握手过程模拟出来，门槛非常低，造成的直接后果就是安全性低。

而PD协议需要经过BMC编解码、4B5B编解码、CRC检验等一系列操作后才能完成整个握手过程，一般的MCU无法实现，所以，PD协议芯片通常需要采用专用芯片。

此外，PD协议是一种通信协议，可以通过通信方式知道双方的带载能力、放电状态、电池状态、认证信息等，对于系统来说，能够获取对方的信息越多，越有利于双方配合以及对异常情况的把控，正因如此，PD协议在安全性方面要远优于其他协议。

值得一提的是，其他快充协议只能实现一对一的快速充电，他们聚焦的只有“充电”，而PD协议聚焦的是一对多的“智能”电源管理，在不久的将来，如上图所示，一个Type-C口实现充电、视频传输、音频传输、数据拷贝的情景将随处可见。

两大PD移动电源方案分析

受限于USB-PD协议的普及程度，当前市面上的PD移动电源方案并不多，主要架构有两种：

一种是单芯片解决方案，将协议、MCU，以及升降压控制部分全部集成在一颗芯片内，MOS管外置。这种方案的特点是外围器件较少，功率部分也可以通过更换不同MOS管来进行调整；但弊端是系统方案的稳定性、可靠性不好掌控，且负载响应差，因此品牌厂商很少采用这种架构进行产品设计。

图：采用PD协议芯片+MCU+ DC-DC架构的芯海科技PD移动电源方案框图

第二种则是分立解决方案，如上图所示，采用PD协议芯片+MCU+DC-DC架构，将协议、MCU以及功率部分全部独立开来，各司其职。这种方案的特点是系统框架稳定，可靠性高，开发简便，但外围器件偏多。

由于PD协议还存在升级的可能，且终端客户存在定制化需求，因此目前市面上的PD移动电源方案多采用第二种架构来实现。

在分立式PD移动电源解决方案中，PD协议芯片主流供应商有TI、Cypress、芯海科技等；DC-DC主流供应商有TI、Intersil、南芯科技等；MCU的选择范围更多，常见的有ST、芯海科技、ABOV等。其中，芯海科技提供的CSU38M20+CSS34P16+SC8802方案以性能好、兼容性强、性价比高的优势，在市场上得到了广泛应用。

总结

从目前市面上支持快充手机的数量来看，支持USB-PD协议的手机不到5%，大部分手机还是支持高通、MTK、华为、OPPO等自家的快充协议，这也是为什么USB-PD协议发布了这么久，但市场需求量最大的仍然是支持其他快充协议的产品。但是，随着支持PD协议的产品增多，协议标准逐步走向统一，未来的充电将变得更加便利！

作者：芯海科技 应用工程师 杨乐

拥有六年电源产品设计经验，芯片原厂工作超过三年，主要负责Type-C/PD快充芯片规格制定及相关领域的标准应用方案开发。主导开发的应用方案中多项技术创新属业内首创，目前在Type-C/PD领域已有国家发明专利3项，实用新型专利2项。