小知识·PD充电协议

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PD充电器硬件结构

pd充电协议是什么

pd协议快充什么意思

PD快充协议优势

USB PD快速充电通信原理

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PD充电器硬件结构

典型的手机充电器的硬件结构（以基于Dialog方案的高通QC2.0快充协议为例）如图1所示。iW626作为QC2.0协议控制器，经由USB口的D+/D-信号和手机侧AP进行供电协商，然后通过光耦控制原边的AC/DC控制器iW1780完成输出电压的调整。

基于PD协议的充电器电路可以维持AC/DC部分不变，只是将QC协议控制器替换为PD控制器，比如Cypress半导体的CCG2（type-cControllerGeneraTIon2）。CCG2是最早通过USB-IF认证的PD控制器之一，内部包含ARM®Cortex®-M0处理器和完备的PD协议收发器，可以满足充电器，主机，附件，EMAC线缆等各种支持type-c口的应用，在苹果，联想，HP，Dell，小米，乐视等一线品牌客户都有众多的量产案例。

图1基于Dialog方案的高通QC2.0快充协议的充电器硬件框图

采用CCG2PD控制器和DialogAC/DC控制器的充电器电路简图如图2所示，CCG2通过Type-C口的CC信号和手机AP进行PD协议沟通，然后通过PWM控制光耦将电压和电流需求反馈到AC/DC进行输出调节。CCG2会通过采样VBUS来保证PD协议状态机的可靠运转，并且根据PD状态通过MOSFET控制VBUS的通断。另外CCG2也可以通过D+/D-支持QC3.0协议，在同一个Type-C口上实现PD和QC的共存（实际工作时两者不能同时起用，用户可以定义优先级和使能策略）。PD快充除了可以进行调压充电，还可以进行电流调节，实现电流精调或者大电流充电甚至直充。CCG2可以使用内部ADC进行电压电流采样，进行闭环控制和OVP/OCP/UVP保护。CCG2的保护机制是软件控制的，因此实时性不够，可以充当AC/DC控制器保护的辅助或者冗余。Cypress的第三代PD控制器CCG3在精简BOM的同时，集成了内部硬件的OCP/OVP等保护机制，提高了ADC精度，提供了最优的大电流直充方案，已经在多个手机客户开始了评估设计。

图2基于CypressCCG2方案的PD和QC快充协议的充电器硬件框图

pd充电协议是什么

PD充电协议是USB-IF组织公布的功率传输协议，它可以使目前默认最大功率5V/2A的type-c接口提高到100W，同时谷歌宣布Android7.0以上的手机搭载的快充协议必须支持PD协议，意在统一快充市场。

pd协议快充什么意思

USB-PowerDelivery（USBPD）是目前主流的快充协议之一。是由USB-IF组织制定的一种快速充电规范。。USBPD透过USB电缆和连接器增加电力输送，扩展USB应用中的电缆总线供电能力。该规范可实现更高的电压和电流，输送的功率最高可达100瓦，并可以自由的改变电力的输送方向。

USBPD和Type-C的关系。经常会有人把USBPD和Type-C放在一起谈，甚至就把Type-C充电器叫做PD充电器。USBPD和Type-C其实是两码事，USBPD是一种快速充电协议，而Type-C则是一种新的接口规范。Type-C接口默认最大支持5V/3A，但在实现了USBPD协议以后，能够使输出功率最大支持到前文提到的100W。所以现在许多实用Type-C接口的设备都会支持USBPD协议。

USBPD的发展前景。USBPD现在已经发展到了USBPD3.0版本。在谷歌的推动下目USBPD已经收编了高通的QC快充协议，并获得了中国工信部的支持。有望在不久统一目前混乱的快充市场。

PD快充协议优势

PD是PowerDelivery，关注的是两个或者多个设备，甚至是一个基于USB接口的智能电网的电能传输过程，电能传输可以是双方向的，甚至是组网的，可以具备系统级供电策略。而QC是QuickCharge仅仅关注的是快速充电问题，电能传输是单方向的，不具备电能组网能力，不支持除了供电以外的其他功能。

目前支持PD协议的设备还比较少，已知的仅苹果的newMacbook、魅族和HTC手机的几款高端型号、谷歌笔记本等少数设备，但是星火之势，终可燎原，而且国内也渐有厂家推出了PD协议的充电头。

USB PD快速充电通信原理

USBPD的通信是将协议层的消息调制成24MHZ的FSK信号并耦合到VBUS上或者从VBUS上获得FSK信号来实现手机和充电器通信的过程。

如图所示，在USB PD通信中，是将24MHz的FSK通过cAC-Coupling耦合电容耦合到VBUS上的直流电平上的，而为了使24MHz的FSK不对PowerSupply或者USBHost的VBUS直流电压产生影响，在回路中同时添加了zIsolation电感组成的低通滤波器过滤掉FSK信号。

USBPD的原理，以手机和充电器都支持USBPD为例讲解如下：

1）USBOTG的PHY监控VBUS电压，如果有VBUS的5V电压存在并且检测到OTGID脚是1K下拉电阻（不是OTGHost模式，OTGHost模式的ID电阻是小于1K的），就说明该电缆是支持USBPD的；

2）USBOTG做正常BCSV1.2规范的充电器探测并且启动USBPD设备策略管理器，策略管理器监控VBUS的直流电平上是否耦合了FSK信号，并且解码消息得出是CapabilitiesSource消息，就根据USBPD规范解析该消息得出USBPD充电器所支持的所有电压和电流列表对；

3）手机根据用户的配置从CapabilitiesSource消息中选择一个电压和电流对，并将电压和电流对加在Request消息的payload上，然后策略管理器将FSK信号耦合到VBUS直流电平上；

4）充电器解码FSK信号并发出Accept消息给手机，同时调整PowerSupply的直流电压和电流输出；

5）手机收到Accept消息，调整ChargerIC的充电电压和电流；

6）手机在充电过程中可以动态发送Request消息来请求充电器改变输出电压和电流，从而实现快速充电的过程。