前言
說(shuō)起 USB-PD 協(xié)議，全名 USB Power Delivery ，可能對于很多人來(lái)說(shuō)還很陌生，但是目前越來(lái)越多的手機已經(jīng)開(kāi)始支持這一協(xié)議并用來(lái)做為設備快速充電的功能。
稍有了解的人可能認為， USB-PD 協(xié)議的充電器輸出是以 Type-C 輸出的，這與我們常見(jiàn)的 USB-A 接口輸出不同，但是這并不能單純作為判別是否為支持 USB-PD 協(xié)議的充電器，有 Type-C 輸出的，不一定是支持 USB-PD 協(xié)議充電器；支持 USB-PD 協(xié)議的充電器，一定是 Type-C 輸出的。
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(xié)議為例）如圖1所示。iW626作為QC2.0協(xié)議控制器，經(jīng)由USB口的D+/D-信號和手機側AP進(jìn)行供電協(xié)商，然后通過(guò)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(xié)議的充電器電路可以維持AC/DC部分不變，只是將QC協(xié)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(guò)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(xié)議收發(fā)器，可以滿(mǎn)足充電器，主機，附件，EMAC線(xiàn)纜等各種支持type-c口的應用，在蘋(píng)果，聯(lián)想，HP，Dell，小米，樂(lè )視等一線(xiàn)品牌客戶(hù)都有眾多的量產(chǎn)案例。
采用CCG2PD控制器和DialogAC/DC控制器的充電器電路簡(jiǎn)圖如圖2所示，CCG2通過(guò)Type-C口的CC信號和手機AP進(jìn)行PD協(xié)議溝通，然后通過(guò)PWM控制光耦將電壓和電流需求反饋到AC/DC進(jìn)行輸出調節。CCG2會(huì )通過(guò)采樣VBUS來(lái)保證PD協(xié)議狀態(tài)機的可靠運轉，并且根據PD狀態(tài)通過(guò)MOSFET控制VBUS的通斷。另外CCG2也可以通過(guò)D+/D-支持QC3.0協(xié)議，在同一個(gè)Type-C口上實(shí)現PD和QC的共存（實(shí)際工作時(shí)兩者不能同時(shí)起用，用戶(hù)可以定義優(yōu)先級和使能策略）。PD快充除了可以進(jìn)行調壓充電，還可以進(jìn)行電流調節，實(shí)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(jìn)行電壓電流采樣，進(jìn)行閉環(huán)控制和OVP/OCP/UVP保護。CCG2的保護機制是軟件控制的，因此實(shí)時(shí)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(jiǎn)BOM的同時(shí)，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(yōu)的大電流直充方案，已經(jīng)在多個(gè)手機客戶(hù)開(kāi)始了評估設計。
PD充電協(xié)議是什么
PD充電協(xié)議是USB-IF組織公布的功率傳輸協(xié)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(shí)谷歌宣布Android7.0以上的手機搭載的快充協(xié)議必須支持PD協(xié)議，意在統一快充市場(chǎng)。
PD協(xié)議快充什么意思
USB-PowerDelivery（USBPD）是目前主流的快充協(xié)議之一。是由USB-IF組織制定的一種快速充電規范。。USBPD透過(guò)USB電纜和連接器增加電力輸送，擴展USB應用中的電纜總線(xiàn)供電能力。該規范可實(shí)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(guān)系。經(jīng)常會(huì )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(shí)是兩碼事，USBPD是一種快速充電協(xié)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(shí)現了USBPD協(xié)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(shí)用Type-C接口的設備都會(huì )支持USBPD協(xié)議。
USBPD的發(fā)展前景。USBPD現在已經(jīng)發(fā)展到了USBPD3.0版本。在谷歌的推動(dòng)下目USBPD已經(jīng)收編了高通的QC快充協(xié)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(chǎng)。
PD快充協(xié)議優(yōu)勢
PD是PowerDelivery，關(guān)注的是兩個(gè)或者多個(gè)設備，甚至是一個(gè)基于USB接口的智能電網(wǎng)的電能傳輸過(guò)程，電能傳輸可以是雙方向的，甚至是組網(wǎng)的，可以具備系統級供電策略。而QC是QuickCharge僅僅關(guān)注的是快速充電問(wèn)題，電能傳輸是單方向的，不具備電能組網(wǎng)能力，不支持除了供電以外的其他功能。
USBPD的通信是將協(xié)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(lái)實(shí)現手機和充電器通信的過(guò)程。
如圖所示，在USB PD通信中，是將24MHz的FSK通過(guò)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(chǎn)生影響，在回路中同時(shí)添加了zIsolation電感組成的低通濾波器過(guò)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(shuō)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(dòng)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(hù)的配置從CapabilitiesSource消息中選擇一個(gè)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(fā)出Accept消息給手機，同時(shí)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(guò)程中可以動(dòng)態(tài)發(fā)送Request消息來(lái)請求充電器改變輸出電壓和電流，從而實(shí)現快速充電的過(guò)程。
