可编程电源芯片，让电源设计更加简单

随着电子产品的智能化趋势越来越明显，电源产品也要求变得越来越智能，比如需要更高的转换效率；需要支持不同协议的快充；需要能够随着设备的不同变换输出电流和电压等等。这给电源设计工程师带来了很大的挑战。

Power Integrations（PI）在推出转换效率可达94%的AC-DC转换芯片InnoSwitch3一段时间后，基于该芯片结构，又推出了一款改进型的InnoSwitch3-Pro芯片，来帮助工程师应对这些挑战。

图1：PI公司资深技术培训经理阎金光。

据PI公司资深技术培训经理阎金光介绍，InnoSwitch3-Pro的Pro代表的是programmable，即可编程的意思。

InnoSwitch3-Pro是一颗可设定恒压、恒流和恒功率输出特性的离线反激式开关电源IC，它可以提供65W的输出功率，与InnoSwitch3一样，在各种输入电压及负载条件下均可提供94%的高效性能。

与其他电源IC最大的不同在于，该芯片具备了一个I2C数字接口，工程师可以通过I2C接口来设定输出电压、电流的大小。此外，还可以对芯片的保护功能进行设定，比如使能/禁止、关断/自启动，以及触发阈值等等。

阎金光进一步解释说，“通过简单的双线I2C接口，工程师可以对输出电压和电流进行精确的动态阶跃控制，其中电压阶跃步长为10mV，电流的阶跃步长为50mA。”

InnoSwitch3-Pro可以与MCU配合工作，也可以根据CPU的指令来控制和监测离线式电源。对于MCU的选择，阎金光表示，“只需要一般的8位MCU即可，没有特殊要求。”

图1：InnoSwitch3-Pro增加了I2C接口，且依然采用了PI特有的FluxLink磁感耦合技术。

InnoSwitch3-Pro电源转换IC集成了MCU的VCC电源，无需新增外围LDO为外部的MCU供电。此外，该芯片还集成了N沟道MOSFET驱动电路，可用于使能或禁止电源的主动输出。

由于InnoSwitch3-Pro集成了总线电压、电流和故障报告的遥测技术，以及可动态设定的各项保护功能，例如可外部设定电源的过温保护(OTP)、输入过压/欠压(OV/UV)保护、输出过压/欠压(OV/UV)保护和短路保护的反应机制，从而使得复杂的离线式电源的BOM元件数大幅减少，电源设计的复杂度也可大幅简化。

谈到保护功能的设定，阎金光举例说，在电源输出的短路保护上，传统电源一般是采取打嗝模式（自动重启），或者锁死关断模式，一当选定之后就不可更改了。而InnoSwitch3-Pro不同，工程师可以自行设定保护模式。还有过压、欠压、过流和过温保护等的触发阈值，工程师也可以自己设定。甚至在电源设计好了之后也能通过编程方式更改。“这是一种非常灵活的解决方案。”阎金光对电子工程专辑编辑表示。

新的InnoSwitch3-Pro依然采用了Power Integrations的高速数字通信技术 —— FluxLink，此外还具有同步整流、准谐振开关以及精确的次级侧反馈检测和控制电路。新器件已通过CQC、UL和TUV (EN60950)认证，可安全地跨接于电源初次级安规隔离带之间。其InSOP-24D封装还可提供高效散热的薄型方案，并且初级侧与次级侧具有更宽的爬电距离(>11.5 mm)和电气间隙，可靠性更高，抗浪涌及ESD能力更强。

图3：I2C增加了InnoSwitch3-Pro的灵活性。

近年来来，AC-DC电源转换市场正经历快速的转变，快充得到了大力推行，但市面上存在着多种快充协议。电源设计工程师需要一种能适应各种快充协议的可编程开关电源解决方案。

“InnoSwitch3-Pro支持市面上几乎所有的快充协议，包括Quick Charge 4/4+、AFC、VOOC、SCP、FCP，甚至是近期刚制定完成的USB PD 3.0+PPS规范。”阎金光自豪地表示。

他同时指出，InnoSwitch3-Pro的应用非常广泛，除了智能手机、笔记本电脑/平板电脑、智能音箱之外，也可以用于可调光LED镇流器驱动器、输出可调的工业电源，以及其他工业和消费类电池充电器等等。

一个设计满足多种需求

阎金光认为，InnoSwitch3-Pro将会颠覆传统的电源生产模式，因为利用InnoSwitch3-Pro，一个设计就可以实现多种电源输出规格，可以帮助客户减少研发成本；不需要重复的安规认证；在获得更快的客户响应时间的同时能够降低库存和管理费用。

图4：一个设计实现多种电源输出规格。

当然，由于引入了可编程功能，对电源设计工程师来说，需要学习新的数字编程技术。为了帮助他们转向可编程电源设计，PI会提供全面的设计支持工具，包括设计指南、程序设计手册、不同MCU的设计举例等等给工程师参考。编程工具包括：完整的API库易于实现基于对象的编程，Doxygen（程序生成器）程序设计工具。

图5：使用INN3367C的40W输出的DER-641参考设计。

充电供电双端一体化，PD31 DRP芯片最新全面汇总

前言

快充技术在快速普及发展，USB标准化组织引入了DRP（Dual Role Port）双角色端口技术，这项技术能使USB设备动态地切换角色。简单来说，DRP 端口不仅可以充当电力的输入端（DFP），也可以在需要时变为电力的输出端（UFP），这种双重角色功能使得协议芯片能够在充电和供电之间无缝切换，实现一体化的充电和供电解决方案。

PD3.1 DRP芯片

充电头网汇总了通过USB-IF PD3.1认证的DRP芯片，汇总成下表所示。

接下来充电头网将会对其中的芯片作一个详细解析，排名不分先后，按企业英文首字母排序。

Chipsea芯海

芯海CS32G051

芯海科技 CS32G051 是一款适用于PC应用的 USB Type-C 和 USB PD 控制器。集成了 Type-C CC 和 USB PD 所有功能，HPD 检测模块，SBU Switch，USB2.0 MUX，USB BC1.2。同时还集成了多种手机的快充协议，以增强终端设备的充电兼容性。

CS32G051 符合USB PD3.1标准，支持PPS、PD3.1 FRS，还兼容QC2.0/3.0/4+、FCP、SCP、SSCP、AFC以及BC1.2等充电协议，支持被配置为DFP、UFP或DRP。CS32G051 还支持单芯片双USB-C口设计，具备快充、投屏、数据传输全功能，是芯海科技专门面向 PC 生态推出的产品。

Hynetek慧能泰

慧能泰HUSB239

HUSB239是一款高度集成的独立USB Type-C®和功率传输（PD）控制器。HUSB239整合了CC逻辑、USB PD协议和传统协议。用户可以自由配置HUSB239作为Sink或DRP。此外，它支持识别调试配件和音频配件。

HUSB239可以在两种模式下运行：I²C模式和GPIO模式。在I²C模式下，I²C主机可以访问HUSB239以配置设置、读取状态并执行高级功能，例如PR Swap、DR Swap和VDM消息。在I²C模式下，HUSB239支持PPS、SPR AVS、最大48V / 5A EPR PDO和EPR AVS。

HUSB239是一款可以独自运行的PD DRP，支持PR_SWAP、DR_SWAP、 VCONN Role Swap、支持Discover ID和Discover SVID，用于带数据通信的Type-C场合。它不用任何软件编程，不需要烧录，即贴即用。

HUSB239的超低工作电流有助于系统降低总功耗，适用于电池应用。HUSB239提供QFN 3mm x 3mm-16L封装。

Ismartware智融

智融SW2505H

SW2505H 是一款集成PD3.1、QC、UFCS等全协议支持的低功耗控制器芯片，通过了USB PD3.1 EPR认证，支持DRP模式，内嵌MCU，拥有16路GPIO，C口支持在线升级，支持在线仿真调试，支持光耦/FB控制/I2C支持主从模式。

SW2505H内部集成了高效的40MHz Cortex-M0处理器、大容量Flash和SRAM存储、多种通信接口(I2C、UART)以及GPIO和GPADC支持，具备低功耗设计，支持3.3~32V调压控制以及0.3~12A输出限流控制，具有多种反馈控制方式以及母线电压检测，内部集成CV、CC环路和VIN、VBUS快速放电以及NMOS驱动电路，为系统提供高度稳定和可靠的电源管理。

SW2505H支持DPDM双向快充协议，允许充电器与设备之间进行双向通信、共享信息，支持BC1.2、PD3.1 DFP/UFP、DRP等规范以及集成Type-C接口逻辑，支持多种快充协议以及私有协议定制功能，支持死电池激活以及低功耗检测模式，可智能协调最佳充电参数，满足不同设备的需求，提供高效充电和数据传输。

Legendary乐得瑞

乐得瑞LDR6020

乐得瑞LDR6020是带有3组6路DRP USB-C及PD通信协议处理模块和USB2.0 Device模块的16位RISC MCU，拥有USB PD3.1通信功能，具有262字节非折叠PD3.1长数据包通信能力，并且可以通过CC，UART，I2C，USB2.0四种模式进行固件在线升级。

LDR6020采用QFN-32 4*4封装，拥有13路ADC，28 位双向 I/O 口,1 位输入口，2 路 PWM，可以做定制化功能设计，并且未来还会开放嵌入式云IDE开发系统。

LDR6020的应用场景非常广泛，比如Type-C多功能转接器，Type-C显示器，Type-C移动电源等等，并且芯片内置I2C Slave通信控制单元，UART通信控制单元，可以与其他主控芯片进行通讯协商。

乐得瑞LDR6020P

LDR6020P是基于SIP技术，内置3组6路DRP USB-C及PD通信协议处理模块，两路20V VBUS控制MOS，内阻15毫欧(VGS>10V)~22毫欧(VGS>5V)，16位RISC MCU的电源管理芯片(PMU)，使得外围更加简洁，电路设计更加方便。

图3 LDR6020P规格书截图

从规格书可以看出，LDR6020P，内置了LDO和两颗20V耐压的PMOS，单颗MOS的实际工作电流可以达到5A。在两颗作为串联使用时，考虑到温升问题，建议限制在3A。

LDR6020P采用QFN-48 5*5封装，芯片集成电源管理，内置5V LDO输出，最大可往外供30mA。

LDR6020P芯片自带USB 2.0 Billboard，内置32MHz和32KHz振荡器，内置48M USB2.0高精度振荡器，全面支持标准所规定DFP，UFP，try.SRC，try.SNK四种设备角色。

在双口便携显示器的应用中，LDR6020P简化了电路设计，不再需要外挂多颗MOS，因为芯片已经内置了两路耐20V的Vbus控制MOS，所以Vbus的电源管理都直接由芯片控制，不仅节约了电路板空间，还省了不少成本。

MERCHIP水芯电子

水芯M12269

M12269作为MERCHIP水芯电子快充充放电平台中的一款明星芯片，是面向多串电芯大功率移动电源和储能应用的专用SOC。

M12269集成了同步升降压电压变换器、驱动模块、电池充放电管理模块、显示模块、电量计算模块，提供单C口最大140W输入/输出功率，支持PD3.1、QC3.0、AFC、FCP、SCP、BC1.2DCP等主流快充协议，并提供输入/输出的过压/欠压、电池过压/欠压、NTC高低温、放电过流、短路保护等完备的保护功能。配合极简的外围电路，即可组成140W多口移动电源。

M12269支持高效充放电管理，自动匹配最优充电模式：高效Buck-Boost转换器（开关频率:最大1MHz)； 最大输入/输出功率140W，最高充放电效率98%；支持3~8电芯串数以及宽的串电芯规格（4.2V/4.25V/4.3V/4.4V/4.45V）；支持充电电流自适应和放电电压:3.3-28V，最大充电和放电电流均为5A；放电电压精度10mV，充电电流精度5mA；支持ABCL口的各种组合，支持双路C口以及支持线损补偿功能。

VIA Labs 威锋电子

威锋VL605

VL605是一款专为USB-C影音转接器和多功能扩充底座优化的单芯片解决方案。它整合了两口的USB-C PD 3.1控制器，在启用EPR时可支持高达240W的charge-through充电，这意味着用户在享受高清视频输出的同时，还能为连接的设备提供快充。

VL605还能够将DisplayPort信号转换为最高8K60Hz或4K240Hz的HDMI 2.1信号输出，这在当前市场上是极为罕见的。它不仅支持HDR，还兼容DisplayPort规范的Adaptive Sync（自适应同步），并支持AMD的FreeSync技术，将其转换为HDMI 2.1的VRR。这使得采用VL605的产品能够显著提升游戏体验，提供更高质量和更流畅的画面。

随着HDMI 2.1的普及，VL605的推出恰逢其时。HDMI 2.1相较于HDMI 2.0，带宽从18Gbps提升至48Gbps，能够处理更高的4K刷新率影像，如4K120Hz、4K144Hz，甚至在使用DSC的情况下可达到240Hz。VL605的内建DisplayPort接收端口支持HBR3数据传输速率，在4信道模式下可达到32.4Gbps，而HDMI发射端支持FRL和TMDS模式，峰值带宽分别为48Gbps和18Gbps。

VL605采用QFN 68封装(8x8x0.85mm)。此外，VL605还内建了DSC译码器，支持最新DisplayPort 2.1规范里的自主模式（Autonomous Mode）和源端控制模式（Source-controlled Mode），赋予信号源端更多的控制能力。在安全性方面，VL605通过内建的ECDSA验证来执行安全的固件更新，有效避免了恶意固件代码攻击的风险。

威锋电子产品部处长张惠能对VL605的可塑性给予了高度评价。他指出：“DisplayPort和HDMI作为目前业界主流的音视频规范，现在与USB Type-C规格紧密结合，配合威锋电子多样化的USB Hub控制芯片，VL605能够创造多种具备USB PD charge-through功能的USB-C多功能扩展底座应用。随着苹果、高通和联发科新一代手机芯片开始提供硬件光线追踪功能，三A级游戏大作也开始移植到手机平台上，VL605的产品需求前景很被看好。搭配VL605的双口USB PD控制器和HDMI 2.1输出功能，让手机不仅能够作为掌上型游戏机使用，还能轻松将其转变为家用游戏机，在投影到4K/8K大屏幕电视时，可同时为手机充电，提供崭新的游戏体验。”

威锋VL108

威锋VL108是一款高度集成的单芯片DisplayPort Alt模式和PD 3.1控制器芯片，专为USB-C设备设计，可用于支持带有充电功能的USB-C多功能拓展坞。VL108内置了USB-C充电UFP，可通过DP Alt模式或USB4 DP隧道方式执行视频输出功能，同时在检测到外部电源后为连接的PD主机提供充电。VL108提供两组UFP CC引脚对，可选择用于总线供电或自供电应用。它还集成了两个USB-C DRP DFP，可以连接到USB-C电源适配器以为PD主机充电，也可以连接到USB-C设备以进行数据传输。

UFP和两个DFP均支持最新的PD3.1 EPR规范，可支持48V 5A（240W）的功率输出。此外，两个DRP DFP还集成了D+/D-充电ePHY，支持使用D+/D-进行协议握手，然后转换为PD协议以通过UFP输出电源。无论是哪个DFP端口，都可以按照先插入先服务的原则为主机充电。

VL108的设备策略管理器能够协商DFP和UFP之间的电源规则，从而启用电源充电。它还支持在电池电量耗尽模式下为主机充电以及快速角色切换。此外，VL108还具备USB Billboard设备功能，以满足“VESA DP Alt模式在USB Type-C上”的规范。它还支持智能自动待机功能，当连接接口处于空闲状态时，会自动进入深度省电模式，非常适用于智能手机配件。

VL108内置了RC振荡器、线性电压调节器、Vbus电压和电流检测器，可以通过Vbus电源稳定工作，并监测异常电源行为。此外，它提供多达17个GPIO引脚，用于特定应用。SPI接口可支持外部SPI闪存，或与VLI Hub控制器共享SPI闪存进行固件升级。固件更新可以通过USB Billboard或I2C从属接口进行。VL108提供两种封装型号可供选择：QFN 60L（7x7x0.85 mm），支持两个DRP DFP，以及QFN 48L（6x6x0.85 mm），支持一个DRP DFP。

威锋VL107

VL107支持显示端口alt模式和USB PD3.1控制，通过了PD3.1认证，TID：10461。并具备有Secure FW Update Console，Apple可自Apple程序中更新这款转换器的固件程序。

威锋VL109

VL109是一款来自VIA Labs的高度集成的3端口USB PD 3.1控制器，专为USB-C多功能扩展坞设计。它支持视频输出和设备充电，符合最新的USB PD3.1 EPR规范，能够处理高达240W的功率。VL109内置多种安全保护功能，并支持智能自动待机模式，适用于智能手机和移动配件等领域。

充电头网总结

综上所述，随着快充技术的迅猛发展和USB PD3.1标准的广泛应用，DRP芯片的创新为设备间充电和供电的无缝切换提供了极大的便利。这些芯片不仅在设计上具备高度集成性和可靠性，还通过支持多种快充协议和扩展功能，实现了充电和数据传输的高效协同。

通过对不同企业的DRP芯片进行详细分析，我们可以看到每款芯片都各具特色，适用于不同的应用场景。例如，芯海的CS32G051针对PC生态，智融的SW2505H则为快充和数据传输提供了全面支持。这些产品不仅推动了USB快充标准的进步，也为终端设备的性能提升提供了强大的硬件支撑。

未来，随着市场对高效充电和多功能设备的需求不断增加，DRP技术将继续成为快充领域的关键推动力。无论是移动设备、PC外设，还是显示器和多功能扩展坞，DRP芯片都将在更多应用场景中发挥核心作用。

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