随着百瓦充电器以及移动电源的普及，大功率设备也开始使用 USB Type-C 接口进行供电，组建了完整的生态，并且加快了 USB PD 的普及。但是对于高性能的计算设备来说，USB PD3.0 提供的 100W 功率不是很够用。最新推出的 USB PD3.1 标准解决了这一问题，标准增加了 28V、36V、48V 三组固定电压档位，最高功率提升至 240W。而随着苹果支持 PD3.1 协议的 140W 笔记本快充充电器的率先发布，市场上对 140W 移动电源的呼声随之高涨。近日，USB PD 快充厂家广芯微电子发布了一款 140W PD3.1 双向快充应用参考设计。该参考设计方案主板支持单路 140W PD3.1 TYPE-C 接口，同时采用 TCPM+TCPC 的软硬件架构，可通过子卡方式扩展多路 PD3.0/PD3.1 100W TYPE-C 接口，产品形态可灵活裁减。广芯微 PD3.1 DRP 参考设计方案支持 6~7 串电芯配置，采用全栈 PD DRP 协议，支持 5/9/15/20V @5A，28V@5A，最高 140W PD3.1 DRP 应用，方案同时支持 SPR PPS，EPR AVS，具备灵活的 VDM 报文扩展能力和完备的系统充放电功率策略。参考设计方案采用 RISC-V 内核的 UM3506 PD+SoC 控制器芯片实现 PD3.1 协议交互，双向 BUCK-BOOST 电源芯片管理，系统控制等功能。广芯微 UM3506 内置高性能32位 RISC-V 微处理器内核和大容量 Flash 闪存、SRAM 存储器及增强的外设接口和丰富的系统资源，支持在线升级。广芯微 UM3506 使用了软硬结合的灵活可编程架构，内部采用 TCPM/TCPC 分层架构，集成了一个原生的 TCPC-like 前端模块，包括用于 Type-C 接口检测与控制的数字逻辑和模拟电路，PD PHY 层的分组 BMC 编解码以及 PD 协议层中对时序有严格要求的关键功能。广芯微 PD3.1 DRP Demo 支持电量统计，可选多种系统状态显示（灯显，LCD 屏等），支持 TCPM + TCPC 架构子卡用于扩展 TYPE-C 端口，子卡应用电路如上图所示。广芯微 UM3506 芯片致力于打造开放平台和差异化应用的设计理念，设计人员可以更合理有效地利用芯片上 MCU 的资源，简化差异化应用软件的设计，缩短系统开发时间，同时更好地保证系统的实时性和可靠性，完美实现 PD+MCU 的应用开发。看完了上面的方案介绍，下面再来看看广芯微 PD3.1 DRP 140W 参考设计方案的实际性能表现。将广芯微 PD3.1 DRP 140W EVB 的接线端子接入直流源，作为供电设备，使用 Power-Z KM003C 读取 PDO 报文，显示其支持 5V3A、9V3A、15V3A、20V5A 五组 SPR 固定电压档位，3.3~21V5A 一组 PPS档位，28V5A 一组 EPR 固定电压档位，以及 14~28V 一组 AVS 档位。将广芯微 PD3.1 DRP 140W EVB 的 USB-C 口接入 140W 负载，输出功率为 28.54V 4.99A 142.51W，成功触发 PD3.1 EPR 28V 快充。将广芯微 PD3.1 DRP 140W EVB 的接线端子接入模拟电池，USB-C 口接入苹果 140W 氮化镓充电器 A2452，作为充电设备，输入功率为 132.31W，成功触发 PD3.1 EPR 28V 快充。广芯微电子（广州）股份有限公司专注于低功耗物联网芯片的研发、设计与销售，为客户提供面向个人与家庭、工业与商业物联网应用领域，以低功耗为差异化的8位/32位微控制器芯片、无线射频收发器芯片、数字电源管理芯片和传感与信号调理专用芯片等。广芯微秉持客户第一、技术创新和市场领先的理念，以国际领先的技术为基础，为客户提供一流的产品与技术，打造值得信赖的集成电路设计品牌企业。公司独有的低功耗芯片设计方法、轻量化人工智能算法、大功率的PD协议控制以及多样性无线连接技术整合而成的低成本高收益的集成电路设计，在健康医疗电子、消费电子、智慧家庭、工业控制、传感器与表计等领域已经得到了广泛的应用。广芯微低功耗微处理器芯片与射频芯片具有超低睡眠功耗与更低的工作电流，有效地帮助电子设备降低能耗，积极助力节能减排。USB PD3.1 是非常有野心的标准升级，把 USB PD 的应用由传统的手机和笔记本电脑供电，扩充到便携式设备、物联网设备、智能家居、通信和安防设备、汽车和医疗等领域，让 USB PD 将成为真正大一统的供电标准，对地球环保、减少电子垃圾，万物互联起到重要的推动作用。广芯微此次推出的 140W PD3.1 双向快充方案支持 6~7 串锂电应用，内置采用 RISC-V 内核的 UM3506 高性能主控，单芯片就能实现协议交互、双向 BUCK-BOOST 电源芯片管理、系统控制等诸多功能，同时采用 TCPM+TCPC 的软硬件架构，可通过子卡方式扩展多路 PD3.0/PD3.1 100W TYPE-C 接口，客户可根据产品需求灵活调整。
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