CHY103ChiPhy™产品系列本产品已获得专利和/或正在申请专利之中。产品特色• 支持QuickCharge3.0的A类和B类规范• 自适应输出过压保护(AOVP)• 次级侧过热保护(SOTP)• 输出软短路保护(OSSP)• 远程关断保护(RESP)• 受电设备可以关断适配器输出• 可选择的迟滞或锁存关断方式• 输出电压为5V时的功耗低于1mW• 支持InnoSwitch™、TinySwitch™及TOPSwitch™典型应用• 智能手机、平板电脑、上网本、数码相机和蓝牙附件所使用的电池充电器• USB功率输出设备,如移动电源或汽车充电器产品描述CHY103是一款USB移动设备充电接口IC,它采用高通的QuickCharge3.0规范对电池进行自适应电压充电。它集成了所有必要的功能,可将QuickCharge3.0功能添加到采用PowerIntegrations开关IC(如InnoSwitch™、TinySwitch™及TOPSwitch™)的电路中,以及其他采用传统的次级反馈方式的充电器方案中。CHY103支持QuickCharge3.0的整个输出电压范围,其电压阶跃步长为200mV/档。如果输出电压范围介于3.6V至12V之间则为A类,如果最高输出电压达到20V则为B类。CHY103能够提供整套系统级保护功能,在输出过压、次级侧温度过高以及适配器输出开路时仍有功率传输的故障情况下保护电源及其所连的受电设备(PD)。此外,它还允许受电设备通过USB数据线远程关断电源。关断类型可采取迟滞方式,也可以采取锁存方式。CHY103可在启用输出电压调整之前自动检测所连接的受电设备(PD)是兼容QuickCharge3.0还是QuickCharge2.0协议。如果检测到受电设备不兼容QuickCharge2.0或3.0协议,CHY103则禁止输出电压调整,仅以5V电压输出以确保旧型USB受电设备能够安全工作。图1.典型应用电路原理图图2.SO-8(D封装)PI-7612-091015BPVOUTD+D-GNDGNDD+D-RFBDTMFA/P电压反馈网络CHY103U1版本D09/152CHY103引脚功能描述温度监测(TM)引脚:可选外部温度传感器(NTC电阻)的连接点。故障监测/保护模式(FA/P)引脚:检测到故障发生时,保护模式可输出驱动信号至外部关断电路。在输出电缆断开且仍有功率传输的故障发生时,此引脚可选作监控此故障的信号输入端。接地(GND)引脚:接地。反馈驱动(FBD)引脚:反馈环路的驱动输出端。连接至外部电源误差放大器的参考输入端,以设定输出电压。通过跨接于输出端的分压器来监测输出电压。旁路(BP)引脚:外部旁路电容的连接点,用于产生内部使用的供电电源。参考(R)引脚:连接至内部带隙参考。通过连接的电阻提供参考电流及选择输出电压范围(A类或B类)。PI-7610-040615D封装(SO-8)TMFA/PFBD12GND348765BPRD+D-图3.功能框图图4.引脚布局+++++参考(R)6V2.65V1.26V0.325V1V150µA100µA2V0.325V0.325V19.53kΩ900kΩ2VN2N1D-D+旁路(BP)反馈驱动(FBD)温度监测(TM)故障监测/保护模式(FA/P)接地(GND)SSETCLRRQ控制逻辑(电压设定、计时器、故障)带隙A/B类选择QPI-7611-090415+VTH(OV)IT(DO)IT(UP)++数据线(D+)引脚:USBD+数据线输入。数据线(D-)引脚:USBD-数据线输入。版本D09/153CHY103高压专用充电端口(HVDCP)接口IC。它集成了所有必要的功能,可将QuickCharge3.0功能添加到使用PowerIntegrations的开关IC,例如InnoSwitch、TinySwitch和TOPSwitch的设计当中。CHY103还支持传统的采用次级侧反馈方式,比如TL431的其他方案。图5中所示的CHY103与PowerIntegrations的InnoSwitch开关IC配合使用,提供迟滞电源关断、次级侧过热保护以及USB电缆开路时仍有功率传输时的输出保护。CHY103支持QuickCharge3.0的所有输出电压范围—A类(3.6V至12V)或B类(3.6V至20V),及其旧版QuickCharge2.0规范的A类(5V、9V或12V)或B类(5V、9V、12V及20V)。它可以自动检测出受电设备(PD)是兼容QuickCharge3.0还是QuickCharge2.0协议,或者是否其属于兼容USB电池充电规范1.2版本的旧型PD,进而根据检测结果启用相应的输出电压调整功能。并联稳压器当有电流通过外部电阻(图5中的RBP)提供给旁路引脚时,内部并联稳压器会将旁路引脚电压箝在6V。这样当输出电压在3.6V至20V的较宽范围内变化时仍能给CHY103进行外部供电。RBP和CBP的推荐值为RBP=2.21kΩ±1%,CBP=470nF。旁路引脚欠压旁路引脚欠压电路在旁路引脚电压下降到2.9V以下时复位CHY103。一旦旁路引脚电压下降到2.9V以下,其电压必须高过3.1VCHY103才能重新开始工作。参考及输出电压范围选择参考引脚的电阻RREF连接至内部带隙参考,并且为内部计时电路提供精确的参考电流。电阻RREF同时也用于选择输出电压范围。RREF=38.3kΩ±1%选择A类(12V最大输出电压),RREF=12.4kΩ±1%选择B类(20V最大输出电压)。QuickCharge3.0接口上电时,CHY103内的开关N1导通(见图3),使得USB数据线D+和D-短路,按照USB电池充电规范1.2版中所述的AC-DC适配器(DCP)与受电设备(PD)之间的协议进行初始握手。完成USBBC1.2握手后,如果CHY103检测到受电设备兼容QuickCharge3.0或QuickCharge2.0协议,则关断开关N1。在此过程中分别根据QuickCharge2.0及QuickCharge3.0协议要求进行QuickCharge2.0握手及QuickCharge3.0握手。完成QuickCharge2.0及QuickCharge3.0握手后,CHY103将内部的开关N2导通(见图3),该开关将一个19.53kΩ的下拉电阻连接至USB数据线D-端。表1为所汇总的输出电压组合、相应的工作模式以及对应AC-DC适配器输出电压。在USB电缆断开后,D+的电压被CHY103的内部电阻(见图3)拉低。当电压降到0.325V以下时,CHY103将进入默认模式(开关N1导通,开关N2关断),并设定5V的默认输出电压。图5.CHY103与PowerIntegrations具备迟滞故障关断保护的InnoSwitch开关IC结合使用便携式电设备(PD)CHY103D+D-电源输出注释0.6V0.6V12VA类3.3V0.6V9VA类0.6V3.3V连续模式A/B类,±0.2V/档3.3V3.3V20VB类0.6VGND5V默认模式表1.QuickCharge3.0输出电压组合及相应工作模式PI-7692-091815R10R11C11D11D10CBPSC1RBPR4R3Q1Q2D1RNTCRREFCFRCBPRFRT1CBPPC10Q1R6R2R1DSISGNDSR/PVOFWDFBInnoSwitchCONTROLBPPBPSU1BPVOUTB+D+D-GNDGNDD+D-RFBDTMFA/PChiPhyU2-tO版本D09/154CHY103直接驱动电源控制环路误差放大器的参考输入端,采用灌电流IT(UP)或拉电流IT(DO)的方式设定所需的电源输出电压(见图6)。在默认模式下,当输出为5V时,内部的拉电流源和灌电流源均关断。为满足QuickCharge3.0连续模式下输出电压±0.2V阶跃电压跳变的要求,在输出检测电压分压器中的上分压电阻R1的取值必须为R1=100.0kΩ±1%。因此,对于PowerIntegrations的InnoSwitch开关IC所使用的1.265V反馈引脚参考电压,下分压电阻的取值为R2=34.0kΩ±1%,此时设定的默认输出电压即为5V。CHY103还可以与低于1.265V的电源控制环路参考电压实现接口,方法如图7所示,增加电阻R3。在图7所示的默认5V输出的电路中,输出电压计算方式如下:VRVRRVRR21223OUTFBFB#+#=+^h保护模式当CHY103检测到故障发生时,它会通过内部的150µA电流源将故障监测/保护引脚电平拉高至旁路引脚电压,从而激活保护模式。该信号可用来驱动图5所示InnoSwitch电源中的Q1、Q2、D1及R3电路实现迟滞的关断保护。另外一种实现初级侧锁存关断的方法可以通过图8所示的Q1及R5驱动光耦器U3来实现。在正常工作期间,FA/P引脚电平由内部箝位至1V。图6.CHY103反馈引脚驱动输出及过压监测输入图7.CHY103与参考电压1.265V的控制环路实现接口连接图8.初级侧锁存关断保护模式R1FBBPR2tD(OV)VTH(OV)ST(UP)FA/PLogicIT(UP)GNDST(DO)FBDVOUTIT(DO)PI-7693-081915+R1FBBPR2R3tD(OV)VTH(OV)ST(UP)FA/PLogicIT(UP)GNDST(DO)FBDVOUTIT(DO)PI-7694-081915+PI-7699-091815R10U3U3R11C11D11D10CBPSC1RBPR4RNTCRREFCFRCBPRFRT1CBPPC10Q1R6R2R1R5DSISGNDSR/PVOFWDFBInnoSwitchCONTROLBPPBPSU1BPVOUTB+D+D-GNDGNDD+D-RFBDTMFA/PChiPhyU2-tO版本D09/155CHY103可监测反馈驱动引脚的电压,用以防止在电源控制环路失调时出现过高的输出电压。如果电源工作于非QuickCharger3.0连续模式,则过压比较器阈值VTH(OV)(见图6)会随设定的输出电压水平(5V、9V、12V或20V)自动调整。只要输出电压达到设定输出电压的120%,并且过压故障状态持续时间至少50µs,CHY103将激活保护模式。对于非QuickCharger3.0连续模式工作的电源,当输出电压从较高的设定输出电压跳变至较低的设定电压(例如,从9V降至5V)时,自适应过压保护(OVP)将消隐500ms,以防止误动作。在QuickCharge3.0连续模式下,过压比较器阈值参考将根据相应的最大输出电压加以设定,其数值是固定的,由电阻RREF设定。连续模式中的最终实际输出过压点VOUT(OV)取决于相应的电压VOUT(SET),可根据以下公式计算得出:.VVV24OUTOVOUTSET=+^^hh系统级故障保护CHY103提供可选的系统级检查,以确保电源提供的功率不是由输出端可能产生的软短路故障所消耗,而是为所连接的受电设备所使用。系统级故障检查在无受电设备连接时(D+低于0.325V)可由CHY103自动激活,也可通过所连接的受电设备按图9中所示的流程进行远程启动。故障监测/保护引脚可通过RFR及CFR(见图5)构成的电压频率转换电路监测InnoSwitch的开关频率。当故障监测/保护引脚的电压超过0.325V时表明故障发生,如果故障持续时间超过40ms,CHY103将激活保护模式。故障监测输入仅在无受电设备连接(D+低于0.325V)或所连接的受电设备