方案

方案

【干货】PD快充三大安全挑战的对策

?


随着苹果 11 Pro系列标配了18W PD充电器,PD充电器的普及会进一步加快。然而,由于PD充电器的功率密度提高及输出电压范围变宽,电源设计面临着3大安全挑战:

1.电网波动

市电异常高压易导致输入电容爆裂,开关管、保险丝等元器件损坏
2.功率器件发热
快充因功率密度提高,异常工况下,功率器件大量发热,有熔化外壳风险!
3.输出过压
异常工况下(开环),输出电压高上加高,若超过PMU耐压,有损坏手机风险!
本期,芯朋微技术团队为大家详细分析这三大安全挑战对充电器的影响及解决对策,并以18W-60W PD充电器方案为例,进行详细说明!

1

市电异常高压对充电器的影响及对策

  

市电高压下,高压电解电容的漏电流损耗会增加,当C2过热开阀损坏后,等价为nF级电容,差模电感L1加变压器漏感与寄生电容发生振荡,振荡尖峰电压高达数百伏,易导致Q1击穿,进而损坏CS电阻等多个元器件

C2高频纹波电流损耗

C2漏电流损耗


对策:


PN8161P(18W PD快充)内置市电保护模块,在开关管导通阶段,通过侦测Idmg电流判断市电,可实现5%精度市电OVP保护,移除传统方案实现市电保护所需的9颗元器件。



PN8275P内部850V高压模块,通过HV脚直接监控市电,实现市电精准OVP保护,HV脚还兼有X电容放电和高压启动功能。
PN8275P外驱MOS方案适用于30W/45W/60W PD快充应用。


实验结果:(以18W PD为例)


市电OVP精准保护:升高市电至321Vac时PN8161P自动关闭PWM,由于高压电容损耗降低及环温降低,从而有效保护高压电容。


CH1:输出电压;CH4:市电


有效识别雷击干扰:雷击发生时,高压电容电压短时间超过市电OVP阈值(464VDC),PN8161P自动识别为雷击干扰信号,输出电压正常维持!


CH1:输出电压;CH4:高压电容电压


2

异常过温对充电器的影响及对策

      由于人体可触摸到充电器的外壳,安规要求外壳温度需低于75度。PD快充由于功率密度更高,异常工况下功率器件大量发热,有熔化外壳风险。


对策:控制芯片内置OTP保护市电


PN8161(18W PD)集成控制器+智能MOS,采用3D叠层封装技术控制器精准监控功率MOS温度,实现低成本、精准快过热安全保护。



PN8275(30-60W PD)同时提供芯片内部和芯片外部的双重OTP保护。芯片内温度超过145℃,芯片进入过温保护状态;通过外部NTC检测系统热点是否超过定值,复用CS脚实现保护。


实验结果:(以18W PD为例)


加重负载,功率器件温升不断升高,当PN8161表面温度至127.3度,充电器OTP保护。

CH1:PN8161;CH2:变压器;CH3:壳内环温


3

输出过压对充电器的影响及对策

异常工况下(如闭环控制异常),PD充电器输出电压会高上加高,如果USB口电压超过手机内部的PMU单元耐压(典型值16V),则损坏手机!因此,应合理设计充电器的输出过压保护(典型值低于15V)。


对策:


PN8275/PN8161在变压器去磁期间采样辅助绕组电压,通过对输出电压的间接采用实现异常过压保护。



实验结果:(以18W PD为例)


短路光耦次级模拟反馈异常,输出电压升高至14.4V时,触发PN8161输出过压保护。

CH1:输出电压;CH4: PN8161芯片供电



Chipown 解决方案


PN8161典型应用于18W PD充电器,除外围精简外,芯片通过DMG脚开关波形间接采样市电和输出电压,实现市电OVP和输出电压OVP,避免充电器内部器件或手机PMU过压损坏。芯片采用3D叠层封装技术,控制器可精准监控内部智能功率MOS温度,实现低成本、精准快OTP,有效防止功率器件过热引起的安全问题。

18W PD快充三大安全防护(协议部分略)


PN8275典型应用于30W/45W/60W PD充电器,芯片通过850V耐压HV脚直接监控市电实现市电OVP保护,并兼具高压启动、X电容放电等功能。芯片内置片内OTP和片外OTP,可监控充电器多个热点,实现双重OTP保护,更安全。此外,DMG实现输出过压保护和OCP线电压补偿,避免输出电压异常损坏手机电池管理电路。

30-60W PD快充三大安全防护(协议部分略



在线问答

问题
回答:

* 如果未能解决您的疑问,您可以继续提问,也可以选择直接联系威尼斯2020娱乐官网,威尼斯2020娱乐官网会尽力协助贵司解决。

* 请留下真实正确的联系方式,方便威尼斯2020娱乐官网工程师与您取得联系,详细了解问题并做出正确回复。

XML 地图 | Sitemap 地图