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PD3.1 來勢洶洶

USB-PD這個(gè)名詞在當(dāng)下對我們來說已經(jīng)不再陌生，全名 USB Power Delivery，其從2012年到2015年陸續(xù)發(fā)布了PD1.0，PD2.0，PD3.0，當(dāng)時(shí)主要針對智能手機(jī)領(lǐng)域的快充應(yīng)用，隨著電池容量的上升，與其他的快充協(xié)議一樣，如華為的Super charge，MOTO的Turbo charge，OPPO的VOOC charge，魅族的mCharge等等，市場份額陸續(xù)增長。

在2017年2月USB-IF組織發(fā)布了重要更新，可編程電源PPS(Programmable Power Supply)，旨在為當(dāng)今的快速充電解決方案提供統(tǒng)一的規(guī)范。瞬間，PD快充在2017 年至 2018 年的旗艦手機(jī)的標(biāo)配。PD以雙向快充，以及各種協(xié)議的兼容的特點(diǎn)使其迅速在其他領(lǐng)域快速推開，在移動(dòng)電源、支付類設(shè)備、相機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、顯示器、穿戴式設(shè)備等等都加持的快充。從2018年至今，又有越來越多。

在2020年5月25號，USB-IF協(xié)會推出了USB Type-C線纜和接口標(biāo)準(zhǔn)v2.1版本，其中更新了有關(guān)供電能力的章節(jié)。USB PD3.1規(guī)范將原來的USB PD3.0內(nèi)容歸到標(biāo)準(zhǔn)功率范圍（Standard Power Range，簡稱SPR）里面，最大功率保持100W不變；同時(shí)增加了擴(kuò)展功率范圍（Extended Power Range，簡稱EPR），最大功率由100W擴(kuò)展到240W。

根據(jù)USB-IF協(xié)會公布的資料顯示，在擴(kuò)展功率范圍EPR中，新增了28V、36V和48V三種固定電壓檔和三種可調(diào)電壓檔（Adjustable Voltage Supply，簡稱AVS）。

其中最大電流等級維持最大5A不變；100-140W功率是28V AVS，電壓范圍是15V-28V；大于140W到180W功率是36V AVS，電壓范圍是15V-36V；大于180W到240W是48V AVS，電壓范圍是15V-48V。

功率電感面臨的挑戰(zhàn)

PD的輸入/輸出電壓抬升到28V/36V/48V后，在PD電路中的Power部分，將發(fā)生很大的變化。從應(yīng)用終端，需要支持更高的輸入/輸出電壓，除了電源拓?fù)渲械墓β使芤x用更高制成的工藝外，在功率電感的選型上，也發(fā)生了非常巨大的變化。我們先梳理一下電感耐壓是怎么一回事。

關(guān)于電路中，功率電感的電流，電壓波形，上一篇文章我們有詳細(xì)講述其工作原理，具體可參考：《電感，只看DCR，飽和電流嗎？》。但這都是理想中的工作波形，實(shí)際上，在真正的開關(guān)電源電路中，工作起來的電壓波形是這樣的。

在我們之前介紹開關(guān)電源原理時(shí)，理想的SW電壓波形應(yīng)該是規(guī)整的方波，但為何在實(shí)際電路中，SW voltage waveform上升沿和下降沿會有一個(gè)尖峰呢，這個(gè)尖峰會有什么影響呢？

我們將一個(gè)周期的功率回路的寄生電路進(jìn)行解析。

在主功率開關(guān)管Q1由斷開進(jìn)入閉合時(shí)，Q1導(dǎo)通瞬間，正在導(dǎo)通Q2的VD突然被加上反向電壓，在瞬間會產(chǎn)生非常大的反向恢復(fù)電流，即，從SW到GND會產(chǎn)生很大的di/dt，通過寄生電感L2會產(chǎn)生很高的電壓幅值（也在SW節(jié)點(diǎn)沿邊電壓）。且，之后L1、L2與VD反向恢復(fù)時(shí)的等效電容C產(chǎn)生諧振，進(jìn)而引發(fā)更高的電壓尖峰，且伴隨著振鈴現(xiàn)象。

從實(shí)際摘錄的波形看，尖峰電壓是開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的電壓的大致1/4大小，如果功率回路的寄生不夠理想，尖峰電感會更高（在大功率PD的應(yīng)用當(dāng)中，基本上都是外置開關(guān)管，由于功率太大，所以寄生效應(yīng)是不可避免的）。而此處距離的還只是Buck電路，在升壓Boost電路當(dāng)中，SW的尖峰值會更高，升壓的原理是通過電感本身的儲能和輸入源相互疊加，使得輸出電壓抬升，在瞬間積壓的恢復(fù)電流會更大，di/dt也會更大。

在SW出現(xiàn)這樣的尖峰脈沖電壓，對電感有哪些影響嗎？答案是有非常大的影響，在絕大多數(shù)便攜式消費(fèi)類產(chǎn)品中，電壓都非常低，一般都小于等于24V，所以關(guān)于電感的工作電壓，絕大多數(shù)情況基本不需要關(guān)注，但當(dāng)出現(xiàn)需要高壓輸入輸出的應(yīng)用時(shí)，SW電壓被抬升，對電感的應(yīng)用，這是非常關(guān)鍵的參數(shù)。那么高耐壓對電感有哪些影響，以下是電感的等效電路圖。

以上是電感的等效電路圖，在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，這些寄生電路中的Rp亦稱之為絕緣電阻，當(dāng)輸入電壓通入電感的某一個(gè)電極，銅線與磁芯之間，當(dāng)有超過極限絕緣電壓值的時(shí)候，將會擊穿Rp，使得電感電極一端與另一端發(fā)生短路，使得電路發(fā)生損壞。

針對PD3.1，需要28V，36V，48V的輸出時(shí)，不論是多節(jié)鋰電池串聯(lián)的應(yīng)用，還是24V去升降壓的電源電路，在SW端的瞬間工作電壓是非常高的。

三體微超高工作耐壓的一體成型電感，支持非常高的工作電壓，絕大部分系列支持100V以上的絕緣耐壓（個(gè)別型號可以支持150V以上的耐壓特性），絕緣耐壓指的是內(nèi)部銅線與外部磁芯之間的絕緣特性，如果在高工作電壓時(shí)，選用低絕緣耐壓的功率電感，電感一端的電極會直接穿過磁芯直接到達(dá)電感另一端的電極，使得電路發(fā)生損壞。

三體微，推薦SCHH1260 Series，大功率貼片電感，優(yōu)化了ACR，采用低熱阻磁粉，優(yōu)化效率，電感溫升，根據(jù)實(shí)際搭配的的電源拓?fù)洌x取2.2-22uh的感值。歡迎索取詳細(xì)資料。