基于M12269的PD3.1協(xié)議140W移動電源方案

隨著移動辦公的普及，許多時候需要用移動電源同時給筆記本電腦和智能手機充電，這就對大功率快充移動電源提出了新的需求。特別是最近針蘋果、華為、聯(lián)想分別推出的140W或135W筆記本電腦，要求移動電源的功率達到140W。

安克也于2022 年 7 月在行業(yè)率先發(fā)布了 PD3.1協(xié)議140W移動電源。

本文將介紹天玖隆基于M12269的140W移動電源解決方案——P14014CA版本：

原理圖

1，主控周邊：

2，橋電路：

3，C口輸出：

4，A口輸出：

功能配置：

1個C口輸入輸出，1個A口輸出，188數(shù)碼管顯示電量

功能描述：

放電：A、C共用1個環(huán)路，單A口輸出最大功率30W，單C口輸出最大功率140W，CA同插，關(guān)閉快充功能，固定輸出5V

充電：C口最大輸入功率 140W

協(xié)議支持：

M12349 集成了 USB Type-C 接口、PD PHY 以及協(xié)議層解析功能，支持設(shè)備插拔自動檢測和設(shè)備類型的 識別，兼容 PD、QC、SCP、FCP、AFC、APPLE2.4A、BC1.2 DCP 等主流的快充協(xié)議。根據(jù)接入設(shè)備的功率 請求，自動匹配最優(yōu)的電壓和電流輸出。各快充方式的輸出功率規(guī)格，如下表所示：

性能描述：

放電電壓：3.3~28V，調(diào)節(jié)步進10mV

電壓精度：電壓輸出精度10mV，滿量程高線性，

充電電流精度：5mA

轉(zhuǎn)換效率：放電時，最高效率可達 98%

電芯規(guī)格：4.2V / 4.25V / 4.3V / 4.4V / 4.45V

溫升表現(xiàn)：可外置NTC監(jiān)測電池溫度

充電過程：溫度高于 55℃或低于-10℃時 ， 降低充電功率;如果溫度持續(xù)高于 55℃或持續(xù)低于-10℃，則關(guān)閉充電。

溫度從高溫降至 45℃之下或從低溫升至 0℃之上時，恢復(fù)充電。

充電管理單元：

M12269 集成了高效的電池充電管理模塊，根據(jù)輸入電源電壓和電池電壓自動匹配最優(yōu)的充電方式。

涓流充電：電池電壓<涓流截止電壓(典型值：3V×電池串數(shù))時，采用電流約 200mA 的涓流充電。

恒流充電：當涓流充電使得電池電壓>涓流截止電壓時，進入恒流充電，最大充電電流 5A。

恒壓充電：當恒流充電使電池電壓接近電池充滿電壓時，進入恒壓充電;充電電流降至停充電流時，停止充電。當電池電壓低于復(fù)充門限電壓時，重新開啟電池充電。

充電時，最高充電效率可達 98%。電池電壓等于 12.6V、不同充電電壓-充電電流時的充電效率，如下圖所示：

放電過程：

溫度高于 60℃或低于-20℃時 ， 降低放電功率;如果溫度持續(xù)高于 60℃或持續(xù)低于-20℃，則關(guān)閉放電。

溫度從高溫降至 50℃之下或從低溫升至-5℃之上時，恢復(fù)放電。

放電管理單元：

M12269 集成了高效率的同步開關(guān)電壓變換器，結(jié)合外置的 NMOS 功率管，實現(xiàn) DC-DC 升降壓變換功能，支持 3.3~28V 寬電壓輸出?？梢愿鶕?jù)設(shè)備的插入/移除狀態(tài)，控制放電通路的開啟或關(guān)閉。并在放電過程中，實時監(jiān)測放電通路的輸出電壓、負載電流和系統(tǒng)溫度。當異常發(fā)生時，執(zhí)行相應(yīng)的保護機制。

電池電壓等于 12V、輸出不同電壓-負載電流時的放電效率，如下圖所示:

充放電路徑管理:

輸入/輸出路徑僅在插入設(shè)備時開啟，并在充放電結(jié)束后自動關(guān)閉該路徑。未接入設(shè)備的路徑保持關(guān)閉。

充電時，USB-C 口或 USB-B 口插入電源后，電源路徑的開關(guān)開啟進行充電，并根據(jù)電源的功率自動調(diào)整

充電電流，最大輸入功率 140W。如果 USB-C 口和 USB-B 口均插入電源，選擇先插入者作為充電電源。

輸出線補功能：

為了補償因負載電流在線纜上產(chǎn)生的線壓降，M12269 集成了輸出線補功能，最大補償電壓 200mV，從而保障了即使在重載條件下仍然可以實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出。

安全保護機制：

M12269 集成了過壓/欠壓保護、過流保護、過溫保護、短路保護功能。

? 過壓/欠壓保護：充放電過程中，M12269 實時監(jiān)測輸入/輸出電壓，并和預(yù)設(shè)的閾值電壓比較。如果電壓高于過壓閾值或低于欠壓閾值，且維持時間達到一定長度時，芯片關(guān)閉充放電通路。

? 過流保護：放電過程中，利用內(nèi)部的高精度 ADC，實時監(jiān)測流經(jīng)采樣電阻的電流。當電流大于預(yù)設(shè)的過流閾值時，觸發(fā)過流保護，芯片自動關(guān)閉充放電通路。

? 過溫保護：放電過程中，利用連接在 TS 管腳上的 NTC，實時監(jiān)測電池溫度。當溫度超出預(yù)設(shè)的保護門限時，自動關(guān)閉充放電通路。

? 短路保護：放電過程中，實時檢測 VBUS 的輸出電壓和放電電流。發(fā)生 VBUS 輸出短路時，自動關(guān)閉充放電通路。

? 過充/過放保護：充放電過程中，實時監(jiān)測電池電壓。當電池電壓>過充閾值或電池電壓<過放閾值時，停止電池的充電和放電。

功能擴展或定制：

本方案可以擴展為CBA(單環(huán)路，C充B充A放)，CBLAA(單環(huán)路，C充B充L充AA放)，B口輸入支持快充

審核編輯：湯梓紅