PD快充电源
摘要：本文为凌讯微电子电源专题文章，详解PD快充电源（USB‑PD大功率快充适配器）AC‑DC原边变换、副边同步整流与PD协议握手架构，覆盖20W‑140W多功率档位、5V/9V/12V/15V/20V多电压，面向消费数码、移动储能、工业设备、车载、拓展坞、多口氮化镓充电器等场景，提供高压SJ/SiC MOS、SBD/FRD、低压同步整流LV MOS、光耦与整流桥器件选型清单，为PD快充适配器方案设计、器件选型提供参考。
一、产品定义
产品概述：PD快充（USB‑PD Power Delivery）是基于USB‑C接口的大功率快充电源适配器，属于开关电源产品。主要由AC‑DC原边变换、副边同步整流、PD协议控制器组成；通过USB‑C线缆与受电设备握手协商，动态调整输出电压电流档位（5V/9V/12V/15V/20V）；支持双向供电；具备过压、过流、短路、过温保护，满足USB‑PD协议规范，可给手机、笔记本、平板等设备快充。
基础电气规格
- 输入电压：AC 100‑240V 50/60Hz宽电压
- 输出档位：5V、9V、12V、15V、20V PD标准电压
- 常见功率：20W、30W、45W、65W、100W、140W
- 接口类型：USB‑C母口，支持E‑Marker带芯片线缆（大于60W）
- 拓扑架构：反激 / 图腾柱PFC+LLC谐振（大功率）
- 协议标准：USB‑PD3.0 / PD3.1、PPS可编程电源
- 保护功能：OVP过压、OCP过流、SCP短路、OTP过温
- 附加协议：兼容QC、SCP、AFC等私有快充（可选）
- 待机功耗：低功耗空载，满足能效六级标准
二、拓扑图（反激/图腾柱PFC+LLC+同步整流+PD协议）
拓扑工作原理：交流市电输入经过EMI滤波、整流桥转换成高压直流电；原边PWM控制器驱动MOS管，高频变压器实现电气隔离降压；副边同步整流电路将高频交流电转为低压直流；PD协议芯片通过USB‑C接口CC引脚与终端设备通讯握手，协商充电电压、电流档位；系统实时采样输出电压电流，开启OVP/OCP/SCP保护；最终输出适配的快充电压给负载设备充电。
三、应用场景
1、消费数码充电
- 智能手机、平板、无线耳机USB‑C快充充电头
- 笔记本电脑、二合一平板大功率PD电源适配器
2、移动储能电源
- 户外便携电源、充电宝PD双向充放电端口
3、工业设备供电
- 手持检测仪、工业平板、相机设备USB‑C供电
4、车载充电配件
- 车载PD快充充电器，车内给数码设备供电
5、拓展坞与配件
- Type‑C拓展坞、显示器、集线器PD供电输出
6、多口氮化镓充电器
- 多口快充，同时支持多路PD输出，氮化镓小型化方案
四、功率器件选型推荐表
下表为PD快充电源推荐功率器件：高压SJ超结/SiC MOS、SBD肖特基、FRD快恢复、低压同步整流LV MOS、光耦及整流桥，适配20W-140W PD快充方案选型。
| 应用位置 | 类型 | 型号 | 规格 | 封装 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| 前级开关 | SJ MOS | LC65R040B | 35mR/650V | TO247 | 主开关管 |
| 前级开关 | SJ MOS | LC60R130F | 130mR/650V | TO220F | 主开关管 |
| 前级开关 | SJ MOS | LC65R600F | 520mR/650V | TO220F | 主开关管 |
| 前级开关 | SJ MOS | LC65R600D | 520mR/650V | TO252 | 主开关管 |
| 前级开关 | HV MOS | CS10N65A2 | 460mR/650V | TO220F | 主开关管 |
| 前级开关 | HV MOS | CS30N65A6 | 255mR/650V | TO247 | 主开关管 |
| 前级开关 | SiC MOS | LSC380M65D | 360mR/650V | TO252 | 主开关管 |
| 前级开关 | SiC MOS | LSC040M65B | 35mR/650V | TO247 | 主开关管 |
| 次级整流 | SBD | MBR1045CS | 10A/45V | TO252 | 同步整流管 |
| 次级整流 | FRD | MUR1220CS | 12A/200V | TO252 | 同步整流管 |
| 次级整流 | LV MOS | LG120N085AG | 4.2mR/120V | PDFN5*6 | 同步整流管 |
| 次级整流 | LV MOS | LG50N15AD | 15.6mR/150V | TO252 | 同步整流管 |
| 反馈 | 光耦 | EL1018 | C档 | SOP-4 | 反馈光耦 |
| 前级整流 | 整流桥 | DBS210 | 2A/1KV | DBS | 整流桥 |
| 前级整流 | 整流桥 | KBP610 | 6A/1000V | KBP | 整流桥 |
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五、常见FAQ
Q1：PD快充与普通USB充电器有何区别？
A：PD通过USB‑C的CC引脚与设备协商，动态输出多档电压电流（最高20V/140W+），实现大功率快速充电；普通充电器多为固定输出。
Q2：65W以上PD充电器为什么常用图腾柱PFC+LLC？
A：大功率反激效率与损耗受限，图腾柱PFC+LLC谐振可实现高效率、低损耗与高功率密度，满足大功率快充需求。
Q3：PD快充次级整流选SBD还是同步整流MOS？
A：成本优先选SBD肖特基；追求更高效率、更低发热，选用低压LV MOS做同步整流，适合大电流快充。
本文为凌讯微电子【电源类】专题技术文章。如需了解大功率电源方案，可浏览网站LLC谐振开关电源、USB-PD快充适配器选型指南，也可查看【电机类】、【电池类(BMS)】栏目其他选型资料。
来源：广东凌讯微电子
编辑：技术部