一种基于Type-C PD协议的手机快速充电方案

测试来设计和不断优化。充电策略程序根据电池、温度等信息和期望充电曲线才能电压电流需求，通过HPI接口传递给PD层，然后通过Type-C的CC信号传递给充电器并接收充电器反溃

基于PD协议的充电器软件控制流程如图 4所示，主要包括标准PD充电流程，私有化充电流程以及电压电流保护。主程序流程为（a）所示，包括外设的初始化和子程序的初始化，配置完成之后，使能中断，进行主循环。标准PD充电流程为（b）所示，作为用电设备的手机插入充电器之后，在完成数据和供电关系判定之后，作为供电设备的充电器会打开MOSFET输出VBUS为5V，随后便会广播供电能力。手机会根据定义好的受电能力选择电压电流，充电器根据收到的供电请求来判定是否可以满足，进而发送接受或拒绝信息。如果充电器可以提供手机请求的电压电流，就会相应的控制AC/DC调整输出的电压电流能力并且设置相应的电压电流保护值，并在调整完成之后，发送供电准备好的信息，此时标准的PD协商充电就完成了。

在此之后，客制化的、针对各家手机厂的产品特性的私有化充电流程就可以启动了，如（c）所示。私有化充电流程是通过充电器与手机AP基于非结构化的定制化信息（Unstructured VDM）或者可编程PDO进行沟通完成的。为了安全起见，进行私有供电协商之前，本设计进行了充电器和手机的相互身份确认，只有匹配的双方才可以进行客制化的快速充电。当然，在越来越多的设备支持PD充电，以及PD协议的不断完善的未来，私有化的充电将逐渐被统一的、灵活的公有充电协商机制所取代，实现不同种类、不同厂家的设备之间的自适应的智能高效充电。本设计在完成私有化验证之后，手机端发起数据角色交换的指令（Date Role Swap），从而使手机成为主设备，充分发挥手机AP处理能力强和获取信息多的优势，根据电池电量，系统温度以及预置充电曲线等信息，主动向充电器发送所需的电压电流调整指令。充电器则根据手机侧的指令调整电压、电流以及设置相应的保护值，完成调整之后，再发送确认指令给手机，以此来确保电压电流调整的正确性。

四 PD充电过程和结果

为了更加有效开发和准确验证基于控制流程的协议沟通，本文采用赛普拉斯研发的PD协议分析仪CY4500 EZ-PD™ Protocol Analyzer。CY4500 协议分析仪通过抓取配置通道（CC，Configuration Channel）上的数据包，并通过USB接口发送到主机端，通过软件EZ-PD Analyzer Utility解码并显示PD协议包。CY4500不仅可以实时显示并解析PD通信包，而且还实时测量电力传输过程中的电压和电流值，进而缩短了开发周期，对于调试以及兼容性测试帮助非常大。

图 4 基于Cypress CCG2方案的PD协议的充电器软件控制流程图

本文利用CY4500记录了充电过程中的标准PD协商供电以及私有化充电通信过程，如图 5所示，而在此过程中CC电平和VBUS电压变化情况图 6所示。首先作为供电方的充电器广播供电能力（Source Capability）5V/3A， 9V/2.7A和12V/2A，手机回复供电请求（Request），选择9V，随后充电器回复接受信息（Accept），并且将电压调整至9V，发送供电准备好信息（PS_RDY）。可以从Vbus（mv）一栏，看出在整个协商通信过程中的电压变化情况，发送PS_RDY时，电压已经调整至9V。标准PD协商供电之后，本位采用加密的非结构化的定制化信息（Unstructured VDM）进行私有化验证，验证通过之后手机端发起数据角色交换的指令（DR_SWAP），从而成为数据主设备，再发送调节电压电流指令，完成高效的充电策略。

QC3.0的充电比较普及，在此不做详述。

图 5 基于Cypress CCG2方案的PD协议的充电器供电协商通信过程

图 6 基于Cypress CCG2方案的PD协议的充电器供电协商波形

五 总结

本文针对客户需求，和客户以及充电器厂商紧密配合，根据具体手机项目，使用赛普拉斯PD控制器CCG2设计出了一套基于PD2.0协议的快速充电系统，包括PD充电器，手机侧PD控制电路和AP驱动，PD控制程序和充电算法，经过数月的调试改进，实现了各种情况下稳定的Type-C连接和高于QC3.0充电效率和可靠性的充电策略，实现了量产和上市，并为下一步基于PD协议的电池直充方案奠定了基础。