电源相关

一、xxx

n.1 PD协议

快充协议是怎么运作的？

现在先想象一种场景，我的设备需要一个20V5A的直流输入，但是我不想用DC底座接收开关电源的输入，想使用TYPE C接口来做电源输入，如图可以看到，对于一个最好的TYPE C usb3.1接口，其原理图是：

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这里VBUS就是供电接口，刚插上时，VBUS 默认不是 20V，而是传说中的5V1A，那怎么才能做到20V5A的直流输入呢？

这里需要使用PD芯片，比如 CH224K / IP2726 / STUSB4500 / CYPD3177 / TPS25751，通过 Type-C 口的 CC1/CC2 和充电器通信，告诉充电器：

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我要 20V 档位
我最多需要 5A

如果充电器支持、线缆也支持，握手成功后，充电器才会把 VBUS 从 5V 升到 20V，最大功率也会跟着提升。

20V/5A 里的 5A 不是“强行输出 5A”，而是允许你最多取 5A。实际电流由你的后级负载决定。比如你的系统只吃 70W，那最大供电电流就会跟着这个负载走。

n.2 防倒灌+放反接机制

n.2.1 防反接

就是输入正负接反时，电路别烧。

比如它有一个 DC 圆孔输入：

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正常：
适配器 + 接 VIN+
适配器 - 接 GND

接反：
适配器 + 接 GND
适配器 - 接 VIN+

如果没有防反接，后面的电源芯片、电容、MCU 可能直接吃反向电压，轻则不工作，重则冒烟。

防反接一般用：

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二极管
PMOS / NMOS 理想二极管
保险丝 + TVS

n.2.2 防倒灌

就是当用电侧有电，充电口没电或电压更低时，防止电流从板子倒着灌回去。

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电池 = 14.8V
Type-C 没插

如果没有防倒灌，电池电压可能反向灌到 Type-C 的 VBUS 上。这样你的 Type-C 口在没插充电器时也带电，不符合 USB-C 设备行为，还可能把对面的适配器/电脑口顶坏。

还有一个更危险的情况：

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Type-C PD = 20V
电池 = 14V

如果电源路径没管好，20V 可能绕过充电芯片，直接倒灌进电池。
这就不是“充电”了，是失控硬灌电池，非常危险。电池必须通过 BQ25756 这类充电管理芯片限压、限流、监测温度。

n.2.3 输出防倒灌

这个是防止负载端或外部电源从输出口反灌回电源模块。

比如：

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板子输出设为 12V
输出端接了一个已经带电的电池，电池 16.8V

如果没有输出防倒灌，电池会从输出端反向灌进 buck-boost 芯片，把输出电容、电感、MOS、芯片内部体二极管顶坏。

所以 “可直接给电池充电，不必担心电流倒灌”，意思是：

当电池电压比电源输出高，或者电源板关机时，电池不会反向把电流灌回电源板。

n.2.4 开源电路分析

下面是一个开源的防倒灌电路，其可以用于防止OUT的电压高于IN的电压，导致最终OUT向IN输送电流。

参考：小体积大功率防倒灌模块 - 立创开源硬件平台

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IN ── Q1 NMOS ── OUT
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     MX5050L控制

各器件功能：

  • Q1是主功率MOS，正常电流全部从它流过。
  • MX5050L IN检测Q1源极，即IN。
  • MX5050L OUT检测Q1漏极，即OUT。
  • MX5050L GATE控制Q1。
  • OFF接GND，表示始终允许工作。
  • R8=100Ω、C2=100nF给MX5050L的VS脚供电并滤波。

正常供电时：

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IN > OUT
→ Q1体二极管先产生少量正向电流
→ MX5050L升高Gate
→ Q1完全导通
→ IN向OUT供电

发生倒灌时：

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OUT > IN
→ MX5050L检测到反向压差
→ 快速拉低Gate
→ Q1关闭
→ Q1体二极管方向阻止OUT向IN倒灌

这部分就是真正需要的理想二极管。MX5050L官方应用本身就是冗余电源OR-ing。MX5050L官方手册