前言

移動設備和便攜式電源的功率需求不斷攀升，USB Power Delivery（PD）標準也在持續(xù)演進。2021年5月，USB-IF協(xié)會正式發(fā)布了USB PD 3.1規(guī)范，將先前PD3.0的100W上限提升至240W，同時在協(xié)議中引入了28V、36V、48V三組固定電壓檔位，以及15V-28V、15V-36V、15V-48V三組可調(diào)電壓檔位（AVS），開啟了“擴展功率范圍”（EPR）時代，為高性能筆記本、游戲本、移動發(fā)電站等大功率終端設備提供了可能。

要在僅有Type-C接口的條件下實現(xiàn)滿血240W輸出，傳統(tǒng)硅基MOSFET和封裝尺寸的局限性逐漸凸顯，高效拓撲、氮化鎵（GaN）開關器件與高集成度控制芯片的結合成為主流方案。設計者需要在功率密度、散熱管理、EMI抑制和系統(tǒng)可靠性之間尋求平衡，既要保證整機在合適的體積內(nèi)高效運作，又要滿足電氣安全、過溫、過流等多重保護要求。

目前，業(yè)內(nèi)已有兩家領先的芯片廠商相繼推出了面向PD3.1 EPR?240W的參考設計，助力工程師快速驗證與量產(chǎn)。

PD3.1滿血240W參考設計

立锜科技240W方案：RT7333+RT7795+RT7220E+RT7209

泰高技術近期推出了業(yè)界首款支持PD3.1 240W快充的氮化鎵解決方案，據(jù)充電頭網(wǎng)了解，該方案采用PFC+AHB+SR電源架構，結合立锜科技的全套控制器方案和泰高技術的TG65090S、TG65180S氮化鎵功率器件，實現(xiàn)了高效率、高功率密度和高可靠性。

立锜科技的控制器方案通過高集成度和全面的保護功能，簡化了設計并提升了性能；泰高技術的氮化鎵器件則通過低損耗和高頻開關特性，進一步優(yōu)化了效率和散熱表現(xiàn)。

接下來充電頭網(wǎng)將帶大家詳細了解一下立锜科技全套控制器方案所用到的芯片。

立锜RT7333

PFC控制器采用立锜科技RT7333，其支持最高130KHz、180KHz、240KHz和400KHz的工作頻率，為不同功率轉(zhuǎn)換需求提供了更多選擇。同時，它支持直接驅(qū)動GaN或MOS管，進一步提高了系統(tǒng)效率和設計簡化。

RT7333還支持三種主流的PFC輸出方式，包括高電壓、高低壓分段和Linear Boost Follower，滿足高效能應用的需求。這使其非常適合用于對能效要求較高的設備，如USB-PD充電器、PC、筆記本電腦適配器、電視和顯示器等。

此外，RT7333提供了單獨的引腳控制PFC的開關功能，使得設計更加靈活便捷。在能效需求更高的USB-PD，PC，NB，TV，Monitor電源中，PFC可以作為單獨的應用，搭配后級的功率轉(zhuǎn)換器，也可以搭配RICHTEK自家的AHB進行配套使用，外圍器件的精簡，方便客戶設計和調(diào)試，實現(xiàn)高效率。

立锜RT7795

電源主控芯片采用立锜科技RT7795，這是一款專為非對稱半橋（AHB）轉(zhuǎn)換電源設計的PWM控制器芯片，內(nèi)置625V高壓啟動器件，輸出功率可達300W，支持5-48V輸出電壓，內(nèi)置X電容放電，采用連續(xù)諧振工作模式，可有效地減少次級側同步整流器的功耗損失。

RT7795支持130KHz、180KHz、240KHz和300KHz的多種工作頻率，適用于多種功率轉(zhuǎn)換需求。該芯片能夠直接驅(qū)動GaN或MOS，并且內(nèi)部集成了High-side Driver電路，使設計更加簡潔。VCC電壓支持寬范圍10V至63V，增強了應用的靈活性。此外，RT7795還支持通過控制引腳實現(xiàn)PFC的開關功能，進一步提升了設計的靈活性和效率。

RT7795通過專利的抖頻方式有效解決潛在的音頻噪聲問題，將噪聲的能量和頻率分散。內(nèi)置多種保護機制，采用WQFN-24L封裝，適用于大功率氮化鎵快充電源設計。

立锜RT7220E

立锜科技RT7220E是一款用于非對稱半橋（AHB）轉(zhuǎn)換器的同步整流控制器，支持CRM/CSM/BM工作模式。RT7220E通過檢測MOSFET的漏極電壓來控制SR柵極的開關狀態(tài)。此功能旨在最小化關斷死區(qū)時間，并通過SR柵極脈沖傳遞正弦波能量，從而提升整體效率。

RT7220E支持5-48V寬輸出電壓范圍，并內(nèi)置高壓低壓差線性穩(wěn)壓器，專門用于在低輸出電壓時為MOSFET柵極驅(qū)動器供電。當RT7220E與非對稱半橋控制器RT7795配合使用時，可以啟用雙脈沖功能，以優(yōu)化重載/低輸出電壓條件下的效率。

此外，RT7220E在輕載條件下提供綠色模式操作，將工作電流降低至160μA以下。器件的推薦結溫范圍為-40°C至125°C，環(huán)境溫度范圍為-40°C至105°C。

立锜RT7209

協(xié)議芯片采用立锜科技RT7209，這是一款高集成度的可編程控制器，內(nèi)部集成了反饋補償電路和 V5（用于內(nèi)部MCU的穩(wěn)壓電壓），具備3-55V的寬輸出電壓范圍，非常適合USB-PD和可編程電源應用。在整個電壓范圍內(nèi)，RT7209能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的電壓和電流控制。

該芯片通過內(nèi)置的CV/CC環(huán)路，并通過軟件設定，確保3-55V的電壓范圍內(nèi)環(huán)路穩(wěn)定性，有效解決了傳統(tǒng)RC環(huán)路在寬電壓應用中難以保持穩(wěn)定性的問題。

RT7209支持USB PD3.1 SPR和EPR 48V規(guī)格。內(nèi)置MCU，能夠支持標準USB PD協(xié)議、UFCS以及私有協(xié)議。該控制器專為離線式AC-DC轉(zhuǎn)換器設計，旨在實現(xiàn)高功率密度的快速充電系統(tǒng)。內(nèi)置的反饋補償電路不僅減少了外部元件數(shù)量，還提升了系統(tǒng)的瞬態(tài)響應性能。出于安全考慮，RT7209 提供了全面的保護功能。

器件的推薦結溫范圍為-40°C至125°C，環(huán)境溫度范圍為-40°C至105°C。RT7209還具備N-MOS輸出驅(qū)動功能，增強了其在功率管理中的靈活性。

1、業(yè)界首發(fā)，泰高技術滿血版PD3.1 240W氮化鎵電源適配器方案解析

元芯半導體 240W ERP PD3.1解決方案

基于YX2865高性能雙向升降壓控制器與先進PD協(xié)議芯片的協(xié)同架構，該方案成功構建了符合PD3.1 ERP標準的雙向 240W全協(xié)議電源平臺。該方案具備2.7-65V的寬幅電壓適應能力，可支持1-14節(jié)串聯(lián)電池組配置，全面覆蓋28V/36V/48V等新增電壓規(guī)格。

該方案通過5V柵極驅(qū)動電壓設計，既實現(xiàn)了GaN FET的高效驅(qū)動，又保持了與傳統(tǒng)Si FET的完全兼容性。在安全防護方面，系統(tǒng)支持包括逐周期電流保護、任意橋臂短路保護、輸出短路保護以及過溫保護等，確保在復雜工況下的持續(xù)穩(wěn)定運行。同時該方案的功率路徑可實時熱切換,實現(xiàn)供電路徑的無縫轉(zhuǎn)換，適用于高性能筆記本電腦、移動設備、電池管理系統(tǒng)、電動工具等領域。

充電頭網(wǎng)總結

立锜科技與泰高技術聯(lián)手打造的240 W氮化鎵快充方案，以PFC + 非對稱半橋 + 同步整流架構為核心，結合RT7333/RT7795/RT7220E/RT7209等高集成控制芯片和低損耗GaN功率器件，不僅實現(xiàn)了高達97％級的PFC效率和出色的輕載表現(xiàn)，還通過高頻工作將整體功率密度與系統(tǒng)體積進一步壓縮，為高功率密度應用提供了成熟可靠的參考設計。

元芯半導體則依托YX2865雙向升降壓控制器與先進PD協(xié)議芯片，構建了支持28 V/36 V/48 V全固定電壓輸出的240 W雙向平臺，覆蓋1–14節(jié)電池組應用場景。該方案突出寬電壓適應性與多重保護機制，尤其在電動工具、移動電源和筆記本快充等需雙向能量流動的應用中具備極大靈活性和安全性。

安森美的240 W USB PD3.1 EPR適配器參考設計，采用圖騰柱PFC配合高頻QR雙管反激拓撲，四點平均效率95.4%、48 V/5 A滿載效率96.2%、待機功耗＜100 mW，并通過TL431+DIP開關的協(xié)議子板實現(xiàn)全固定電壓兼容。憑借僅89 × 51 × 21.5 mm的雙層PCB和40 W/in3的優(yōu)異功率密度，成為智能手機、筆記本及電動工具快充的理想解決方案。