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为什么静态电流对于USB Type-C很重要？
来源：TI技术社区 作者：佚名日 15:20
[导读] 在全新的笔记本电脑、智能手机和平板电脑推出后，USB Type-C成为了一个热门话题；在这些设备上都有即可用于充电，又可用于连接外设的Type-C端口。
　　在全新的笔记本电脑、智能手机和平板电脑推出后，USB Type-C成为了一个热门话题；在这些设备上都有即可用于充电，又可用于连接外设的Type-C端口。
　　这个变化增加了对于Type-C AC/DC充电器和充电宝的需求量，这是因为Type-C接头具有方便用户使用的可翻转功能。而更加重要的一点是，Type-C充电器和充电宝普遍适用于多个笔记本电脑、智能手机、平板电脑以及更多其它电子设备。
　　有意思的是，这些充电器和充电宝的配置与它们的上一代产品Type-A并没有很大的不同。然而，某些充电器设计人员有可能会忽略的一个关键点，那就是由于额外的Type-C电路，Type-C连接会需要额外的电能。而这不仅仅是USB 2.0时代的D+/D-连接。
　　Type-C需要配置通道 （CC） 引脚来检测插头方向、确定已连接端口的用途，并且在需要更高的输出电压时建立额外的电力传输 （PD） 通信。这些额外功能需要更加复杂的集成电路 （IC），这也就自然会消耗更多的电流。目前，市面上很多的Type-C解决方案是基于微控制器 （MCU） 内核的，并且会消耗较高的静态电流 （IQ），这些电流通常在毫安培范围内。
　　不过，额外的流耗会对待机功耗产生负面影响，而针对AC/DC适配器的最新电源能效行为准则 （CoC） 版本5二级要求规定了少于75mW的待机功耗&这可是一个不带容易达到的目标。此外，如果充电宝包含Type-C控制电路，产生的外电流甚至有可能在没有实际使用的情况下耗光电池。
　　高级下行端口 （DFP） 控制器设计将实现较低的IQ 作为一个主要的设计目标。这个设计类型将流耗优化到毫安范围内。例如，TPS25810 Type-C DFP控制器在没有器件连接时的流耗少于0.7&A（典型值）。这有助于使AC/DC适配器的效率符合所需的效率标准，并且能够保证已充电的充电宝具有较长的保持时间。
　　由于高级Type-C控制器采用的是低IQ 设计，AC/DC充电器设计人员在不增加额外控制电路的情况下符合待机功率要求。使用低IQ控制器的充电宝能够有效地延长它们的充电保持时间，从而为用户提供更好的使用体验。
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电信与信息服务业务经营许可证：粤B2-希柏40W USB TYPE-C电源适配器拆解
希柏40W USB TYPE-C电源适配器拆解
希柏，不用多说，老朋友了。目前已经除了多款USB PD充电器，今天要拆解的也是一款PD充电器。希柏HELPER 40W USB TYPE-C电源适配器与自家60W相比体积更加小巧。电源背面印着详细的输入输出参数。单USB TYPE-C接口。折叠插头方便携带。仅有一半手掌大小，非常小巧。和老大哥60w比下个头外壳采用超声波焊接，可以无损拆开外壳。电源内部一览。外壳内部标识，那个类似小人头像的LOGO是天宝公司。天宝始创于1979年，是一家制造消费品开关电源及用作工业用途的智能充电器及控制器的厂商。电源PCB正反面。元件布局紧凑、焊点均匀饱满。变压器正面与PCB背面对应位置均覆盖了导热胶，让热量通过外壳更快的散发出去。变压器低压侧的绝缘很到位，Type-C接口小板与变压器之间打了胶水进行加固。电路板背面也覆盖了块导热胶辅助导热。市电插头使用导线连接在PCB上。输入保险丝，两级共模电感，有效阻止对外界的干扰。这个角度看到了NTC，在这个电源里的作用是减小上电的冲击，避免打火。来自智宝电子的主电容，400V 33μF，一共2颗。这个角度可以清楚看到被绝缘胶包裹严实的Type-C小板。输出采用了固态电容滤波，两颗25V 470μF。还有一颗25V 220μF的电解电容，电解电容品牌来自江苏法拉电子（FOAI)。FZE属于高频低阻抗系列。掀开变压器上的导热胶，看到初级开关管。变压器上同样也有TenPao天宝标识。整流桥，3A1000V型号TMBF310。次级同步整流管，110N12N，一线大厂英飞凌。光耦和60W的一样，型号EL1019。初级开关管，依旧来自英飞凌，质量的保证。Cool MOS系列，耐压650V。初级PWM控制器，丝印SF6901LGT 。Type-C小板正反面。红框来自罗姆的双MOS，丝印98E740。橙框来自日本ROHM罗姆 M92T系列USB PD Type-C的控制IC。全家福。
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USB 充电器的过去与现在：Type-C达到能源效率标准
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在计划写本篇博客时，我在谷歌趋势中输入了“Type-C”。如图1所示，自2015年以来对这一词语的兴趣一直在上升。
图1：谷歌趋势上的兴趣走势图（关键词：Type-C）
USB Type-C设备在现实世界中也越来越流行，许多流行的手机和平板电脑采用USB Type-C接口。我预计在未来几年采用USB Type-C接口的产品将迅速增加。为什么功率为15W（5V3A）？除了具有正反都可插的插头，USB Type-C可提供比以往任何USB版本更大的功率。虽然对于USB 3.1和USB充电，USB Type-C可支持高达100W的功率，但是系统设计者必须仔细选择功能，保持合理的整体成本。USB Type-C接口采用了15W功率，是标准USB 2.0充电速率的六倍。对于大多数智能手机和平板电脑，15W已经足够，而且成本合理。 二极管整流和PSR被广泛用于电流低于2A的适配器以前的手机电源适配器的正常的功率为5V/2A或更低。因为简单，可以去除光隔离器和可编程基准，初级侧调节（PSR）常常用于AC/DC转换。因为负载电流不高，在这个功率水平上使用了二极管整流器。图2为带二极管整流的简化PSR电路图。
简化电路图图2：带二极管整流的典型应用电路
同步整流（SR）是解决5V/3A适配器PSR设计挑战的最佳选择PSR消除了对次级侧反馈元件和光学耦合器的需求，从而节省了成本。然而，采用PSR+SR的设计并不像只使用PSR一样简单。大多数PSR控制器会在次级二极管的电流变为零时检测的拐点辅助线圈的电压，因为辅助线圈上的电压最接近VOUT/Na，其中Na是辅助线圈与次级线圈的比率。如果使用SR，在次级导通时间结束后，体二极管导通时辅助线圈上会发生电压凸点，请参考图3。这凸点将影响对PSR检测机制，引起稳定性问题，可能表现为异常纹波。
图3：辅助线圈电压波形细节
如何稳定PSR+SR为了稳定PSR + SR，（PSR控制器）数据表可以让SR驱动器稳定工作变得更简单，需要仔细设计的参数有tBW、tDMAG和工作频率。其中tBW是SR凸点宽度，tDMAG是次级整流器导通时间。当使用带有SR的时，决定最大开关频率的关键参数是基于tDMAG（min）确定的。tDMAG（min）需要大于2.45μs，包括750ns的SR凸点宽度（tBW）。内部电路需要750ns（tBW）过滤掉VS引脚波形上检测到的由MOSFET体二极管导通引起的SR凸点变化。在恒流工作的起始点测得的相应开关频率不应大于55kHz。采用（PSR控制器）和（SR控制器）的5V/3A设计根据上述指导原则，我设计了如图4所示的5V/3A电路板。其纹波低于150mV，效率曲线如图5所示。
&&图4：电路原理图
图5：效率曲线
在115VAC和230VAC输入的150mΩ电缆端测量的四点平均效率分别为83.4％和83.2％。COC Tier 2 2016标准要求为满载时效率为81.8％，10％负载时效率为72.5％。该电路板可以满足CoC Tier2标准合规要求，即使使用150mΩ电缆也足以满足标准。
总结遵循数据表中的指导原则，可以克服这些限制，制作出低成本的PSR + SR设计，同时对USB Type-C适配器具有足够高的效率。
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新MacBook Pro上使用的USB Type-C接口 原来还有这样的故事
新MacBook Pro上使用的USB Type-C接口 原来还有这样的故事
四年来，MacBook Pro系列终于迎来了首次改进，除了在极尽轻薄的机身下塞入了Touch Bar、指纹识别按钮外，苹果还如同外界传闻那般的让传统USB Type-A接口成为了历史，四个USB Type-C（Thunderbolt3）接口登上历史舞台。
USB接口无疑是科技时代泛用性最广的发明之一，几乎每年有超过30亿端口的发货量，几乎所有的电子产品都离不开USB接口，因此USB接口形态的转变往往牵动着整个科技业。从2015年的MacBook推出伊始，苹果似乎就满心为今天MacBook Pro的转身坐着铺垫，而在这段时间内，USB Type-C接口也已经悄悄取代了MicroUSB接口，成为不少手机的标配。
关于USB Type-C，背后的确有着一些有趣的故事值得一说。
Full？High？Super？最终还是色彩赢了
回望USB从二十年前的1.0起，截至今天广泛为人所接受的3.0，USB标准总共经历了四个版本的迭代：1.0、1.1、2.0和3.0，光看阿拉伯数字的话，小学数学及格的人都能知道哪个版本更为先进。但USB-IF（USB Implementers Forum通用接口业界联合组织，简称USB IF）有一个起艺名的嗜好，他们给传输速率也起了名字：1.5Mbit/s叫Low Speed、12Mbit/s叫Full Speed、480Mbit/s叫Hi-Speed、5Gbit/s就是SuperSpeed，语言的冲击力可比冷冰冰的数字大多了。
很遗憾的是传输速率一定会和USB标准的版本挂钩，所以USB-IF觉得给几个USB版本直接上套速率的名字给称呼起来好像也挺带感，比如Hi-Speed USB和SuperSpeed USB。结果问题来了，当一个东西存在多种叫法的时候，一旦搅混就让人摸不着头脑。大家看起来都很快呀，我怎样才能知道哪一个是USB 3.0？而且USB还有一个很棒的特性叫做向下兼容，所以USB-IF也就干脆让新标准“吃掉”老标准，然后把旧的传输速率也划分到新标准下面，所以在极少情况下你能看到像Full Speed USB 2.0这样的奇葩。
这一团乱麻本该是一个无法收拾的局面，好在USB-IF在推广USB 3.0的关头想到了出奇制胜的一招——改接口的颜色。他们决定让USB 3.0/SuperSpeed USB标准的设备统一采用蓝色作为接口塑料板的配色，以和旧标准的接口区分开来。群众一时间弹冠相庆，哪怕是近视都能一眼认出哪个接口标准更新速度更快了。下游硬件厂商虽然看着接插件又多了5个pin而感到肉痛，但咬咬牙上了新接口，推广效果相比成本的增加还是值得的。
强行把USB 3.1分成两代 在下心服口服
但好景不长，2013年Intel把Thunderbolt接口的两股数据流拧成一股，达到20Gbit/s的传输速率，USB-IF看着你速度都已是我4倍，深感不能忍。当年7月，USB组织公开USB 3.1标准。按照通常的逻辑，USB 3.1就是USB 3.0的升级，但在今天讨论USB 3.1是不是比USB 3.0更快，或是存在什么其他的进步却是一个不成立的话题，因为USB 3.0已经不存在于USB-IF的定义里了。留下的现行标准里，除了代表2.0标准的Hi-Speed USB外，只有SuperSpeed USB和SuperSpeed USB 10Gbps。
难道统治了外设及移动存储连接界好几年的USB 3.0标准就这么被宣布突然死亡了？显然不是，只是USB-IF的命名习惯实在太差。你刚刚应该在上面看到过，USB-IF还管USB 3.0叫SuperSpeed USB的，那如此看来这个SuperSpeed 10Gbps便是USB 3.1了？天真。USB 3.1 Gen 1和USB 3.1 Gen 2两兄弟华丽登场时，你最想做的事情就会是把USB-IF里负责起名字的人的脑袋给按进显示器。所谓USB 3.1 Gen 1就是原来的USB 3.0，真正的新标准是这个叫USB 3.1 Gen 2的东西。至于传输速率的那个英文名，尽管USB-IF很喜欢，我们还是选择无视比较好。
单纯从纸面数据上看，USB 3.1 Gen 2标准把理论传输速率给翻了一倍赶上了第一代Thunderbolt，还在编码位宽从十位提升至百位的同时，把信令开销从原来的20%压低到了3%，可谓是长足进步。但这次下游厂商这次面对接受新标准所带来的成本和兼容性挑战时不干了，于是他们宁肯配合USB组织的命名障眼法“升级”USB 3.1，也不愿花大力气应用新接口。所以现在绝大多数宣称支持“USB 3.1”标准，但不肯说明究竟是Gen 1还是Gen 2的电子产品或是PC配件，实际上骨子里都还是USB 3.0的能力。
故事终于走到了USB Type-C 但MacBook Pro用得还是有些区别
因为要适应不同的设备种类，在USB Type-C出现前，光从接口形态上来区分，USB 2.0标准的接口就有USB Type-A，USB Type-B，miniUSB Type-B、microUSB Type-A以及microUSB Type-B五种（已经被淘汰的不计在内），而在USB 3.0时代还新出现了USB 3.0 Type-A、USB 3.0 Type-B和microUSB 3.0 Type-B。我们在日常生活中最常接触到的便是USB Type-A、USB 3.0 Type-A和microUSB Type-B。因为有颜色和形状的双重区分，人们还是能较容易地辨明接口的用途和速度。
但在2014年，USB IF发布了USB Type-C的1.0版定义，这个接口不仅仅是定义了一个不会插反的新接口形态，它24个的触点数目远超出现行USB标准定义的4个或9个，所以即便USB Type-C可以通过转接的形式兼容旧标准，但它并不是一个以适应现行USB标准为目的的接口，这个接口是为未来而准备的。由于USB Type-C几乎是和USB 3.1前脚跟着后脚出现的，再加上以前压根没人关心自己每天插来插去的USB接口是什么Type，结果不少人瞬间迷失，把二者混为一谈。
不过实际情况是USB 3.1 Gen 2只是一个传输标准，USB Type-C于它而言则只是一个合适的物理载体。USB Type-C也可以承载USB 2.0和USB 3.1 Gen 1协议，现在越来越多使用USB Type-C作为接口的智能手机就是很好的例子。但USB Type-C能干的事情远不止以10Gbit/s的高速传输小电影：支持USB PD 2.0的USB Type-C能以20V/5A(100W)的大功率给笔记本这样的大户供电；而支持DP附加模式的USB Type-C可以外接兼容该模式的显示器；而全新MacBook所采用的USB Type-C接口支持Thunderbolt3标准，最高可达40Gbps的传输速率。
给苹果洗个地 有时候突破需要些勇气
事实上回顾苹果麦金塔的历史，它从不是行业的追随者，在追寻更高连接性能的问题上，诸如我们熟知的IEEE 1394火线接口、Thunderbolt接口，苹果都处于倡导者的位置。因此，或许在USB Type-A仍旧横行的世界里，苹果将接口全面替换USB Type-C的做法有些任性，但若为了更为轻薄的体积、更高的传输速率，的确也无可否非，毕竟突破往往需要勇气，也需要一些看似愚蠢的理想主义。
不过，可惜了精巧的MagSafe，如此优雅的充电方式，只能在苹果的对手——Surface身上找到了。
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