南芯科技推出PD3.1 140W 单口/多口快充解决方案

2021 年 5 月，USB-IF 协会推出USB PD3.1 最新快充标准规范，最大快充功率由传统的100W（20V/5A）提升到了240W(48V5A)，这一重大改变，使得USB PD 快充标准的应用市场从手机、笔记本电脑等传统消费类电子领域，扩充到便携式设备、电动工具、通信和安防设备、汽车及医疗等供电的领域，实现了“万物皆可充”的愿景。

USB PD3.1 能够迅速商业化，离不开苹果公司的“鼎力支持”— 2021 年10 月苹果发布的16 英寸MacBook Pro，成为全球首款支持USB PD3.1 快充技术的笔记本电脑，支持140W（28V/5A）的USB-C 快充。紧接着，越来越多快充厂商也迅速响应，积极布局这一全新的快充充电器市场。

南芯科技作为国内领先的模拟和嵌入式芯片设计公司，全面布局PD 快充全套解决方案，近期重磅推出了140W 的单C 口、双C 口及2C1A 2C2A 等多种快充电源方案，为客户带来丰富的选择。

方案介绍

140W单C 口的参考设计

该方案采用全套南芯明星产品，包括PFC 控制器、高频QR 反激控制器、副边同步整流以及协议芯片等，整体设计外围精简。

方案优势如下：

• 南芯全套解决方案

• 方案外围电路精简、效率高

• 支持PD3.1 28V/5A及PPS 3.3V-21V

• 支持多种快充协议

• 支持CC/CV 模式

• PFC 具有2 级OVP 保护

• QR Flyback 控制器直驱GaN

• 同步整流控制器具有很短的开通、关断延时

该方案简要框图和demo 照片如下。

140W多口的参考设计

该方案采用2 片SC9712 协议芯片，在不需要额外MCU 的情况下可实现多口之间的功率分配，该方案还可以根据用户实际需求变成2C、1C1A、2C1A、2C2A 等方案。

方案优势如下：

• 南芯全套解决方案

• 方案外围电路精简、效率高

• 支持PD3.1 28V/5A及PPS 3.3V-21V

• 支持多种快充协议

• 支持CC/CV 模式

• PFC 具有2 级OVP 保护

• QR Flyback 控制器直驱GaN

• 同步整流控制器具有很短的开通、关断延时

• 单个协议芯片支持C+A 或A+A 应用，并支持双口独立限流

• 协议芯片支持PD、UFCS、AFC、FCP、SCP 等快充协议

• 协议芯片自带CPU，多个芯片级联可以自行对多口进行功率分配

• 1 套固件可以支持2C、1C1A 共享、1C1A 非共享、2C1A 共享、2C1A 非共享、2C2A 等应用

简要框图和demo 照片如下。

产品介绍

PFC控制器-SC3201

为满足大功率快充的应用，南芯推出了一款CRM 运行模式的PFC控制器SC3201，支持DCM，CRM 模式，支持谷底开通降低开关损耗，PFC 升压电感无需辅助线圈，具有高转换效率。具有极低的负载功耗和完备的保护功能，支持9-30V 供电，满足中小功率的PFC 应用，SOT23-6 封装减小占板面积。SC3201 内部集成了两级独立的OVP 电路，分别通过VFB 和ZCD 管脚实现，根据检测到的电压实现过压保护，实现高可靠性的保护。芯片内部还集成了Brown In/Out，简化时序设计，另外加入增益补偿功能，保证不同线电压下增益的一致性，便于环路调试。内置频率折返功能，兼顾效率和THD。

QR Flyback控制器-SC3023C

SC3023C 是一款高频准谐振反激控制器，满足各类高频QR 快充需求，SC3023C 专有GaN 直驱设计，省去外置驱动器或者分立驱动器件。SC3023C 集成分段式供电模式，单绕组供电，无需复杂的供电电路。内置高压启动及交流输入Brown In/Out 功能，并集成了X-cap 放电功能，最高可支持170KHz 工作频率。QR 和DCM 模式下通过谷底开通来获得高效率。空载时在低功耗模式下运行，从而降低系统的待机功耗。内置完善全面的保护功能，支持芯片内和外置的过热保护功能。

同步整流控制器-SC3503

SC3503 是一颗自适应开通检测和快速关断同步整流控制器，无需辅助线圈供电，专利的自适应开通检测电路避免同步整流管误开通，兼容多种MOS，具有超低的静态电流，支持多种工作模式，如支持零电压Flyback/ACF Flyback 和CCM/DCM/QR Flyback 模式，支持高侧和低侧同步整流，外围元件非常精简。SC3503 还支持零电压输出下的驱动钳位，支持4A 拉电流能力保证同步整流管快速关断，自动切换8V/6V 驱动电压，并且具有10nS 的业界最佳关断传输延时和精准的最小导通时间。

集成DC-DC的协议SoC - SC9712

SC9712 片上集成了40V高效率同步降压控制器，一组Type C 接口和两组DPDM 快充协议控制接口。无需增加MCU 控制，两颗SC9712 即可相互通讯，实现单一口工作时满功率输出，多口同时工作时自动进行功率分配的功能。SC9712 可同时支持符合最新的USB Type-C 和PD3.1 标准，可以支持PPS、EPR 等PD3.1 协议，支持140W（28V/5A）供电，支持市面上的快充协议同时支持最新的UFCS 协议。

总结

南芯科技作为氮化镓快充控制器国产化先驱，率先实现氮化镓控制芯片的自主可控，至今已成功量产多款集成GaN 直驱的控制器，凭借成熟的高集成度GaN 解决方案，已与多品牌达成深度合作，得到行业广泛认可。近期推出的140W 的单C 口、双C 口以及2C1A 2C2A 等多种快充电源方案，全套采用南芯明星产品，整体设计外围精简，为客户带来丰富的选择。