自从用上了智能手机，很多人都或多或少患上了“电量焦虑症”。特别是当手机CPU的算力越来越强、屏幕越来越大、功能越来越多时，看着电量百分比哗哗往下掉，心里的那片阴影总是挥之不去。
解决这种“焦虑症”最根本的办法是电池技术的创新，不过鉴于锂离子电池技术（和智能手机其他技术相比）“龟行”般的演进速度，人们只能是一声叹息。于是几年前大家将治疗“焦虑症”的思路转了一个方向——开始从加快充电速度的角度做文章。于是“快充”成为了一个热点，高通的QuickCharge、联发科的PumpExpress、OPPO的VOOC、华为的SCP、USB-IF的USBPD……各种快充技术纷纷登场，“充电n分钟，通话n小时”之类的广告语也变得耳熟能详。
01快充江湖，USBPD何以胜出？尽管不同的快充技术各具特点，但从大的技术策略上看，其实都有异曲同工之妙，大家主要的技术着力点无非是以下几条：
提升充电的电压和电流，增加单位时间内的功率供给。
在充电和受电设备之间建立通信协议，根据需要动态调节充电电压电流，让效率最大化。
将可调充电电压电流的阶跃间隔缩小，进一步提升效率。
经过数年的鏖战，目前快充技术的竞争格局也基本明朗——USBPD已经确立了稳固的优势地位，一统充电江湖指日可待。USBPD的胜出，究其原因有两个方面。
从技术上讲，虽然USBPD和其他快充技术相比，在进入市场的时间上不占先，但其将后发优势发挥得淋漓尽致，可谓是“人无我有，人有我优”：
输出功率方面，USBPD可提供最大W功率输出（20V/5A），不仅可以满足智能手机等便携设备所需，也可以满足更大功率的消费电子产品的需求。
USBPD定义了特有的供、受电端动态协商机制，实现了自适应的按需供电；在USBPD3.0的PPS（ProgrammablePowerSupply）规范中，将VBUS线上的电压和电流调整阶跃精细到20mV和50mA，进一步减少能量损耗，提升充电效率。
USBPD还支持角色切换功能，一个设备可根据需要提供供电或受电的功能。
从非技术的角度来讲，凭借USBPD背后强大的USB生态系统的支持，其在竞争中可用的筹码更多。比如在PPS规范中，USB-IF就规定了“不允许USB接口通过非USBPD的协议来进行电压和电流调整”，这明显有利于USBPD在市场中优势地位的确立。
正是由于技术和非技术两方面的合力，不论是主动迎合还是被动接受，快充市场的玩家纷纷向USBPD靠拢。谷歌在Android7.0OEM规范中提出“使用USB接口的手机，其快充技术必须支持USBPD”；高通从QuickCharge4.0开始，已经兼容USBPD协议；苹果虽未明确表态，但有分析称从iPhone8/8Plus起，也开始支持USBPD了……
可见，在治愈快充“焦虑症”这件事上，USBPD已经成为一副公认的“良方”。
02快充IC，何谓“良药”？既然有了药方，接下来关键的一步就是如何炮制良药了——也就是如何开发出符合USBPD标准、适应市场所需的芯片方案。
在USBPD快充IC的研发上，近年来各个厂商推出了不少新品，也尽可能将自己在电源管理领域积累的功力充分发挥出来。归纳起来，众厂商芯片研发的发力焦点主要在以下几个方面：
更佳的性能，更高的效率；
提供与USB控制器的接口，实现动态可编程，让USBPD自适应按需供电的特性充分发挥出来；
更高的集成度，简化系统，优化BOM；
满足安全和可靠性要求。
在诸多USBPD快充IC中，有一款产品很值得圈点，这就是来自Qorvo公司的ACT。
图1：USBPD快充ICACT
从芯片架构上看，ACT分为四个部分：
主稳压器：一个4A同步整流降压DC-DC转换器，支持动态的电压电流调整。
“迷你”稳压器：一个提供5V/mA输出、始终开启的降压DC-DC转化器。
辅助LDO：一个输出电压可编程的20mA低压差线性稳压器。
控制逻辑：包括状态机逻辑和I2C接口控制器。
主稳压器是决定充电器性能的关键部分，ACT的主稳压器通道支持4.5至40V输入范围，可以提供最高80W的输出功率，由于采用了同步整流架构，同时在内部集成了两个50mΩ的MOSFET，因此具有不俗的效率表现。
与主稳压器“打配合”的是控制逻辑模块。ACT可通过I2C接口与USB控制器连接，基于专有控制算法，通过编程可在3V到24V间以12.5mV步长对输出电压在进行动态调整，电流方面可以在0~4A之间以个步长进行调整。该器件可在kHz至2.25MHz频率范围内进行固定频率电流模式控制，支持外部时钟同步和％占空比操作。
图2：ACT具有不俗的效率特性
在主稳压器之外，ACT通过“迷你”稳压器和LDO提供两路辅助电源，可以分别为USB控制器和USB-C中的1.5WVCONN有源电缆供电。因此只需一个器件，ACT就能提供多个电源轨，更高的集成度让系统电路结构也变得更简单。
此外，ACT还集成了自我保护功能，包括热关断、欠压和过压保护以及具有打嗝/闭锁模式的过流保护，确保应用的可靠性和安全。
03认证方案，手到“病”除！为了让开发者切实体会到ACT的“疗效”，Qorvo在推出芯片产品的同时，还特别提供了经过行业认证的参考设计方案。
比如下面这个采用四颗ACT，配合Cypress的USB控制器CCG3PA设计的四端口USB充电集线器参考设计，在一块电路板上同时支持两个80WUSB-CPD通道和两个7.5WUSB-A通道，功率总计达到W。该电源充电器方案通过了USB-IF的USB-PD3.0认证，在此基础上进行开发可大大简化设计流程。
图3：基于四个ACT的四端口USB充电集线器参考设计
图４：基于四个ACT的四端口USB充电集线器参考设计框图
在这个四通道的USBPD充电集线器参考设计架构基础上，Qorvo还将其简化为一个单通道的80WUSBPD充电器方案，这当然是游刃有余了。
图5：基于ACT的80WUSBPDPPS充电器参考设计
图6：基于ACT的80WUSBPDPPS充电器参考设计框图
值得一提的是，在ACT标准器件基础上，Qorvo还瞄准日益增长的车载快充市场，推出了符合车规的ACTM。ACTM的工作电压高达40V，具有在苛刻的汽车环境中承受高达48V负载突降事件的保护功能。该器件通过了AEC-Q车规认证，并符合汽车EMI标准CISPR25Class3，为“上车”铺平了道路。
ACTM还有一个特性，就是支持高通的QuickCharge快充标准。Qorvo也基于ACTM开发出了包含四个通道（两个80WQuickCharge4+通道和两个40WQuickCharge3.0通道），总功率达W的快充集线器参考设计方案。该方案同样通过了QuickCharge的认证，并在转化效率和外形尺寸上经过了全面的优化，为加速开发者商用产品的上市提供了便利。
图７：基于ACTM的四通道QuickCharge充电集线器参考设计框图
毋庸置疑，USBPD的快充时代已经来了，像ACT这样的快速充电IC“良药”，对解决快充“焦虑症”大有裨益，也给智能手机和其他充电电子产品的设计提供了更大的、可以“任性而为”的空间。这对于开发者和最终用户，都是一个福音。
ACT
