原标题：IP2726：用于 USBC 端口的快充协议 TypeC PD2.0/PD3.0/PPS

IP2726：USB-C 端口快充协议控制器——兼顾 PD2.0/PD3.0/PPS 的深度解析与元器件选型

在当今移动设备高速发展的时代，快速充电技术已成为用户体验的核心要素之一。随着 USB Type-C 接口的普及，其集成的电力传输（Power Delivery, PD）协议以及可编程电源（Programmable Power Supply, PPS）功能，共同构建了高效、灵活的充电生态系统。在众多快充协议控制器中，IP2726 以其对 Type-C PD2.0/PD3.0/PPS 的全面支持而备受青睐，广泛应用于充电器、移动电源、车充等产品中。本文将深入探讨 IP2726 的核心功能、工作原理，并结合实际应用，详细阐述其周边关键元器件的选型与作用，旨在为工程师提供全面而深入的设计参考。

IP2726 的核心功能与优势

IP2726 是一款高度集成的 USB Type-C PD 协议控制器，专为实现 USB-C 端口的快速充电功能而设计。它能够自动检测连接设备，并根据设备需求和协议协商结果，提供最优化的充电功率。其主要功能和优势包括：

• 全面的协议支持： IP2726 不仅支持 USB PD2.0 和 PD3.0，还兼容 PPS 协议。PD2.0 和 PD3.0 提供固定电压档位（如 5V、9V、12V、15V、20V），而 PPS 协议则允许在设定的电压和电流范围内进行更精细的调节，实现步进电压调节，极大地提高了充电效率，并减少了热量损耗，特别适用于对充电温度敏感的设备。此外，IP2726 通常还会集成对其他主流快充协议的支持，如 QC（Qualcomm Quick Charge）、AFC（Adaptive Fast Charging）、FCP（Fast Charge Protocol）、SCP（SuperCharge Protocol）等，使其具有更广泛的兼容性。

• 高集成度与简化设计： IP2726 内部集成了 USB Type-C 接口逻辑、PD 通信控制器、电压和电流检测电路、以及必要的电源管理单元。这种高集成度大大简化了外围电路设计，减少了 BOM（Bill of Materials）成本和 PCB 空间，对于小型化和成本敏感的产品设计尤为重要。它通常只需要少量外部元器件即可构成一个完整的快充解决方案，加速了产品上市时间。

• 强大的保护功能： 作为电源管理芯片，IP2726 内置了多重保护机制，确保充电过程的安全可靠。这些保护功能通常包括：

• 过压保护（OVP）： 防止输出电压超过预设安全阈值，保护连接设备免受高压损坏。

• 欠压保护（UVP）： 当输出电压过低时及时关断输出，避免设备异常工作。

• 过流保护（OCP）： 限制输出电流不超过最大额定值，防止过载和短路。

• 短路保护（SCP）： 在输出端发生短路时迅速切断电源，保护充电器和设备。

• 过温保护（OTP）： 监测芯片内部或外部关键点的温度，当温度过高时降低输出功率或关断，防止热损坏。

• DP/DM 短路保护： 保护 USB 数据线上的 DP/DM 引脚免受短路损坏，这在 Type-C 接口中尤其重要，因为 CC 线通常承载数据和电力协商。

• 灵活的配置与应用： IP2726 通常支持多种配置方式，例如通过外部电阻分压网络设定固定电压档位，或者通过 I2C 接口与外部 MCU（微控制器）通信，实现更复杂的充电策略和固件升级。这种灵活性使得它能够适应不同产品的需求，从简单的单端口充电器到复杂的电源管理系统。

• 高效能管理： 芯片内部的智能算法能够优化充电过程，例如在电池接近充满时自动进入涓流充电模式，或者在空载时进入低功耗模式，从而提高整体能效，符合当前绿色环保的设计理念。

元器件选型与作用深度解析

要构建一个稳定、高效的基于 IP2726 的 USB-C 快充方案，除了核心的 IP2726 芯片外，其周边的元器件选择同样至关重要。以下将详细介绍各个关键元器件的作用以及优选型号：

1. 主电源管理 IC (PMIC) / DC-DC 降压转换器

作用： IP2726 本身是协议控制器，它负责协商电压和电流，但实际的电压转换和电流输出则由主电源管理 IC 或 DC-DC 降压转换器来完成。这是一个核心部件，直接影响充电效率、温升和输出稳定性。它将输入的高电压（通常是适配器的固定输出电压，如 20V）高效地转换为 IP2726 协商出的目标电压，并提供所需的电流。

选择考量：

• 拓扑结构： 对于降压应用，同步降压转换器是首选。相比非同步降压，同步降压通过将续流二极管替换为低导通电阻的 MOSFET，显著降低了损耗，从而提高了效率，尤其是在大电流输出时。

• 开关频率： 较高的开关频率允许使用更小的电感和电容，从而减小整体解决方案的尺寸。但过高的开关频率会增加开关损耗，因此需要平衡。通常在 300kHz 到 1MHz 之间是比较理想的范围。

• 最大输出电流： 确保所选 PMIC 能够提供应用所需的最大电流，例如，对于支持 100W PD 的方案，需要输出 20V/5A，那么 PMIC 的电流能力至少要达到 5A，并留有裕量。

• 效率： 高效率是降低温升和提高能源利用率的关键指标。优选在目标负载范围内效率曲线平坦且峰值效率高的芯片。

• 保护功能： 同样需要具备 OVP、UVP、OCP、SCP、OTP 等保护功能，作为 IP2726 保护机制的补充和联动。

• 封装： 常见的封装有 QFN、SOP 等，QFN 封装散热性能通常更好，适用于高功率应用。

优选元器件型号示例：

• MPS (Monolithic Power Systems) MPQ42028/MPQ42029 (或类似型号): MPS 的电源管理芯片以高效率和可靠性著称。MPQ42028/MPQ42029 等是同步降压转换器，通常集成上下桥臂 MOSFET，支持宽输入电压范围和高输出电流，并具备完善的保护功能。它们在笔记本电脑适配器、车载充电器等领域有广泛应用。

• TI (Texas Instruments) TPS54560B/TPS54561 (或类似型号): TI 的降压转换器也是行业的佼佼者，提供各种电流能力和封装选项。它们通常具有高开关频率，允许使用较小的外部元件，且效率表现优秀。

• Richtek (立锜科技) RT7202B/RT7207F (或类似型号): 立锜科技的降压转换器在消费电子领域有广泛应用，提供高集成度和成本效益，且性能稳定可靠。

• Infineon (英飞凌) 或 ON Semiconductor (安森美) 的同步降压控制器搭配外部 DrMOS： 对于更高功率的应用，可以考虑使用独立的降压控制器（如 Infineon 的 XDPL8210/XDPL8220 系列用于 PFC 和次级侧控制）搭配外部的 DrMOS（Driver-MOSFET 集成方案），这种方案能提供更高的电流能力和更好的散热性能，但设计复杂度也会相应增加。

2. 电感器 (Inductor)

作用： 电感器是 DC-DC 降压转换器电路中的核心储能元件，用于平滑开关电源的输出电流，并抑制纹波。在同步降压转换器中，电感器与开关管配合，将输入的直流电压转换为输出的直流电压。

选择考量：

• 感值 (Inductance): 感值大小直接影响输出纹波和瞬态响应。感值过小会导致纹波过大，效率降低；感值过大会导致瞬态响应变慢，尺寸和成本增加。通常根据 PMIC 的推荐值和开关频率来计算。

• 额定电流 (Rated Current): 确保电感器的饱和电流和 RMS 电流（有效值电流）都高于电路的最大峰值电流和最大持续工作电流，以避免饱和和过热。

• 直流电阻 (DCR): DCR 越小，电感器自身的损耗越小，效率越高，温升越低。

• 尺寸与封装： 配合 PCB 空间和散热要求选择合适的尺寸和表面贴装封装（SMD）。

• 磁屏蔽： 优选具有磁屏蔽结构的电感器，可以减少电磁干扰（EMI），避免对周边电路造成影响。

优选元器件型号示例：

• Bourns (伯恩斯) SRR/SRN 系列或 IHLP 系列： Bourns 的功率电感器以其低 DCR、高饱和电流和出色的可靠性而闻名，适用于各种功率应用。

• Coilcraft (科达) XAL/XFL 系列： Coilcraft 的电感器提供多种封装和感值选择，且性能稳定，具有良好的散热能力。

• TDK (东电化) SPM 系列或 EPCOS 系列： TDK 的功率电感器也具有高效率和低损耗的特点，广泛应用于电源管理模块。

3. 输入/输出滤波电容 (Capacitors)

作用：

• 输入电容： 主要用于滤除输入端的纹波和噪声，提供稳定的直流电压给 PMIC，同时作为 PMIC 开关动作时的瞬时储能，抑制输入电压跌落。

• 输出电容： 主要用于平滑 PMIC 输出电压的纹波，提供稳定的直流输出电压，并改善负载瞬态响应，补偿负载突变时的电流需求。

选择考量：

• 类型： MLCC (多层陶瓷电容器) 由于其低 ESR (等效串联电阻) 和小尺寸，通常用作高频滤波和瞬态响应的优化，但容量有限。**固态电容（聚合物电容）**具有比电解电容更低的 ESR 和更好的高频特性，且寿命长，稳定性高，适用于输出滤波。电解电容（特别是低 ESR 电解电容）在需要大容量滤波时仍有应用，但受限于尺寸和寿命。通常会结合使用不同类型的电容以达到最佳滤波效果。

• 容值： 根据 PMIC 的推荐值、开关频率和允许的纹波大小来计算。输入电容应足以抑制输入纹波，输出电容应足以满足负载瞬态电流需求。

• 额定电压： 电容的额定电压应至少是电路最高工作电压的 1.5 倍以上，留有足够的裕量，确保可靠性。

• ESR/ESL (等效串联电感)： ESR 和 ESL 越低，电容的滤波效果越好，损耗越小。

• 温度特性： 确保电容在工作温度范围内性能稳定。

优选元器件型号示例：

• 村田 (Murata) / 三星电机 (Samsung Electro-Mechanics) / 华新科 (Walsin Technology) 的 MLCC： 这些品牌提供高品质、低 ESR 的 MLCC，覆盖广泛的容值和电压范围，适用于输入/输出高频滤波。

• Nichicon (日本化工) / Rubycon (红宝石) / NCC (日本电容) 的导电聚合物固态电容： 这些品牌的固态电容具有低 ESR、长寿命和宽温度范围的特点，非常适合作为输出滤波电容。

• Panasonic (松下) / Samyoung (三荣) 的低 ESR 电解电容： 对于一些成本敏感或需要更大容量的输入滤波，可以选择低 ESR 的电解电容。

4. VBUS 开关 / MOSFET

作用： 在 USB PD 应用中，VBUS（电源总线）的电压是可变的。VBUS 开关用于控制 PD 协议协商成功后，PMIC 的输出电压能否送到 USB-C 端口。它通常是一个高压、低导通电阻的 P 沟道或 N 沟道 MOSFET，由 IP2726 的控制信号驱动。在多端口充电器中，也可能使用 VBUS 开关来选择哪个端口输出电压。

选择考量：

• 耐压值 (VDS): 确保 MOSFET 的耐压值高于 PD 协议中允许的最高电压（例如，20V PD 需要 30V 或更高的耐压值，留有裕量）。

• 导通电阻 (RDS(on)): 导通电阻越小，开关损耗越低，发热量越小，效率越高。这是选择 VBUS 开关最重要的参数之一。

• 最大电流 (ID): 确保 MOSFET 能够承受最大输出电流。

• 封装： 对于大电流应用，需要选择散热性能好的封装，如 DFN、TO-252 等。

• 栅极电荷 (Qg): Qg 越小，驱动所需的电流越小，开关速度越快。

优选元器件型号示例：

• Infineon (英飞凌) / ON Semiconductor (安森美) / Vishay (威世) / Diodes Inc. (晶圆) 的低 RDS(on) MOSFET： 这些公司提供各种高压、低导通电阻的 MOSFET，适用于 USB PD 应用。例如，P 沟道 MOSFET 可选 Si7114DN (Vishay) 或 AO4407A (Alpha & Omega)，N 沟道 MOSFET 可选 SI4838BDY (Vishay) 或 AO4807A (Alpha & Omega)。具体选择 P 或 N 沟道取决于电路设计和驱动方式。对于 100W PD 应用，需要考虑更高耐压和更大电流能力的型号。

5. 电流检测电阻 (Current Sense Resistor)

作用： 电流检测电阻通常与 PMIC 或 IP2726 内部的电流检测电路配合使用，用于精确测量输出电流。这对于实现 OCP（过流保护）、CC/CV（恒流/恒压）充电模式以及 PPS 精细电流调节至关重要。

选择考量：

• 阻值 (Resistance): 阻值越小，损耗越小，但电压信号也越弱，需要高增益放大器。通常在毫欧姆级别（如 1mΩ 到 10mΩ）。

• 精度 (Tolerance): 高精度电阻（如 1% 或 0.5%）有助于提高电流检测的准确性。

• 功率额定值 (Power Rating): 确保电阻的功率额定值能够承受最大电流通过时产生的热量 (P=I2×R)。

• 温度系数 (TCR): 低 TCR 确保电阻值在不同温度下保持稳定，提高测量精度。

• 封装： 根据功率和 PCB 空间选择合适的封装，如 0805、1206、2512 等。

优选元器件型号示例：

• Bourns (伯恩斯) PWR220T-30 系列 / PWR4412-2M00F (或类似型号): Bourns 的功率检测电阻提供低阻值、高精度和高功率额定值。

• Susumu (数进) PRG 系列 / KRL 系列： Susumu 的电流检测电阻以其出色的精度和稳定性而闻名。

• Vishay (威世) WSL 系列 / WSLP 系列： Vishay 的功率电阻在电流检测应用中表现优异，具有低 TCR 和宽功率范围。

6. ESD 保护器件 (ESD Protection Devices)

作用： USB-C 端口暴露在外部环境中，容易受到静电放电（ESD）的冲击。ESD 保护器件（如 TVS 二极管阵列）用于在 ESD 事件发生时，将过高的瞬态电压钳位到安全水平，从而保护 IP2726 及其他敏感芯片免受损坏。

选择考量：

• 钳位电压 (Clamping Voltage): 在 ESD 脉冲下，TVS 器件的钳位电压应低于被保护芯片的最大耐受电压。

• 容值 (Capacitance): 对于高速数据线（如 USB 3.0/3.1/4.0 的 TX/RX 对），ESD 器件的容值应尽可能低，以避免信号失真。对于 CC/VBUS 线，容值要求相对宽松。

• 反向截止电压 (VRWM): 确保 TVS 器件在正常工作电压下不导通。

• 功率能力 (Power Rating): 能够承受 ESD 瞬态脉冲的能量。

优选元器件型号示例：

• Nexperia (安世半导体) PESD 系列 / PESD5V0U1BL (适用于数据线) 或 PUSB2UTX (适用于 Type-C CC/VBUS): Nexperia 提供多种适用于 USB 接口的 ESD 保护器件，具有低钳位电压和低容值。

• Infineon (英飞凌) ESD 系列 / ESD24V14L-02LS (适用于 VBUS) 或 ESD24V14L-02LS (适用于 CC 线): 英飞凌的 ESD 保护器件也具有优异的性能和可靠性。

• Littelfuse (力特) SP/SR 系列： 力特的 TVS 二极管和阵列在静电保护领域有广泛应用，提供多种选择。

7. 热敏电阻 (Thermistor)

作用： 热敏电阻用于监测充电器内部或电池的温度。IP2726 可以通过读取热敏电阻的阻值变化来感知温度，进而实现过温保护（OTP）或根据温度调整充电策略，防止设备过热。

选择考量：

• 类型： 通常使用 NTC（负温度系数）热敏电阻，即温度升高时电阻值减小。

• B 值： B 值反映了电阻值随温度变化的灵敏度，应与 IP2726 的内部电路或外部 MCU 的算法匹配。

• 阻值 (at 25°C): 选择在 25°C 下具有合适阻值的热敏电阻，以便于信号采集和转换。

• 封装： 常见的有贴片式（SMD）和引线式。

优选元器件型号示例：

• TDK (东电化) NTC_SS 系列 / NTC_FT 系列： TDK 提供多种规格的 NTC 热敏电阻，适用于温度检测。

• Murata (村田) NCP 系列： 村田的 NTC 热敏电阻也具有良好的性能和可靠性。

8. 指示灯 (LED)

作用： LED 指示灯通常用于显示充电状态（如充电中、充满、快充模式等），为用户提供直观的反馈。

选择考量：

• 颜色与亮度： 根据产品设计选择合适的颜色和亮度。

• 正向电压与电流： 确保驱动电路能够提供 LED 所需的正向电压和电流，通常会串联一个限流电阻。

• 封装： 常见的有 0603、0805 等贴片封装。

优选元器件型号示例：

• Kingbright (光宝) / Lite-On (亿光) / Everlight (亿光) 的贴片 LED： 这些品牌提供各种颜色和亮度的贴片 LED，可靠性高。

9. 复位芯片 (Reset IC)

作用： 复位芯片用于在系统上电、掉电或电压异常时，为 IP2726 或相关 MCU 提供可靠的复位信号，确保芯片正常启动和工作，防止程序跑飞或状态异常。

选择考量：

• 复位阈值电压： 选择与 IP2726 工作电压兼容的复位阈值，确保在电源电压低于此阈值时产生复位。

• 输出类型： 推挽输出或开漏输出。

• 延迟时间： 部分复位芯片具有可编程的复位延迟时间，确保系统稳定后再解除复位。

优选元器件型号示例：

• Maxim Integrated (美信) MAX809/MAX810 系列： 美信的复位芯片是行业标准，提供多种电压阈值和封装。

• TI (Texas Instruments) TPS3809 系列： TI 的复位芯片也具有高精度和低功耗的特点。

10. EEPROM / Flash (如果需要外部存储配置)

作用： 虽然 IP2726 内部通常会集成 OTP（一次性可编程）存储器用于固件和配置，但某些高级应用可能需要外部 EEPROM 或 Flash 存储更复杂的配置数据、生产信息或支持固件升级。

选择考量：

• 接口： 通常采用 I2C 或 SPI 接口与 IP2726 或外部 MCU 通信。

• 容量： 根据存储数据量选择合适的容量。

• 擦写次数： 对于需要频繁更新的配置数据，需要选择擦写寿命长的 EEPROM。

优选元器件型号示例：

• STMicroelectronics (意法半导体) M24Cxx 系列 (I2C EEPROM)： 意法半导体的 EEPROM 广泛应用于各种嵌入式系统。

• Winbond (华邦电子) W25Qxx 系列 (SPI Flash)： 华邦电子的 SPI Flash 具有高速读写和大容量的特点。

总结与展望

IP2726 作为一款功能强大的 USB-C 快充协议控制器，为实现高效、安全的快充解决方案提供了坚实的基础。通过对其核心功能和优势的深入理解，以及对其周边关键元器件的细致选型和合理配置，工程师能够设计出性能卓越、稳定可靠的快充产品。

在实际设计中，除了上述元器件，还需要关注 PCB 布局布线，特别是高频、大电流路径的优化，以最小化 EMI 和提高散热效率。同时，严格的测试和验证是必不可少的环节，包括功能测试、性能测试（效率、温升）、EMC/EMI 测试、以及各种保护功能的验证，确保产品符合行业标准和安全规范。

随着快充技术的不断演进，未来 IP2726 或其后续型号将可能集成更多高级功能，例如更智能的充电算法、更低的待机功耗、更高的功率密度以及对新协议的更快支持。理解并掌握这类核心协议控制器及其周边元器件的选择和应用，对于在快速变化的消费电子市场中保持竞争力至关重要。