基于M12269的PD3.1协议140W移动电源方案

随着移动办公的普及，许多时候需要用移动电源同时给笔记本电脑和智能手机充电，这就对大功率快充移动电源提出了新的需求。特别是最近针苹果、华为、联想分别推出的140W或135W笔记本电脑，要求移动电源的功率达到140W。

安克也于2022 年 7 月在行业率先发布了 PD3.1协议140W移动电源。

本文将介绍天玖隆基于M12269的140W移动电源解决方案——P14014CA版本：

原理图

1，主控周边：

2，桥电路：

3，C口输出：

4，A口输出：

功能配置：

1个C口输入输出，1个A口输出，188数码管显示电量

功能描述：

放电：A、C共用1个环路，单A口输出最大功率30W，单C口输出最大功率140W，CA同插，关闭快充功能，固定输出5V

充电：C口最大输入功率 140W

协议支持：

M12349 集成了 USB Type-C 接口、PD PHY 以及协议层解析功能，支持设备插拔自动检测和设备类型的 识别，兼容 PD、QC、SCP、FCP、AFC、APPLE2.4A、BC1.2 DCP 等主流的快充协议。根据接入设备的功率 请求，自动匹配最优的电压和电流输出。各快充方式的输出功率规格，如下表所示：

性能描述：

放电电压：3.3~28V，调节步进10mV

电压精度：电压输出精度10mV，满量程高线性，

充电电流精度：5mA

转换效率：放电时，最高效率可达 98%

电芯规格：4.2V / 4.25V / 4.3V / 4.4V / 4.45V

温升表现：可外置NTC监测电池温度

充电过程：温度高于 55℃或低于-10℃时 ， 降低充电功率;如果温度持续高于 55℃或持续低于-10℃，则关闭充电。

温度从高温降至 45℃之下或从低温升至 0℃之上时，恢复充电。

充电管理单元：

M12269 集成了高效的电池充电管理模块，根据输入电源电压和电池电压自动匹配最优的充电方式。

涓流充电：电池电压<涓流截止电压(典型值：3V×电池串数)时，采用电流约 200mA 的涓流充电。

恒流充电：当涓流充电使得电池电压>涓流截止电压时，进入恒流充电，最大充电电流 5A。

恒压充电：当恒流充电使电池电压接近电池充满电压时，进入恒压充电;充电电流降至停充电流时，停止充电。当电池电压低于复充门限电压时，重新开启电池充电。

充电时，最高充电效率可达 98%。电池电压等于 12.6V、不同充电电压-充电电流时的充电效率，如下图所示：

放电过程：

温度高于 60℃或低于-20℃时 ， 降低放电功率;如果温度持续高于 60℃或持续低于-20℃，则关闭放电。

温度从高温降至 50℃之下或从低温升至-5℃之上时，恢复放电。

放电管理单元：

M12269 集成了高效率的同步开关电压变换器，结合外置的 NMOS 功率管，实现 DC-DC 升降压变换功能，支持 3.3~28V 宽电压输出。可以根据设备的插入/移除状态，控制放电通路的开启或关闭。并在放电过程中，实时监测放电通路的输出电压、负载电流和系统温度。当异常发生时，执行相应的保护机制。

电池电压等于 12V、输出不同电压-负载电流时的放电效率，如下图所示:

充放电路径管理:

输入/输出路径仅在插入设备时开启，并在充放电结束后自动关闭该路径。未接入设备的路径保持关闭。

充电时，USB-C 口或 USB-B 口插入电源后，电源路径的开关开启进行充电，并根据电源的功率自动调整

充电电流，最大输入功率 140W。如果 USB-C 口和 USB-B 口均插入电源，选择先插入者作为充电电源。

输出线补功能：

为了补偿因负载电流在线缆上产生的线压降，M12269 集成了输出线补功能，最大补偿电压 200mV，从而保障了即使在重载条件下仍然可以实现稳定的电压输出。

安全保护机制：

M12269 集成了过压/欠压保护、过流保护、过温保护、短路保护功能。

• 过压/欠压保护：充放电过程中，M12269 实时监测输入/输出电压，并和预设的阈值电压比较。如果电压高于过压阈值或低于欠压阈值，且维持时间达到一定长度时，芯片关闭充放电通路。

• 过流保护：放电过程中，利用内部的高精度 ADC，实时监测流经采样电阻的电流。当电流大于预设的过流阈值时，触发过流保护，芯片自动关闭充放电通路。

• 过温保护：放电过程中，利用连接在 TS 管脚上的 NTC，实时监测电池温度。当温度超出预设的保护门限时，自动关闭充放电通路。

• 短路保护：放电过程中，实时检测 VBUS 的输出电压和放电电流。发生 VBUS 输出短路时，自动关闭充放电通路。

• 过充/过放保护：充放电过程中，实时监测电池电压。当电池电压>过充阈值或电池电压<过放阈值时，停止电池的充电和放电。

功能扩展或定制：

本方案可以扩展为CBA(单环路，C充B充A放)，CBLAA(单环路，C充B充L充AA放)，B口输入支持快充

审核编辑：汤梓红