USB-C 充电方案：过压保护 + IP2312/IP2305 充电 IC

前端OVP 保护 + 后级充电管理 完整设计参考

一、方案概述

在USB-C 充电系统设计中，前端过压保护（ OVP ）是保护后级充电 IC 和电池安全的第一道防线。本文介绍两套基于 PW2609A 过压保护芯片的完整 USB-C 充电方案：

• 方案一： PW2609A + IP2312 —— 单节电池降 buck 充电方案，支持大电流快充

• 方案二： PW2609A + IP2305 —— 双节电池线性充电方案，简洁低成本

两套方案均采用PW2609A 作为 USB-C 输入端的前端 OVP 保护，当输入电压超过 6.1V （默认阈值）时， 50ns 内快速切断电源通路，保护后级充电 IC 及电池不受损坏。

二、前端OVP 保护： PW2609A 核心参数

PW2609A 是平芯微半导体推出的高耐压、大电流、超低内阻过压保护芯片。在上述两套方案中， PW2609A 作为 U1 放置在 USB-C 连接器与后级充电 IC 之间，实现对 VBUS 电压的实时监测和过压切断。

在本方案中，PW2609A 的 VOVP 引脚（ Pin 1 ）直接接地，使用内部默认 6.1V 过压保护阈值，精确匹配 5V USB 输入的保护需求。 EN 引脚（ Pin 2 ）通过 X 标记悬空（内部下拉为低电平），芯片常开工作。 CIN 和 COUT 均为 1μF/35V 陶瓷电容。

三、方案一：PW2609A + IP2312 单节电池 Buck 充电方案

3.1 方案特点

• 拓扑结构： USB-C 输入 → PW2609A （ OVP 保护） → IP2312 （同步降压 Buck 充电） → 单节锂电池

• 充电方式：同步降压开关充电，效率高、发热低

• 充电电流：由 R5 （ 0.5Ω ）采样电阻和 RICHG 引脚设定

• 温度监控：外接 NTC 热敏电阻（ 100K@25°C ， B=4100 ）实时监测电池温度

• USB-C 兼容： CC1/CC2 各接 5.1KΩ 下拉电阻，标识为 Sink 设备

3.4 IP2312 芯片简介

IP2312 是英集芯（ Injoinic ）推出的单节锂电池同步降压开关充电芯片，支持最大 3A 充电电流，内置同步整流 MOSFET ，充电效率高达 92% 以上。支持恒流 / 恒压（ CC/CV ）充电模式，内置 DPM 输入电压动态管理功能，防止输入电压跌落。配合 PW2609A 的前端 OVP 保护，实现从输入到电池的完整安全保护链路。

工作流程：

1. USB-C 插入 → VBUS 5V 电压通过 PW2609A 的 VIN(Pin4)/VCC(Pin5) 进入芯片

2. PW2609A 检测到 VIN<6.1V ，内部 MOSFET 导通， VOUT(Pin3) 输出 ≈VIN

3. VOUT 电压进入 IP2312 的 VIN 引脚，启动 Buck 降压充电

4. IP2312 通过电感 L1(1μH) 和采样电阻 R5(0.5Ω) 实现对电池的 CC/CV 充电

5. 如适配器故障输出 >6.1V → PW2609A 在 50ns 内切断，保护 IP2312 和电池

四、方案二：PW2609A + IP2305 双节电池线性充电方案

4.1 方案特点

• 拓扑结构： USB-C 输入 → PW2609A （ OVP 保护） → IP2305 （线性充电） → 双节串联锂电池

• 充电方式：线性充电，无需电感，外围极简

• 电池配置：双节串联锂电池（ BAT+ 、 BM 、 BAT- 三端接口）

• 状态指示： LED 引脚、 CH 引脚、 B1_SAT/B0_SAT 电池状态输出

• 成本优势：无电感、无采样电阻， BOM 成本极低

4.4 IP2305 芯片简介

IP2305 是英集芯（ Injoinic ）推出的双节串联锂电池线性充电管理 IC 。内置均衡充电功能，自动检测并平衡两节电池电压差异，确保双节电池充电一致。充电截止电压 8.4V （ 4.2V×2 节），带有 B1_SAT/B0_SAT 各节电池充满指示输出。由于采用线性充电拓扑，无需外部电感，电路极为简洁，特别适合小容量双节电池应用。

工作流程：

1. USB-C 插入 → VBUS 5V 电压经 PW2609A 保护后输出至 VIN

2. VIN 进入 IP2305 的 VIN 引脚 (Pin 8) ，启动线性充电

3. IP2305 对双节串联电池（ BAT+/BM/BAT- ）进行均衡充电

4. 充电中 LED 亮起，充满后 B1_SAT/B0_SAT 输出状态

5. 如适配器过压 >6.1V → PW2609A 立即切断，保护双节电池安全

六、PW2609A 在充电方案中的核心价值

1. 50ns 极速保护，比充电 IC 自带 OVP 快 100 倍

大多数充电IC 内置的 OVP 功能响应时间在微秒级（ 5~50μs ），而 PW2609A 的 OVP 响应仅 50ns ，快了约 100 倍。在 USB 热拔插产生的纳秒级电压尖峰面前，只有专用 OVP 芯片才能提供有效保护。

2. 35mΩ 超低内阻，不影响充电效率

PW2609A 在 3A 充电电流下的压降仅为 35mΩ×3A=105mV ，功耗仅 0.035×9=0.315W ，几乎不影响系统整体充电效率，且不需要额外散热设计。

3. 45V 耐压，覆盖所有 USB PD 电压等级

即使适配器PD 协议通信错误导致输出 20V 、甚至更高异常电压， PW2609A 的 45V 耐压可以完全承受并可靠关断，不会因过压击穿而失效。

4. 6.1V 默认阈值， 5V USB 应用零设置

对于标准5V USB 充电应用， VOVP 引脚直接接地即可使用 6.1V 默认保护阈值，无需任何外部设定电阻，进一步简化 BOM 。如需支持 9V/12V PD 快充，可通过 R1/R2 电阻调高 OVP 阈值。

5. 软启动防浮涌 + 过温自恢复

上电时内部软启动防止电容充电浮涌电流冲击USB 接口。芯片结温超过 150°C 时自动关断，冷却后自动恢复，系统安全可靠。

七、USB-C 接口设计说明

两套方案的USB-C 接口设计相同：

• CC1 和 CC2 引脚各通过 5.1KΩ±1% 电阻下拉到 GND ，符合 USB-C 规范中 Sink 设备的要求

• VBUS 直接连接到 PW2609A 的 VIN 引脚，作为充电电源输入

• D+/D- 数据线可根据实际需要连接（此方案中未使用）

• GND 引脚连接至系统公共地

这种配置使得任何支持USB-C 的 Source 设备（充电器 / 电脑等）均可为本设备提供默认 5V 电源。

八、设计注意事项

1. PW2609A 布局

• CIN(1μF/35V) 紧贴 VIN 引脚放置，缩短输入环路

• COUT(1μF/35V) 紧贴 VOUT 引脚放置

• VIN 到 VOUT 的大电流走线尽量短粗（ ≥0.5mm 宽度）

• VOVP 引脚接地走线应远离大电流路径

2. IP2312 布局（方案一）

• 电感 L1 应尽量靠近 IC 的 SW 引脚，缩短开关环路

• 采样电阻 R5 紧贴 IC 的 ICHG 引脚，减小采样误差

• 输入电容 C1+C2 紧贴 VIN 引脚，抑制输入纹波

• NTC 热敏电阻应紧贴电池放置，确保温度采样准确

3. IP2305 布局（方案二）

• 由于是线性充电， IC 本体发热较大，应确保良好散热

• 电池连接线（ BAT+/BM/BAT- ）应尽量短粗，减小压降

• GND pad （如有）应良好的接至地铜皮

4. 通用建议

• 所有电容推荐使用 X5R/X7R 陶瓷电容（ MLCC ），避免使用电解电容

• CC 电阻 5.1KΩ 必须使用 ±1% 精度，确保 Source 设备正确识别

• USB-C 连接器的 GND 引脚应多点接地，减小接地阻抗

九、应用场景

方案一（PW2609A + IP2312 ）适用：

• 移动电源 / 充电宝：单节大容量锂电池，需要 3A 快速充电

• 蓝牙音箱：单节锂电池供电，需要 2A 以上充电电流

• 智能穿戴设备：智能手表、 VR 眼镜等单节电池产品

• 小型无人机 / 电动工具：单节大容量快充需求

方案二（PW2609A + IP2305 ）适用：

• TWS 蓝牙耳机充电仓：双节小电池，低电流充电

• 双节电池手电筒：简单充电需求，成本敏感

• 小型双节电池设备：电子烟、小风扇等

• 儿童玩具 /LED 灯具：双节串联电池充电，成本优先