مع قدوم عصر 5G، تزداد متطلبات الطاقة للهواتف المحمولة أكثر فأكثر، مما يؤدي إلى استخدام بطارية أعلى وأعلى للهواتف الأكثر قوة، ويتم استخدام المزيد والمزيد من الهواتف المحمولة للألعاب والبث المباشر.

حققت شركات تصنيع الهواتف المحمولة ابتكارات رائعة من حيث الحجم وشاشة العرض وأداء الكاميرا. وفي حين تم تحسين الوظائف والأداء، فقد زاد استهلاك الطاقة أيضًا. من الصعب إصلاح المشكلة الشائعة المتمثلة في الشحن مرة واحدة يوميًا، وقد أثر عمر البطارية لفترة طويلة على تجربة المستخدم. لا يمكن لزيادة سعة البطارية أن تحل مشكلة عمر البطارية بشكل كامل، وأصبح تقليل وقت الشحن أحد الاتجاهات لتحسين الهاتف المحمول.

وسيلة الإيضاح: جيفراي لوتون، مدير تسويق المنتجات، في شركة ON Semiconductor

iPhone12 أو إلغاء محول الطاقة القياسي؟ كرنفال مصنعي الملحقات قادم؟

في عام ٢٠١٩، بدأت شركات تصنيع الهواتف المحمولة، مثل شاومي وأوبو وفيفو، كبرى شركات التكنولوجيا في الصين، بتوحيد معايير الشواحن السريعة عالية الطاقة، وبدأت تُطرح أجهزة الطاقة ذات الصلة، ووحدات التحكم الرئيسية، وبرامج التشغيل، وشرائح البروتوكول، وإدارة الطاقة، وحتى الأجهزة السلبية، وفقًا للمتطلبات الجديدة. في ١٥ سبتمبر، أطلقت شركة آبل ساعة آبل الجديدة. ووفقًا للمعلومات المعروضة على الموقع الرسمي، لا تزال ساعة آبل الجديدة مزودة بكابل شحن مغناطيسي بطول متر واحد، ولكن محول الطاقة ٥ واط الذي كان مُرفقًا سابقًا غير مُضمن في العلبة. فكّر في شائعات الصناعة - سيلغي هاتف آيفون الجديد القادم أيضًا محول الطاقة القياسي.

قد يؤدي إلغاء محول الطاقة القياسي لمنتجات Apple إلى توفير فرص هائلة لصناعة رأس الشحن. وفقًا لشركة الأبحاث Omdia، شحنت شركة Apple ما يقدر بنحو 37.7 مليون هاتف ذكي iPhone 11 في جميع أنحاء العالم في النصف الأول من عام 2020، أي أكثر بـ 26 مليونًا من ثاني أفضل منافس لها. إذا قام iPhone الجديد بإلغاء محول الطاقة القياسي، فسيتم توفير عشرات الملايين من احتياجات محول الطاقة إلى الشركات المصنعة لمحولات الطاقة التابعة لجهات خارجية.

وقال جيفري لوتون، مدير تسويق المنتجات في شركة ON Semiconductor، إن سوق الشحن السريع يتطور بسرعة، ويهيمن عليه صانعو الهواتف المحمولة في آسيا والجهات الفاعلة في سوق قطع غيار إصلاح الطرف الثالث. لقد تضاعف السوق أكثر من الضعف في عام 2020. ويتوقع أن تزيد قوة شواحن الهواتف القياسية ثلاث مرات أو أربعة أضعاف، وتتراوح من 15 واط إلى 50 أو 60 واط، مع تصميم بعض الهواتف لدعم الشحن بما يزيد عن 100 واط لفترات قصيرة من الزمن. قال جيفري لوتون: "في الماضي، هيمنت الشركات المصنعة الخارجية على أجهزة الشحن عالية الطاقة، خاصة من خلال تقديم أجهزة شحن ذات مخارج USB متعددة. ومع إطلاق شركات تصنيع الهواتف لهواتف تدعم تقنية 5G، سنراها تقدم المزيد من أجهزة الشحن عالية الطاقة".

وفقًا لتقديرات يي تشانغجن، الرئيس التنفيذي لشركة Chengdu Silicon Power Technology Co., Ltd.، هناك المئات من الشركات المصنعة لشواحن العلامات التجارية المحلية الكبرى وآلاف الشركات المصنعة الصغيرة، معظمها يقع في شنتشن. تغطية الشركات المصنعة للعلامة التجارية لمصانع المسابك، وسلسلة الصناعة كاملة. من منظور الطلب، تستخدم المنتجات الاستهلاكية بما في ذلك الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة المنزلية الصغيرة أجهزة الشحن، والسوق كبير نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك، يعتقد أن واجهة منتجات الشحن المستقبلية ستقترب من النوع C. النوع C عبارة عن واجهة موحدة، وهي صغيرة الحجم ويمكن توصيلها في كلا الاتجاهين. تم تطبيق النوع C المجهز ببروتوكول USB PD في المنتجات التجارية بقدرة 100 واط.

يعتقد يي تشانغجن، الرئيس التنفيذي لشركة Chengdu Silicon Power Technology Co., Ltd. أنه نظرًا لأن الشحن السريع عالي الطاقة له العديد من المزايا، فإن تطوير السوق لا يمكن إيقافه. لا يقتصر الشحن السريع عالي الطاقة اليوم على توفير الكهرباء فقط. تعد منتجات الشحن السريع أكثر ملاءمة - ليس فقط الشحن السريع، ولكن أيضًا الشحن الذكي.

ببساطة، يتمتع نفس الشاحن بالقدرة على شحن الأجهزة الطرفية الاستهلاكية مثل الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر. على سبيل المثال، عند توصيل الهاتف المحمول، يرسل الهاتف المحمول تعليمات إلى الشاحن، وبعد "مصافحة" الطرفين، يوفر طاقة وجهدًا وتيارًا معقولاً؛ وبالمثل، عند توصيل جهاز لوحي أو كمبيوتر محمول، فإنه سيوفر أيضًا طاقة شحن مقابلة وفقًا للتعليمات. وهذا يعادل الشاحن ذو الواجهات المتعددة، والشاحن مناسب للأجهزة الطرفية المختلفة.

ملحوظة: يي تشانغجن، الرئيس التنفيذي لشركة Chengdu Silicon Power

من الشحن السريع PD، قم بتبديل الشحن إلى شرائح البروتوكول، ويقوم مشغلو شرائح الشحن السريع بتقييمها

أدى الطلب من قبل عدد كبير من الشركات المصنعة للشحن السريع أيضًا إلى التطوير النشط لرقائق الشحن السريع. هناك اعتبارات تتعلق بالتكلفة وراء إلغاء شركة Apple للشاحن القياسي، وهو ما يمكن القول إنه خيار محرج وحكيم. في حين يتم تقليل تكلفة الجهاز بأكمله، فإنه يبسط أيضًا عملية التعبئة والتغليف وأكثر صداقة للبيئة. ومن ناحية أخرى، فهو يعكس أيضًا التكلفة العالية للشحن السريع عالي الطاقة، مما يؤدي إلى ارتفاع أسعار المنتجات النهائية. يعد عامل التكلفة أيضًا مشكلة يجب على اللاعبين الذين يدخلون سوق الشحن السريع عالي الطاقة أن يأخذوها في الاعتبار.

في الوقت الحاضر، هناك العديد من الشركات المصنعة التي تدخل سوق الشحن السريع عالي الطاقة. وقال لين تشينغ ون، مدير الأعمال في شركة جيانبو للإلكترونيات الدقيقة (شنتشن) المحدودة، إنه في ظل فرضية ضمان جودة المنتج، من أجل التميز، فإن الأمر يعتمد على تكلفة المنتج. من بين منتجات الشحن السريع عالية الطاقة لمختلف الشركات المصنعة، يبذل المصنعون قصارى جهدهم في توافق المنتج ومرونته وسهولة استخدامه، ولكن في النهاية يجب عليهم التحكم في تكلفة المنتجات للحصول على أسعار مقبولة وتنافسية للمستهلكين. .

وسيلة الإيضاح: لين تشنغ ون، مدير الأعمال في شركة Jianbo Microelectronics (Shenzhen) Co., Ltd.

بالإضافة إلى السعر، يعد توافق المنتج أيضًا هو المفتاح لتجربة المستهلك. وفقًا للتقارير، قامت شركة Jianbo Micro بتطوير شريحة شحن سريعة متوافقة مع PD بقوة تصل إلى 100 واط، والتي تم تسجيلها ومن المتوقع إطلاقها في النصف الثاني من العام.

تأسست شركة Chengdu Silicon Power Technology Co., Ltd. في سان خوسيه، وادي السيليكون، الولايات المتحدة الأمريكية في عام 2017. وتم تأسيسها رسميًا في مدينة تشنغدو، الصين في نوفمبر 2019. المؤسسون جميعهم من شركات أشباه الموصلات الأمريكية الشهيرة. تركز الشركة على ثلاثة جوانب للبحث والتطوير في مجال الرقائق والمبيعات: أولاً، وضع رقائق إدارة الطاقة الذكية المتطورة، وملء الفجوة المحلية، وتحسين هدف استبدال الرقائق المتطورة في الولايات المتحدة، وكسر احتكار السوق الأمريكية، وتكسير بعض الرقائق المقيدة في الحرب التجارية. ثانيًا، حدد موقع شرائح إدارة الطاقة منخفضة الطاقة لتزويد الرقائق بموثوقية أعلى واستعداد طويل للغاية لمختلف المنتجات الإلكترونية المحمولة. ثالثًا، حدد موقع شرائح الشحن السريع من النوع C وPD، وقم بتصميم سلسلة من شرائح PD مثل AC-DC التي يتم التحكم فيها بواسطة PWM، والتصحيح المتزامن SR، ودورة تشغيل 100% DC-DC، وبروتوكولات PD المتوافقة تمامًا حول الشحن السريع PD.

يُذكر أن Silicon Power قد تم الاعتراف بها من قبل العديد من العملاء الرئيسيين. على سبيل المثال، أصبح التعاون مع Xiaomi وBaseus في مرحلة تسليم العينات، وقد نجح في الدخول إلى سلسلة التوريد للعلامات التجارية الرئيسية لمحطات الشحن. ومن أجل توسيع تطبيقات المنتجات، توفر شركة Ivan Microelectronics التابعة لها للعملاء الدعم الفني وخدمات تطوير الحلول.

في ظل الهجوم الإعلاني لمصنعي الهواتف المحمولة، أصبح مفهوم الشحن السريع معروفًا على نطاق واسع. في عصر الهواتف المميزة، يمكن لشرائح الشحن الخطية تلبية متطلبات الشحن الحالية التي تتراوح بين 800 مللي أمبير إلى 1 أمبير. في عصر 3G/4G، ظهرت عيوب انخفاض كفاءة التحويل وارتفاع درجة حرارة رقائق الشحن الخطية. لقد حل تبديل الشحن تدريجياً محل الشحن الخطي وأصبح الاتجاه السائد. توسعت رقائق شحن التبديل تدريجيًا من الهواتف المحمولة إلى المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية مثل سماعات TWS والسجائر الإلكترونية ومسجلات الصوت.

أسطورة: أو شينهوا، المدير العام لشركة Shanghai Xinyong Electronic Technology Co., Ltd.

وفقًا لـ Ou شينهوا، المدير العام لشركة Shanghai Xinyong Electronic Technology Co., Ltd.، فقد طورت Xindao شريحة شحن تبديل في وقت مبكر من عام 2016، بكفاءة تتراوح بين 92-95%، وهي شريحة الطاقة الرئيسية للشحن السريع. نظرًا لاتجاه الشحن عالي الطاقة، تحتاج الهواتف المحمولة إلى تيار شحن أكبر. يميل الهاتف المحمول إلى استخدام شريحتين أو ثلاث شرائح شحن قابلة للتبديل. على سبيل المثال، يستخدم الهاتف المحمول المزود بمواصفات الشحن بقدرة 120 واط ثلاث شرائح شحن قابلة للتبديل، تحمل كل منها 40 واط من الطاقة. يدمج Coreguide أيضًا بروتوكولات الشحن للمنتجات المقابلة، مثل بروتوكول الشحن السريع MediaTek PE1.0/2.0 وQualcomm's QC2.0.

وفقًا للتقارير، إذا تم تقسيم رقائق شحن التبديل الحالية على تيار الشحن، فإن منتجات شرائح الشحن السائدة لا تزال منتجات 1.5A و2A و3A، ومعظم الشركات المصنعة للشواحن تستخدم الرقائق التايوانية، كما أن موردي البر الرئيسي في مجموعة منتجات 1.5A لديهم سوق معينة. حققت شريحة شحن التبديل 1.5A و2A Share، 1-2 دولار أمريكي.

بالإضافة إلى الشركات المصنعة التي تشارك بعمق في مجال إمدادات الطاقة، هناك أيضًا شركات تمتد إلى مجال الشحن السريع من مجالات أخرى. إذا أخذنا منتجات Nanjing Qinheng Microelectronics كمثال، فقد بدأت في البداية كشريحة واجهة USB، وامتدت أخيرًا إلى شريحة بروتوكول USB للكمبيوتر الشخصي. تنقسم شرائح البروتوكول بشكل أساسي إلى شرائح الشحن وشرائح استقبال الطاقة. إحدى ميزات المنتج هي أن شريحة واحدة يمكنها دمج بروتوكولات شحن سريعة متعددة لتحقيق توافق عالٍ مع المنتجات النهائية. تشمل المنتجات النموذجية شريحة بروتوكول الشحن السريع USB PD المتعددة CH236 عند طرف الشحن، وشريحة بروتوكول الشحن السريع USB PD CH224 عند طرف استقبال الطاقة. ) شريحة متعددة البروتوكولات CH237. وقال Qinhengwei أن شريحة البروتوكول الموجودة على طرف استقبال الطاقة يمكن أن تمكن المعدات الكهربائية التي لم تدعم في الأصل بروتوكول PD، مثل مكبرات الصوت والأدوات الكهربائية والأجهزة الصغيرة الأخرى من دعم الشحن السريع. وفي الوقت نفسه، يعد بروتوكول PD مناسبًا للشحن اللاسلكي، وتساعد شريحة البروتوكول صغيرة الحجم على تحسين تكامل المنتجات الطرفية، مثل Qinheng Micro CH246. ميزات المنتج تدعم PD وBC والبروتوكولات الأخرى، ومحرك الجسر الكامل MOS المدمج، ويتم تبسيط دوائر الإرسال والاستقبال اللاسلكية والأجهزة الطرفية، وبالتالي تقليل قائمة مكونات المنتج للمنتج النهائي.

كشركة عمرها 6 سنوات، بلغ معدل النمو السنوي المركب لشركة Yingjixin من عام 2015 إلى عام 2019 151%، لتحتل المرتبة الأولى في حصة السوق العالمية لصناعة الطاقة المتنقلة، بحصة سوقية تزيد عن 60%. بالإضافة إلى رقائق الطاقة المتنقلة، تغطي منتجات Yingjixin خمس فئات: بما في ذلك رقائق إدارة الطاقة، ورقائق إدارة البطارية، وSOC للشحن اللاسلكي، وPMU، ورقائق الواجهة. منذ إطلاق أول شريحة تم إنتاجها بكميات كبيرة في عام 2015 وحتى اليوم، تجاوز إجمالي شحنات الرقائق المليار.

في "المنتدى العاشر لقمة الابتكار في بحيرة سونغشان بالصين في مجال IC" الذي استضافه مؤخرًا فرع تصميم الدوائر المتكاملة التابع لجمعية صناعة أشباه الموصلات الصينية وشركة VeriSilicon Microelectronics (Shanghai) المحدودة، قدم بينج فينج، مدير التسويق بشركة Yingjixin Technology Co., Ltd.، حلولها شريحة شحن سريعة عالية الطاقة IP10.

وسيلة الإيضاح: Peng Feng، مدير التسويق بشركة Yingjixin Technology Co., Ltd.

قال Peng Feng أن IP5388 هي شريحة الشحن السريع BUCK/BOOST الأكثر تكاملاً في العالم، مع وحدة تحكم مدمجة في buck-boost/power MOS/MCU/TypeC PD PHY، وما إلى ذلك. أحدث بروتوكول شحن سريع عالي الطاقة لكبرى ماركات الهواتف المحمولة . يمكن استخدامه على نطاق واسع في مصدر الطاقة المحمول عالي الطاقة، وشاحن GaN عالي الكثافة، والشحن فائق السرعة وغيرها من المجالات.

وفقًا للتقارير، فإن محيط BOM بالكامل لـ IP5388 مبسط للغاية، باستثناء بعض المقاومات والمكثفات، لا يوجد سوى بعض تبديل عزل المسارات. وفي الوقت نفسه، تم تضمين بروتوكولات الشحن السريع المختلفة. يمكن إجراء ترقيات تكرارية سلسة بفضل وحدة MCU المدمجة. وفي الوقت نفسه، فهو يدعم أيضًا بعض الإضافات المخصصة. على سبيل المثال، يقوم بعض العملاء بتطوير وظائفهم الخاصة لتلبية احتياجاتهم الشخصية. قال Peng Feng أنه لا يوجد أكثر من ثلاث شرائح للشحن السريع BUCK/BOOST يتم إنتاجها بكميات كبيرة في البر الرئيسي للصين، وYingjixin هي واحدة منها. يشمل موردو شرائح بروتوكول الشحن السريع Cypress وHuinengtai وTianyu وYingjixin وZhirong وNanxin وYouwei وWeiquan وغيرها من الشركات المصنعة. احتل بروتوكول الشحن السريع IC الخاص بـ Yingjixin المرتبة الأولى في الصين، وقد تعاون مع العديد من أجهزة شحن العلامات التجارية للهواتف المحمولة مثل Xiaomi وOPPO وSamsung Vivo وما إلى ذلك. وأعرب بنغ فنغ عن أمله في أن يستغرق الأمر عاما آخر ليصبح المصنف الأول في العالم.

تصميم شريحة شحن سريع لا ينفصل عن الأجهزة المنفصلة المحيطة بها. ووفقًا لجيفري لوتون، مدير تسويق المنتجات في شركة ON Semiconductor، توفر ON Semiconductor جميع المكونات الرئيسية المتكاملة للشحن السريع عالي الطاقة، بما في ذلك وحدات تحكم تصحيح معامل القدرة (PFC)، ووحدات تحكم تعديل عرض النبضة (PWM)، ومشغلات المقوم المتزامن، ووحدات تحكم الشحن عبر USB PD، والمقرنات الضوئية، وترميز MOSFET. تشمل أحدث حلولها وحدة تحكم NCP1622 PFC، ووحدة تحكم ارتداد شبه رنينية NCP1342، ووحدة تحكم ارتداد المشبك النشط NCP1568، ووحدة تحكم الشحن FUSB3307 USB PD 3.0، ووحدة تشغيل المقوم المتزامن NCP4306. كما تُعد ON Semiconductor من الموردين القلائل الذين يقدمون جميع المنتجات، من الثنائيات إلى وحدات تحكم PWM الرنانة المعقدة لتصاميم المحولات.

اتجاهات التكنولوجيا: هل سيوحد بروتوكول PD العالم؟

من وجهة نظر فنية، عندما تتم ترقية المنتجات الطرفية، ما يتعين على موردي الرقائق والمصنعين فعله هو طرح الرقائق وتقليل الأجهزة الطرفية، حتى يتمكن العملاء النهائيون من دمج الرقائق بشكل أفضل وأسرع في الأجهزة الطرفية. ستستمر أيضًا المكونات المرتبطة بالشاحن، بما في ذلك المقوم والمشغل وMOS وما إلى ذلك، في التكرار مع شعبية الشحن السريع عالي الطاقة. يعتقد Yi Changgen أن 100 واط و120 واط كبيرة بما يكفي لشواحن المستهلك لتلبية احتياجات الطاقة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة المنزلية الصغيرة، وليس من المجدي السعي للحصول على طاقة أعلى.

عندما سئل عما إذا كان الشحن السريع عالي الطاقة سيمر بمسار تطوير الهواتف المحمولة المقلدة، قال يي تشانغجن إن الهواتف المحمولة المقلدة، كمنتج كامل، لديها حلول ناضجة. يمكن بيع أحد الحلول عن طريق تغيير الغلاف ولصقه بعلامة تجارية مختلفة. هناك نسخة عامة من مخطط النموذج العام، وتجانس المنتج واضح، ويلعب المصنعون النهائيون دورًا أكبر في التجميع.

الفرق هو أن الشحن السريع عالي الطاقة يتطلب من الشركات المصنعة أن يكون لديها قدرات بحث وتطوير للرقائق والمنتجات، ويتطلب سنوات من التطوير الفني. حتى لو تم استخدام نفس المكونات، فإن اختلاف الجودة بين المنتجات المختلفة لا يزال موجودًا. ويمكن ملاحظة أن المواصفات الحالية هي أيضًا وظيفة 20 وات، وأن نطاق أسعار المنتجات المختلفة كبير. ولذلك، فإن استراتيجيات المنتج التي تتبناها الشركات المصنعة للشحن السريع عالية الطاقة ليست هي نفسها، ولا يمكن مقارنتها بالهواتف المحمولة المنزلية.

يعتقد جيفراي لوتون، مدير تسويق المنتجات في شركة ON Semiconductor، أنه قد تكون هناك بعض التحديات التقنية في تطوير الشحن عالي الطاقة. في المقام الأول القدرة على إدارة تحويل الطاقة بكفاءة وتحسين كثافة الطاقة. من المحتمل أن تبلغ قوة أجهزة الشحن الحالية حوالي 15 واط، والقفز إلى 45 واط أو 100 واط يعني توفير طاقة تتراوح من 3x إلى 7x. لا يرغب المستهلكون في رؤية زيادة حجم أجهزة الشحن الخاصة بهم بمقدار 7 مرات! إن القدرة على تحسين كفاءة الطاقة وكثافة الطاقة تعني أنهم يستفيدون أكثر من القدرة على توفير مستويات طاقة أعلى دون زيادة حجم الشاحن. يمكن تحقيق ذلك من خلال ترددات تحويل أعلى وتكامل أعلى لطبولوجيا تحويل الطاقة الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة مثل الذبابة المرتدة شبه الرنانة عالية التردد والذبابة المشبكية النشطة. وقال إن ON Semiconductor هي شركة أشباه الموصلات الوحيدة التي تقدم كلا الطوبولوجيتين في مساحة السوق هذه.

بالإضافة إلى ذلك، توجد بروتوكولات شحن سريع متنوعة في صناعة الشحن السريع عالي الطاقة، بما في ذلك USB-PD وQualcomm QC وOPPO VOOC وSCP/FCP، الشركة التكنولوجية الرائدة في الصين، وMediaTek PE، وغيرها. في الماضي، زادت Apple تيار الهواتف المحمولة إلى 1A وتيار الأجهزة اللوحية إلى 2.4A، وزادت Samsung التيار إلى 2A، وكلاهما يعمل بجهد 5V. لاحقًا، تنافست تقنية الشحن عالية الجهد Qualcomm QC 2.0 وQC 3.0 مع تقنية الشحن عالية التيار VOOC من Oppo. ومع ذلك، تتطلب تقنية VOOC كابلات خاصة وتكلفتها أعلى. نظرًا لأن شركة Qualcomm لم تفتح معيارها للجميع، فقد ابتكرت Samsung تقنية الشحن السريع التكيفي (AFC) الخاصة بها، وأنشأت الشركة التكنولوجية الرائدة في الصين بروتوكول الشحن السريع (FCP) والشحن الفائق (SCP). تم إنشاء البروتوكولات الثلاثة الأخيرة، AFC وFCP وSCP، بمساعدة ON Semiconductor وهي موجودة في جميع موصلات A وMicro-B القياسية التقليدية.

من بينها، يعد USB PD (الاسم الكامل USB-Power Delivery) أحد بروتوكولات الشحن السريع السائدة الحالية، والتي يمكن استخدامها لنقل البيانات والشحن والتفريغ عالي الطاقة. تتوافق معظم منتجات الشحن السريع مع هذا البروتوكول. الواجهات التي تدعم PD هي بشكل أساسي TypeC، ولكن ليست كل واجهات TypeC تدعم بروتوكول شحن PD. لا يُستخدم بروتوكول USB PD لشحن الهاتف المحمول فحسب، بل يمكن استخدامه أيضًا لإمداد الطاقة المحمول لتشغيل أجهزة الكمبيوتر المحمولة؛ لتوصيل شاشات الكمبيوتر والمضيفين.

فهل سيوحد USB PD معيار الشحن السريع؟

يعتقد جيفراي لوتون، مدير تسويق المنتجات في شركة ON Semiconductor، أن الإجابة هي نعم. نظرًا لأن USB PD موحد على موصل USB-C، فإنه يوفر معيارًا مفتوحًا متقاربًا يسمح بالشحن عالي الجهد ليس فقط للهواتف المحمولة، ولكن أيضًا لأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية. لا يزال بإمكان الشركات المصنعة للمعدات الأصلية تحقيق تمييز المنتج من خلال الرسالة المحددة من البائع (VDM) في حزمة بروتوكول اتصال PD. لقد انضمت شركات Qualcomm وApple وSamsung، لذا فهي تتقارب في اتجاه USB PD.

ومع ذلك، لا تزال OPPO وXiaomi وVivo تضغط على معايير الملكية الخاصة بها، وسيحدد الوقت ما إذا كانوا يمتثلون أيضًا لامتثال USB-C/USB-PD ويعتمدون USB PD مع VDM. تساهم شركة ON Semiconductor في هذا الاتجاه نحو USB PD 3.0 مع منتجات PD القابلة للبرمجة (PPS) التي تم تحسينها لمستويات وميزات طاقة مختلفة لخدمة نطاق الشحن السريع بأكمله المذكور سابقًا.

التكلفة باهظة للغاية، متى سيصبح الشحن السريع GaN شائعًا؟

مع النضج التدريجي لتكنولوجيا الشركات المصنعة للرقائق، وتحسين القدرة التصنيعية وخفض الأسعار، وما إلى ذلك، تم فتح باب أجهزة طاقة GaN للمستخدمين المستهلكين مرة أخرى. يعد الطلب على المعدات الطرفية الذكية هو العامل الرئيسي لترويج أجهزة الطاقة GaN (نيتريد الغاليوم).

حاليًا، تتوفر هواتف محمولة كثيرة تُزوّد ​​بشحن عالي الطاقة باستخدام نيتريد الغاليوم (GaN). يتميز نيتريد الغاليوم بخصائص أفضل من مواد أشباه الموصلات السيليكونية التقليدية (Si)، ويُستخدم في تصنيع الترانزستورات والمضخمات والثنائيات ومكونات أخرى، وخاصةً في مجال الطاقة. في مجال الأجهزة، يُمكّن نيتريد الغاليوم من إنتاج شواحن أصغر حجمًا وأكثر كفاءة.

يحتوي GaN على فجوة نطاق أكبر بثلاث مرات من السيليكون، وقوة مجال انهيار أعلى بمقدار 3 مرات، وسرعة هجرة الإلكترون التشبع أكبر بثلاث مرات، وموصلية حرارية أعلى مرتين. الميزة التي جلبتها تحسينات الأداء هذه هي أن GaN أكثر ملاءمة لأجهزة الطاقة عالية الطاقة والتردد من السيليكون، في حين أنه أصغر حجمًا وأعلى في كثافة الطاقة. تتمتع أجهزة GaN بسرعات تحويل عالية للغاية ومقاومة صغيرة على الحالة تحت نفس الرقاقة، مما يتيح كفاءة أعلى وشحن أسرع عند ترددات تحويل أعلى.

يؤدي إدخال تقنية GaN إلى ضخ محفز في سوق الشحن السريع عالي الطاقة، وتسريع سرعة التحديث والتكرار، وتنشيط سوق إمدادات الطاقة الاستهلاكية بالكامل الذي ظل صامتًا منذ ما يقرب من عشر سنوات.

وفقًا للإحصاءات، في سوق الشاحن الذي يهيمن عليه عملاء التجارة الإلكترونية، ستبلغ شحنات أجهزة طاقة GaN في عام 2019 حوالي 3-4 ملايين قطعة. زيادة 6 أضعاف، بإجمالي شحنة 15-20 مليون قطعة، ومن المتوقع أن تصل شحنة أجهزة GaN إلى 50 مليون قطعة عام 2021.

من المؤكد أن الشحن السريع GaN يمكن أن يقلل من مستوى الصوت. يعتقد Lin Chengwen، مدير الأعمال في شركة Jianbo Microelectronics (Shenzhen) المحدودة، أن الحجم الحالي للشاحن ليس هو العامل الحاسم بالنسبة للمستهلكين لشراء منتجات الشحن السريع، ولكن السعر أكثر قلقًا. قال Lin Chengwen أن مواد GaN ليست خيارًا ضروريًا في مجال الشحن السريع عالي الطاقة، ويمكن أن تؤدي الأسعار المنخفضة إلى فتح هيكل السوق حقًا. ومن المتوقع أن ينخفض ​​سعر الشحن السريع عالي الطاقة في النهاية إلى أقل من 100 يوان.

مع ذلك، تُعدّ أجهزة الطاقة المُصنّعة من نيتريد الغاليوم (GaN) باهظة الثمن، وتُعدّ ترانزستورات تأثير المجال (FETs) من أغلى المكونات في حلول الشحن السريع عالية الطاقة، حيث تُمثّل ما بين 15% و25% من التكلفة. صرّح لين تشنغ وين بأنّ ترانزستورات MOSFET، مثل ترانزستور الغاليوم، يُمكنها تحسين كفاءة الطاقة وزيادة ترددات التحويل المطلوبة للشواحن عالية الكثافة. ومع انتشار الشواحن عالية الطاقة، سنشهد انخفاضًا في أسعار أجهزة الطاقة المُصنّعة من نيتريد الغاليوم. في الوقت الحالي، من غير المتوقع أن تُحلّ ترانزستورات GaN محل ترانزستورات MOSFET المصنوعة من السيليكون تمامًا، إذ لا تزال هناك هواتف محمولة منخفضة التكلفة ومنتجات أخرى تتطلب ملحقات شاحن صندوقي منخفضة التكلفة. بالإضافة إلى ذلك، هناك العديد من التطبيقات الأخرى منخفضة الطاقة التي لا تتطلب أداء ترانزستور الغاليوم.

في الوقت الحاضر، هناك ثلاثة موردين رئيسيين لأجهزة طاقة GaN: Innosec، وNano Micro Semiconductor، وPI. مع تحول الشحن السريع GaN تدريجيًا إلى الاتجاه السائد، أخذت PI زمام المبادرة في إطلاق تقنية PowiGaN، وطورت 5 سلاسل من منتجات الرقائق استنادًا إلى تقنية PowiGaN، بما في ذلك InnoSwitch3-CP وEP وPro وMX وLYTSwitch-6، مما أدى إلى إتقان عائلة شرائح الطاقة .

تعتبر الدوائر المتكاملة للطاقة GaN من Navitas مفضلة في السوق مثل PI. وفقًا لإحصائيات غير كاملة، تم استخدام المرحلية السريعة للطاقة Navitas GaN على نطاق واسع في الشحن السريع لـ OPPO 50W البسكويت GaN والشحن السريع RAVPOWER 65W 1A1C GaN. الجهاز، شاحن Xiaomi 65W USB PDGaN، شاحن SlimQ 65WGaN USB PD السريع 1A1C، شاحن Anker PowerCore Fusion PD فائق القطبية، شاحن RAVPower 45W GaN PD، شاحن Baseus 65WGaN، شاحن ROxANNE 66W GaN USB PD ثنائي المنفذ السريع انتظر. من بينها، شاحن 120 واط، 2C1A GaN (GaN) + كربيد السيليكون (SiC) الذي أطلقته Baseus لأول مرة في يوليو يستخدم أيضًا شريحة Nano-Micro NV6127.

تعتبر شركة Innosec هي الشركة المصنعة المحلية الوحيدة لـ GaN-on-silicon في القائمة. في الوقت الحاضر، هناك قاعدتان للبحث والتطوير لرقاقة GaN القائمة على السيليكون مقاس 8 بوصات وقواعد إنتاج في تشوهاى وسوتشو، ويغطي خط الإنتاج مجموعة كاملة من شرائح GaN بجهد 40 فولت - 650 فولت. في الوقت الحاضر، يتم استخدام Innosec INN650D02 في منتجات الشحن السريع بقدرة 65 وات من Meizu وLapo وLocke.

بالإضافة إلى الموردين الثلاثة المذكورين أعلاه، تتمتع شركات مثل شاومي، أكبر شركة تكنولوجيا في الصين، وسامسونج، وأوبو، وآبل، بخبرة متراكمة في تقنية نيتريد الغاليوم، ومن المتوقع أن تواصل مسيرتها في هذا المجال. من المتوقع أن يشهد سوق الشحن السريع بتقنية نيتريد الغاليوم نموًا سريعًا. وقد دخل مصنعو محولات الطاقة من جهات خارجية هذا المجال، مما جعله مجالًا تنافسيًا. في المستقبل، سيشهد هذا المجال احتكارًا محدودًا، أو ازدهارًا هائلًا؛ سواءً سيطر عليه مصنعو الهواتف المحمولة، أو قادته شركات التجارة الإلكترونية ومحولات الطاقة، فسننتظر ونرى.

إخلاء المسؤولية: هذا المقال مستنسخ من "Xinwen No. 1". يمثل هذا المقال فقط آراء المؤلف الشخصية، وليس آراء ساكو مايكرو والصناعة. إنه مخصص لإعادة الطباعة والمشاركة فقط، ويدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يرجى الإشارة إلى المصدر الأصلي والمؤلف، وفي حالة وجود أي مخالفة يرجى الاتصال بنا لحذفها.