La carga rápida de teléfonos móviles se ha desarrollado muy rápidamente en los últimos años, especialmente en las cinco principales marcas nacionales de teléfonos móviles, que han superado a Apple y Samsung en términos de potencia y velocidad de carga, lo que ha llevado a los fabricantes de chips de carga rápida a innovar continuamente en tecnología y productos e introducir otros nuevos.  
Texas Instruments, gigante internacional de los chips analógicos, siempre ha sido un referente en el mercado de la gestión de energía y un modelo a seguir para la industria. Además, domina el mercado de la carga rápida para teléfonos móviles. Sin embargo, en los últimos años, gracias a la notable mejora de las capacidades técnicas y de I+D de los fabricantes nacionales de chips de carga, y bajo la influencia del entorno internacional y el apoyo de las políticas nacionales, han experimentado un desarrollo considerable. Algunas empresas emergentes de semiconductores nacionales, como Nanxin y Xidi Micro, han demostrado un desempeño excepcional en el mercado de la carga rápida para teléfonos móviles.  
La carga rápida se ha convertido en una característica esencial de los teléfonos móviles de gama media y alta, y también representa una parte importante de su coste. Se trata de un sistema complejo que incluye cabezales de carga, interfaces, cables de carga, chips de carga rápida, conectores de batería, celdas y otros componentes de la cadena de alimentación, así como un protocolo de comunicación fundamental para la carga rápida. Cada componente de la cadena de alimentación debe alcanzar una alta eficiencia y potencia para que la carga rápida sea posible, sin presentar fallos.  
Este artículo ofrece una introducción al módulo de funciones de chip de enlace completo para la solución de carga rápida de teléfonos móviles, incluyendo cabezales de carga, chips de carga rápida para teléfonos móviles, soluciones de protocolo, etc.  
       

Cabezal de carga

El cabezal de carga es el proveedor de energía de todo el sistema de carga rápida. Ha evolucionado a pasos agigantados, pasando de los primeros 2.5 W a los actuales 200 W. Gracias a los materiales Gan de última generación, se puede aumentar la eficiencia y reducir el tamaño.  
La siguiente figura muestra un diagrama de bloques de una solución CA/CC, que consta principalmente de tres módulos de control: primario, secundario y de protocolo, así como transformadores, dispositivos de retroalimentación de aislamiento, etc. Según los diferentes niveles de potencia, se realizan las selecciones correspondientes para satisfacer los distintos requisitos de potencia y las necesidades del cliente.  
   
AC/DC mostly adopts the classic flyback architecture. Under high power, soft switching, gallium nitride devices, and PFC and other technologies will be used to further improve efficiency and thereby increase power.
Algunos de los cabezales de carga miniaturizados con forma de pintalabios, cabezales de carga con forma de galleta, etc., que hemos visto utilizan una gran cantidad de nuevos materiales y tecnologías, como transistores MOS de nitruro de galio y transformadores de panel plano.  
En el mercado de cabezales de carga, antes predominaban las marcas extranjeras y taiwanesas. Marcas extranjeras como ON, PI y Dialog (iwatt), que fabrican principalmente componentes primarios y secundarios, e Infineon (Cypress), que se encarga principalmente de los acuerdos; marcas taiwanesas como Tongjia y Angbao, que ofrecen soluciones completas, etc.  
En los últimos años, los fabricantes nacionales locales han logrado avances significativos en CA/CC, como SiLijie, Jiehuat, Xinpengwei, Shilanwei, etc., que se dedican principalmente a la parte primaria y secundaria; Yingjixin, Zhilong, Huinengtai, etc., que se dedican principalmente a acuerdos; y Shanghai Nanxin, que ofrece soluciones completas, destacando especialmente que Nanxin también cuenta con una solución completa de accionamiento directo de nitruro de galio de tercera generación.  
       

Fast charging chip in mobile phone

La solución de carga rápida en el teléfono móvil es el elemento central de todo el sistema de carga. Su función principal es convertir eficientemente la energía enviada desde el cargador, cargarla de forma que la batería pueda aceptarla y, además, realizar una serie de funciones de detección y protección.  
Efficiency has always been the biggest bottleneck restricting fast charging of mobile phones. Because mobile phones have very little space and user experience must be considered, heating is a very headache.  
  Hasta ahora, la arquitectura de carga en los teléfonos móviles ha pasado por tres generaciones de desarrollo:    
 

• linear charging
• carga del interruptor
• charge pump charging

La carga lineal se ha eliminado por completo en los teléfonos inteligentes, y solo se siguen utilizando teléfonos básicos de gama ultrabaja.  
Switch charging is currently the mainstream of mobile phones. The efficiency is generally between 88% and 92%, and the charging power level is about 18w. For example, TI's BQ2560x is a universal main charger, which can complete the pre-charger, the constant current stage of up to 18w, and the complete charging process of the end charger.  
En los teléfonos móviles, el cargador principal suele estar integrado en la placa base de la plataforma. Algunos fabricantes añaden un chip de carga conmutada adicional para disipar el calor y lograr una mejor experiencia de usuario.  
Algunas soluciones especiales pueden lograr una mayor eficiencia, como el MP2762 de MPS y el BQ25790 de TI, así como el SC8982 de Nanxin, que es una solución de carga elevadora y reductora para baterías de doble cadena que puede alcanzar una eficiencia de hasta aproximadamente el 95 %.  
La carga por conmutación es una solución de carga de segunda generación, pero aún presenta importantes dificultades técnicas. No hay muchos fabricantes nacionales que la implementen correctamente. Actualmente, las plataformas de telefonía móvil y Texas Instruments (TI) son los principales actores. Los fabricantes nacionales más destacados son Silicon Power, Shengbang Micro y Nanxin.  
Actualmente, la carga mediante bomba de carga es la única solución para la carga rápida de teléfonos móviles de gama media y alta. Ofrece una eficiencia ultra alta, generalmente cercana al 97%, y se utiliza como solución de carga auxiliar para el proceso de carga de corriente constante.  
The scientific name of the charge pump is "high-voltage direct charging". When it comes to direct charging, we have to mention OPPO's "low-voltage direct charging" technology, a pioneer in the domestic power supply field. "High-voltage direct charging" is based on this technology.  
Los cargadores de bomba de carga generalmente funcionan según relaciones de voltaje, como la clásica 2:1, la de alta potencia 4:2, la 4:1, la de ultra alto voltaje 6:2, etc.  
2:1 products are mainly used in medium charging power levels of 30-50w; 4:2 are mainly used in high-power dual-string battery solutions; and the latest 4:1 architecture is used in high-power 1S battery architecture, which also benefits from the rapid development of battery charging rates.  
Desde que ON, Dialog y TI lanzaron sus primeros productos de bomba de carga, los fabricantes nacionales de teléfonos móviles percibieron de inmediato un cambio trascendental. Al mismo tiempo, muchos fabricantes nacionales de chips también siguieron de cerca esta tendencia, logrando incluso un cierto grado de dominio en poco tiempo.  
La primera bomba de carga de semiconductores de producción en masa de fabricación nacional es un chip de bomba de carga 4:2 de Xidi Micro, que se utiliza para una simple conversión de voltaje; pero el primer fabricante de chips de cargador de bomba de carga de producción en masa es Shanghai Nanxin con su SC8551, que es compatible con el clásico de la industria BQ25970.  
Además de las plataformas, varios fabricantes han lanzado al mercado una variedad de productos de bombas de carga.Foreign brands such as:  
 

• TI: 2:1, 4:2, cargador
• Lion: cargador 2:1; convertidor 4:2; convertidor 6:2 (recién adquirido por Cirrus Logic)
• Máxima: convertidor 2:1

  Domestic brands include:    
 

• Nanxin: cargador 2:1 (30w/40w); cargador 2:1 con protocolo; convertidor 2:1; convertidor 4:2; cargador 4:2; cargador 4:1; convertidor 6:2;
• Xidiwei: 2:1 charger; 4:2 converter
• Silicon Lijie: 2:1 charger; 4:2 Charger
• Chipmax: cargador 2:1; (anteriormente Silicon Mitus, adquirida este año por capital estatal)
• St. Bonwe: 2:1 charger;

El cargador de bomba de carga proporciona directamente carga de alta potencia a la batería, por lo que los requisitos de seguridad son muy estrictos. Los fabricantes de teléfonos móviles de marca son muy cautelosos con su introducción. Actualmente, además de las plataformas y TI, los fabricantes nacionales solo cuentan con una gran cantidad de productos de Nanxin. En algunos informes recientes de desmontaje, se observa que muchos de los nuevos cargadores de bomba de carga de Nanxin se utilizan en teléfonos móviles de diversas marcas. Debido a la particularidad de este producto, los fabricantes líderes mantendrán su posición dominante y las posibilidades de que los rezagados se incorporen al mercado son escasas.  
The picture below is a block diagram of the fast charging solution in a mobile phone, which also includes the charging protocol chip solution.  
   
       

Protocolo de carga

El protocolo es la clave de la carga rápida. Durante todo el proceso de carga rápida, el sistema del teléfono móvil y el cabezal de carga deben comunicarse en tiempo real, y el voltaje/corriente debe ajustarse y monitorearse con precisión en tiempo real para lograr la carga rápida.  
  At present, each major mobile phone brand has its own private agreement, such as:  

• Protocolo privado de Xiaomi basado en CC;
• Huawei/Honor SCP;
• OPPO VOOC ；
• Cargador flash VIVO;
• Protocolo privado I2C de Transsion, etc.

  Mobile platforms also have their own protocol solutions, such as:  

• Qualcomm’s QC series
• MTK的PE

  Por supuesto, también existen alianzas de acuerdos especializados, como por ejemplo:  

• PD of US USB-IF;
• UFCS de la Liga Verde Nacional.

La mayoría de los chips de protocolo en los teléfonos móviles se implementan mediante plataformas o microcontroladores. Sin embargo, existen casos especiales que requieren personalización, como Yingjixin, el chip de protocolo QC de Weiquan, el PHY PD de Richtek, etc.  
China's own interoperability agreement - UFCS, which is generally optimistic about the future, has plans to support by major manufacturers. In addition to several manufacturers, Silicon Power, Nanxin, Rockchip, Angbao, Chippeng Micro, etc. are also in the alliance and actively participate in the formulation of the UFCS agreement and the development of chips. From a long-term perspective, various protocols will be unified and integrated into the platform.  
El chip de protocolo debe estar presente tanto en el teléfono móvil como en el cabezal de carga. Para obtener información sobre el chip de protocolo dentro del teléfono móvil, consulte el diagrama de bloques del capítulo anterior. A continuación, se muestra el diagrama de aplicación básico del chip de protocolo en el cabezal de carga.  
   
       

Interfaces y cables

No solo es necesario actualizar los distintos módulos de chips del enlace de carga para cumplir con los requisitos de carga rápida, sino que las interfaces y los cables también necesitan un tratamiento especial para reducir la impedancia y la generación de calor.
Entry-level fast charging is generally defined as 30w (or 22.5w) because the cost is the lowest. This power level is largely defined based on the 3A current capability of standard cables.  
The charging interfaces of mobile phones have basically been unified into C ports, and cables are mainly divided into two categories: A to C and C to C. Cables with a current capacity exceeding 6A have become standard equipment for high-power charging mobile phones, but e-marks are required inside the cables to identify the current capacity. Our industrious and brave Chinese people even invented an A to C port cable with an extra CC pin, adding a twist to the already colorful fast charging solution.  
       

Conclusión

La imagen que aparece a continuación muestra un diagrama completo de la arquitectura de carga por cable. Cada módulo es claramente visible y se puede apreciar de un vistazo. Sirve como resumen de la arquitectura técnica descrita en este artículo.
   
Este artículo presenta brevemente la solución de chips para la carga rápida integral de teléfonos móviles. Muchos fabricantes nacionales ya han realizado importantes avances en este ámbito. Sin embargo, también se observa que la mayoría de los fabricantes se centran actualmente en un área específica de la carga rápida, y solo unas pocas empresas tienen la capacidad de ofrecer una solución completa para la carga rápida de teléfonos móviles. A juzgar por el panorama actual de la carga rápida, solo unas pocas empresas con gran influencia y solidez, como Qualcomm, TI y Nanxin, se convertirán en las grandes triunfadoras en este sector.  
La siguiente tabla enumera algunos fabricantes representativos de diversos módulos funcionales de carga rápida para teléfonos móviles.
 

En los últimos años, la industria nacional de semiconductores ha experimentado un rápido desarrollo. Por un lado, las capacidades técnicas han madurado gradualmente. Por otro lado, el fuerte apoyo de las políticas nacionales y de los fabricantes de teléfonos móviles ha propiciado la aparición de numerosos fabricantes de semiconductores. Si bien este fenómeno es positivo, para alcanzar mayor tamaño y fortaleza se requiere una escala considerable y una línea de productos integral. Solo empresas nacionales como Silicon Power, Shengbangwei y Nanxin pueden prosperar aprovechando esta tendencia.

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