La recharge rapide des téléphones portables s'est développée très rapidement ces dernières années, notamment chez les cinq principales marques chinoises, qui ont surpassé Apple et Samsung en termes de puissance et de vitesse de charge, incitant les fabricants de puces de recharge rapide à innover sans cesse en matière de technologie et de produits, et à en introduire de nouveaux.  
Texas Instruments, géant international des puces analogiques, a toujours dominé le marché de la gestion de l'énergie et fait figure de référence pour l'industrie. L'entreprise est également très présente sur le marché de la charge rapide pour téléphones mobiles. Cependant, ces dernières années, grâce à l'amélioration considérable des capacités techniques et de R&D des fabricants chinois de puces de charge, et sous l'influence du contexte international et du soutien des politiques nationales, ces derniers ont connu un développement important. Certaines entreprises émergentes chinoises de semi-conducteurs, telles que Nanxin et Xidi Micro, affichent des performances remarquables sur le marché de la charge rapide pour téléphones mobiles.  
La charge rapide est devenue une fonctionnalité essentielle des téléphones mobiles de milieu et haut de gamme, et représente une part importante de leur coût. Il s'agit d'un système complexe, comprenant des têtes de charge, des interfaces, des câbles de charge, des puces de charge rapide, des connecteurs de batterie, des cellules et autres composants d'alimentation, ainsi qu'un protocole de communication, véritable cœur de la charge rapide. Chaque élément de cette chaîne d'alimentation doit garantir une efficacité et une puissance élevées pour permettre une charge rapide, sans aucune défaillance.  
Cet article vous présente le module fonctionnel de la puce à liaison complète de la solution de charge rapide pour téléphones portables, y compris les têtes de charge, les puces de charge rapide pour téléphones portables, les solutions de protocole, etc.  
       

Tête de chargement

La tête de charge est le principal fournisseur d'énergie du système de charge rapide. Son efficacité a considérablement augmenté, passant de 2.5 W à 200 W. Grâce aux matériaux GAN de dernière génération, son rendement est amélioré et son encombrement réduit.  
La figure ci-dessous est un schéma fonctionnel d'une solution AC/DC, composée principalement de trois modules de commande : côté primaire, côté secondaire et protocole, ainsi que de transformateurs, de dispositifs de rétroaction d'isolation, etc. En fonction des différents niveaux de puissance, des sélections appropriées sont effectuées pour répondre aux différentes exigences en matière de puissance et aux besoins des clients.  
   
Les convertisseurs AC/DC adoptent généralement l'architecture flyback classique. En cas de forte puissance, des technologies telles que la commutation douce, les transistors au nitrure de gallium et la correction du facteur de puissance (PFC) sont utilisées pour améliorer encore le rendement et ainsi augmenter la puissance.
Certaines têtes de charge miniaturisées en forme de rouge à lèvres, de biscuit, etc., que nous avons vues utilisent un grand nombre de nouveaux matériaux et technologies tels que le MOS au nitrure de gallium et les transformateurs à écran plat.  
Le marché des têtes de charge était autrefois dominé par des marques étrangères et taïwanaises. Parmi les marques étrangères, on trouvait ON, PI et Dialog (iwatt), spécialisées dans la fabrication des parties primaire et secondaire, et Infineon (Cypress), qui gérait principalement les contrats ; tandis que les marques taïwanaises telles que Tongjia et Angbao proposaient des solutions complètes.  
Ces dernières années, les fabricants locaux ont réalisé des progrès rapides dans le domaine des convertisseurs AC/DC, tels que SiLijie, Jiehuat, Xinpengwei, Shilanwei, etc., qui se concentrent principalement sur les segments primaire et secondaire ; Yingjixin, Zhilong, Huinengtai, etc., qui se spécialisent principalement dans les accords ; et Shanghai Nanxin, qui propose des solutions complètes, notamment une solution complète d'entraînement direct au nitrure de gallium de troisième génération.  
       

Puce de charge rapide dans téléphone portable

La solution de charge rapide du téléphone portable est l'élément central du processus de charge. Sa fonction principale est de convertir efficacement l'énergie provenant du chargeur, de charger la batterie de manière à ce qu'elle puisse l'accepter, et d'assurer également diverses fonctions de détection et de protection.  
L'efficacité a toujours été le principal obstacle à la recharge rapide des téléphones portables. Compte tenu de leur petite taille et de l'importance du confort d'utilisation, la surchauffe représente un véritable problème.  
  Jusqu'à présent, l'architecture de charge des téléphones mobiles a connu trois générations de développement :    
 

• recharge linéaire
• chargeur de commutation
• pompe de charge

La recharge linéaire a été totalement éliminée sur les smartphones, et seuls les téléphones mobiles d'entrée de gamme sont encore utilisés.  
La charge par interrupteur est actuellement la norme pour les téléphones mobiles. Son rendement se situe généralement entre 88 % et 92 %, et sa puissance de charge est d'environ 18 W. Par exemple, le BQ2560x de TI est un chargeur principal universel qui assure la précharge, la phase de courant constant jusqu'à 18 W et le processus de charge complet.  
Dans les téléphones mobiles, le chargeur principal est généralement intégré à l'interface de gestion de l'alimentation (PMI) de la plateforme. Certains fabricants ajoutent une puce de charge supplémentaire pour dissiper la chaleur et offrir une meilleure expérience utilisateur.  
Certaines solutions spéciales peuvent atteindre une efficacité supérieure, telles que le MP2762 de MPS et le BQ25790 de TI, ainsi que le SC8982 de Nanxin, qui est une solution de charge élévateur et abaisseur pour les batteries à double chaîne pouvant atteindre une efficacité allant jusqu'à environ 95 %.  
La recharge par commutateur est une solution de recharge de deuxième génération, mais elle présente encore d'importantes difficultés techniques. Peu de fabricants chinois la maîtrisent. Actuellement, les plateformes de téléphonie mobile et TI sont les acteurs majeurs. Les principaux fabricants chinois sont Silicon Power, Shengbang Micro et Nanxin.  
La charge par pompe est actuellement la seule solution pour la charge rapide des téléphones mobiles de milieu et haut de gamme. Elle offre un rendement ultra-élevé, généralement autour de 97 %, et est utilisée comme solution de charge auxiliaire pour la charge à courant constant.  
Le nom scientifique de cette pompe de charge est « charge directe haute tension ». En matière de charge directe, il convient de mentionner la technologie de « charge directe basse tension » d'OPPO, pionnière dans le domaine de l'alimentation électrique en Chine. La « charge directe haute tension » repose sur cette technologie.  
Les chargeurs à pompe de charge fonctionnent généralement selon des rapports de tension, tels que le classique 2:1, le 4:2 haute puissance, le 4:1, le 6:2 ultra haute tension, etc.  
Les produits 2:1 sont principalement utilisés dans des niveaux de puissance de charge moyens de 30 à 50 W ; les produits 4:2 sont principalement utilisés dans des solutions de batteries à double chaîne haute puissance ; et la toute dernière architecture 4:1 est utilisée dans l'architecture de batterie 1S haute puissance, qui bénéficie également du développement rapide des taux de charge des batteries.  
Dès le lancement des premiers systèmes de charge par ON, Dialog et TI, les fabricants de téléphones mobiles chinois ont immédiatement perçu un changement majeur. Parallèlement, de nombreux fabricants de puces chinois ont emboîté le pas et ont même atteint un certain niveau d'excellence en peu de temps.  
La première pompe de charge à semi-conducteurs produite en masse en Chine est une puce de pompe de charge 4:2 de Xidi Micro, utilisée pour une simple conversion de tension ; mais le premier fabricant de puces de charge à pompe produites en masse est Shanghai Nanxin avec le SC8551, compatible avec le classique de l'industrie BQ25970.  
Outre les plateformes, plusieurs fabricants ont lancé divers produits de pompes de charge.Marques étrangères telles que :  
 

• TI : chargeur 2:1, 4:2
• Lion : chargeur 2:1 ; convertisseur 4:2 ; convertisseur 6:2 (récemment acquis par Cirrus Logic)
• Maxime : convertisseur 2:1

  Les marques nationales comprennent :    
 

• Nanxin: 2:1 charger (30w/40w); 2:1 charger with protocol; 2:1 converter; 4:2 converter; 4:2 charger; 4:1 charger; 6:2 converter;
• Xidiwei : chargeur 2:1 ; convertisseur 4:2
• Silicon Lijie : chargeur 2:1 ; chargeur 4:2
• Chipmax : chargeur 2:1 ; (anciennement Silicon Mitus, acquis cette année par un groupe d’État)
• St. Bonwe : chargeur 2:1 ;

Le chargeur à pompe de charge fournit directement une charge haute puissance à la batterie, ce qui impose des exigences de sécurité très élevées. Les fabricants de téléphones mobiles de marque sont très prudents quant à son adoption. Actuellement, hormis Platforms et TI, seuls Nanxin est largement distribué par les fabricants chinois. Des analyses récentes ont révélé que de nombreux chargeurs à pompe de charge Nanxin équipent plusieurs marques de téléphones mobiles. Compte tenu des spécificités de ce produit, les fabricants leaders conserveront leur position dominante, tandis que les nouveaux entrants auront peu de chances de s'imposer.  
L'image ci-dessous est un schéma fonctionnel de la solution de charge rapide pour téléphone mobile, incluant également la solution de puce de protocole de charge.  
   
       

Protocole de charge

Le protocole est essentiel à la charge rapide. Durant tout le processus de charge rapide, le système du téléphone et le chargeur doivent communiquer en temps réel, et la tension/le courant doivent être ajustés et surveillés avec précision en temps réel pour permettre une charge rapide.  
  Actuellement, chaque grande marque de téléphones mobiles possède son propre accord privé, par exemple :  

• Xiaomi’s private protocol based on CC;
• Huawei/Honor SCP ;
• OPPO的VOOC；
• VIVO的Chargeur Flash ;
• Protocole privé I2C de Transsion, etc.

  Les plateformes mobiles disposent également de leurs propres solutions protocolaires, telles que :  

• Série QC de Qualcomm
• MTK的PE

  Bien entendu, il existe également des alliances contractuelles spécialisées, telles que :  

• PD de l'USB-IF américain ;
• UFCS de la Ligue Verte Nationale.

La plupart des puces de protocole des téléphones mobiles sont implémentées via des plateformes ou des microcontrôleurs. Il existe cependant des cas particuliers nécessitant une personnalisation, comme la puce de protocole QC de Yingjixin et Weiquan, ou le PHY PD de Richtek.  
L'accord d'interopérabilité chinois UFCS, qui affiche un optimisme certain quant à son avenir, prévoit le soutien des principaux fabricants. Outre plusieurs d'entre eux, Silicon Power, Nanxin, Rockchip, Angbao et Chippeng Micro, entre autres, font partie de l'alliance et participent activement à l'élaboration de l'accord UFCS et au développement des puces. À terme, différents protocoles seront unifiés et intégrés à la plateforme.  
La puce de protocole doit être présente à la fois dans le téléphone mobile et dans le chargeur. Pour la puce de protocole intégrée au téléphone mobile, veuillez vous référer au schéma fonctionnel du chapitre précédent. Le schéma d'application de base de la puce de protocole dans le chargeur est présenté ci-dessous.  
   
       

Interfaces et câbles

Il ne suffit pas de mettre à niveau les différents modules de puces de la liaison de charge en fonction des exigences de charge rapide ; les interfaces et les câbles nécessitent également un traitement spécial pour réduire l’impédance et la génération de chaleur.
La recharge rapide d'entrée de gamme est généralement définie comme une puissance de 30 W (ou 22.5 W) car elle représente le coût le plus bas. Ce niveau de puissance est principalement déterminé par la capacité de courant de 3 A des câbles standard.  
Les interfaces de charge des téléphones portables sont désormais majoritairement des ports USB-C, et les câbles se divisent principalement en deux catégories : USB-A vers USB-C et USB-C vers USB-C. Les câbles d'une capacité supérieure à 6 A sont devenus la norme pour la charge rapide des téléphones portables, mais un marquage électronique est obligatoire à l'intérieur du câble pour identifier cette capacité. Nos ingénieux et audacieux Chinois ont même inventé un câble USB-A vers USB-C doté d'une broche CC supplémentaire, apportant une nouvelle dimension à cette solution de charge rapide déjà bien fournie.  
       

Conclusion

L'image ci-dessous représente un schéma complet de l'architecture de bout en bout d'un système de recharge filaire. Chaque module est clairement visible et identifiable en un coup d'œil. Elle résume la partie technique de cet article consacrée à l'architecture.
   
This article briefly introduces the chip solution for the full link of mobile phone fast charging. Many domestic manufacturers have already made in-depth arrangements here and have made great progress. At the same time, we have also seen that most manufacturers are currently only focusing on a certain area of ​​the fast charging link, and only a few companies have the ability to provide a complete solution for the entire mobile phone fast charging link. Judging from the current fast charging landscape, only a few companies with strong influence and strength, such as Qualcomm, TI, and Nanxin, will become the biggest winners in this field.  
Le tableau suivant répertorie quelques fabricants représentatifs de différents modules fonctionnels de charge rapide pour téléphones portables.
 

Ces dernières années, le secteur des semi-conducteurs chinois a connu un développement fulgurant. D'une part, les capacités techniques ont progressivement atteint leur pleine maturité. D'autre part, le soutien important des politiques nationales et des fabricants de téléphones mobiles a également contribué à cette croissance. De nombreux fabricants de semi-conducteurs ont ainsi vu le jour en un nombre impressionnant d'entreprises. Ce phénomène est certes positif, mais pour se développer et s'imposer durablement, il est indispensable d'atteindre une certaine envergure et de proposer une gamme de produits complète. Seules des entreprises chinoises telles que Silicon Power, Shengbangwei et Nanxin, portées par cette dynamique, peuvent véritablement franchir un cap.

Avertissement : Cet article est reproduit de « Semiconductor Industry Observation ». Il reflète uniquement l’opinion de son auteur et n’engage en rien Sacco Micro ni l’industrie. Sa reproduction et son partage visent uniquement à protéger les droits de propriété intellectuelle. Veuillez indiquer la source originale et l’auteur. En cas d’infraction, veuillez nous contacter afin que nous supprimions le contenu.

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