La ricarica rapida dei telefoni cellulari si è sviluppata molto rapidamente negli ultimi anni, soprattutto per i cinque principali marchi nazionali, che hanno superato Apple e Samsung in termini di potenza e velocità di ricarica, spingendo i produttori di chip per la ricarica rapida a innovare continuamente la tecnologia e i prodotti, introducendone di nuovi.  
Texas Instruments, gigante internazionale nel settore dei chip analogici, è da sempre un'azienda leader nel mercato della gestione energetica e un punto di riferimento da imitare per l'intero settore. Detiene inoltre una posizione di rilievo nel mercato della ricarica rapida per dispositivi mobili. Tuttavia, negli ultimi anni, grazie al notevole miglioramento delle capacità tecniche e di ricerca e sviluppo dei produttori nazionali di chip per la ricarica, e sotto l'influenza del contesto internazionale e il supporto delle politiche nazionali, alcune aziende emergenti nel settore dei semiconduttori, come Nanxin, Xidi Micro, ecc., hanno ottenuto risultati davvero brillanti nel mercato della ricarica rapida per dispositivi mobili.  
Fast charging has become an essential feature of mid-to-high-end mobile phones, and it also accounts for a large part of the cost of mobile phones. This is a system project with a long link, including charging heads, interfaces, charging cables, fast charging chips, battery connectors, cells and other power paths, as well as a communication protocol called the soul of fast charging. Every part of the power link must achieve high efficiency and high power to make fast charging possible, and there must be no shortcomings.  
Questo articolo offre un'introduzione al modulo funzionale del chip full-link per la soluzione di ricarica rapida dei telefoni cellulari, inclusi i connettori di ricarica, i chip di ricarica rapida per cellulari, le soluzioni di protocollo, ecc.  
       

Testa di ricarica

The charging head is the energy provider of the entire fast charging link. It has developed by leaps and bounds from the earliest 2.5w to the current highest 200w. And with the support of the latest Gan materials, the efficiency can be made higher and the volume smaller.  
La figura seguente mostra un diagramma a blocchi di una soluzione AC/DC, che si compone principalmente di tre moduli di controllo: lato primario, lato secondario e protocollo, oltre a trasformatori, dispositivi di feedback di isolamento, ecc. In base ai diversi livelli di potenza, vengono effettuate le opportune selezioni per soddisfare i diversi requisiti di potenza e le esigenze 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.
Alcune delle testine di ricarica miniaturizzate a forma di rossetto, di biscotto, ecc. che abbiamo visto utilizzano un gran numero di nuovi materiali e tecnologie come i transistor MOS al nitruro di gallio e i trasformatori a pannello piatto.  
In the charging head market, it used to be dominated by foreign and Taiwanese brands. Foreign brands such as ON, PI, Dialog (iwatt), which mainly make primary and secondary sides, and Infineon (Cypress), which mainly handles agreements; Taiwanese brands such as Tongjia and Angbao, which can provide complete solutions, etc.  
Negli ultimi anni, i produttori nazionali locali hanno fatto rapidi progressi nel settore AC/DC, come SiLijie, Jiehuat, Xinpengwei, Shilanwei, ecc., che si occupano principalmente di lato primario e secondario; Yingjixin, Zhilong, Huinengtai, ecc. si occupano principalmente di accordi; e Shanghai Nanxin, che fornisce soluzioni complete, menziona in particolare di avere anche una soluzione completa di azionamento diretto al nitruro di gallio di terza generazione.  
       

Chip per la ricarica rapida nei telefoni cellulari

La soluzione di ricarica rapida integrata nel telefono cellulare rappresenta l'anello centrale dell'intero processo di ricarica. La sua funzione principale è quella di convertire in modo efficiente l'energia inviata dal caricabatterie, caricarla in un modo che la batteria possa assorbire e svolgere una serie di funzioni di rilevamento e protezione.  
L'efficienza è sempre stata il principale ostacolo alla ricarica rapida dei telefoni cellulari. Poiché i telefoni cellulari hanno uno spazio molto limitato e l'esperienza utente deve essere curata, il surriscaldamento rappresenta un problema non indifferente.  
  Finora, l'architettura di ricarica dei telefoni cellulari ha attraversato tre generazioni di sviluppo:    
 

• linear charging
• interruttore di ricarica
• carica pompa

La ricarica lineare è stata completamente eliminata dagli smartphone, e solo i telefoni cellulari di fascia bassissima sono ancora in uso.  
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.  
In mobile phones, the main charger is usually integrated within the PMI of the platform. Some manufacturers will add an additional switch charging chip to dissipate heat and achieve a better user experience.  
Alcune soluzioni speciali possono raggiungere un'efficienza maggiore, come l'MP2762 di MPS e il BQ25790 di TI, così come l'SC8982 di Nanxin, una soluzione di ricarica step-up e step-down per batterie a doppia stringa che può raggiungere un'efficienza fino al 95% circa.  
La ricarica a interruttore è una soluzione di ricarica di seconda generazione, ma presenta ancora notevoli difficoltà tecniche. Non sono molti i produttori nazionali in grado di realizzarla con successo. Attualmente, le piattaforme per telefoni cellulari e Texas Instruments (TI) sono i principali attori del settore. I produttori nazionali più importanti sono Silicon Power, Shengbang Micro e Nanxin.  
Attualmente, la ricarica tramite pompa di carica è l'unica soluzione per la ricarica rapida di smartphone di fascia medio-alta. Vanta un'efficienza elevatissima, generalmente intorno al 97%, e viene utilizzata come soluzione di ricarica ausiliaria per il processo di ricarica a corrente costante.  
Il nome scientifico della pompa di carica è "ricarica diretta ad alta tensione". Quando si parla di ricarica diretta, è doveroso citare la tecnologia "ricarica diretta a bassa tensione" di OPPO, pioniera nel settore degli alimentatori in Cina. La "ricarica diretta ad alta tensione" si basa proprio su questa tecnologia.  
I caricabatterie a pompa funzionano generalmente secondo rapporti di tensione, come il classico 2:1, l'alta potenza 4:2, il 4:1, l'altissima tensione 6:2, ecc.  
I prodotti 2:1 sono utilizzati principalmente in livelli di potenza di carica medi da 30 a 50 W; i 4:2 sono utilizzati principalmente in soluzioni di batterie a doppia stringa ad alta potenza; e la più recente architettura 4:1 è utilizzata nell'architettura di batterie 1S ad alta potenza, che beneficia anche del rapido sviluppo delle velocità di carica delle batterie.  
Fin dal lancio dei primi prodotti con tecnologia a pompa di carica da parte di ON, Dialog e TI, i produttori cinesi di telefoni cellulari hanno immediatamente percepito un cambiamento epocale. Allo stesso tempo, molti produttori cinesi di chip si sono attivamente attivati, raggiungendo in breve tempo un certo livello di eccellenza.  
Il primo circuito integrato a pompa di carica prodotto in serie a livello nazionale è un chip a pompa di carica 4:2 di Xidi Micro, utilizzato per la semplice conversione di tensione; tuttavia, il primo produttore di chip a pompa di carica per caricabatterie prodotto in serie è Shanghai Nanxin con il modello SC8551, compatibile con il classico del settore BQ25970.  
Oltre alle piattaforme, diversi produttori hanno lanciato una varietà di prodotti per pompe di carica.Marchi stranieri come:  
 

• TI: caricabatterie 2:1, 4:2
• Lion: caricatore 2:1; convertitore 4:2; convertitore 6:2 (appena acquisito da Cirrus Logic)
• Massima: convertitore 2:1

  Domestic brands include:    
 

• Nanxin: caricabatterie 2:1 (30w/40w); caricabatterie 2:1 con protocollo; convertitore 2:1; convertitore 4:2; caricabatterie 4:2; caricabatterie 4:1; convertitore 6:2;
• Xidiwei: caricatore 2:1; convertitore 4:2
• Silicon Lijie: caricatore 2:1; caricatore 4:2
• Chipmax: caricabatterie 2:1; (precedentemente Silicon Mitus, acquisita quest'anno da un ente statale)
• St. Bonwe: 2:1 charger;

Il caricabatterie a pompa fornisce direttamente una carica ad alta potenza alla batteria, pertanto i requisiti di sicurezza sono molto elevati. I produttori di telefoni cellulari di marca sono molto cauti riguardo alla sua introduzione sul mercato. Attualmente, oltre alle piattaforme e a TI, i produttori nazionali utilizzano un gran numero di prodotti di Nanxin. Da alcuni recenti report di smontaggio, si evince che molti dei nuovi prodotti a pompa di carica di Nanxin sono utilizzati in telefoni cellulari di diverse marche. Data la particolarità di questo prodotto, i produttori leader manterranno la loro posizione dominante e le possibilità di successo per i nuovi arrivati ​​sono scarse.  
L'immagine sottostante è un diagramma a blocchi della soluzione di ricarica rapida in un telefono cellulare, che include anche la soluzione del chip per il protocollo di ricarica.  
   
       

Protocollo di ricarica

Il protocollo è l'anima della ricarica rapida. Durante l'intero processo di ricarica rapida, il sistema del telefono cellulare e la testina di ricarica devono comunicare in tempo reale, e la tensione/corrente devono essere regolate e monitorate con precisione in tempo reale per realizzare il processo di ricarica rapida della pompa di carica.  
  Attualmente, ogni grande marchio di telefoni cellulari ha un proprio accordo privato, come ad esempio:  

• Protocollo privato di Xiaomi basato su CC;
• Huawei/Honor SCP;
• OPPO'VOOC;
• Caricabatterie flash VIVO;
• Protocollo privato I2C di Transsion, ecc.

  Anche le piattaforme mobili dispongono di proprie soluzioni di protocollo, come ad esempio:  

• Qualcomm’s QC series
• MTK'PE

  Naturalmente, esistono anche alleanze basate su accordi specializzati, come ad esempio:  

• PD di US USB-IF;
• UFCS della Lega Verde Nazionale.

La maggior parte dei chip di protocollo nei telefoni cellulari viene implementata tramite piattaforme o MCU. Esistono anche alcuni casi particolari che richiedono personalizzazioni, come nel caso di Yingjixin, del chip di protocollo QC di Weiquan, del PHY PD di Richtek, ecc.  
L'accordo di interoperabilità cinese UFCS, che gode di un generale ottimismo per il futuro, prevede il supporto dei principali produttori. Oltre a diversi produttori, anche Silicon Power, Nanxin, Rockchip, Angbao, Chippeng Micro e altri fanno parte dell'alleanza e partecipano attivamente alla definizione dell'accordo UFCS e allo sviluppo dei chip. In una prospettiva a lungo termine, diversi protocolli saranno unificati e integrati nella piattaforma.  
The protocol chip needs to be present in the mobile phone and the charging head. For the protocol chip inside the mobile phone, please refer to the block diagram in the previous chapter. The following is the basic application diagram of the protocol chip in the charging head.  
   
       

Interfacce e cavi

Non solo i vari moduli chip presenti sul collegamento di ricarica devono essere aggiornati in base ai requisiti di ricarica rapida, ma anche le interfacce e i cavi necessitano di un trattamento speciale per ridurre l'impedenza e la generazione di calore.
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.  
       

Conclusione

The picture below is a complete end-to-end architecture diagram of wired charging. Each module is clearly visible and clear at a glance. It serves as a summary of the technical architecture part of this article.
   
Questo articolo introduce brevemente la soluzione a chip per l'intero processo di ricarica rapida dei telefoni cellulari. Molti produttori nazionali hanno già investito a fondo in questo ambito, ottenendo notevoli progressi. Allo stesso tempo, abbiamo constatato che la maggior parte dei produttori si concentra attualmente solo su una specifica area del processo di ricarica rapida, e solo poche aziende sono in grado di fornire una soluzione completa per l'intero ciclo di ricarica. A giudicare dall'attuale panorama della ricarica rapida, solo poche aziende con forte influenza e solidità, come Qualcomm, Texas Instruments e Nanxin, si affermeranno come leader indiscussi in questo settore.  
La tabella seguente elenca alcuni produttori rappresentativi di vari moduli funzionali per la ricarica rapida dei telefoni cellulari.
 

Negli ultimi anni, il settore dei semiconduttori in Cina ha conosciuto una rapida crescita. Da un lato, le capacità tecniche sono gradualmente maturate. Dall'altro, ciò è dovuto anche al forte sostegno delle politiche nazionali e dei produttori di telefoni cellulari. Molte aziende produttrici di semiconduttori sono sorte come funghi dopo la pioggia. Questo è certamente un fenomeno positivo, ma per crescere e affermarsi, è necessario raggiungere una certa dimensione e disporre di una gamma di prodotti completa. Solo aziende nazionali come Silicon Power, Shengbangwei e Nanxin possono raggiungere traguardi sempre più ambiziosi, sfruttando appieno questo trend favorevole.

Disclaimer: Questo articolo è riprodotto da "Semiconductor Industry Observation". Questo articolo rappresenta esclusivamente le opinioni personali dell'autore e non quelle di Sacco Micro o del settore. La sua ristampa e condivisione sono consentite solo a supporto della tutela dei diritti di proprietà intellettuale. Si prega di indicare la fonte originale e l'autore in caso di ristampa. In caso di violazione del copyright, si prega di contattarci per richiederne la rimozione.

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