5G時代の到来により、携帯電話の電力要件はますます高くなり、より強力な携帯電話のバッテリー使用量がますます増加し、ゲームやストリーミングで使用される携帯電話がますます増えています。

携帯電話メーカーは、サイズ、表示画面、カメラの性能の面で大きな革新を遂げてきました。機能や性能が向上する一方、消費電力も増加しています。 1 日 1 回充電するという一般的な問題は修正が難しく、バッテリー寿命は長い間ユーザー エクスペリエンスに影響を与えてきました。電池容量の増加だけでは電池寿命の問題を完全に解決することはできず、充電時間の短縮が携帯電話の改良の方向性の1つとなっています。

凡例: Jeffery Lawton 氏、オン セミコンダクター、製品マーケティング マネージャー

iPhone12か標準の電源アダプタを廃止するか？アクセサリーメーカーのカーニバルがやってくる？

2019年、中国のトップテクノロジー企業であるXiaomi、OPPO、VIVOなどの携帯電話メーカーは、高出力急速充電器の標準化を開始し、関連する電源デバイス、メインコントロール、ドライバー、プロトコルチップ、電源管理、さらにはパッシブデバイスにも新しい要件が提示され始めました。15月1日、Appleは新しいApple Watchをリリースしました。公式サイトに表示されている情報によると、新しいApple Watchには引き続き5メートルの磁気充電ケーブルが付属していますが、以前付属していたXNUMXW電源アダプターは箱に含まれていません。業界の噂を考えてみてください。次の新しいiPhoneも標準電源アダプターをキャンセルします。

Apple製品の標準電源アダプタの廃止は、充電ヘッド業界に大きなチャンスをもたらす可能性がある。調査会社オムディアによると、アップルは37.7年上半期に世界中で推定11万台のiPhone 2020スマートフォンを出荷したが、これは次善の競合他社よりも26万台多い。新しい iPhone で標準の電源アダプタが廃止されると、数千万件の電源アダプタのニーズがサードパーティの電源アダプタ メーカーに解放されることになります。

オン・セミコンダクターの製品マーケティングマネージャー、ジェフリー・ロートン氏は、急速充電市場は急速に発展しており、アジアの携帯電話メーカーとサードパーティの修理部品市場プレーヤーが独占していると述べた。市場は 2020 年に 15 倍以上に成長しました。同氏は、標準的な携帯電話の充電器の出力が 50 W から 60 または 100 W の範囲で 5 倍から XNUMX 倍になり、一部の携帯電話は短時間で XNUMX W を超える充電をサポートするように設計されていると予想しています。 「これまでは、特に複数の USB 出力を備えた充電器を提供することで、サードパーティ メーカーが高出力充電器を独占していました。携帯電話メーカーが XNUMXG 対応携帯電話をリリースするにつれて、より多くの高出力充電器を提供することになるでしょう」と Jeffrey Lawton 氏は述べています。

成都シリコンパワーテクノロジー有限公司のCEO、イー・チャンゲン氏の推計によると、国内の主要ブランドの充電器メーカーは数百社、小規模メーカーは数千社あり、そのほとんどが深センにある。ブランドメーカーから鋳物工場までをカバーし、産業チェーンが完成します。需要の観点から見ると、携帯電話、タブレット、ノートブック、小型家電などの消費者向け製品はすべて充電器を使用しており、市場は比較的大きいです。さらに、将来の充電器製品のインターフェースは Type C に近づくと彼は考えています。Type C は標準化されたインターフェースであり、サイズが小さく、双方向に接続できます。 USB PDプロトコルを搭載したType Cは100Wの市販製品に実装されています。

Chengdu Silicon Power Technology Co., Ltd. の CEO である Yi Changgen 氏は、高出力急速充電には多くの利点があるため、市場の発展は止まらないと考えています。今日の高出力急速充電は、単に電力を供給するだけではありません。急速充電製品は、急速充電だけでなくインテリジェントな製品の方が適しています。

簡単に言うと、同じ充電器で携帯電話、タブレット、コンピュータなどの消費者端末を充電する機能があります。たとえば、携帯電話を接続する場合、携帯電話は充電器に指示を送り、両者の「ハンドシェイク」が終了すると、適切な電力、電圧、電流が供給されます。同様に、タブレットまたはラップトップを接続すると、指示に従って対応する充電電力も供給されます。これは、複数のインターフェースを備えた充電器に相当し、充電器はさまざまな端末デバイスに適しています。

注: 成都シリコンパワー CEO、イー・チャンゲン氏

PD急速充電からプロトコルチップへの充電切り替え、急速充電チップのプレーヤーが注目

多数の急速充電メーカーの需要により、急速充電チップの精力的な開発も行われています。 Appleが標準充電器を廃止した背景にはコスト面の考慮があり、これは恥ずかしいが賢明な選択であるといえる。機械全体のコストが削減されると同時に、梱包が簡素化され、より環境に優しいものになります。一方で、高出力急速充電のコストが高いことも反映しており、最終製品の価格の高騰につながっています。高出力急速充電市場に参入するプレーヤーはコスト要因も考慮しなければならない問題です。

現在、多くのメーカーが高出力急速充電市場に参入しています。 Jianbo Microelectronics (Shenzhen) Co., Ltd.のビジネスマネージャー、Lin Chengwen 氏は、製品の品質を確保するという前提の下で、差別化を図るには製品コストに依存すると述べました。さまざまなメーカーの高出力急速充電製品の中で、メーカーは製品の互換性、柔軟性、使いやすさについて最善を尽くしていますが、最終的には消費者に受け入れられ、競争力のある価格を得るために製品のコストを管理する必要があります。 。

凡例: Jianbo Microelectronics (Shenzhen) Co., Ltd. ビジネスマネージャー、Lin Chengwen 氏

価格に加えて、製品の互換性も消費者体験の鍵となります。報道によると、Jianbo Micro は最大 100W の出力を備えた PD 対応の急速充電チップを開発しており、すでにテープアウトされており、今年下半期に発売される予定です。

Chengdu Silicon Power Technology Co., Ltd.は、2017年に米国シリコンバレーのサンノゼで設立されました。2019年100月に中国の成都に正式に設立されました。創設者は全員、米国の有名な半導体企業の出身者です。同社はチップの研究開発と販売の XNUMX つの側面に重点を置いています。まず、ハイエンドのインテリジェント電源管理チップの位置づけ、国内のギャップを埋める、米国でのハイエンド チップの置き換えという目標の達成、米国市場の独占の打破、そして貿易戦争で制限されたチップの一部を解読した。第二に、低電力の電源管理チップを配置して、さまざまなポータブル電子製品に高い信頼性と超長時間スタンバイを備えたチップを提供します。 XNUMX 番目に、Type C および PD 高速充電チップを見つけて、PWM 制御の AC-DC、同期整流 SR、XNUMX% デューティ サイクル DC-DC、PD 高速充電周りの PD 完全互換プロトコルなどの一連の PD チップを設計します。

Silicon Power は多くの大手顧客に認められていると報告されています。たとえば、Xiaomi および Baseus との協力はサンプル提供段階にあり、主流の充電端末ブランドのサプライチェーンに参入することに成功しました。製品アプリケーションを拡大するために、子会社の Ivan Microelectronics は顧客に技術サポートとソリューション開発サービスを提供しています。

携帯電話メーカーの広告攻勢により、急速充電の概念は広く知られるようになりました。フィーチャーフォンの時代では、リニア充電チップは 800mA ～ 1A の電流充電要件を満たすことができます。 3G/4G時代になると、リニア充電チップの変換効率の低さや温度上昇といったデメリットが顕在化しました。スイッチング充電は徐々にリニア充電に取って代わり、主流になりました。スイッチの充電チップは、携帯電話からTWSイヤホン、電子タバコ、ボイスレコーダーなどの家電製品まで徐々に拡大してきました。

凡例: 上海信永電子技術有限公司のゼネラルマネージャー、Ou Xinhua

Shanghai Xinyong Electronic Technology Co., Ltd.のゼネラルマネジャー、Ou Xinhua氏によると、Xindaoは2016年には早くも、急速充電用の主要な電源チップである効率92～95%のスイッチング充電チップを開発したという。高電力充電のトレンドにより、携帯電話はより大きな充電電流を必要とします。携帯電話では、120 つまたは 40 つのスイッチング充電チップが使用される傾向があります。たとえば、1.0W 充電仕様の携帯電話は 2.0 つのスイッチング充電チップを使用し、それぞれが 2.0W の電力を伝送します。 Coreguide は、MediaTek 高速充電プ​​ロトコル PEXNUMX/XNUMX や Qualcomm の QCXNUMX など、対応する製品の充電プロトコルも統合します。

報告によると、現在のスイッチング充電チップを充電電流で割ると、主流の充電チップ製品は依然として1.5A、2A、3Aの製品であり、ほとんどの充電器メーカーは台湾のチップを使用しており、1.5A製品範囲の本土のサプライヤーはとある市場。シェア、1.5A、2Aスイッチ充電チップは1〜2米ドルを達成しました。

電源分野に深く関わるメーカーだけでなく、他分野から急速充電分野に進出する企業もある。 Nanjing Qinheng Microelectronics の製品を例に挙げると、最初は USB インターフェイス チップとしてスタートし、最終的には USB PC プロトコル チップにまで拡張されました。プロトコルチップは主に充電チップと受電チップに分かれます。この製品の特徴の 236 つは、単一のチップに複数の急速充電プロトコルを統合して、最終製品の高い互換性を実現できることです。代表的な製品としては、充電側のUSB PDマルチ急速充電プロトコルチップCH224、受電側のUSB PDマルチ急速充電プロトコルチップCH237などがあります。 ) マルチプロトコルチップ CH246。 Qinhengwei氏は、受電側のプロトコルチップにより、スピーカー、電動工具、その他の小型家電など、本来PDプロトコルをサポートしていない電気機器が急速充電をサポートできるようになると述べた。同時に、PD プロトコルはワイヤレス充電に適しており、小型のプロトコル チップは Qinheng Micro CHXNUMX などの端末製品の統合の向上に役立ちます。製品の機能は、PD、BC およびその他のプロトコルをサポートし、内蔵 MOS フルブリッジ ドライバー、ワイヤレス トランシーバーです。回路と周辺機器が簡素化され、それによって最終製品の BOM が削減されます。

創業 6 年の企業である Yingjixin の 2015 年から 2019 年までの年間平均成長率は 151% であり、モバイル電力業界の世界市場シェアで 60 位にランクされ、市場シェアは 2015% 以上となっています。モバイル電源チップに加えて、Yingjixin の製品は、電源管理チップ、バッテリー管理チップ、ワイヤレス充電 SOC、PMU、インターフェイス チップを含む 1 つのカテゴリをカバーしています。 XNUMX 年の最初の量産チップのリリースから今日まで、チップ全体の出荷数は XNUMX 億個を超えています。

中国半導体産業協会集積回路設計支部とベリシリコン・マイクロエレクトロニクス（上海）有限公司が最近主催した「第10回松山湖中国ICイノベーションサミットフォーラム」で、英吉新科技有限公司のマーケティングディレクター、ペン・フェン氏は、このフォーラムについて紹介した。 IP5388高出力高速充電チップ。

凡例: Peng Feng、Yingjixin Technology Co., Ltd. マーケティング ディレクター

Peng Feng氏は、IP5388は世界で最も統合されたBUCK/BOOST高速充電チップであり、昇降圧コントローラ/パワーMOS/MCU/TypeC PD PHYなどが組み込まれていると述べた。主要な携帯電話ブランド向けの最新の高出力高速充電プ​​ロトコル。高出力モバイル電源、高密度GaN充電器、超急速充電などの分野で広く使用できます。

レポートによると、IP5388 の BOM 周辺全体は非常に合理化されており、一部の抵抗とコンデンサを除いて、パスの絶縁スイッチングは一部のみです。同時に、さまざまな急速充電プロトコルが組み込まれています。内蔵 MCU により、シームレスな反復アップグレードが可能です。同時に、いくつかのパーソナライズされた拡張機能もサポートしています。たとえば、顧客の中には、独自のニーズに合わせて独自の機能を開発する人もいます。 Peng Feng氏は、中国本土には量産された双方向BUCK/BOOST高速充電チップがXNUMXつしかなく、YingjixinもそのうちのXNUMXつであると述べた。急速充電プロトコル チップのサプライヤーには、Cypress、Huinentai、Tianyu、Yingjixin、Zhirong、Nanxin、Youwei、Weiquan およびその他のメーカーが含まれます。 Yingjixinの急速充電プロトコルICは中国で第XNUMX位にランクされ、Xiaomi、OPPO、Samsung Vivoなどの多くの携帯電話ブランドの充電器と協力しています。彭峰氏は、世界一になるにはあとXNUMX年かかるとの期待を表明した。

急速充電チップの設計は、周囲の個別デバイスと切り離すことはできません。オン・セミコンダクターのプロダクトマーケティングマネージャー、ジェフェレイ・ロートン氏によると、オン・セミコンダクターは、力率補正（PFC）コントローラ、パルス幅変調（PWM）コントローラ、同期整流器ドライバ、USB PD充電コントローラ、フォトカプラ、MOSFETなど、高出力急速充電に必要な主要な統合コンポーネントをすべて提供しています。最新のソリューションには、NCP1622 PFCコントローラ、NCP1342 準共振フライバックコントローラ、NCP1568 アクティブクランプフライバックコントローラ、FUSB3307 USB PD 3.0充電コントローラ、NCP4306 同期整流器ドライバなどがあります。オン・セミコンダクターは、ダイオードからアダプタ設計向けの複雑な共振PWMコントローラまで、あらゆる製品を提供する数少ないサプライヤーの一つです。

テクノロジートレンド: PD プロトコルは世界を統一しますか?

技術的な観点から見ると、端末製品がアップグレードされる場合、チップのサプライヤーとメーカーがしなければならないことは、エンド顧客がより適切かつ迅速にチップを端末に統合できるように、チップを減算して周辺機器を削減することです。整流器、ドライバー、MOS などの充電器関連コンポーネントも、高出力急速充電の普及に合わせて今後も継続されるでしょう。イー・チャンゲン氏は、民生用充電器がノートパソコンや小型家電製品の電力需要を満たすには100Wと120Wで十分であり、より高い電力を追求するのは意味がないと考えている。

高出力の急速充電は模造品携帯電話の開発軌道に入るのかとの質問に対し、イー・チャンゲン氏は、模倣品携帯電話は完成品として成熟したソリューションを備えていると述べた。解決策の 1 つは、シェルを変更して別のブランドに貼り付けることで販売できます。公開モデルスキームの公開バージョンがあり、製品の均一性は明らかで、下流メーカーが組み立ての役割をより多く担っています。

違いは、高出力の急速充電にはメーカーにチップと製品の研究開発能力が必要であり、何年もの技術的蓄積が必要であることです。同じ部品を使用していても、製品ごとに品質に差が生じます。現在の仕様も 20W 機能であり、さまざまな製品の価格帯が大きいことがわかります。したがって、高出力急速充電メーカーが採用する製品戦略は同じではなく、家庭用携帯電話とは比較できません。

オン・セミコンダクターの製品マーケティングマネージャー、ジェフリー・ロートン氏は、高電力充電の開発には技術的な課題がいくつかある可能性があると考えています。主に、電力変換を効率的に管理し、電力密度を向上させる機能です。現在の充電器はおそらく 15W 程度ですが、45W または 100W にジャンプすると、3 倍から 7 倍の電力を供給することになります。消費者は充電器のサイズが 7 倍も大きくなるのを望んでいません。エネルギー効率と電力密度を向上できるということは、充電器のサイズを大きくすることなく、より高い電力レベルを提供できることから最大のメリットが得られることを意味します。これは、より高いスイッチング周波数と、高周波準共振フライバックやアクティブ クランプ フライバックなどのよりエネルギー効率の高い電力変換トポロジーの高度な統合によって実現できます。同氏は、この市場分野で両方のトポロジーを提供する半導体企業はオン・セミコンダクターだけだと述べた。

さらに、高出力急速充電業界には、USB-PD、Qualcomm QC、OPPO VOOC、中国のトップテクノロジー企業SCP / FCP、MediaTek PEなど、さまざまな急速充電プロトコルがあります。 過去には、Appleが携帯電話の電流を1Aに、タブレットの電流を2.4Aに上げ、Samsungが電流を2Aに上げました。どちらも5Vで駆動します。 その後、Qualcomm QC 2.0とQC 3.0の高電圧充電が、OppoのVOOC高電流充電と競合しました。 しかし、VOOCは独自のケーブルを必要とし、コストが高くなります。 Qualcommがその標準をすべての人に公開しなかったため、Samsungは独自のAdaptive Fast Charging（AFC）を作成し、中国のトップテクノロジー企業はFast Charging Protocol（FCP）とSuper Charge（SCP）を作成しました。後者の XNUMX つのプロトコル (AFC、FCP、SCP) は、ON Semiconductor の協力により作成され、従来の標準 A および Micro-B コネクタで使用されています。

中でもUSB PD（正式名称USB-Power Delivery）は、現在主流の急速充電プロトコルの1つで、データ転送や高出力の充放電に使用できます。ほとんどの急速充電製品はこのプロトコルと互換性があります。 PD をサポートするインターフェイスは主に TypeC ですが、すべての TypeC インターフェイスが PD 充電プロトコルをサポートしているわけではありません。 USB PD プロトコルは、携帯電話の充電に使用されるだけでなく、ノートブック コンピューターに電力を供給するためのモバイル電源としても使用できます。 PC モニターとホストを接続します。

では、USB PDは急速充電規格を統一するのでしょうか？

オン・セミコンダクターの製品マーケティングマネージャー、ジェフリー・ロートン氏は、答えはイエスだと信じています。 USB PD は USB-C コネクタで標準化されているため、携帯電話だけでなくラップトップやタブレットの高電圧充電を可能にする統合されたオープン標準を提供します。 OEM メーカーは、PD 通信プロトコル スタックのベンダー定義メッセージ (VDM) を通じて製品の差別化を実現できます。クアルコム、アップル、サムスンも参加しており、USB PDのトレンドに収束しつつある。

ただし、OPPO、Xiaomi、Vivo は依然として独自の規格を推進しており、USB-C/USB-PD 準拠にも準拠し、VDM を備えた USB PD を採用するかどうかは時間が経てばわかります。オン・セミコンダクターは、さまざまな電力レベルと機能に最適化され、前述の急速充電スペクトル全体に対応する PD プログラマブル電源 (PPS) 製品を使用して、USB PD 3.0 へのこの傾向に貢献しています。

コストが高すぎるのですが、GaN 急速充電はいつ普及するのでしょうか?

チップメーカーの技術が徐々に成熟し、製造能力の向上と価格の低下などにより、GaNパワーデバイスの消費者ユーザーへの扉が再び開かれました。スマート端末機器の需要は、GaN (窒化ガリウム) パワーデバイスの普及の主な要因です。

現在、GaN（窒化ガリウム）製の高出力充電器を搭載した携帯電話は少なくありません。GaNは従来のシリコン（Si）半導体材料よりも優れた特性を持ち、トランジスタ、アンプ、ダイオードなどの部品の製造に利用されており、特に電力デバイス分野では、GaNによって充電器の小型化と高効率化が実現されています。

GaN はシリコンよりも 3 倍大きいバンドギャップ、10 倍高い破壊電界強度、3 倍大きい飽和電子移動速度、および 2 倍高い熱伝導率を持っています。これらの性能向上によってもたらされる利点は、GaN がシリコンよりも高出力および高周波パワーデバイスに適していると同時に、サイズが小さく、出力密度が高いことです。 GaN デバイスは、同一ウェーハ上で非常に高いスイッチング速度と小さなオン状態抵抗を備えているため、より高いスイッチング周波数でのより高い効率とより高速な充電が可能になります。

GaN テクノロジーの導入により、高出力急速充電市場に触媒が注入され、更新と反復の速度が加速され、10 年近く沈黙していた民生用電源市場が完全に活性化されます。

統計によると、電子商取引の顧客が大半を占める充電器市場では、2019年のGaNパワーデバイスの出荷数は約3万～4万個になると見込まれています。総出荷量は6万～15万個と20倍に増加し、50年にはGaNデバイスの出荷個数が2021万個に達すると予想されている。

GaN急速充電は確かに体積を減らすことができます。 Jianbo Microelectronics (Shenzhen) Co., Ltd.のビジネスマネージャーであるLin Chengwen氏は、現在の充電器のサイズは消費者が急速充電製品を購入する決定要因ではなく、価格の方がより懸念していると考えています。林成文氏は、GaN材料は高出力急速充電の分野では必須の選択肢ではなく、価格の低下は市場構造を真に開く可能性があると述べた。主流の高出力急速充電器の価格は、最終的には100元未満に引き下げられると予想されている。

しかし、GaNパワーデバイスは高価であり、特にGaN FETは高出力急速充電ソリューションにおいて最も高価な部品であり、コストの15％から25％を占めています。林成文氏は、GaNなどのMOSFETは、高出力密度充電器に必要なエネルギー効率の向上とスイッチング周波数の向上を実現できると述べています。高出力充電器が標準になると、GaNパワーデバイスの価格が下がると予想されます。現時点では、低価格の携帯電話など、低価格の充電器アクセサリを必要とする製品が依然として存在するため、GaNがSi MOSFETを完全に置き換えることは期待されていません。また、GaNの性能を必要としない低電力アプリケーションも数多く存在します。

現在、GaN パワー デバイスの主要サプライヤーは、Innosec、Nano Micro Semiconductor、PI の 5 社です。 GaN高速充電が徐々に主流になりつつある中、PIはPowiGaNテクノロジーの立ち上げに率先して取り組み、InnoSwitch3-CP、EP、Pro、MX、LYTSwitch-6を含むPowiGaNテクノロジーに基づくXNUMXシリーズのチップ製品を開発し、パワーチップファミリーを完成させました。 。

Navitas の GaN パワー IC は、PI と同様に市場で支持されています。不完全な統計によると、Navitas GaN 高速パワー IC は、OPPO 50W ビスケット GaN 高速充電および RAVPOWER 65W 1A1C GaN 高速充電に広く使用されています。デバイス、Xiaomi 65W USB PDGaN 充電器、SlimQ 65WGaN USB PD 高速充電器 1A1C、Anker PowerCore Fusion PD 超極性充電器、RAVPower 45W GaN PD 充電器、Baseus 65WGaN 充電器、ROxANNE 66W GaN USB PD デュアルポート高速充電器 待ちます。その中で、Baseusが120月に初めて発売した2W、1C6127A GaN（GaN）+炭化ケイ素（SiC）充電器もNano-Micro NVXNUMXチップを使用しています。

Innosec はリストに載っている唯一の国内 GaN-on-Si メーカーです。現在、珠海と蘇州に 8 つの 40 インチシリコンベース GaN チップの研究開発および生産拠点があり、製品ラインは 650V ～ 650V の GaN チップの全範囲をカバーしています。現在、Innosec INN02D65 は Meizu、Lapo、Locke の XNUMXW 急速充電製品に使用されています。

上記3社のサプライヤーに加え、中国のトップテクノロジー企業であるXiaomi、Samsung、OPPO、Appleといった企業もGaN技術の経験を積んでおり、今後この分野で更なる発展を遂げていくと見込まれています。GaN急速充電市場の規模は急速に拡大すると予想されています。サードパーティの電源アダプターメーカーも参入し、競争の激しい分野となっています。今後、寡占状態になるのか、それとも百花繚乱になるのか、携帯電話メーカーが主導権を握るのか、それともeコマースと電源アダプターメーカーが主導するのか、今後の動向に注目が​​集まります。

免責事項：この記事は「新文1号」から転載したものです。この記事は著者の個人的な見解のみを表すものであり、Saco Micro および業界の見解を表すものではありません。転載と共有のみを対象とし、知的財産権の保護をサポートします。オリジナルの出典と作者を明記してください。侵害がある場合は、削除するためにご連絡ください。