Technologia szybkiego ładowania telefonów komórkowych rozwinęła się w ostatnich latach bardzo dynamicznie. Szczególnie dotyczy to pięciu największych krajowych marek telefonów komórkowych, które prześcignęły Apple i Samsunga pod względem mocy i szybkości ładowania. Zmusiło to producentów układów szybkiego ładowania do ciągłego udoskonalania technologii i produktów oraz wprowadzania nowych rozwiązań.  
Texas Instruments, międzynarodowy gigant w dziedzinie układów analogowych, zawsze był oligarchą na rynku zarządzania energią i punktem odniesienia dla branży. Firma ma również silną pozycję na rynku szybkiego ładowania telefonów komórkowych. Jednak w ostatnich latach, wraz ze znacznym wzrostem możliwości technicznych i badawczo-rozwojowych krajowych producentów układów ładowania, a także pod wpływem otoczenia międzynarodowego i wsparcia polityki krajowej, osiągnęli oni znaczący rozwój. Niektóre wschodzące krajowe firmy produkujące półprzewodniki, takie jak Nanxin, Xidi Micro itp., osiągają olśniewające wyniki na rynku szybkiego ładowania telefonów komórkowych.  
Szybkie ładowanie stało się niezbędną cechą telefonów komórkowych średniej i wysokiej klasy, a także stanowi znaczną część ich ceny. Jest to projekt systemowy z długim ogniwem, obejmującym głowice ładujące, interfejsy, kable ładujące, układy szybkiego ładowania, złącza baterii, ogniwa i inne ścieżki zasilania, a także protokół komunikacyjny zwany duszą szybkiego ładowania. Każdy element ogniwa zasilającego musi osiągać wysoką wydajność i moc, aby umożliwić szybkie ładowanie, i nie może mieć żadnych niedociągnięć.  
W tym artykule znajdziesz wprowadzenie do modułu funkcjonalnego full-link układu scalonego rozwiązania szybkiego ładowania telefonów komórkowych, obejmujące głowice ładujące, układy scalone do szybkiego ładowania telefonów komórkowych, rozwiązania protokołów itp.  
       

Głowica ładująca

Głowica ładująca jest źródłem energii dla całego łącza szybkiego ładowania. Jej rozwój przebiegał skokowo – od najwcześniejszej mocy 2.5 W do obecnej, najwyższej 200 W. Dzięki zastosowaniu najnowszych materiałów Gan, możliwe było zwiększenie wydajności i zmniejszenie objętości.  
Poniższy rysunek przedstawia schemat blokowy rozwiązania AC/DC, które składa się głównie z trzech modułów sterujących: pierwotnego, wtórnego i protokołu, a także transformatorów, urządzeń sprzężenia zwrotnego izolacyjnego itd. W zależności od różnych poziomów mocy dokonuje się odpowiednich wyborów, aby spełnić różne wymagania dotyczące mocy i potrzeby klienta.  
   
W układach AC/DC w większości przypadków stosowana jest klasyczna architektura flyback. Przy dużej mocy, w celu dalszej poprawy wydajności, a tym samym zwiększenia mocy, stosowane będą układy miękkiego przełączania, układy z azotku galu oraz PFC i inne technologie.
W niektórych zminiaturyzowanych głowicach ładujących szminki, głowicach ładujących ciasteczka itp. widzieliśmy zastosowanie wielu nowych materiałów i technologii, takich jak azotek galu MOS i transformatory płaskie.  
Na rynku głowic ładujących dominowały dotychczas marki zagraniczne i tajwańskie. Zagraniczne marki, takie jak ON, PI, Dialog (iwatt), które produkują głównie części pierwotne i wtórne, oraz Infineon (Cypress), zajmujący się głównie umowami; tajwańskie marki, takie jak Tongjia i Angbao, oferujące kompletne rozwiązania itp.  
W ostatnich latach lokalni producenci krajowi poczynili duże postępy w dziedzinie układów AC/DC, tacy jak SiLijie, Jiehuat, Xinpengwei, Shilanwei itp., którzy zajmują się głównie stroną pierwotną i wtórną; Yingjixin, Zhilong, Huinengtai itp. zajmują się głównie umowami; a Shanghai Nanxin, który dostarcza kompletne rozwiązania, szczególnie wspomina, że ​​Nanxin oferuje również kompletne rozwiązanie w zakresie napędu bezpośredniego trzeciej generacji oparte na azotku galu.  
       

Szybki układ ładowania w telefonie komórkowym

Rozwiązanie szybkiego ładowania w telefonie komórkowym stanowi kluczowe ogniwo całego układu ładowania. Jego główną funkcją jest efektywna konwersja energii przesyłanej z głowicy ładującej, ładowanie jej w sposób umożliwiający jej przyjęcie przez ogniwo akumulatora, a także realizacja szeregu funkcji wykrywania i ochrony.  
Wydajność zawsze była największym wąskim gardłem ograniczającym szybkie ładowanie telefonów komórkowych. Ponieważ telefony komórkowe zajmują bardzo mało miejsca i trzeba brać pod uwagę komfort użytkowania, nagrzewanie się jest bardzo uciążliwe.  
  Do tej pory architektura ładowania w telefonach komórkowych przeszła przez trzy generacje rozwoju:    
 

• ładowanie liniowe
• przełączanie ładowania
• pompa ładująca ładowanie

Ładowanie liniowe zostało całkowicie wyeliminowane w smartfonach, a w użyciu są nadal wyłącznie telefony z najtańszymi funkcjami.  
Ładowanie przełącznikowe jest obecnie najpopularniejszym rozwiązaniem w telefonach komórkowych. Sprawność wynosi zazwyczaj od 88% do 92%, a moc ładowania wynosi około 18 W. Na przykład, BQ2560x firmy TI to uniwersalna ładowarka sieciowa, która może pełnić funkcję ładowania wstępnego, ładowania prądem stałym o mocy do 18 W oraz pełnego ładowania ładowarki końcowej.  
W telefonach komórkowych główna ładowarka jest zazwyczaj zintegrowana z PMI platformy. Niektórzy producenci dodają dodatkowy układ ładowania, aby rozproszyć ciepło i zapewnić lepsze wrażenia użytkownika.  
Niektóre specjalne rozwiązania mogą osiągać wyższą wydajność, np. MP2762 firmy MPS oraz BQ25790 firmy TI, a także SC8982 firmy Nanxin, które jest rozwiązaniem do ładowania podwyższającym i obniżającym napięcie akumulatorów dwurzędowych i może osiągać wydajność do około 95%.  
Ładowanie przełącznikowe to rozwiązanie ładowania drugiej generacji, ale wciąż napotyka na poważne trudności techniczne. Niewielu krajowych producentów jest w stanie je dobrze wdrożyć. Obecnie dominującymi graczami są platformy telefonii komórkowej i TI. Do krajowych producentów należą głównie Silicon Power, Shengbang Micro i Nanxin.  
Ładowanie pompą ładującą jest obecnie jedynym rozwiązaniem umożliwiającym szybkie ładowanie telefonów komórkowych średniej i wyższej klasy. Charakteryzuje się ona bardzo wysoką sprawnością, zazwyczaj około 97%, i jest stosowana jako pomocnicze rozwiązanie do ładowania prądem stałym.  
Naukowa nazwa pompy ładującej to „bezpośrednie ładowanie wysokim napięciem”. Mówiąc o ładowaniu bezpośrednim, nie sposób nie wspomnieć o technologii „bezpośredniego ładowania niskiego napięcia” firmy OPPO, pionierskiej w dziedzinie domowych systemów zasilania. „Bezpośrednie ładowanie wysokim napięciem” opiera się na tej technologii.  
Ładowarki z pompą ładującą działają na ogół zgodnie ze stosunkami napięcia, takimi jak klasyczny 2:1, dużej mocy 4:2, 4:1, ultrawysokie napięcie 6:2 itd.  
Produkty 2:1 są używane głównie przy średnich poziomach mocy ładowania 30–50 W; architektura 4:2 jest używana głównie w rozwiązaniach akumulatorów dwurzędowych o dużej mocy; najnowsza architektura 4:1 jest stosowana w architekturze akumulatorów 1S o dużej mocy, która także korzysta z szybkiego rozwoju szybkości ładowania akumulatorów.  
Od czasu, gdy ON, Dialog i TI wprowadziły na rynek pierwsze produkty z pompami ładującymi, krajowi producenci telefonów komórkowych natychmiast wyczuli ogromną zmianę. Jednocześnie wielu krajowych producentów chipów również aktywnie podąża za tym trendem, a w krótkim czasie osiągnęli nawet pewien poziom przewagi.  
Pierwszą krajową pompą ładunkową produkowaną masowo jest układ scalony pompy ładunkowej 4:2 firmy Xidi Micro, który służy do prostej konwersji napięcia. Jednak pierwszym producentem układu ładującego pompę ładunkową produkowanego masowo jest firma Shanghai Nanxin, która jest kompatybilna ze standardowym układem BQ25970.  
Oprócz platform, wielu producentów wprowadziło na rynek szereg produktów w postaci pomp ładunkowych.Marki zagraniczne takie jak:  
 

• TI: 2:1, 4:2, ładowarka
• Lion: ładowarka 2:1; przetwornik 4:2; przetwornik 6:2 (właśnie nabyty przez Cirrus Logic)
• Maksymalnie: konwerter 2:1

  Marki krajowe obejmują:    
 

• Nanxin: ładowarka 2:1 (30 W/40 W); ładowarka 2:1 z protokołem; konwerter 2:1; konwerter 4:2; ładowarka 4:2; ładowarka 4:1; konwerter 6:2;
• Xidiwei: ładowarka 2:1; konwerter 4:2
• Silicon Lijie: ładowarka 2:1; ładowarka 4:2
• Chipmax: ładowarka 2:1; (dawniej Silicon Mitus, przejęty w tym roku przez kapitał państwowy)
• St. Bonwe: ładowarka 2:1;

Ładowarka z pompką ładującą zapewnia bezpośrednie ładowanie akumulatora z dużą mocą, dlatego wymagania bezpieczeństwa są bardzo wysokie. Producenci telefonów komórkowych z dużą ostrożnością podchodzą do wprowadzania tego rozwiązania. Obecnie, poza platformami i TI, tylko krajowi producenci dostarczają znaczną liczbę produktów Nanxin. Z niektórych ostatnich raportów z demontażu wynika, że ​​wiele nowych produktów Nanxin z pompką ładującą jest stosowanych w telefonach komórkowych wielu marek. Ze względu na specyfikę tego produktu, wiodący producenci utrzymają silną pozycję, a szanse na pojawienie się nowszych są niewielkie.  
Poniższy rysunek przedstawia schemat blokowy rozwiązania szybkiego ładowania w telefonie komórkowym, obejmującego również rozwiązanie z wykorzystaniem układu protokołu ładowania.  
   
       

Protokół ładowania

Protokół jest podstawą szybkiego ładowania. Podczas całego procesu szybkiego ładowania system telefonii komórkowej i głowica ładująca muszą komunikować się w czasie rzeczywistym, a napięcie/prąd muszą być precyzyjnie regulowane i monitorowane w czasie rzeczywistym, aby umożliwić szybkie ładowanie pompy ładującej.  
  Obecnie każda większa marka telefonów komórkowych ma swoją własną prywatną umowę, taką jak:  

• Prywatny protokół Xiaomi oparty na CC;
• Huawei/Honor SCP;
• OPPO VOOC;
• Ładowarka Flash VIVO;
• Prywatny protokół I2C firmy Transsion itd.

  Platformy mobilne również mają własne rozwiązania protokolarne, takie jak:  

• Seria QC firmy Qualcomm
• MTKPE

  Oczywiście istnieją także specjalistyczne sojusze oparte na porozumieniach, takie jak:  

• PD amerykańskiego USB-IF;
• UFCS Krajowej Zielonej Ligi.

Większość układów protokołów w telefonach komórkowych jest implementowana za pośrednictwem platform lub mikrokontrolerów (MCU). Istnieją również specjalne przypadki wymagające dostosowania, takie jak Yingjixin, układ protokołu kontroli jakości firmy Weiquan, układ PD phy firmy Richtek itp.  
Chińskie porozumienie o interoperacyjności – UFCS, które generalnie optymistycznie patrzy w przyszłość, planuje wsparcie ze strony głównych producentów. Oprócz kilku producentów, w sojuszu uczestniczą również Silicon Power, Nanxin, Rockchip, Angbao, Chippeng Micro i inne firmy, które aktywnie uczestniczą w formułowaniu porozumienia UFCS i rozwoju układów scalonych. W perspektywie długoterminowej różne protokoły zostaną zunifikowane i zintegrowane z platformą.  
Układ protokołu musi znajdować się w telefonie komórkowym i głowicy ładującej. Informacje na temat układu protokołu wewnątrz telefonu komórkowego znajdują się na schemacie blokowym w poprzednim rozdziale. Poniżej przedstawiono podstawowy schemat zastosowania układu protokołu w głowicy ładującej.  
   
       

Interfejsy i kable

Nie tylko różne moduły chipowe w łączu ładowania wymagają modernizacji ze względu na wymagania szybkiego ładowania, ale także interfejsy i kable wymagają specjalnego traktowania w celu zmniejszenia impedancji i wytwarzania ciepła.
Podstawowa moc szybkiego ładowania jest zazwyczaj definiowana jako 30 W (lub 22.5 W), ponieważ jest najniższa. Ten poziom mocy jest w dużej mierze definiowany na podstawie wydajności prądowej 3 A standardowych kabli.  
Interfejsy ładowania telefonów komórkowych zostały zasadniczo ujednolicone do portów C, a kable dzielą się głównie na dwie kategorie: A do C i C do C. Kable o wydajności prądowej przekraczającej 6 A stały się standardem w telefonach komórkowych o dużej mocy, ale wewnątrz kabli wymagane są oznaczenia e-mark, które identyfikują wydajność prądową. Nasi pracowici i odważni Chińczycy wynaleźli nawet kabel z portem A do C z dodatkowym pinem CC, dodając nieco pikanterii do i tak już kolorowego rozwiązania szybkiego ładowania.  
       

Wniosek

Poniższy rysunek przedstawia kompletny schemat architektury ładowania przewodowego, od początku do końca. Każdy moduł jest wyraźnie widoczny i czytelny na pierwszy rzut oka. Stanowi on podsumowanie części artykułu poświęconej architekturze technicznej.
   
Niniejszy artykuł pokrótce przedstawia rozwiązanie chipowe dla pełnego łącza szybkiego ładowania telefonów komórkowych. Wielu krajowych producentów poczyniło już w tym zakresie dogłębne postępy i osiągnęło znaczący postęp. Jednocześnie zauważyliśmy, że większość producentów koncentruje się obecnie tylko na określonym obszarze łącza szybkiego ładowania, a tylko kilka firm jest w stanie zapewnić kompletne rozwiązanie dla całego łącza szybkiego ładowania telefonów komórkowych. Sądząc po obecnej sytuacji na rynku szybkiego ładowania, tylko kilka firm o silnym wpływie i sile, takich jak Qualcomm, TI i Nanxin, stanie się największymi zwycięzcami w tej dziedzinie.  
W poniższej tabeli wymieniono niektórych reprezentatywnych producentów różnych modułów funkcyjnych szybkiego ładowania telefonów komórkowych.
 

W ostatnich latach krajowy przemysł półprzewodnikowy dynamicznie się rozwijał. Z jednej strony, możliwości techniczne stopniowo dojrzewały. Z drugiej strony, jest to również silne wsparcie ze strony polityki krajowej i producentów telefonów komórkowych. Wielu producentów półprzewodników wyrosło jak grzyby po deszczu. To oczywiście pozytywne zjawisko, ale aby stać się większym i silniejszym, konieczna jest odpowiednia skala i kompleksowy asortyment produktów. Tylko krajowe firmy, takie jak Silicon Power, Shengbangwei i Nanxin, mogą iść coraz dalej, wspierając ten trend.

Zastrzeżenie: Niniejszy artykuł pochodzi z publikacji „Semiconductor Industry Observation”. Artykuł ten przedstawia wyłącznie osobiste poglądy autora i nie reprezentuje poglądów Sacco Micro ani branży. Jest on przeznaczony wyłącznie do przedruku i udostępniania w celu ochrony praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia artykułu.

Numer telefonu firmy: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Menedżer Li

QQ: 332496225 Menedżer Qiu

Adres: Pokój 809, Budynek C, Budynek Technologii Zhantao, nr 1079 Minzhi Avenue, Nowa Dzielnica Longhua, Shenzhen