O carregamento rápido de celulares evoluiu muito rapidamente nos últimos anos, especialmente entre as cinco principais marcas nacionais, que superaram a Apple e a Samsung em termos de potência e velocidade de carregamento, levando os fabricantes de chips de carregamento rápido a aprimorarem continuamente suas tecnologias e produtos, lançando novas soluções.  
A Texas Instruments, gigante internacional em chips analógicos, sempre foi uma potência no mercado de gerenciamento de energia e uma referência para a indústria. Ela também domina o mercado de carregamento rápido para celulares. No entanto, nos últimos anos, com a grande melhoria das capacidades técnicas e de P&D dos fabricantes nacionais de chips de carregamento, e sob a influência do ambiente internacional e o apoio de políticas nacionais, eles alcançaram um desenvolvimento considerável. Algumas empresas emergentes de semicondutores nacionais, como Nanxin e Xidi Micro, têm apresentado um desempenho impressionante no mercado de carregamento rápido para celulares.  
O carregamento rápido tornou-se um recurso essencial em celulares de gama média a alta, representando também uma parcela significativa do custo desses aparelhos. Trata-se de um projeto sistêmico complexo, que engloba conectores de carregamento, interfaces, cabos, chips de carregamento rápido, conectores de bateria, células e outros circuitos de alimentação, além de um protocolo de comunicação considerado a essência do carregamento rápido. Cada componente desse circuito deve apresentar alta eficiência e potência para viabilizar o carregamento rápido, sem apresentar qualquer deficiência.  
Este artigo apresenta uma introdução ao módulo de função de chip de ligação completa da solução de carregamento rápido para celulares, incluindo conectores de carregamento, chips de carregamento rápido para celulares, soluções de protocolo, etc.  
       

Cabeça de carga

O conector de carregamento é o fornecedor de energia de todo o processo de carregamento rápido. Ele evoluiu a passos largos, desde os primeiros 2.5 W até os atuais 200 W. E com o suporte dos mais recentes materiais Gan, a eficiência pode ser ainda maior e o volume, menor.  
A figura abaixo é um diagrama de blocos de uma solução AC/DC, que consiste principalmente em três módulos de controle: lado primário, lado secundário e protocolo, além de transformadores, dispositivos de isolamento e realimentação, etc. De acordo com os diferentes níveis de potência, são feitas seleções correspondentes para atender aos diferentes requisitos de energia e às necessidades do cliente.  
   
Os conversores AC/DC geralmente adotam a arquitetura flyback clássica. Em altas potências, tecnologias como comutação suave, dispositivos de nitreto de gálio e PFC (Correção de Fase Primária) são utilizadas para melhorar ainda mais a eficiência e, consequentemente, aumentar a potência.
Algumas das cabeças de carregamento miniaturizadas em formato de batom, cabeças de carregamento em formato de biscoito, etc., que vimos, utilizam um grande número de novos materiais e tecnologias, como MOSFETs de nitreto de gálio e transformadores de painel plano.  
No mercado de carregadores portáteis, costumava haver domínio de marcas estrangeiras e taiwanesas. Marcas estrangeiras como ON, PI e Dialog (iwatt) fabricavam principalmente componentes primários e secundários, enquanto a Infineon (Cypress) se concentrava em acordos de fornecimento. Já as marcas taiwanesas, como Tongjia e Angbao, ofereciam soluções completas.  
Nos últimos anos, fabricantes nacionais locais têm obtido avanços rápidos em conversores CA/CC, como SiLijie, Jiehuat, Xinpengwei, Shilanwei, etc., que atuam principalmente nos segmentos primário e secundário; Yingjixin, Zhilong, Huinengtai, etc., concentram-se principalmente em acordos; e a Shanghai Nanxin, que fornece soluções completas, destaca-se por também possuir uma solução completa de acionamento direto de nitreto de gálio de terceira geração.  
       

Chip de carregamento rápido em celular

A solução de carregamento rápido em celulares é o elo fundamental em toda a cadeia de carregamento. Sua principal função é converter eficientemente a energia enviada pelo carregador, carregando o celular de forma que a bateria possa aceitá-la, além de realizar uma série de funções de detecção e proteção.  
A eficiência sempre foi o maior obstáculo para o carregamento rápido de celulares. Como os celulares têm pouco espaço e a experiência do usuário precisa ser levada em consideração, o aquecimento é um grande problema.  
  Até o momento, a arquitetura de carregamento em telefones celulares passou por três gerações de desenvolvimento:    
 

• carregamento linear
• carregamento por interruptor
• carregamento da bomba de carga

O carregamento linear foi completamente eliminado dos smartphones, e apenas celulares básicos ainda o utilizam.  
O carregamento por interruptor é atualmente o método mais comum em celulares. A eficiência geralmente fica entre 88% e 92%, e a potência de carregamento é de cerca de 18W. Por exemplo, o BQ2560x da TI é um carregador principal universal que pode realizar o pré-carregamento, o estágio de corrente constante de até 18W e o carregamento completo do dispositivo.  
Em telefones celulares, o carregador principal geralmente é integrado ao PMI (Personal Module) da plataforma. Alguns fabricantes adicionam um chip de carregamento comutado adicional para dissipar o calor e proporcionar uma melhor experiência ao usuário.  
Algumas soluções especiais podem alcançar maior eficiência, como o MP2762 da MPS e o BQ25790 da TI, bem como o SC8982 da Nanxin, que é uma solução de carregamento elevadora e redutora para baterias de dupla cadeia que pode atingir uma eficiência de até cerca de 95%.  
O carregamento por interruptor é uma solução de carregamento de segunda geração, mas ainda apresenta grandes dificuldades técnicas. Não há muitos fabricantes nacionais que consigam implementá-lo com excelência. Atualmente, as plataformas de telefones celulares e a TI são os principais players absolutos. Os fabricantes nacionais são principalmente a Silicon Power, a Shengbang Micro e a Nanxin.  
O carregamento por bomba de carga é atualmente a única solução para carregamento rápido de celulares de gama média a alta. Possui altíssima eficiência, geralmente em torno de 97%, e é utilizado como solução auxiliar no processo de carregamento por corrente constante.  
O nome científico da bomba de carregamento é "carregamento direto de alta tensão". Quando falamos de carregamento direto, precisamos mencionar a tecnologia de "carregamento direto de baixa tensão" da OPPO, pioneira no setor de alimentação de energia na China. O "carregamento direto de alta tensão" é baseado nessa tecnologia.  
Os carregadores de bomba de carga geralmente funcionam de acordo com proporções de tensão, como a clássica 2:1, a de alta potência 4:2, a 4:1, a de ultra-alta tensão 6:2, etc.  
Os produtos 2:1 são usados ​​principalmente em níveis de potência de carregamento médios de 30 a 50 W; os 4:2 são usados ​​principalmente em soluções de bateria de string dupla de alta potência; e a mais recente arquitetura 4:1 é usada em arquitetura de bateria 1S de alta potência, que também se beneficia do rápido desenvolvimento das taxas de carregamento de bateria.  
Desde que a ON, a Dialog e a TI lançaram seus primeiros produtos com bomba de carga, os fabricantes de celulares nacionais perceberam imediatamente uma grande mudança. Ao mesmo tempo, muitos fabricantes de chips nacionais também seguiram ativamente essa tendência e, em pouco tempo, alcançaram um certo grau de inovação.  
O primeiro chip de bomba de carga semicondutora produzido em massa no mercado interno foi um chip de bomba de carga 4:2 da Xidi Micro, usado para conversão de tensão simples; porém, o primeiro fabricante de chip carregador de bomba de carga produzido em massa foi a Shanghai Nanxin, com o SC8551, compatível com o clássico da indústria BQ25970.  
Além das plataformas, diversos fabricantes lançaram uma variedade de produtos de bombas de carga.Marcas estrangeiras como:  
 

• TI: carregador 2:1, 4:2
• Lion: carregador 2:1; conversor 4:2; conversor 6:2 (recém-adquirido pela Cirrus Logic)
• Maxim: conversor 2:1

  As marcas nacionais incluem:    
 

• Nanxin: Carregador 2:1 (30w/40w); Carregador 2:1 com protocolo; Conversor 2:1; Conversor 4:2; Carregador 4:2; Carregador 4:1; Conversor 6:2;
• Xidiwei: carregador 2:1; conversor 4:2
• Silicon Lijie: carregador 2:1; carregador 4:2
• Chipmax: carregador 2:1; (anteriormente Silicon Mitus, adquirida por capital estatal este ano)
• São Bonwe: carregador 2:1;

O carregador com bomba de carga fornece carregamento de alta potência diretamente à bateria, portanto, os requisitos de segurança são muito elevados. Os fabricantes de celulares de marca são muito cautelosos com a sua introdução. Atualmente, além das plataformas e da TI, os fabricantes nacionais apenas utilizam um grande número de produtos da Nanxin. Em alguns relatórios recentes de desmontagem, é possível observar que muitos dos novos produtos com bomba de carga da Nanxin são utilizados em celulares de diversas marcas. Devido à particularidade deste produto, os fabricantes líderes permanecerão fortes e as chances de novos concorrentes entrarem no mercado são mínimas.  
A imagem abaixo é um diagrama de blocos da solução de carregamento rápido em um telefone celular, que também inclui a solução do chip de protocolo de carregamento.  
   
       

Protocolo de carregamento

O protocolo é a essência do carregamento rápido. Durante todo o processo de carregamento rápido, o sistema do celular e o carregador devem se comunicar em tempo real, e a tensão/corrente deve ser ajustada e monitorada com precisão em tempo real para que o carregamento rápido seja realizado.  
  Atualmente, cada grande marca de celulares possui seu próprio acordo privado, como por exemplo:  

• Protocolo privado da Xiaomi baseado em CC;
• Huawei/Honor SCP;
• OPPO e VOOC;
• Carregador Flash da VIVO;
• Protocolo privado I2C da Transsion, etc.

  As plataformas móveis também possuem suas próprias soluções de protocolo, tais como:  

• Série QC da Qualcomm
• MTK-PE

  É claro que também existem alianças com acordos especializados, como:  

• PD do USB-IF dos EUA;
• UFCS da Liga Verde Nacional.

A maioria dos chips de protocolo em telefones celulares são implementados por meio de plataformas ou MCUs. Há também algumas situações especiais que exigem personalização, como o chip de protocolo QC da Yingjixin e da Weiquan, o PHY PD da Richtek, etc.  
O acordo de interoperabilidade chinês, UFCS, que geralmente gera otimismo em relação ao futuro, conta com o apoio de grandes fabricantes. Além de diversos fabricantes, Silicon Power, Nanxin, Rockchip, Angbao, Chippeng Micro, entre outros, também fazem parte da aliança e participam ativamente da formulação do acordo UFCS e do desenvolvimento de chips. Em uma perspectiva de longo prazo, vários protocolos serão unificados e integrados à plataforma.  
O chip de protocolo precisa estar presente no celular e no carregador. Para o chip de protocolo dentro do celular, consulte o diagrama de blocos no capítulo anterior. A seguir, apresentamos o diagrama básico de aplicação do chip de protocolo no carregador.  
   
       

Interfaces e cabos

Não apenas os diversos módulos de chip no circuito de carregamento precisam ser atualizados com base nos requisitos de carregamento rápido, mas as interfaces e os cabos também precisam de tratamento especial para reduzir a impedância e a geração de calor.
O carregamento rápido básico é geralmente definido como 30 W (ou 22.5 W) por ser o mais econômico. Esse nível de potência é definido principalmente com base na capacidade de corrente de 3 A dos cabos padrão.  
As interfaces de carregamento de celulares foram basicamente unificadas em portas do tipo C, e os cabos são divididos principalmente em duas categorias: A para C e C para C. Cabos com capacidade de corrente superior a 6A tornaram-se padrão para carregamento rápido de celulares, mas a marcação eletrônica (e-mark) é obrigatória no interior dos cabos para identificar a capacidade de corrente. Nossos engenhosos e corajosos chineses chegaram a inventar um cabo com porta A para C com um pino CC adicional, adicionando um toque especial à já diversificada solução de carregamento rápido.  
       

Conclusão

A imagem abaixo é um diagrama completo da arquitetura de carregamento com fio, de ponta a ponta. Cada módulo é claramente visível e compreensível à primeira vista. Ela serve como um resumo da parte de arquitetura técnica deste artigo.
   
Este artigo apresenta brevemente a solução de chip para o carregamento rápido completo de celulares. Muitos fabricantes nacionais já investiram bastante nessa área e obtiveram grandes avanços. Ao mesmo tempo, observamos que a maioria dos fabricantes está focando apenas em uma área específica do carregamento rápido, e apenas algumas empresas têm a capacidade de fornecer uma solução completa para todo o processo. Analisando o cenário atual do carregamento rápido, apenas algumas empresas com forte influência e capacidade, como Qualcomm, TI e Nanxin, se destacarão como as principais vencedoras nesse campo.  
A tabela a seguir lista alguns fabricantes representativos de diversos módulos funcionais para carregamento rápido de celulares.
 

Nos últimos anos, o setor de semicondutores nacional tem se desenvolvido rapidamente. Por um lado, as capacidades técnicas amadureceram gradualmente. Por outro, houve também o forte apoio das políticas nacionais e dos fabricantes de celulares. Muitas fabricantes de semicondutores surgiram como cogumelos depois da chuva. Isso é, sem dúvida, um fenômeno positivo, mas para crescer e se fortalecer, é preciso ter uma certa escala e um portfólio de produtos abrangente. Somente empresas nacionais como Silicon Power, Shengbangwei e Nanxin conseguiram ir mais longe e alcançar patamares mais elevados com o apoio dessa tendência atual.

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