В последние годы технология быстрой зарядки мобильных телефонов развивается очень стремительно, особенно благодаря пяти крупнейшим отечественным брендам мобильных телефонов, которые превзошли Apple и Samsung по мощности и скорости зарядки, что побудило производителей чипов для быстрой зарядки постоянно совершенствовать технологии и продукты, а также внедрять новые.  
Компания Texas Instruments, международный гигант в области аналоговых микросхем, всегда была олигархом на рынке управления питанием и эталоном для подражания в отрасли. Она также прочно обосновалась на рынке быстрой зарядки мобильных телефонов. Однако в последние годы, благодаря значительному улучшению технических и научно-исследовательских возможностей отечественных производителей микросхем для зарядки, а также влиянию международной обстановки и поддержке национальной политики, они достигли значительного развития. Некоторые новые отечественные полупроводниковые компании, такие как Nanxin, Xidi Micro и другие, демонстрируют впечатляющие результаты на рынке быстрой зарядки мобильных телефонов.  
Быстрая зарядка стала неотъемлемой частью мобильных телефонов среднего и высокого ценового сегмента, и на нее приходится значительная часть стоимости телефонов. Это системный проект с длинной цепочкой соединений, включающий зарядные устройства, интерфейсы, зарядные кабели, чипы быстрой зарядки, разъемы для батарей, элементы питания и другие каналы передачи энергии, а также протокол связи, который называют душой быстрой зарядки. Каждый элемент цепочки передачи энергии должен обладать высокой эффективностью и мощностью, чтобы обеспечить быструю зарядку, и не должен иметь недостатков.  
В этой статье представлен обзор функционального модуля чипа с полным подключением для решений быстрой зарядки мобильных телефонов, включая зарядные устройства, чипы для быстрой зарядки мобильных телефонов, протокольные решения и т. д.  
       

Зарядная головка

Зарядное устройство является источником энергии для всей системы быстрой зарядки. Его характеристики значительно улучшились: от самых ранних моделей мощностью 2.5 Вт до нынешних 200 Вт. Благодаря использованию новейших материалов GAN, удалось повысить эффективность и уменьшить габариты.  
На рисунке ниже представлена ​​блок-схема решения AC/DC, которое в основном состоит из трех модулей управления: первичного, вторичного и протокольного, а также трансформаторов, разделительных устройств обратной связи и т. д. В зависимости от уровня мощности производится соответствующий выбор для удовлетворения различных требований к мощности и потребностей заказчика.  
   
В преобразователях переменного/постоянного тока в основном используется классическая обратноходовая архитектура. При высоких мощностях для дальнейшего повышения эффективности и, следовательно, увеличения мощности будут применяться мягкие переключения, устройства на основе нитрида галлия, коррекция коэффициента мощности и другие технологии.
В некоторых миниатюрных зарядных устройствах для губной помады, печенья и т. д., которые мы видели, используется большое количество новых материалов и технологий, таких как МОП-транзисторы на основе нитрида галлия и плоскопанельные трансформаторы.  
На рынке зарядных устройств раньше доминировали зарубежные и тайваньские бренды. Зарубежные бренды, такие как ON, PI, Dialog (iwatt), которые в основном производят первичные и вторичные зарядные устройства, и Infineon (Cypress), которая в основном занимается заключением договоров; тайваньские бренды, такие как Tongjia и Angbao, которые могут предложить комплексные решения и т. д.  
В последние годы местные отечественные производители добились значительных успехов в области преобразователей переменного и постоянного тока, такие как SiLijie, Jiehuat, Xinpengwei, Shilanwei и др., которые в основном занимаются производством первичных и вторичных компонентов; Yingjixin, Zhilong, Huinengtai и др. в основном работают по контрактам; а Shanghai Nanxin, предлагающая комплексные решения, заслуживает особого упоминания, поскольку Nanxin также располагает полным комплектом решений третьего поколения на основе нитрида галлия для прямого привода.  
       

Чип быстрой зарядки в мобильном телефоне

Система быстрой зарядки в мобильном телефоне является ключевым звеном во всей системе зарядки. Ее основная функция заключается в эффективном преобразовании энергии, подаваемой зарядным устройством, в зарядку, подходящую для аккумуляторной батареи, а также в выполнении ряда функций обнаружения и защиты.  
Главным препятствием для быстрой зарядки мобильных телефонов всегда была неэффективность. Поскольку мобильные телефоны занимают очень мало места, и необходимо учитывать удобство использования, перегрев является серьезной проблемой.  
  К настоящему времени архитектура зарядки в мобильных телефонах прошла три поколения развития:    
 

• линейная зарядка
• переключение зарядки
• зарядный насос зарядки

Линейная зарядка полностью исчезла со смартфонов, и до сих пор используются только ультрабюджетные телефоны с базовыми функциями.  
В настоящее время импульсная зарядка является основным типом зарядки мобильных телефонов. Эффективность обычно составляет от 88% до 92%, а мощность зарядки — около 18 Вт. Например, TI BQ2560x — это универсальное основное зарядное устройство, которое может выполнять предварительную зарядку, стадию зарядки постоянным током до 18 Вт и полный процесс зарядки в конце.  
В мобильных телефонах основное зарядное устройство обычно интегрировано в интерфейсную панель платформы. Некоторые производители добавляют дополнительный чип переключения зарядки для рассеивания тепла и улучшения пользовательского опыта.  
Некоторые специальные решения позволяют достичь более высокой эффективности, например, MP2762 от MPS и BQ25790 от TI, а также SC8982 от Nanxin, представляющий собой повышающе-понижающее зарядное устройство для двухцепочечных аккумуляторов, способное обеспечить эффективность до 95%.  
Технология зарядки с помощью переключателей (Switch Charger) — это решение для зарядки второго поколения, но она по-прежнему сопряжена со значительными техническими трудностями. Немногие отечественные производители могут успешно её реализовать. В настоящее время основными игроками являются мобильные платформы и компания TI. К отечественным производителям относятся в основном Silicon Power, Shengbang Micro и Nanxin.  
В настоящее время зарядка с помощью помпового преобразователя является единственным решением для быстрой зарядки мобильных телефонов среднего и высокого класса. Она обладает сверхвысокой эффективностью, обычно около 97%, и используется в качестве вспомогательного решения для зарядки в процессе зарядки постоянным током.  
Научное название зарядного насоса — «прямая зарядка высоким напряжением». Говоря о прямой зарядке, нельзя не упомянуть технологию «прямой зарядки низким напряжением» от OPPO, пионера в области отечественных источников питания. «Прямая зарядка высоким напряжением» основана на этой технологии.  
Зарядные устройства с помповым механизмом обычно работают в соответствии с соотношением напряжений, например, классическое 2:1, высокомощное 4:2, 4:1, сверхвысоковольтное 6:2 и т. д.  
Продукты с соотношением сторон 2:1 в основном используются для зарядки средней мощности 30-50 Вт; 4:2 — в основном в мощных двухцепочечных аккумуляторных решениях; а новейшая архитектура 4:1 используется в мощных 1S-аккумуляторах, что также выгодно с учетом быстрого развития технологий зарядки аккумуляторов.  
С момента запуска первых продуктов на основе технологии Charge Pump компаниями ON, Dialog и TI, отечественные производители мобильных телефонов сразу почувствовали огромные перемены. В то же время многие отечественные производители чипов активно следовали этому тренду и даже достигли определенного уровня прогресса за короткий период времени.  
Первым отечественным полупроводниковым микросхемой с преобразователем напряжения, запущенной в массовое производство, стал чип 4:2 от Xidi Micro, используемый для простого преобразования напряжения; однако первым производителем микросхем с преобразователем напряжения, запущенной в массовое производство, стал производитель SC8551 от Shanghai Nanxin, совместимый с классическим в отрасли BQ25970.  
Помимо платформ, несколько производителей выпустили на рынок разнообразные продукты для повышения мощности.Иностранные бренды, такие как:  
 

• TI: зарядное устройство 2:1, 4:2
• Lion: зарядное устройство 2:1; преобразователь 4:2; преобразователь 6:2 (недавно приобретен компанией Cirrus Logic)
• Максим: преобразователь 2:1

  К числу отечественных брендов относятся:    
 

• Nanxin: зарядное устройство 2:1 (30 Вт/40 Вт); зарядное устройство 2:1 с протоколом; преобразователь 2:1; преобразователь 4:2; зарядное устройство 4:2; зарядное устройство 4:1; преобразователь 6:2;
• Xidiwei: зарядное устройство 2:1; преобразователь 4:2
• Silicon Lijie: зарядное устройство 2:1; зарядное устройство 4:2
• Chipmax: зарядное устройство 2:1; (ранее Silicon Mitus, приобретено государственной компанией в этом году)
• Сент-Бонве: зарядное устройство 2:1;

Зарядное устройство с помповым механизмом напрямую обеспечивает мощную зарядку аккумулятора, поэтому требования к безопасности очень высоки. Производители мобильных телефонов очень осторожно относятся к внедрению подобных устройств. В настоящее время, помимо платформ и TI, отечественные производители в большом количестве поставляют продукцию только от Nanxin. В некоторых недавних отчетах о разборке можно увидеть, что многие новые зарядные устройства Nanxin используются в мобильных телефонах различных марок. Из-за специфики этого продукта ведущие производители сохранят свои позиции, а шансы новичков невелики.  
На рисунке ниже представлена ​​блок-схема решения для быстрой зарядки мобильного телефона, включая решение на основе микросхемы протокола зарядки.  
   
       

Протокол зарядки

Протокол — это душа быстрой зарядки. На протяжении всего процесса быстрой зарядки система мобильного телефона и зарядное устройство должны обмениваться данными в режиме реального времени, а напряжение/ток должны точно регулироваться и контролироваться в режиме реального времени для реализации процесса быстрой зарядки с помощью зарядного насоса.  
  В настоящее время у каждого крупного производителя мобильных телефонов есть собственное частное соглашение, например:  

• Собственный протокол Xiaomi, основанный на CC;
• Huawei/Honor SCP;
• OPPO: VOOC;
• VIVO 的Зарядное устройство для флэш-памяти;
• Частный протокол I2C компании Transsion и т.д.

  Мобильные платформы также используют собственные протокольные решения, такие как:  

• Серия QC от Qualcomm
• МТК 的PE

  Конечно, существуют и специализированные соглашения, например:  

• PD-модуляции US USB-IF;
• UFCS из Domestic Green League.

Большинство протокольных чипов в мобильных телефонах реализованы с помощью платформ или микроконтроллеров. Существуют также некоторые особые случаи, требующие индивидуальной настройки, такие как Yingjixin, протокольный чип QC от Weiquan, PD phy от Richtek и др.  
Китайское соглашение о совместимости (UFCS), в целом оптимистично оценивающее перспективы, планирует заручиться поддержкой крупных производителей. Помимо ряда других компаний, в альянс входят Silicon Power, Nanxin, Rockchip, Angbao, Chippeng Micro и другие, которые активно участвуют в разработке соглашения UFCS и создании микросхем. В долгосрочной перспективе различные протоколы будут унифицированы и интегрированы в платформу.  
Протокольный чип должен присутствовать как в мобильном телефоне, так и в зарядном устройстве. Схема расположения протокольного чипа внутри мобильного телефона приведена в блок-схеме предыдущей главы. Ниже представлена ​​базовая схема применения протокольного чипа в зарядном устройстве.  
   
       

Интерфейсы и кабели

Необходимо модернизировать не только различные чип-модули в зарядном кабеле в соответствии с требованиями быстрой зарядки, но и интерфейсы и кабели, требующие специальной обработки для снижения импеданса и тепловыделения.
Начальный уровень быстрой зарядки обычно определяется как 30 Вт (или 22.5 Вт), поскольку это самый дешевый вариант. Этот уровень мощности в значительной степени определяется возможностью пропускания тока силой 3 А через стандартные кабели.  
В основном, зарядные интерфейсы мобильных телефонов объединены в порты типа C, а кабели делятся на две основные категории: A-C и C-C. Кабели с пропускной способностью по току более 6 А стали стандартным оборудованием для высокоскоростной зарядки мобильных телефонов, но внутри кабелей требуется маркировка e-mark для обозначения пропускной способности по току. Наши трудолюбивые и смелые китайцы даже изобрели кабель A-C с дополнительным контактом CC, добавив изюминку к и без того красочному решению для быстрой зарядки.  
       

Заключение

На рисунке ниже представлена ​​полная сквозная архитектурная схема проводной зарядки. Каждый модуль четко виден и понятен с первого взгляда. Схема служит кратким изложением технической архитектуры, описанной в данной статье.
   
В этой статье кратко представлены чиповые решения для полного цикла быстрой зарядки мобильных телефонов. Многие отечественные производители уже провели здесь углублённые исследования и добились значительных успехов. В то же время мы видим, что большинство производителей в настоящее время сосредоточены только на определённой области быстрого зарядного соединения, и лишь немногие компании способны предложить комплексное решение для всего цикла быстрой зарядки мобильных телефонов. Судя по нынешнему ландшафту быстрой зарядки, лишь немногие компании с сильным влиянием и мощью, такие как Qualcomm, TI и Nanxin, станут главными победителями в этой области.  
В таблице ниже перечислены некоторые известные производители различных функциональных модулей для быстрой зарядки мобильных телефонов.
 

В последние годы отечественная полупроводниковая промышленность стремительно развивается. С одной стороны, постепенно совершенствуются технические возможности. С другой стороны, этому способствуют мощная поддержка государственной политики и активное участие производителей мобильных телефонов. Многие производители полупроводников появились как грибы после дождя. Это, безусловно, хорошее явление, но для того, чтобы стать больше и сильнее, необходимо достичь определённых масштабов и иметь комплексную продуктовую линейку. Только такие отечественные компании, как Silicon Power, Shengbangwei и Nanxin, могут добиться большего успеха благодаря этой современной тенденции.

Отказ от ответственности: Данная статья воспроизведена из издания "Semiconductor Industry Observation". Эта статья отражает только личное мнение автора и не представляет точку зрения компании Sacco Micro и отрасли в целом. Перепечатка и распространение предназначены исключительно для защиты прав интеллектуальной собственности. Пожалуйста, указывайте первоисточник и автора при перепечатке. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.

Номер телефона компании: +86-0755-83044319
Факс: +86-0755-83975897
Почта: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Менеджер Ли

QQ: 332496225 Менеджер Цю

Адрес: Комната 809, корпус C, технологический корпус Чжаньтао, проспект Миньчжи, 1079, новый район Лунхуа, Шэньчжэнь.