近年来，手机快充技术发展迅猛，尤其是国内五大手机品牌，在充电功率和速度方面已经超越了苹果和三星，这促使快充芯片制造商不断迭代技术和产品，推出新产品。  
德州仪器作为模拟芯片领域的国际巨头，一直是电源管理市场的领军企业，也是业界竞相效仿的标杆。它在手机快充市场也占据了相当大的份额。然而，近年来，随着国内充电芯片厂商技术能力和研发能力的显著提升，以及国际环境的影响和国家政策的支持，它们取得了长足的发展。一些新兴的国内半导体企业，如南鑫、西迪微等，在手机快充市场表现尤为亮眼。  
快速充电已成为中高端手机的必备功能，同时也占据了手机成本的很大一部分。这是一个环节众多的系统工程，包括充电头、接口、充电线、快充芯片、电池连接器、电芯等各种供电路径，以及被称为快充灵魂的通信协议。供电路径上的每个环节都必须实现高效率、高功率，才能确保快速充电的实现，而且不能存在任何缺陷。  
本文将为您介绍手机快速充电解决方案的全链路芯片功能模块，包括充电头、手机快速充电芯片、协议解决方案等。  
       

充电头

充电头是整个快充链路的能量提供者。它经历了从最初的2.5W到目前最高200W的飞速发展。而且，得益于最新GAN材料的应用，其效率更高，体积更小。  
下图为交流/直流解决方案的框图，主要由三个控制模块组成：初级侧、次级侧和协议模块，以及变压器、隔离反馈装置等。根据不同的功率等级，进行相应的选择，以满足不同的功率要求和客户需求。  
   
AC/DC大多采用经典的反激式架构。在高功率应用场景下，会采用软开关、氮化镓器件、功率因数校正（PFC）等技术来进一步提高效率，从而提升功率输出。
我们看到的一些微型口红充电头、饼干充电头等，使用了大量的新材料和技术，例如氮化镓MOS和平板变压器。  
在充电头市场，过去一直由国外品牌和台湾品牌主导。国外品牌如ON、PI、Dialog（iwatt）主要生产主副充电头，英飞凌（Cypress）主要负责协议业务；台湾品牌如通家、红宝等可以提供完整的解决方案。  
近年来，国内本土厂商在交直流领域取得了快速突破，例如主要从事一次侧和二次侧的思力捷、捷华、新鹏威、世兰威等；主要从事协议侧的英基鑫、智龙、汇能泰等；以及提供完整解决方案的上海南鑫，特别值得一提的是，南鑫还拥有完整的第三代氮化镓直驱解决方案。  
       

手机中的快速充电芯片

手机快充方案是整个充电系统中的核心环节。它的主要功能是高效转换充电头输出的能量，以电池能够接受的方式进行充电，并完成一系列检测和保护功能。  
效率一直是制约手机快充的最大瓶颈。由于手机空间有限，且必须兼顾用户体验，发热问题就显得尤为棘手。  
  迄今为止，手机充电架构已经经历了三代发展：    
 

• 线性充电
• 开关充电
• 充电泵充电

智能手机已经完全淘汰了线性充电，目前只有超低端功能手机还在使用线性充电。  
目前，开关式充电是手机的主流充电方式。其效率一般在88%到92%之间，充电功率约为18W。例如，德州仪器（TI）的BQ2560x是一款通用主充电器，可以完成预充电、最高18W的恒流充电以及最终充电的完整过程。  
在手机中，主充电器通常集成在平台的电源管理芯片（PMI）中。一些厂商会额外添加一个开关充电芯片，以散热并提升用户体验。  
一些特殊解决方案可以实现更高的效率，例如 MPS 的 MP2762 和 TI 的 BQ25790，以及南信的 SC8982，它是一种用于双组电池的升压和降压充电解决方案，效率可高达约 95%。  
开关充电是第二代充电解决方案，但技术难度依然很高，国内能够做好的厂商不多。目前，手机平台和德州仪器是绝对的两大巨头，国内厂商主要有硅能、盛邦微和南鑫。  
电荷泵充电是目前中高端手机快速充电的唯一解决方案。它具有极高的效率，通常在97%左右，并作为恒流充电过程的辅助充电方案。  
该充电泵的学名是“高压直充”。说到直充，就不得不提OPPO的“低压直充”技术，它是国内供电领域的先驱。“高压直充”正是基于这项技术发展而来的。  
充电泵充电器通常按电压比工作，例如经典的 2:1、高功率的 4:2、4:1、超高压的 6:2 等。  
2:1 产品主要用于 30-50W 的中等充电功率等级；4:2 主要用于大功率双串电池解决方案；而最新的 4:1 架构则用于大功率 1S 电池架构，这也得益于电池充电速率的快速发展。  
自从安森美半导体、Dialog和德州仪器等厂商率先推出电荷泵产品以来，国内手机厂商立刻嗅到了巨大变革的气息。与此同时，许多国内芯片厂商也积极跟进，甚至在短时间内取得了一定的超越。  
国内首款量产的半导体电荷泵是西迪微电子的 4:2 电荷泵芯片，用于简单的电压转换；但首款量产的电荷泵充电器芯片制造商是上海南鑫的 SC8551，它与业界经典的 BQ25970 兼容。  
除了平台之外，一些制造商还推出了各种增压泵产品。外国品牌，例如：  
 

• TI： 2:1、4:2的充电器
• Lion：2:1 充电器；4:2 转换器；6:2 转换器（已被 Cirrus Logic 收购）
• Maxim：2:1转换器

  国内品牌包括：    
 

• 南鑫：2:1 充电器（30W/40W）；带协议的 2:1 充电器；2:1 转换器；4:2 转换器；4:2 充电器；4:1 充电器；6:2 转换器；
• 西迪威：2:1 充电器；4:2 转换器
• 硅力杰：2:1 充电器；4:2 充电器
• Chipmax：2:1 充电器；（原名 Silicon Mitus，今年被国有资本收购）
• 圣邦威：2:1 充电器；

电荷泵充电器直接为电池提供高功率充电，因此对安全性要求极高。品牌手机厂商在引进此类产品时都非常谨慎。目前，除了平台和德州仪器（TI）之外，国内厂商大量采购的此类产品主要来自南鑫。从近期的一些拆解报告中可以看出，南鑫的新型电荷泵产品被多个品牌的手机采用。由于该产品的特殊性，领先厂商将保持优势，后入者的机会渺茫。  
下图是手机快速充电解决方案的框图，其中也包括充电协议芯片解决方案。  
   
       

充电协议

协议是快速充电的灵魂。在整个快速充电过程中，手机系统和充电头必须实时通信，电压/电流必须实时精确调节和监控，才能实现充电泵的快速充电过程。  
  目前，各大手机品牌都有各自的专属协议，例如：  

• 小米基于CC的私有协议；
• 华为/荣耀 SCP；
• OPPO的VOOC；
• VIVO的闪充；
• 传音的I2C私有协议等。

  移动平台也有自己的协议解决方案，例如：  

• 高通QC系列
• MTK的PE

  当然，也存在一些专门的协议联盟，例如：  

• 美国 USB-IF 的 PD；
• 国内绿色联盟的UFCS。

手机中的大多数协议芯片都是通过平台或微控制器（MCU）实现的。但也有一些特殊情况需要定制，例如英基鑫、维泉的QC协议芯片、立讯科技的PD PHY等。  
中国自主研发的互操作性协议——UFCS，对未来发展前景总体乐观，并计划得到主要厂商的支持。除部分厂商外，硅能、南鑫、瑞芯微、红宝、齐鹏电子等也加入了该联盟，积极参与UFCS协议的制定和芯片的研发。从长远来看，各种协议将被统一整合到该平台中。  
协议芯片需要安装在手机和充电头中。手机内部的协议芯片请参考上一章的框图。下图是充电头中协议芯片的基本应用示意图。  
   
       

接口和线缆

根据快速充电的要求，不仅充电链路上的各种芯片模块需要升级，而且接口和电缆也需要特殊处理，以降低阻抗和发热量。
入门级快充通常定义为 30W（或 22.5W），因为其成本最低。这一功率水平主要基于标准充电线的 3A 电流承载能力。  
手机充电接口基本统一为C口，充电线也主要分为A转C和C转C两大类。6A以上电流容量的充电线已成为大功率充电手机的标配，但线材内部需要有E-mark标识来标明电流容量。我们勤劳勇敢的中国人甚至发明了一种带有额外CC针脚的A转C口充电线，为原本就丰富多彩的快充方案增添了新的亮点。  
       

结语

下图是完整的端到端有线充电架构图。每个模块清晰可见，一目了然。它概括了本文的技术架构部分。
   
本文简要介绍了手机快充全链路的芯片解决方案。国内许多厂商已经在此领域进行了深入布局，并取得了显著进展。同时，我们也看到，目前大多数厂商仅专注于快充链路的某个特定环节，只有少数企业具备提供手机快充全链路完整解决方案的能力。从目前的快充市场格局来看，只有少数几家实力雄厚、影响力强大的企业，例如高通、德州仪器和南鑫，才能成为该领域的最大赢家。  
下表列出了一些具有代表性的手机快速充电功能模块制造商。
 

近年来，国内半导体产业发展迅猛。一方面，技术能力日趋成熟；另一方面，也得益于国家政策和手机厂商的大力扶持。众多半导体厂商如雨后春笋般涌现。这当然是件好事，但要想发展壮大，就必须具备一定的规模和完善的产品线布局。只有像硅动力、盛邦威、南鑫这样的国内企业，才能在这样的时代潮流的推动下，不断攀登高峰。

免责声明：本文转载自《半导体产业观察》。本文仅代表作者个人观点，不代表赛科微电子及业界立场。转载仅供支持知识产权保护之用，请注明原出处及作者。如有侵权，请联系我们删除。

公司电话号码：+86-0755-83044319
传真：+86-0755-83975897
电子邮件：1615456225@qq.com
QQ：3518641314 李经理

QQ：332496225 邱经理

地址：深圳市龙华新区民治大道1079号展涛科技大厦C座809室