三款各具特色的国产无线充电芯片解析

工程师4 发表于 2018-05-06 10:34:01 收藏 已收藏
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三款各具特色的国产无线充电芯片解析

工程师4 发表于 2018-05-06 10:34:01

2017年9月苹果发布会上提出The future is wireless,然后推出了AirPower,无线充电爆发式发展的序幕从此拉开。来自市场研究机构IHS的报告显示:预计2020年TX出货达4亿台,RX出货达10亿台;2025年TX出货达8亿台,RX出货达20亿台。到2021年,TX可达5亿个。不过来自无线充电联盟WPC的中国联络代表余爽表示,这个数据或许会更为乐观。WPC预测,2019年就可以达到TX 出货5亿台这个数字。下面就来了解一下相关内容吧。

另外,来自中国产业信息研究网发布的《2017-2022年中国无线充电行业市场深度分析与投资前景预测研究报告》数据显示,无线充电市场将从2016年34亿美元增加到2022年的140亿美元,渗透率从7%提升到60%以上。在2018年之前,无线充电市场将保持50%以上的增长,势头十分强劲。

不过,无线充电的充电效率、充电速度等一直是行业发展的瓶颈,而其核心因素就是芯片的功率和品质,这一市场也长期被如IDT、TI、NXP、ST、ADI、高通等国际巨头所垄断。值得高兴的是,近年来国内企业无线充电芯片研究进步明显,伴随着市场的爆发,蛋糕做大的同时为国产芯片厂商带来了新的机遇,国产无线充电芯片厂商也在快速成长。

在刚结束不久的由充电头网举办的2018(夏季)中国无线电产业高峰论坛上,编者就看到了许多优秀国产芯片公司的身影。除了国内无线充电领域风头正盛的易冲无线外,还有包括劲芯微、厦门新页、伏达、美芯晟、瀚为、柏壹等国内芯片厂商。与以往电源IC领域打法不同的是,各家不再以价格低廉为卖点,更为注重质量和差异化方案以及用户体验到打造。

功率器件全集成的智能全桥方案——设计公司:伏达

伏达推出的第一代Gen 1 TX解决方案自称是世界上最为高度集成的TX解决方案,其方案主要由一颗控制芯片和一颗智能全桥芯片SmartBridge构成。从下图来看,整体方案确实简洁。另外编者认为,其中的智能全桥芯片可谓是该公司最具特色的产品。伏达把所有功率器件(包括4个MOSFET,4个Driver)都集成到SmartBridge中,因此其整个发射端系统由两颗芯片就可以实现,对下游产品工程师来说系统设计非常简单。

三款各具特色的国产无线充电芯片解析
图:伏达第一代和第二代方案对比

据了解,该公司目前正在出货的是第一代方案Gen 1(5W以及针对三星10W和苹果7.5W的方案), 下一代Gen2方案还在样片阶段。Gen2是针对未来手机需求开发的方案,如15 TX WPC EPP和20W TX,与Gen 1相比,BOM可消减30%;在功率上,Gen1 最高10W,Gen 2最高可做到20W,提升100%。

Gen2 系统架构如下:

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该公司CEO王新涛介绍称,Gen 2方案中SoC控制器的存储提高了一倍,时钟提高到了48M。第二代SmartBrige除了集成所有功率器件外,同时还集成了Q值检测、数字解调、DC-DC、以及完全无损的电流采样。

这里编者也重点提一下,该公司的智能全桥不仅仅适配于其自家控制器,而且也可以适配其他厂家的控制器或MCU产品。所以对下游客户来说,既可以选择伏达提供的捆绑方案,可以自行选择SoC或MCU 加SmartBrige的方式做各类解决方案,设计灵活方便。

True 15W RX/TX SoC芯片——设计公司:美芯晟

在无线充电接收端,美芯晟摒弃了国内外某些芯片公司的状态机设计思路,认为接收端的芯片需要非常高的集成度,内部的每个模块和行为都需要被智能的管理,并且从效率的角度出发,美芯晟也决定采用输出高电压、小电流的方式达到大输出功率的目的。

“无线充电不仅仅是电源的技术,更重要的是从系统的角度出发合理分配与管理硬件的行为和性能。”美芯晟总经理程宝洪表示,与市面上某些低压、大电流方案相比,高压、小电流方案可以大大节省全桥整流器与接收线圈的阻性损耗。

基于上述对SOC芯片和电源系统的理解,美芯晟设计了其称之为“True 15W”无线接收芯片的MT5715。据了解MT5715内部集成了可编程的大功率LDO,输出电压从3V到15V可调,限流从100mA到1.5A可调;内部全桥整流器采用自适应技术,并且可由软件根据外界条件(电压、电流、频率)实时调整;集成了特殊的设计,在15W模式下可保持较高的工作电压,实现端到端大于90%的系统效率。

来一组数据对比下:

三款各具特色的国产无线充电芯片解析

三款各具特色的国产无线充电芯片解析
图:MT5715 DEMO

最后,还值得提到的是,该芯片内部集成了精准的PWM控制器,可以用PWM信号控制全桥整流器的4个MOSFET,使其变为功率发射端。这就使手机等终端设备同时具有无线接收功能和无线发射功能,可实现手机对手机或手机对可穿戴产品进行无线充电。现今带有OTG功能的手机可以给其他手机充电(需要连接线和HUB),一些手机厂商也以此为产品的一个卖点。当然无线的方式自然更为方便,这类设计在无线充电全面普及时代或许会有一席用武之地。

同套硬件,按需选择的发射端方案——设计公司:瀚为

翰为原是一家方案设计和代理商,后与华润硅科深度合作,开发出系列无线充电芯片方案。该公司目前主推的是一款名为CS4967的发射端主控方案,据其产品研发总监于萌介绍,该款解决方案最大的特点是一款5W、10W、15W多合一处理方案,具体来说,整个系列由CS4967(主控)、CS4268(驱动)、CS78S33(LDO)构成。系统如下图所示:

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“此架构的最大特点是可以通过修改软件和小部分BOM清单,就可以实现5W、10W和15W不同级别功率,整个硬件架构是不用改变的,而且可以适应不同适配器的需求,适应三星快充和苹果快充,并且完全按照欧盟无线充电辐射标准。”于萌表示,该芯片特点是采用纯数字解码,通讯稳定性好,有较强的抗干扰能力,而且外围简洁,整个BOM元器件数量小于80个,对设计人员来说设计简单;而且物料共用,物料成本和物料管理成本都会大大降低。

三款各具特色的国产无线充电芯片解析

这些各具特色的国产无线充电芯片,你知道多少?

从搭载CS4967的DEMO板外观来看,除主控IC之外,再配备一颗供电转换IC、两个线圈驱动MOS及MOS驱动IC,搭配一些电阻电容及LED指示灯即可实现无线充电发射功能,板面元器件面结构还算是比较简练。

此外,因为翰为与华润西科是深度合作关系,他们有自己的芯片设计、生产、封装和芯片测试一整套流程,不用担心交货问题,满足客户交期,对下游厂商来说还是比较有吸引力的。

结语

对于功率性电子产品来说,安全和可靠性是制造商和终端用户非常关心的问题。除了上述各具特色的产品外,编者还看到的一点趋势是,国内厂商越来越重视产品和质量的把控、自主专利技术的积累和储备,如柏壹科技,为保证所提供无线充电解决方案的安全可靠,该公司产品具有比行业标准更严格的质控。以在无线充电中非常重要的异物保护(FOD)测试为例,行业测试标准是“放入异物,不低于10分钟,温度不超过60度”,该公司的标准是“放入异物,不低于20分钟,温度不超过55度”。正如该公司产品开发部总监蒋洪文所言,质量是价值与尊严的起点。国内各领域芯片公司可以此共勉。

相比于IT和通信行业,无线充电行业发展较晚,国内外企业起跑线相较不远,这也给国内企业与国外企业提供了一较高下的机会。前不久的“中兴被禁售”事件更坚定了我们走自主发展芯片的道路的决心,自主可控和芯片国产化将成为未来中国半导体产业发展的主旋律。当前,正是国产芯片公司大有可为的时点,也希望国内的无线充电芯片公司能给行业带来更多更优秀的方案,让国内的设备可以用上、用好“中国芯”。

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