三款各具特色的國(guó)產(chǎn)無(wú)線充電芯片解析

2017年9月蘋果發(fā)布會(huì)上提出The future is wireless，然后推出了AirPower，無(wú)線充電爆發(fā)式發(fā)展的序幕從此拉開。來(lái)自市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IHS的報(bào)告顯示：預(yù)計(jì)2020年TX出貨達(dá)4億臺(tái)，RX出貨達(dá)10億臺(tái);2025年TX出貨達(dá)8億臺(tái)，RX出貨達(dá)20億臺(tái)。到2021年，TX可達(dá)5億個(gè)。不過來(lái)自無(wú)線充電聯(lián)盟WPC的中國(guó)聯(lián)絡(luò)代表余爽表示，這個(gè)數(shù)據(jù)或許會(huì)更為樂觀。WPC預(yù)測(cè)，2019年就可以達(dá)到TX 出貨5億臺(tái)這個(gè)數(shù)字。下面就來(lái)了解一下相關(guān)內(nèi)容吧。

另外，來(lái)自中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息研究網(wǎng)發(fā)布的《2017-2022年中國(guó)無(wú)線充電行業(yè)市場(chǎng)深度分析與投資前景預(yù)測(cè)研究報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，無(wú)線充電市場(chǎng)將從2016年34億美元增加到2022年的140億美元，滲透率從7%提升到60%以上。在2018年之前，無(wú)線充電市場(chǎng)將保持50%以上的增長(zhǎng)，勢(shì)頭十分強(qiáng)勁。

不過，無(wú)線充電的充電效率、充電速度等一直是行業(yè)發(fā)展的瓶頸，而其核心因素就是芯片的功率和品質(zhì)，這一市場(chǎng)也長(zhǎng)期被如IDT、TI、NXP、ST、ADI、高通等國(guó)際巨頭所壟斷。值得高興的是，近年來(lái)國(guó)內(nèi)企業(yè)無(wú)線充電芯片研究進(jìn)步明顯，伴隨著市場(chǎng)的爆發(fā)，蛋糕做大的同時(shí)為國(guó)產(chǎn)芯片廠商帶來(lái)了新的機(jī)遇，國(guó)產(chǎn)無(wú)線充電芯片廠商也在快速成長(zhǎng)。

在剛結(jié)束不久的由充電頭網(wǎng)舉辦的2018（夏季）中國(guó)無(wú)線電產(chǎn)業(yè)高峰論壇上，編者就看到了許多優(yōu)秀國(guó)產(chǎn)芯片公司的身影。除了國(guó)內(nèi)無(wú)線充電領(lǐng)域風(fēng)頭正盛的易沖無(wú)線外，還有包括勁芯微、廈門新頁(yè)、伏達(dá)、美芯晟、瀚為、柏壹等國(guó)內(nèi)芯片廠商。與以往電源IC領(lǐng)域打法不同的是，各家不再以價(jià)格低廉為賣點(diǎn)，更為注重質(zhì)量和差異化方案以及用戶體驗(yàn)到打造。

功率器件全集成的智能全橋方案——設(shè)計(jì)公司：伏達(dá)

伏達(dá)推出的第一代Gen 1 TX解決方案自稱是世界上最為高度集成的TX解決方案，其方案主要由一顆控制芯片和一顆智能全橋芯片SmartBridge構(gòu)成。從下圖來(lái)看，整體方案確實(shí)簡(jiǎn)潔。另外編者認(rèn)為，其中的智能全橋芯片可謂是該公司最具特色的產(chǎn)品。伏達(dá)把所有功率器件（包括4個(gè)MOSFET，4個(gè)Driver）都集成到SmartBridge中，因此其整個(gè)發(fā)射端系統(tǒng)由兩顆芯片就可以實(shí)現(xiàn)，對(duì)下游產(chǎn)品工程師來(lái)說系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。

圖：伏達(dá)第一代和第二代方案對(duì)比

據(jù)了解，該公司目前正在出貨的是第一代方案Gen 1（5W以及針對(duì)三星10W和蘋果7.5W的方案）， 下一代Gen2方案還在樣片階段。Gen2是針對(duì)未來(lái)手機(jī)需求開發(fā)的方案，如15 TX WPC EPP和20W TX，與Gen 1相比，BOM可消減30%;在功率上，Gen1 最高10W，Gen 2最高可做到20W，提升100%。

Gen2 系統(tǒng)架構(gòu)如下：

該公司CEO王新濤介紹稱，Gen 2方案中SoC控制器的存儲(chǔ)提高了一倍，時(shí)鐘提高到了48M。第二代SmartBrige除了集成所有功率器件外，同時(shí)還集成了Q值檢測(cè)、數(shù)字解調(diào)、DC-DC、以及完全無(wú)損的電流采樣。

這里編者也重點(diǎn)提一下，該公司的智能全橋不僅僅適配于其自家控制器，而且也可以適配其他廠家的控制器或MCU產(chǎn)品。所以對(duì)下游客戶來(lái)說，既可以選擇伏達(dá)提供的捆綁方案，可以自行選擇SoC或MCU 加SmartBrige的方式做各類解決方案，設(shè)計(jì)靈活方便。

True 15W RX/TX SoC芯片——設(shè)計(jì)公司：美芯晟

在無(wú)線充電接收端，美芯晟摒棄了國(guó)內(nèi)外某些芯片公司的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)思路，認(rèn)為接收端的芯片需要非常高的集成度，內(nèi)部的每個(gè)模塊和行為都需要被智能的管理，并且從效率的角度出發(fā)，美芯晟也決定采用輸出高電壓、小電流的方式達(dá)到大輸出功率的目的。

“無(wú)線充電不僅僅是電源的技術(shù)，更重要的是從系統(tǒng)的角度出發(fā)合理分配與管理硬件的行為和性能?！泵佬娟煽偨?jīng)理程寶洪表示，與市面上某些低壓、大電流方案相比，高壓、小電流方案可以大大節(jié)省全橋整流器與接收線圈的阻性損耗。

基于上述對(duì)SOC芯片和電源系統(tǒng)的理解，美芯晟設(shè)計(jì)了其稱之為“True 15W”無(wú)線接收芯片的MT5715。據(jù)了解MT5715內(nèi)部集成了可編程的大功率LDO，輸出電壓從3V到15V可調(diào)，限流從100mA到1.5A可調(diào);內(nèi)部全橋整流器采用自適應(yīng)技術(shù)，并且可由軟件根據(jù)外界條件（電壓、電流、頻率）實(shí)時(shí)調(diào)整;集成了特殊的設(shè)計(jì)，在15W模式下可保持較高的工作電壓，實(shí)現(xiàn)端到端大于90%的系統(tǒng)效率。

來(lái)一組數(shù)據(jù)對(duì)比下：

圖：MT5715 DEMO

最后，還值得提到的是，該芯片內(nèi)部集成了精準(zhǔn)的PWM控制器，可以用PWM信號(hào)控制全橋整流器的4個(gè)MOSFET，使其變?yōu)楣β拾l(fā)射端。這就使手機(jī)等終端設(shè)備同時(shí)具有無(wú)線接收功能和無(wú)線發(fā)射功能，可實(shí)現(xiàn)手機(jī)對(duì)手機(jī)或手機(jī)對(duì)可穿戴產(chǎn)品進(jìn)行無(wú)線充電。現(xiàn)今帶有OTG功能的手機(jī)可以給其他手機(jī)充電（需要連接線和HUB），一些手機(jī)廠商也以此為產(chǎn)品的一個(gè)賣點(diǎn)。當(dāng)然無(wú)線的方式自然更為方便，這類設(shè)計(jì)在無(wú)線充電全面普及時(shí)代或許會(huì)有一席用武之地。

同套硬件，按需選擇的發(fā)射端方案——設(shè)計(jì)公司：瀚為

翰為原是一家方案設(shè)計(jì)和代理商，后與華潤(rùn)硅科深度合作，開發(fā)出系列無(wú)線充電芯片方案。該公司目前主推的是一款名為CS4967的發(fā)射端主控方案，據(jù)其產(chǎn)品研發(fā)總監(jiān)于萌介紹，該款解決方案最大的特點(diǎn)是一款5W、10W、15W多合一處理方案，具體來(lái)說，整個(gè)系列由CS4967（主控）、CS4268（驅(qū)動(dòng)）、CS78S33（LDO）構(gòu)成。系統(tǒng)如下圖所示：

“此架構(gòu)的最大特點(diǎn)是可以通過修改軟件和小部分BOM清單，就可以實(shí)現(xiàn)5W、10W和15W不同級(jí)別功率，整個(gè)硬件架構(gòu)是不用改變的，而且可以適應(yīng)不同適配器的需求，適應(yīng)三星快充和蘋果快充，并且完全按照歐盟無(wú)線充電輻射標(biāo)準(zhǔn)?！庇诿缺硎荆撔酒攸c(diǎn)是采用純數(shù)字解碼，通訊穩(wěn)定性好，有較強(qiáng)的抗干擾能力，而且外圍簡(jiǎn)潔，整個(gè)BOM元器件數(shù)量小于80個(gè)，對(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)說設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單;而且物料共用，物料成本和物料管理成本都會(huì)大大降低。

這些各具特色的國(guó)產(chǎn)無(wú)線充電芯片，你知道多少？

從搭載CS4967的DEMO板外觀來(lái)看，除主控IC之外，再配備一顆供電轉(zhuǎn)換IC、兩個(gè)線圈驅(qū)動(dòng)MOS及MOS驅(qū)動(dòng)IC，搭配一些電阻電容及LED指示燈即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電發(fā)射功能，板面元器件面結(jié)構(gòu)還算是比較簡(jiǎn)練。

此外，因?yàn)楹矠榕c華潤(rùn)西科是深度合作關(guān)系，他們有自己的芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、封裝和芯片測(cè)試一整套流程，不用擔(dān)心交貨問題，滿足客戶交期，對(duì)下游廠商來(lái)說還是比較有吸引力的。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于功率性電子產(chǎn)品來(lái)說，安全和可靠性是制造商和終端用戶非常關(guān)心的問題。除了上述各具特色的產(chǎn)品外，編者還看到的一點(diǎn)趨勢(shì)是，國(guó)內(nèi)廠商越來(lái)越重視產(chǎn)品和質(zhì)量的把控、自主專利技術(shù)的積累和儲(chǔ)備，如柏壹科技，為保證所提供無(wú)線充電解決方案的安全可靠，該公司產(chǎn)品具有比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格的質(zhì)控。以在無(wú)線充電中非常重要的異物保護(hù)（FOD）測(cè)試為例，行業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是“放入異物，不低于10分鐘，溫度不超過60度”，該公司的標(biāo)準(zhǔn)是“放入異物，不低于20分鐘，溫度不超過55度”。正如該公司產(chǎn)品開發(fā)部總監(jiān)蔣洪文所言，質(zhì)量是價(jià)值與尊嚴(yán)的起點(diǎn)。國(guó)內(nèi)各領(lǐng)域芯片公司可以此共勉。

相比于IT和通信行業(yè)，無(wú)線充電行業(yè)發(fā)展較晚，國(guó)內(nèi)外企業(yè)起跑線相較不遠(yuǎn)，這也給國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)外企業(yè)提供了一較高下的機(jī)會(huì)。前不久的“中興被禁售”事件更堅(jiān)定了我們走自主發(fā)展芯片的道路的決心，自主可控和芯片國(guó)產(chǎn)化將成為未來(lái)中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主旋律。當(dāng)前，正是國(guó)產(chǎn)芯片公司大有可為的時(shí)點(diǎn)，也希望國(guó)內(nèi)的無(wú)線充電芯片公司能給行業(yè)帶來(lái)更多更優(yōu)秀的方案，讓國(guó)內(nèi)的設(shè)備可以用上、用好“中國(guó)芯”。