| 2017年9月蘋果發(fā)布會上提出The future is wireless，然后推出了AirPower，無線充電爆發(fā)式發(fā)展的序幕從此拉開。來自市場研究機構(gòu)IHS的報告顯示：預計2020年TX出貨達4億臺，RX出貨達10億臺;2025年TX出貨達8億臺，RX出貨達20億臺。到2021年，TX可達5億個。不過來自無線充電聯(lián)盟WPC的中國聯(lián)絡代表余爽表示，這個數(shù)據(jù)或許會更為樂觀。WPC預測，2019年就可以達到TX 出貨5億臺這個數(shù)字。下面就來了解一下相關內(nèi)容吧。
另外，來自中國產(chǎn)業(yè)信息研究網(wǎng)發(fā)布的《2017-2022年中國無線充電行業(yè)市場深度分析與投資前景預測研究報告》數(shù)據(jù)顯示，無線充電市場將從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，無線充電市場將保持50%以上的增長，勢頭十分強勁。
不過，無線充電的充電效率、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)，這一市場也長期被如IDT、TI、NXP、ST、ADI、高通等國際巨頭所壟斷。值得高興的是，近年來國內(nèi)企業(yè)無線充電芯片研究進步明顯，伴隨著市場的爆發(fā)，蛋糕做大的同時為國產(chǎn)芯片廠商帶來了新的機遇，國產(chǎn)無線充電芯片廠商也在快速成長。
在剛結(jié)束不久的由充電頭網(wǎng)舉辦的2018（夏季）中國無線電產(chǎn)業(yè)高峰論壇上，編者就看到了許多優(yōu)秀國產(chǎn)芯片公司的身影。除了國內(nèi)無線充電領域風頭正盛的易沖無線外，還有包括勁芯微、廈門新頁、伏達、美芯晟、瀚為、柏壹等國內(nèi)芯片廠商。與以往電源IC領域打法不同的是，各家不再以價格低廉為賣點，更為注重質(zhì)量和差異化方案以及用戶體驗到打造。
功率器件全集成的智能全橋方案——設計公司：伏達
伏達推出的第一代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。從下圖來看，整體方案確實簡潔。另外編者認為，其中的智能全橋芯片可謂是該公司最具特色的產(chǎn)品。伏達把所有功率器件（包括4個MOSFET，4個Driver）都集成到SmartBridge中，因此其整個發(fā)射端系統(tǒng)由兩顆芯片就可以實現(xiàn)，對下游產(chǎn)品工程師來說系統(tǒng)設計非常簡單。
圖：伏達第一代和第二代方案對比
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是針對未來手機需求開發(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控制器的存儲提高了一倍，時鐘提高到了48M。第二代SmartBrige除了集成所有功率器件外，同時還集成了Q值檢測、數(shù)字解調(diào)、DC-DC、以及完全無損的電流采樣。
這里編者也重點提一下，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。所以對下游客戶來說，既可以選擇伏達提供的捆綁方案，可以自行選擇SoC或MCU 加SmartBrige的方式做各類解決方案，設計靈活方便。
True 15W RX/TX SoC芯片——設計公司：美芯晟
在無線充電接收端，美芯晟摒棄了國內(nèi)外某些芯片公司的狀態(tài)機設計思路，認為接收端的芯片需要非常高的集成度，內(nèi)部的每個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、小電流的方式達到大輸出功率的目的。
“無線充電不僅僅是電源的技術，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。”美芯晟總經(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SOC芯片和電源系統(tǒng)的理解，美芯晟設計了其稱之為“True 15W”無線接收芯片的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技術，并且可由軟件根據(jù)外界條件（電壓、電流、頻率）實時調(diào)整;集成了特殊的設計，在15W模式下可保持較高的工作電壓，實現(xiàn)端到端大于90%的系統(tǒng)效率。
來一組數(shù)據(jù)對比下：
圖：MT5715 DEMO
最后，還值得提到的是，該芯片內(nèi)部集成了精準的PWM控制器，可以用PWM信號控制全橋整流器的4個MOSFET，使其變?yōu)楣β拾l(fā)射端。這就使手機等終端設備同時具有無線接收功能和無線發(fā)射功能，可實現(xiàn)手機對手機或手機對可穿戴產(chǎn)品進行無線充電。現(xiàn)今帶有OTG功能的手機可以給其他手機充電（需要連接線和HUB），一些手機廠商也以此為產(chǎn)品的一個賣點。當然無線的方式自然更為方便，這類設計在無線充電全面普及時代或許會有一席用武之地。
同套硬件，按需選擇的發(fā)射端方案——設計公司：瀚為
翰為原是一家方案設計和代理商，后與華潤硅科深度合作，開發(fā)出系列無線充電芯片方案。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是一款5W、10W、15W多合一處理方案，具體來說，整個系列由CS4967（主控）、CS4268（驅(qū)動）、CS78S33（LDO）構(gòu)成。系統(tǒng)如下圖所示：
“此架構(gòu)的最大特點是可以通過修改軟件和小部分BOM清單，就可以實現(xiàn)5W、10W和15W不同級別功率，整個硬件架構(gòu)是不用改變的，而且可以適應不同適配器的需求，適應三星快充和蘋果快充，并且完全按照歐盟無線充電輻射標準�！庇诿缺硎�，該芯片特點是采用純數(shù)字解碼，通訊穩(wěn)定性好，有較強的抗干擾能力，而且外圍簡潔，整個BOM元器件數(shù)量小于80個，對設計人員來說設計簡單;而且物料共用，物料成本和物料管理成本都會大大降低。
這些各具特色的國產(chǎn)無線充電芯片，你知道多少？
從搭載CS4967的DEMO板外觀來看，除主控IC之外，再配備一顆供電轉(zhuǎn)換IC、兩個線圈驅(qū)動MOS及MOS驅(qū)動IC，搭配一些電阻電容及LED指示燈即可實現(xiàn)無線充電發(fā)射功能，板面元器件面結(jié)構(gòu)還算是比較簡練。
此外，因為翰為與華潤西科是深度合作關系，他們有自己的芯片設計、生產(chǎn)、封裝和芯片測試一整套流程，不用擔心交貨問題，滿足客戶交期，對下游廠商來說還是比較有吸引力的。
結(jié)語
對于功率性電子產(chǎn)品來說，安全和可靠性是制造商和終端用戶非常關心的問題。除了上述各具特色的產(chǎn)品外，編者還看到的一點趨勢是，國內(nèi)廠商越來越重視產(chǎn)品和質(zhì)量的把控、自主專利技術的積累和儲備，如柏壹科技，為保證所提供無線充電解決方案的安全可靠，該公司產(chǎn)品具有比行業(yè)標準更嚴格的質(zhì)控。以在無線充電中非常重要的異物保護（FOD）測試為例，行業(yè)測試標準是“放入異物，不低于10分鐘，溫度不超過60度”，該公司的標準是“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)量是價值與尊嚴的起點。國內(nèi)各領域芯片公司可以此共勉。
相比于IT和通信行業(yè)，無線充電行業(yè)發(fā)展較晚，國內(nèi)外企業(yè)起跑線相較不遠，這也給國內(nèi)企業(yè)與國外企業(yè)提供了一較高下的機會。前不久的“中興被禁售”事件更堅定了我們走自主發(fā)展芯片的道路的決心，自主可控和芯片國產(chǎn)化將成為未來中國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主旋律。當前，正是國產(chǎn)芯片公司大有可為的時點，也希望國內(nèi)的無線充電芯片公司能給行業(yè)帶來更多更優(yōu)秀的方案，讓國內(nèi)的設備可以用上、用好“中國芯”。 |
