快速充電和RF無(wú)線充電成新寵

作者 王瑩

　　不久前，Dialog公司在深圳舉辦了充電技術(shù)研討會(huì)，介紹了手機(jī)等移動(dòng)產(chǎn)品用AC/DC、DC/DC充電與電源管理新品，以及RF無(wú)線充電方案。Dialog公司CEO(首席執(zhí)行官)Jalal Bagherli博士稱，該公司在PMIC(電源管理芯片)市場(chǎng)占有約20%的智能手機(jī)市場(chǎng)份額。專利的RapidCharge技術(shù)占有約70%的智能手機(jī)電源適配器市場(chǎng)份額。此外，公司還有全新的RF無(wú)線充電和GaN電源適配器等技術(shù)。

針對(duì)RapidCharge的AC/DC電源轉(zhuǎn)換器

　　早期的便攜式電源適配器采用分立器件的解決方案。由于更高性能的智能手機(jī)不斷采用更大容量的電池，就需要更高功率的適配器(如圖1)。

　　據(jù)Dialog公司估計(jì)，快充是增長(zhǎng)最快的AC/DC市場(chǎng)(如圖2)，從2015到2019年間的年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)68%?？焖俪潆娂夹g(shù)之所以發(fā)展，因?yàn)榭朔薝SB連接器的局限性，能夠以更快速度對(duì)較大的移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行充電。

　　通常電源適配器的大小由兩個(gè)因素決定：1.內(nèi)部元件的物理尺寸，2.在轉(zhuǎn)換過(guò)程中散掉由于功率損耗所產(chǎn)生熱量的能力。因此，更高的功率密度需要更小尺寸的元件和更有效的解決方案。

　　傳統(tǒng)的電源適配器正向智能電源適配器轉(zhuǎn)變，主要特征是按需提供更高的電壓，另外，高集成度的有源解決方案正不斷取代浪費(fèi)能源的無(wú)源器件。

　　另外，快速充電市場(chǎng)也涌現(xiàn)了各種快充協(xié)議，主要有三大類：1.芯片組供應(yīng)商高通的QuickCharge QC2.0和QC3.0，聯(lián)發(fā)科技的Pump Express、Pump Express+和Pump Express+ 2.0。2.OEM(原設(shè)備廠商)部署各自專用協(xié)議，例如三星和華為。3.USB-PD，最初是針對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備而設(shè)計(jì)，現(xiàn)在已在移動(dòng)設(shè)備中應(yīng)用。

　　Dialog是快充市場(chǎng)的先驅(qū)，搭載高通和聯(lián)發(fā)科技快充協(xié)議的產(chǎn)品率先上市，是率先提供華為FCP專有快充技術(shù)的企業(yè)，率先出貨5億單元的快充芯片組，被設(shè)計(jì)到首批針對(duì)移動(dòng)市場(chǎng)的USB-PD(供電)電源適配器中。

　　快充的另一大挑戰(zhàn)是所有OEM廠商都關(guān)心保護(hù)和安全問(wèn)題。Dialog專有的SmartDefender技術(shù)能夠在發(fā)生故障時(shí)降低功率，這樣可以降低線纜和連接器過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)，已應(yīng)用于Dialog所有RapidCharge產(chǎn)品中。

　　在USB PD接口產(chǎn)品方面，“Dialog的iW656是首款針對(duì)便攜式電源適配器優(yōu)化的USB PD，”公司高級(jí)副總裁兼電源轉(zhuǎn)換業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Davin Lee說(shuō)。優(yōu)勢(shì)是取消了不適用于電源的功率，例如音頻模式;并且為低成本而進(jìn)行了優(yōu)化。

針對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)的DC/DC電源管理

　　據(jù)IDC報(bào)告，2015年~2019年可服務(wù)市場(chǎng)以15%的年復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)(圖3)。不斷提高的處理器性能和優(yōu)化的尺寸，推動(dòng)擴(kuò)大PMIC可服務(wù)市場(chǎng)。Dialog高級(jí)副總裁兼移動(dòng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Udo Kratz稱，在此方面Dialog的突破性技術(shù)是超高效電池充電。

　　多年來(lái)，Dialog在PMIC方面有一些旗艦產(chǎn)品和重要合作。例如，2013年Dialog推出用于多核處理器的DA9210可擴(kuò)展PMIC，采用了行業(yè)領(lǐng)先的12A多相架構(gòu)。2015年推出DA9214旗艦PMIC，采用20A多相。2017年推出全球首款10A、98%效率的無(wú)電感電源轉(zhuǎn)換器DA9313。2017年還與展訊通信公司在混合信號(hào)領(lǐng)域建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，Dialog SC2705 PMIC采用SC9861G芯片組。

　　關(guān)于充電IC，當(dāng)前快速充電智能手機(jī)增長(zhǎng)迅速，據(jù)Dialog內(nèi)部統(tǒng)計(jì)，2015年到2019年的年復(fù)合增長(zhǎng)率為65%。預(yù)計(jì)未來(lái)三年內(nèi)，所有智能手機(jī)中的一半將支持快速充電。

　　業(yè)界對(duì)快充的響應(yīng)：一方面是更大容量的電池，從2500mAh轉(zhuǎn)到4000mAh，另一方面是快充標(biāo)準(zhǔn)，諸如USB-PD、QC3.0、PumpExpress、AFC(三星)、FCP(華為)等。

　　關(guān)于快充技術(shù)演變，2015年之前是傳統(tǒng)USB充電，適配器電壓為5V，主流手機(jī)電池容量為2500mAh，主充電器的效率為89%左右。2015~2017進(jìn)入高壓快充階段，適配器電壓從5V上升為9V，主流電池容量為3000mAh，并行充電器(注：電源線不僅供電，還有從手機(jī)到適配器的單向通信)的效率達(dá)92%。此時(shí)Dialog推出了專利的Rapidcharge技術(shù)。不過(guò)充電時(shí)手機(jī)面臨著過(guò)熱和進(jìn)一步提高效率的難題。為此Dialog推出自適應(yīng)直充的解決方案，是端到端方案：在手機(jī)端有DA9318芯片，可以實(shí)現(xiàn)4000mAh電池容量下、98%的效率，因此充電電流為6A時(shí)，設(shè)備溫度小于40℃。在適配器端有iW1781、iW676、iW656芯片。

RF無(wú)線充電

　　今天的無(wú)線充電仍是感應(yīng)式或基于諧振線圈的無(wú)線連接，但Dialog推出了顛覆性的基于RF的無(wú)線連接方案。這主要因?yàn)镈ialog與Energous進(jìn)行了戰(zhàn)略性投資合作，成為了Energous的WattUp技術(shù)的獨(dú)家供應(yīng)商，由Dialog開(kāi)發(fā)銷售Energous公司的WattUp技術(shù)。目前發(fā)射器和接收器芯片組已上市。

　　“WattUp無(wú)線充電技術(shù)有諸多優(yōu)勢(shì)?！盌ialog公司發(fā)展和戰(zhàn)略高級(jí)副總裁，兼新興產(chǎn)品業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Mark Tyndall分析道：1.基于RF(天線)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了真正的遠(yuǎn)距離空間自由度，用低成本PCB(印制電路板)天線代替昂貴的線圈;2.更小更薄的外形，可以集成到更小的器件中;3.“放下即充”的用戶體驗(yàn);4.充電范圍從近距離接觸到遠(yuǎn)距離向多個(gè)設(shè)備進(jìn)行充電，有近場(chǎng)、中場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)三種方案，最遠(yuǎn)可達(dá)4.5米。

　　“Energous的技術(shù)是5.8GHz，比WiFi頻段要高一點(diǎn)。這個(gè)技術(shù)可以在任何的ISM的頻段運(yùn)行，所以這可以在世界任何地方使用。”Dialog公司企業(yè)戰(zhàn)略高級(jí)總監(jiān)Mark Hopgood指出。

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第8期第85頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。