大功率快充移动电源井喷:8 大芯片品牌 21 款升降压方案

新消费
2019
02/03
17:15
驱动之家
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近两年来,USB PD 快充在笔记本电脑领域得到广泛应用。苹果、戴尔、联想、华为、小米等品牌均已发布了多款支持 USB PD 快充的笔记本电脑。

来自产业链的调研数据显示,2019 年,搭载 USB-C 接口的设备出货量预计将达到 20 亿台,其中 USB-C 接口在笔记本、台式电脑中的渗透率将达到 80%,在智能手机和平板电脑等产品中的渗透率也将达到 50%。

据不完全统计,目前市面上包括苹果、华为、小米、三星等在内的 18 个品牌已经将 USB PD 快充应用到了手机上,支持 USB PD 快充的手机已经多达 61 款。

USB PD 快充在笔记本电脑领域的大范围普及,给移动电源产业链带来新的机遇,支持笔记本电脑快充的大功率 USB PD 移动电源成为了市场的新宠。

目前市面上的 USB PD 移动电源以采用高集成度单芯片方案的居多,虽然成本得到优化,但充电功率也只能维持在 18W 以内,很难满足笔记本电脑的充电需求。

若想实现实现 45W、60W 甚至 100W 的充电功率,就必须将升降压和协议识别分成独立的两部分。对于大功率移动电源而言,其核心部分之一也就在于升降压芯片。

这里统计了目前市面上包括易能微、杰华特、宝砾微、瑞萨、南芯、矽力杰、士兰微、TI 等在内的 10 家厂商,共计 21 款升降压(Buck-Boost)芯片。下面将对这些方案一一盘点,供大家选型参考。

一、Easepower 易能微

易能微电子成立于 2011 年,目前产品线涵盖 PMU、DC/DC 领域,市场涵盖从手机、适配器、移动电源、车充、电子烟、POS 机、电动工具、电池管理、物联网、通讯、计算机、服务器、存储器、电动车、汽车应急启动系统和广泛的工业类领域。

易能微电子解决了传统数字电源功耗大、成本高、使用不便的缺陷,实现了低成本快速定制芯片的能力,因此可以用于大规模的消费类市场。 目前易能微旗下有一颗 Buck-Boost 芯片,型号 EDP3010。

易能微电子 EDP3010 芯片可以支持各种电源拓扑结构,升降压结构可以支持多串电池并带电池均衡功能,充放电效率可以轻松做到 94% 以上,可以支持高达 100W 的快充应用。

芯片内部还集成了充放电管理模块、电量计、LED 指示模块,电池均衡模块,以及温度保护,电池过充和过放保护,输出过压 / 欠压 / 短路保护,电流过流保护 , 充 / 放电反向电流保护,适配器欠压保护等多重安全保护功能,该芯片方案是目前效率非常高,元件较少。

目前易能微 EDP3010 也已被 BestKEY 19500mAh PD 移动电源采用。

二、Joulwat 杰华特

杰华特致力于功率管理芯片的研究,为电力、通信、电动汽车等行业用户提供众多先进、可靠、系统的解决方案与产品服务。公司拥有一支高效的经营管理与技术开发团队,主要技术带头人均在集成电路设计行业拥有多年工作经验,具有集成电路设计、系统集成、跨行业协作及企业管理的丰富经验。重视研发以及自主知识产权的产品开发,具有很强的技术创新能力。目前公司拥有电池管理、LED 照明、DC-DC 转换器等产品。

据了解,杰华特目前共有三款升降压芯片,型号分别是 JW3651、JW3653A 以及 JW3655A。

杰华特 JW3651 内部完整集成四开关升降压转换器,采用单电感结构,采用 3-20V 宽输入电压范围,工作频率 450KHz;输出电压可以高于、等于或小于输入电压。具有低静态电流,可编程的输出电流限制;放电模式下的低负载电流检测,过热和短路保护等功能。适用于无人机、PD 移动电源、USB Hub、PD 适配器和 4G WiFi 模组。

三、Powlicon 宝砾微

宝砾微 2013 年创立于美国达拉斯,创始人均来自于美国著名半导体公司,有多年的电子行业研发、运营及管理经验。拥有深度的系统和应用知识、强大的电源管理芯片设计及创新能力、以及受专利保护的定制工艺。 宝砾微专注于为用户提供创新性的、高效能、高性价比、高集成度的电源管理 IC。团队在充电管理以及相关市场有多年的累积及耕耘,给用户提供了领先于市场的解决方案,并且与国内外领先的代工厂和封装厂商都有良好的合作关系。

目前宝砾微已推出一款适用于移动电源的高性能 Buck-Boost 芯片 PL5500,该芯片采用 4 × 4 QFN32 封装,外置 MOS,最大输出功率可达 100W。

四、Renesas 瑞萨

瑞萨电子株式会社,提供专业可信的创新嵌入式设计和完整的半导体解决方案,旨在通过使用其产品的数十亿联网智能设备改善人们的工作和生活方式。作为全球领先的微控制器供应商、模拟功率器件和 SoC 产品的领导者,瑞萨电子为汽车、工业、家居、办公自动化、信息通信技术等各种应用提供综合解决方案。

瑞萨电子收购 Intersil 之后,旗下可用于移动电源的 Buck-Boost 芯片包括 ISL95338、ISL95538、ISL9238、ISL9237 四款。其中 ISL95338 最大输出功率为 45W,ISL9238、ISL95538 以及 ISL9237 的最大输出功率为 100W。

1、瑞萨 ISL95538

瑞萨 ISL95538 是一款四 MOSFET,单电感的同步升降压控制器。是一款 NVDC 的升降压电池充电器,可为 1 到 4 串锂电池组充电。输入电压范围从 3.2V 至 23.4V,可提供高轻载效率,快速瞬态响应,无缝 DCM/CCM 切换。

ISL95538 可以单独在电池,适配器下工作,也可以在电池和适配器均连接下工作。ISL95538 支持 2-4 串锂电池的反向降压,升压或者升降压操作。并且从输入口反向输出。这为移动电源 Type-C 口的应用带来了方便,在节省一路升压电路的同时,还降低了切换电路的设计难度。

充电头网了解到,瑞萨 ISL95538 目前已经被 ZMI 10 号 USB PD 移动电源 QB820 采用。

2、瑞萨 ISL9237

瑞萨 ISL9237 支持 USB 3.1 规范,在充电模式下,可从广泛的 DC 电源(AC/DC 充电器适配器、USB 输电 PD 端口和任何旅行适配电源)获得电力输入,从而为最多包括 3 个串联单元的锂离子电池组充电。ISL9237 还能在只连接到一个电池、只连接到一个适配器或者同时连接到二者的条件下工作。

目前,瑞萨 ISL9237 目前已经被三星移动电源 EB-PN930 采用。

3、瑞萨 ISL9238

瑞萨 ISL9238 采用 4 × 4 TQFN32 封装,是一款降压 / 升压窄输出电压 DC(NVDC)充电器。可为平板电脑、超极本、笔记本电脑、移动电源以及其他 USB-C 接口平台的设备提供 NVDC 充电功能。

在充电模式下,ISL9238 可从各种直流电源(传统的 AC/DC 充电器适配器、USB PD 端口、旅行适配器等)获取输入电源,并使用最多 4 节锂离子电池对电池组进行安全充电,输入电压范围 3.2V 至 23.4V(无死区),系统输出电压 2.4V 至 18.304V。

五、SOUTHCHIP 南芯

上海南芯半导体科技有限公司 2015 年成立于上海浦东张江高科技园区, 由一批来自欧美知名企业的工程师创建。作为中国电源界的一颗新星,推出了中国首颗全系列升降压电池电源解决方案,在该领域与凌特、TI 等老牌大厂同台竞技,成为中国芯的骄傲。

目前南芯的芯片已经顺利进入华为、小米、海翼和欣旺达等知名厂商。公司从事集成电路芯片的研究、设计、开发和销售,提供应用系统参考设计方案,并提供相关的技术服务。以 Buck-Boost 为核心,为用户提供灵活,多用途,高品质且价格适中的电源管理方案。

上海南芯半导体是目前已统计到的厂商中,Buck-Boost 芯片最多的厂商。旗下包括 SC8801、SC8802、SC8812A、SC8815、SC8915、SC8902、SC8902A 七款产品。

其中,SC8801、SC8802、SC8812A、SC8815 采用外置 MOS,4 × 4 QFN32 封装,支持最大 60W 输出;SC8915、SC8902、SC8902A 为内置 MOS,6 × 6 QFN32 封装。

1、南芯 SC8802

南芯 SC8802 拥有超宽范围输入输出电压,它可支持从 2.7V 到 30V 的应用范围,涵盖 QC3.0 最低电压到 USB-PD 最高输出级别输出。满足客户从 1 节到 6 节锂电池的不同需求。当系统需要从电池组放电时,SC8802 能够反向输出所需电压,同样可输出低于,高于或者等于电池组电压值。

南芯 SC8802 可以升压,降压或者升降压,并可用外部电阻调节开关频率 , 电池电压设置值以及输入输出限流值,最大限度地在满足不同应用需求的同时简化设计。这使单口 TYPE-C 大功率输出成为了可能。同时南芯 SC8802 系列支持包括输入限流,输出限流,动态输入功率调节,内部最高电流限流,输出过压保护,短路保护以及过温保护等一系列保护功能以确保系统能适应各种异常情况。

目前,南芯 SC8802 已经应用在了华为 AP09S SCP 快充移动电源、ZENDURE X6 ZDX6PD 移动电源、Zikko(即刻)PowerBag Pro 能量手袋移动电源、iWALK F20P ( 20000mAh ) PD 快充移动电源、RAVpower 26800mAh 双向 PD 快充移动电源等产品中。

2、南芯 SC8812A

南芯 SC8812A 支持 I2C 接口,是一颗高效率的同步双向升降压芯片。可完成充电、放电控制;支持各种电力转换;采用 I2C 接口,简化的外部器件;内部集成快速充电协议等。

目前南芯 SC8812A 已被全汉 USB PD 移动电源 Q1012PD 移动电源采用。

3、南芯 SC8815

南芯 SC8815 升降压电池充电器应用于 1 至 6 节电池,I2C 可编程充电电流和充电电压、可编程放电输出电压、可编程输入 / 输出电流限制;内置 10 位 ADC;拥有欠压保护,过压保护,过流保护、短路保护和热关断保护等多种保护功能;单芯片完成充电 / 放电控制,支持各种电力转换。

目前,南芯 SC8815 的已经被 ZMI 紫米 65W USB PD 三口快充充电器采用。

六、Silergy 矽力杰

Silergy Corp 由硅谷的一群技术创新者和商业领袖创立,平均拥有 30 年的经验。利用其业界领先的工艺技术,设计创新的混合信号和模拟 IC。Silergy 的产品广泛用于工业、消费、计算和通信设备,旨在提高效率,节约或测量能源使用,致力于以经济实惠的解决方案成本提供业界领先的性能。

矽力杰 SY9329QFC 是一颗支持最大 20W 输出功率的 Buck-Boost 芯片,内置 MOS,采用 4 × 4 QFN32 封装。

七、Silan 士兰微

杭州士兰微电子股份有限公司成立于 1997 年,总部在杭州市高新技术产业开发区。伴随智能手机快速发展,手机功能愈加强大,手机电池容量更大,同时耗电反而更加迅速。士兰推出了移动电源快充、旅充快充和车充快充解决方案,可以为客户提供全方位的快充支持,让客户随时随地实现快速充电,解决续航的烦恼。目前士兰微拥有多款电源管理芯片,包括快充系列芯片、高压 DC-DC 系列芯片和以太网供电系列芯片等。

1、士兰微 SC59E23+SD59B23

士兰微 SC59E23 是一款应用于移动电源的控制芯片,可以实现 4 路 USB 端口(最多两个 USB-C 口)的快充协议解析,兼容 USB PD3.0、PPS、QC4+、FCP、SCP、AFC、BC1.2、Apple 等快充协议,为 2 路 H 桥提供 8 个 PWM 逻辑控制信号,实现双路、双向、升降压开关电路转换。

通俗一点说,这是一颗集成协议和数字电源控制器,内置了 USB PD 协议的移动电源升降压芯片,可实现快充移动电源更高集成度,有助于体积轻薄化。除此之外,士兰微还发布了与 SC59E23 搭配的驱动器 SD59B23,前者负责电源和协议握手,后者负责外部 MOS 驱动。两颗芯片分工合作,有助于将热量从主控芯片外移;加上与不同 MOS 的搭配,可实现 30W-100W 的宽功率输出组合。

2、士兰微 SC59E21+SD59F21

士兰微 SC59E21+SD59F21 快充解决方案采用 5 × 5 QFN/6 × 6 QFN 封装,外置功率开关 MOS 和负载开关 MOS,支持 18-60W 功率。支持 ABC、AAC 等 3 口应用,任意一口插入都是快充,并支持 PD3.0、QC3.0、SCP、FCP、Apple、AFC、SFCP 等多种快充协议。

该方案支持升压和升降压两种快充,可配置成半桥或全桥,方案采用了更少的 BOM,半桥外置 1 颗 MOS,H 桥外置 3 颗 MOS,大大降低了成本。值得一提的是,芯片内置士兰微专利算法的数字电源处理器,可以实现 3-20V 宽范围的输出。不同于传统方案,士兰微电子的快充方案可以个性化定制,内置 MCU,支持二次开发。

八、TI 德州仪器

德州仪器 ( TI ) 是一家全球性半导体设计制造公司,致力于模拟 IC 及嵌入式处理器开发。拥有全球顶尖人才,锐意创新,引领技术前沿。TI   BQ25703A 和 BQ25713 均为外置 MOS,4 × 4 WQFN32 封装防止,支持最大 100W 输出。

1、TI   BQ25703A

TI BQ25703A 可在 3.5-24V 输入范围内为 1-4 节电池充电,支持 USB2.0/3.0/3.1/PD 的输入电流设置,无缝切换升压和降压操作,输入电压电流管理避免输入超载。

TI BQ25703 具备输入 / 系统 / 电池组过压保护,MOS 和电感过电流保护,以及过热关断。低电池静态电流,输入电流优化以获取最大输入功率,可对任包括锂离子、磷酸铁锂、镍镉、镍氢、铅酸等电池充电。

2、TI BQ25713

TI BQ25713 可为空间受限的 1 至 4 节电池充电 应用提供所含元件数较少的高效解决方案。通过 NVDC 配置,可将系统电压稳定在电池电压水平。

TI    BQ25713 可通过 USB 适配器、高电压 USB PD 源和传统适配器等各种输入源为电池充电。在加电期间,充电器基于输入源和电池状况,将转换器设置为降压、升压或降压 / 升压配置。充电器自动在降压、升压、降压 / 升压配置间转换,无需主机控制。

总结

随着 USB PD 快充在笔记本领域的普及,市场对大功率移动电源的需求激增。而作为大功率移动电源必备的升降压芯片来说,也呈现出百花齐放的局面,产品类目丰富,性能各异,可满足不同厂商的选型需求。

【来源:驱动之家】

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