靠什么干掉煩人的充電線？

兩條賽道，迅跑趕超

無線充電3.0時(shí)代的戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)打響，能否在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中勝出，關(guān)鍵要看是否有高超的武藝和十八般兵器。

國內(nèi)有一家頗為低調(diào)的無線充電芯片初創(chuàng)企業(yè)——伏達(dá)半導(dǎo)體（NuVolta Technologies），它成立于2014年，并在硅谷和上海設(shè)立了研發(fā)中心；2017年分別在合肥、深圳和北京建立了銷售機(jī)構(gòu)；去年和今年，又分別在馬來西亞、美國東、西海岸及韓國建立了銷售和研發(fā)中心。

該公司無線充電事業(yè)部副總裁李锃表示，伏達(dá)一開始聚焦無線快充，充電功率從2019年的20W發(fā)展到現(xiàn)在的80W，為第一條賽道；去年30W和40W電荷泵芯片面世，上個(gè)月最新發(fā)布了一款高達(dá)100W的有線快充芯片，其傳輸效率高達(dá)98%，率先打破了國外芯片廠商對(duì)有線快充行業(yè)的壟斷，在第二條賽道成功超車，扭轉(zhuǎn)了核心技術(shù)受制于人的局面。

伏達(dá)發(fā)展歷程

除了無線、有線兩條賽道，公司核心業(yè)務(wù)還包括依托兩條賽道的汽車無線充電和特色定制方案。前者主要是AEC-Q100認(rèn)證的汽車電源前裝發(fā)射芯片，后者是針對(duì)一些客戶特殊需求的模組定制解決方案，包括手機(jī)配件、無線充電底座整裝、無線車充和無線充電寶。

李锃說：“在快充領(lǐng)域，蘋果、三星并沒有布局，國外公司落后于國內(nèi)廠商，快充的創(chuàng)新技術(shù)在國內(nèi)。國內(nèi)最領(lǐng)先的客戶有很多產(chǎn)品是定制的，他們提系統(tǒng)需求，我們給提供芯片技術(shù)，包括共同開發(fā)芯片。我們也在跟他們討論，下一代怎么突破電荷泵的局限，把充電功率做得更好，包括采用第三代半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)更新的產(chǎn)品?！?

三步走，引領(lǐng)無線充電

李锃表示，無線充電技術(shù)有兩個(gè)技術(shù)路線：一個(gè)是如何讓無線充電速度更快，伏達(dá)已在引領(lǐng)無線快充行業(yè)發(fā)展；另一個(gè)是如何讓無線充電更自由?！艾F(xiàn)在的無線充電還停留在初級(jí)階段，屬于‘隨放隨充’，未來將實(shí)現(xiàn)‘邊走邊充’。兩個(gè)技術(shù)路線好比是伏達(dá)的兩條腿，要走穩(wěn)缺一不可。同時(shí)，我們還要開闊視野，關(guān)注更廣泛的無線充電應(yīng)用生態(tài)，包括家居、車載、自拍補(bǔ)光燈，還有鬧鐘和音響等，都可以集成無線充電功能，”他說。

他告訴記者，伏達(dá)半導(dǎo)體在國內(nèi)已經(jīng)占據(jù)了無線充電領(lǐng)導(dǎo)地位，三步走策略跨越到3.0時(shí)代。

1.0時(shí)代：什么產(chǎn)品都沒有，先做最流行無線電源IC的Pin to Pin產(chǎn)品，追平了國外技術(shù)。產(chǎn)品量產(chǎn)后證明了國產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)品也有實(shí)力走得更遠(yuǎn)，發(fā)展高精尖無線充電技術(shù)。

2.0時(shí)代：采用伏達(dá)自己的專利創(chuàng)新充電架構(gòu)，將無線充電功率提升到80W，登上業(yè)界快充效率頂峰。

3.0時(shí)代：進(jìn)一步簡(jiǎn)化架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)低成本、高空間自由度無線充電，不斷提升消費(fèi)者體驗(yàn)，讓更多機(jī)器、設(shè)備、可穿戴產(chǎn)品都用上無線充電，贏得更大市場(chǎng)。

李锃分享道，2019年做的小米手機(jī)產(chǎn)品，當(dāng)時(shí)70分鐘可以充滿，用有線只需59分鐘。2020年，在華為P40手機(jī)量產(chǎn)時(shí)，65分鐘可以充滿。到了去年，在小米11上發(fā)布的產(chǎn)品，伏達(dá)的無線充電只需48分鐘。今年上半年，伏達(dá)發(fā)布了一款新的無線充電技術(shù)，無線和有線充滿都只需36分鐘，一直在推進(jìn)無線快充技術(shù)發(fā)展。

品牌手機(jī)充電時(shí)長(zhǎng)對(duì)比

除了無線快充技術(shù)，伏達(dá)還在研究怎么提高充電效率，從第一代產(chǎn)品7.5W、第二代35W到67W，效率不斷提高?，F(xiàn)在從發(fā)射到接收的無線充電效率已達(dá)90%。伏達(dá)還在開發(fā)第三代技術(shù)，加入了遠(yuǎn)距離充電模塊，略微降低功率到50W，但效率會(huì)提高不少，有助于提升用戶無線充電體驗(yàn)和價(jià)值感，同時(shí)也降低了成本。這也響應(yīng)了工信部“無線充電功率最高不超過50W”征求意見稿的要求。

李锃認(rèn)為，征求意見稿是希望大家能在50W范圍內(nèi)把體驗(yàn)做好。伏達(dá)會(huì)在提升用戶體驗(yàn)的同時(shí)，優(yōu)化產(chǎn)品成本及性能，讓終端客戶在更多設(shè)備和更多機(jī)型上使用。

“我們希望跟客戶一起做一些探索和嘗試，開發(fā)一些相應(yīng)應(yīng)用，推動(dòng)法規(guī)往前走，滿足用戶對(duì)自由充電的需求，”他表示。

有線快充，攻占功率制高點(diǎn)

伏達(dá)移動(dòng)電源事業(yè)部副總裁吳苗松介紹說，除了無線充電，公司還是唯一一家同時(shí)提供無線充電和有線快充成熟方案的國產(chǎn)半導(dǎo)體公司。這樣做不會(huì)互相影響嗎？答案是否定的。例如無線接收芯片NU16xx正是借助電荷泵架構(gòu)，才實(shí)現(xiàn)了無線快充，幫助終端用戶實(shí)現(xiàn)了高功耗應(yīng)用。

他說：“我們除了做有線、無線方案，在放電中采用了電荷泵方式。未來給客戶提供的手機(jī)解決方案中，不光充電更快，而且放電更慢。這樣的技術(shù)除了用在手機(jī)、PC中，還可以用在服務(wù)器上，所以電荷泵是未來高效率DC-DC轉(zhuǎn)換芯片的必由之路?！?

無線充電與有線快充結(jié)合實(shí)現(xiàn)高功耗應(yīng)用

7月初，伏達(dá)半導(dǎo)體推出第二代雙電芯200W快充芯片，它和120W無線充電一起搭載于小米11 Pro魔改版，打破了兩項(xiàng)充電紀(jì)錄。其中有線充電可在8分鐘充滿4000mAh電池，首度破了10分鐘大關(guān)；而120W無線充電可在15分鐘充到100%電量。

這款名為NU2205的產(chǎn)品是目前業(yè)界功率最高（100W）的單芯片電荷泵快充芯片，也是目前國產(chǎn)唯一支持雙電芯4:2電荷泵快充架構(gòu)的芯片，能為手機(jī)提供高達(dá)200W的雙芯快充方案，打破了國外廠商雙電芯快充領(lǐng)域的壟斷。伏達(dá)也成為了國內(nèi)唯一能提供100W成熟快充方案的半導(dǎo)體公司，攻占了快充功率制高點(diǎn)。NU2205還支持2:2雙電芯直充模式，在高功率充電發(fā)熱持續(xù)增加的應(yīng)用環(huán)境，提供脈沖切換4:2和2:2兩種模式，以降低系統(tǒng)可能的發(fā)熱。設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新使NU2205同時(shí)支持2:1和1:1單電芯快充模式。

NU2205電荷泵芯片的效率

據(jù)吳苗松介紹，NU2205內(nèi)部結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新提高了工作效率，同時(shí)可以調(diào)節(jié)工作頻率。在4:2工作模式下，最高效率可達(dá)98%，在10V適配器輸入下，2:2模式2節(jié)電池充電效率最高可達(dá)99.2%。

在25℃環(huán)境溫度16V輸入條件下，2節(jié)電池在10A和20A大電流下充電，溫升分別為44.9℃和46.8℃。

NU2205充電電流下溫升測(cè)試

那么，為什么要采用雙電芯架構(gòu)呢？吳苗松解釋說，2014年OPPO推出第一代低電壓大電流快充，2017年，單節(jié)電池電荷泵方案商用，快充分別突破了40W、50W和60W。單節(jié)電池充電電流也從開始的5A增大到12A。這意味著電芯內(nèi)部阻抗即使只有5mΩ，其功率損耗也超過了0.7W。超大電流和超高發(fā)熱對(duì)電池保護(hù)板設(shè)計(jì)和電芯內(nèi)部阻抗帶來了巨大挑戰(zhàn)。

以電池保護(hù)MOSFET為例，為了滿足快充大電流應(yīng)用，MOSFET阻抗已經(jīng)從5mΩ降低到了1.1mΩ。這意味著電池保護(hù)MOSFET性能已接近了極限，單節(jié)電池功率的提升要付出更高代價(jià)。

第一代和第二代快充方案對(duì)比

雙電芯快充方案的充電輸出端電池電壓提高了一倍，在相同充電功率下進(jìn)入電芯的電流減小一半，電芯發(fā)熱減小到25%。同樣，在60W充電功率，進(jìn)入電芯的電流降到6A；在電池包5mΩ內(nèi)阻不變情況下，電芯功率損耗降低到180mW；保持同樣電芯電流，雙電芯快充可以突破單電芯功率限制達(dá)到120W，甚至200W。

采用4:2電荷泵架構(gòu)的NU2205集成了FET，可實(shí)現(xiàn)50%占空比，使線纜電流僅為傳輸?shù)诫姵仉娏鞯囊话?，從而減少了充電線纜損耗并限制了溫升。雙相架構(gòu)還降低了輸入電容要求及輸出電壓紋波。

吳苗松說：“這樣既提升了功率，又能把效率潛力挖掘出來。比如一節(jié)65W電池，充電時(shí)間在35分鐘左右，100W可能就28分鐘。第二代OPPO是120W，20分鐘內(nèi)可以充滿，還有很大提升空間。”

“從整體來說，手機(jī)200W基本上就差不多了，我們的電荷泵考慮的不僅是手機(jī)端，因?yàn)樗士梢宰龅?8%，有機(jī)會(huì)把它用到更大功率的應(yīng)用，借助電荷泵的高效率可以將整個(gè)功耗大幅降低，”他補(bǔ)充說。

雙電芯架構(gòu)優(yōu)勢(shì)

總之，將輸入端20V電壓降低50%傳到電池端，而電池端獲得了2倍輸入端電流的12A充電電流，在輸入端電流被限定在6A內(nèi)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了高功率傳輸，又無需升級(jí)充電線纜。

更重要的是，NU2205可支持多芯片并聯(lián)，兩顆并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)120W充電功率；三顆并聯(lián)，充電功率將突破200W，這種技術(shù)是單電芯方案無法比擬的。

高功率充電應(yīng)用的安全，伏達(dá)在NU2205中集成了多達(dá)34重保護(hù)，包括充電溫度、充電電壓、充電電流等充電協(xié)議四個(gè)維度的全方位保護(hù)，防止異常情況對(duì)電池和系統(tǒng)造成損壞。

高效無線充電，怎么做到？

回到無線充電，其效率怎樣才算高，標(biāo)的還是有線充電，如果充電功率能與有線快充比肩，那肯定是“高香”了。伏達(dá)的第二代無線充電技術(shù)效率已達(dá)90%，是不是很高呢？又是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

更高效率的無線充電

李锃從無線充電接收芯片開始解讀。接收芯片（Rx）是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，一個(gè)芯片要同時(shí)處理功率、協(xié)議和算法。為了給客戶提供更好體驗(yàn)，軟件算法需要兼容市面上WPC認(rèn)證的發(fā)射端；此外，還要考慮現(xiàn)在流行的技術(shù)，手機(jī)既可作為無線接收端，還可作為給其他電子設(shè)備的反向充電端，如手表、耳機(jī)沒電了，打開手機(jī)反向充電即可補(bǔ)電。這已在紅米、小米耳機(jī)等產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)。

無線充電接收芯片特點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)高效率無線充電還需要發(fā)射芯片（Tx），與接收芯片最大的不同是更高的EMI噪聲要求，需要降低寄生參數(shù)，調(diào)整驅(qū)動(dòng)速度和時(shí)間，以保證對(duì)其他電子設(shè)備非常友好。同時(shí)，每個(gè)發(fā)射端都要兼容市面上所有手機(jī)和可穿戴設(shè)備，這樣才能為這些設(shè)備充電。

伏達(dá)還有一個(gè)專利叫“一觸即發(fā)”，通常市面上一些無線充電電源需要按紐開啟無線充電功能，再把設(shè)備放上去。伏達(dá)開發(fā)的這個(gè)功能是將手機(jī)等往上一貼，就立刻開始充電，待機(jī)功耗跟原來一樣。

無線充電發(fā)射芯片特點(diǎn)

架構(gòu)多樣，應(yīng)用靈活

李锃特地比較了伏達(dá)的幾種無線充電發(fā)射端架構(gòu)，根據(jù)需求不同，客戶可以在高效率、高功率、散熱能力；高度集成PD與MTP、外部器件少、易于使用之間進(jìn)行權(quán)衡。

他解釋說，第一種發(fā)射架構(gòu)實(shí)際上是主芯片控制分立元件，構(gòu)成一個(gè)整體無線充電發(fā)射方案；第二種是雙芯片發(fā)射方案，是伏達(dá)在業(yè)界推出的第一個(gè)SmartBridgeTM架構(gòu)，它具有高可靠性，非常適合高EMI場(chǎng)合使用；第三個(gè)架構(gòu)是精簡(jiǎn)的單芯片發(fā)射方案，所有無線充電功能集成在一顆芯片內(nèi)，更加簡(jiǎn)單易用。這三套方案伏達(dá)都有產(chǎn)品，可以滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

無線充電發(fā)射端架構(gòu)比較

利用無線充電發(fā)射架構(gòu)客戶做出了很多案例，如結(jié)合插線板、移動(dòng)電源、音響等設(shè)備提供無線充電功能，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)追蹤無線充電，或同時(shí)給兩三臺(tái)設(shè)備充電，包括手機(jī)、手表、耳機(jī)等。

無線車充，值得期待

李锃透露，搭載伏達(dá)無線充電產(chǎn)品的首款國產(chǎn)車載無線充電方案即將發(fā)布，它是業(yè)界最高輸出功率的50W無線充電發(fā)射盤，效率達(dá)80%，符合車載AEC-Q100認(rèn)證要求。其使用的架構(gòu)就是SmartBridgeTM。理由是它可以提供更好的EMI和更安全可靠的系統(tǒng)。它由一個(gè)控制芯片加上四個(gè)功率級(jí)芯片組成，可以為兩臺(tái)設(shè)備充電。

首款國產(chǎn)車載無線充電解決方案

他表示，今年很多電動(dòng)汽車都開始在主控平臺(tái)標(biāo)配無線充電發(fā)射器，因?yàn)橛脩粝Ｍ_車時(shí)隨意快充。這就是用戶對(duì)充電更自由的追求。今年年底，伏達(dá)就會(huì)推出這樣的產(chǎn)品。

他也指出，汽車對(duì)所搭載電子產(chǎn)品的要求很高，在傳輸路徑上有很多保護(hù)和限制，這影響了車載無線充電效率。另外，車載無線充電環(huán)境是移動(dòng)的，需要多個(gè)線圈，相互之間會(huì)有磁場(chǎng)耦合，也會(huì)降低效率。目前，伏達(dá)汽車無線充電已經(jīng)做到80%效率，而已量產(chǎn)的產(chǎn)品都是70%多。

追求自由，舍我其誰

伏達(dá)在無線充電領(lǐng)域已深耕多年，助力客戶打造了業(yè)界功率最高的無線充電產(chǎn)品，加上新推出的高功率有線快充方案，形成了具有競(jìng)爭(zhēng)力的無線加有線的快充市場(chǎng)閉環(huán)布局。依托突破性的模擬集成技術(shù)，車載雙充方案將加速車載無線快充的普及，極大地改善用戶充電體驗(yàn)。

李锃強(qiáng)調(diào)：“從行業(yè)發(fā)展看，確實(shí)需要一些遠(yuǎn)距離充電產(chǎn)品。不過，可能一到兩年還不會(huì)發(fā)生。主要原因是效率較低，充電比較慢，充電距離還不足以讓客戶體驗(yàn)到自由性。而這正是對(duì)我們做無線充電技術(shù)的人提出的更高要求，也是我們的努力追求的方向?！?

“未來，我們希望把更多高性能電源帶給更多應(yīng)用，汽車已經(jīng)成功導(dǎo)入設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)中心是未來很重要的方向。未來我們將更加專注于電源，讓我們的各種電源產(chǎn)品領(lǐng)先業(yè)界，”他補(bǔ)充說。