【導讀】智能手機性能大戰(zhàn)發(fā)展到今天，硬件比拼已經(jīng)從手機本身拓展到作為手機必備的充電器，無論是無線充電還是有線充電都早已進入快充時代，而對“快”的定義品牌商都不斷刷新新的高度，OPPO、小米、華為、vivo 等手機廠商無一不在快充功能上持續(xù)發(fā)力——從 20瓦 到 120瓦，一場來自手機廠商們的 “快充大戰(zhàn)” 幾乎月月上演。在手機電池容量增量幾乎停滯的今天，持續(xù)不斷追求更高充電功率有走入內(nèi)卷化的趨勢。
“從整體來說，我們認為手機充電的功率要求并不是無極限的，比如有線充電200瓦基本上在手機端就差不多了，手機廠商和用戶沒有必要追求更高功率。”充電行業(yè)全球領(lǐng)先的半導體提供商——伏達半導體移動電源事業(yè)部副總裁吳苗松在最近活動中指出，“根據(jù)小米發(fā)布的測試實驗，200瓦基本上在 10 分鐘之內(nèi)就可以充滿。如果你早上起來刷牙的時間可以從0充到90%或100%的話，這基本就是快充想要達到的目標。”
有意思的是，為有序使用無線電頻譜資源、維護空中電波秩序等原因，工信部無線電管理局在2021年初發(fā)布了《無線充電(電力傳輸)設(shè)備無線電管理暫行規(guī)定(征求意見稿)》，為無線充電快充比快大賽按下暫停鍵——規(guī)定自2022年1月1日起，所有在國內(nèi)銷售和使用的移動和便攜式無線充電設(shè)備額定傳輸功率不得超過50瓦。從有線快充到無線快充，一場愈演愈烈的快充“內(nèi)卷”化趨勢正在迎來減緩的時代，快充停止“比快”后還能如何發(fā)展呢？
伏達半導體?9?2線充電事業(yè)部副總裁李锃(左)及移動電源事業(yè)部副總裁吳苗松 (右)
功率“觸頂”下充電技術(shù)研發(fā)方向重心轉(zhuǎn)變的伏達思考
作為聚焦于電池充電半導體提供商角色，在無線充電領(lǐng)域占據(jù)全球領(lǐng)先份額的伏達半導體，在快充“比快”的競賽中是幕后關(guān)鍵“加速”力量。在前不久，伏達就推出了宣稱業(yè)界功率最高的單芯片電荷泵快充芯片，創(chuàng)新的雙電芯快充結(jié)構(gòu)打破了單電芯充電的瓶頸，將充電功率從60瓦大幅提高到了120瓦，并有機會進一步提升到200瓦。而在無線充電的賽道，此前在伏達已經(jīng)量產(chǎn)的第二代無線快充產(chǎn)品已達到67瓦。
“未來，伏達的第三代無線充電產(chǎn)品會將功率向下調(diào)整為50瓦，但是將繼續(xù)提升傳輸效率，逐步追平有線充電的效率水平。我們在做一些簡化架構(gòu)的創(chuàng)新，希望把無線充電的效率、成本和體驗做得更好。這樣讓更多的機器、設(shè)備以及IoT產(chǎn)品也用上無線充電。” 伏達半導體無線充電事業(yè)部副總裁李锃對無線充電功率“觸頂”后的研發(fā)方向給出了伏達的技術(shù)“路線圖”。
功率競賽暫停后，效率與使用體驗是無線快充的新方向
與無線快充國家強制功率限制不同，有線快充目前還在繼續(xù)各家“自由發(fā)揮”，去年媒體定義的“30瓦 入門、40瓦 標配、60瓦旗艦”已經(jīng)開始不太適合當下，80瓦、120瓦，甚至160瓦的旗艦機已經(jīng)比比皆是。在伏達推出100W電荷泵快充芯片NU2205后，官方微信即宣布將為手機客戶提供高達200W的快充方案。“我們跟國內(nèi)最領(lǐng)先的客戶有很多產(chǎn)品是相互定制的，他們提需求，我們給他們提供芯片的技術(shù)，我們的產(chǎn)品方案覆蓋高、中、低功率，從最高的旗艦手機到中端手機再到千元級都有。” 吳苗松表示，“再往下走，我們還在跟他們討論下一代要怎么突破電荷泵的局限，把充電功率做得更好。并不一定是更高的功率，比如我們現(xiàn)在效率是 98%，是不是可以提高到 99%，或者 99.5%？”
與有線充電在功率、效率和成本的維度去做更好優(yōu)化不同的是，對于強制“限高”的無線充電市場，在效率之外李锃反復強調(diào)無線快充的“使用體驗”。事實上，無線便利的使用體驗是無線充電這些年快速成長的關(guān)鍵。“我們研發(fā)的第三代產(chǎn)品里面，已經(jīng)加入了針對遠距離充電的模塊。我們希望在這個產(chǎn)品上去做一些探索、嘗試，跟我們的客戶一起做出一些相應的應用，滿足到他們對于便利性體驗的需求。” 李锃表示。在提升使用體驗上，伏達還做了很多優(yōu)化和創(chuàng)新工作，例如：接收芯片軟件算法全面兼容市面上符合WPC認證的所有發(fā)射端；讓手機不但可以作為一個無線接收端，還可以作為給其它的電子設(shè)備做反向充電端，為手表、耳機反向充電；獲得專利授權(quán)的“一觸即發(fā)”無線充電功能，避免了市面上一些無線充電需要設(shè)置專門的啟動按鈕來開啟無線充電功能的麻煩；等等。
更多市場賽道啟動，汽車無線充電是新藍海
無線充電將繼續(xù)探索更佳的使用體驗和更廣泛的應用領(lǐng)域
無線充電因其便利性而受眾頭部手機品牌的青睞，而其巨大的應用潛力近年來也在更多領(lǐng)域顯現(xiàn)。“現(xiàn)在我們做的主要是一些手機的無線充電，我們也正在快速拓展到耳機、手表這些穿戴式產(chǎn)品，還有汽車前端市場。” 李锃指出。就在前不久，伏達首次向業(yè)界“官宣”已成功推出首款國產(chǎn)車載無線充電的解決方案。
據(jù)悉，目前很多電動車都在主控平臺上開始標配無線充電發(fā)射器，作為市場巨大而技術(shù)門檻更高，利潤也更豐厚的潛在市場，車載無線充電市場被業(yè)界認為是繼手機之后的另一個藍海。“汽車跟消費電子產(chǎn)品的需求不一樣：一臺車裝進去至少要用十幾年，車載充電的長期使用體驗很重要；車規(guī)級芯片要求非常嚴格；車載電子產(chǎn)品面臨的是運動環(huán)境，不像消費類大部分場景是靜態(tài)的，對芯片性能設(shè)計提出更高的要求；汽車的EMC要求很高，需要具有很低的EMI；……所有這些都對芯片方案設(shè)計設(shè)定了高門檻。” 李锃表示。據(jù)李锃透露，目前伏達的車載無線充解決方案已經(jīng)獲得多個Tier 1汽車廠商的應用。
伏達半導體無線充電發(fā)射方案進化路線圖
伏達這套方案是基于工信部要求的最高輸出功率50瓦要求設(shè)計的無線充電發(fā)射端，在符合車載AEC-Q100的認證的同時，還可達到汽車無線充電前沿性能的80%效率。與消費電子無線充電端早已達到90%效率的充電產(chǎn)品不同的是，由于汽車電子更高性能要求導致電路更加復雜，采用了諸多保護和限流及檢測功能電路，從而降低車載無線充的效率。同時，為提高車內(nèi)頻繁晃動的充電場景下的使用體驗，車載無線充電往往采用多個線圈，而多個線圈相互之間的磁場耦合也會進一步降低效率。
據(jù)悉，目前一般的售前車載無線充電效率在70%左右，而伏達方案支持雙手機同時充電的條件下可以達到80%的效率，這主要依賴于其獨特的充電發(fā)射芯片技術(shù)，包括應用了伏達獨創(chuàng)的SmartBridge架構(gòu)，該架構(gòu)除了高效率外，還擁有高可靠性和高集成度的特點，實現(xiàn)了將所有無線充電功能集成到一顆芯片中的目標。在滿足車載電子苛刻的EMC標準上，SmartBridge架構(gòu)在設(shè)計中充分考慮了避免對車載電子設(shè)備產(chǎn)生干擾影響的措施，例如采用了包括主動降低寄生參數(shù)、調(diào)整驅(qū)動的速度和時間，從而降低EMI。
伏達車載無線充電發(fā)射方案功能框圖
成功可以復制，從無線充電到汽車及工業(yè)領(lǐng)域多點布局
作為一家成立于2014年的半導體芯片設(shè)計公司，伏達半導體僅用了七年時間就實現(xiàn)了在無線快充領(lǐng)域從跟隨者到領(lǐng)導者的逆襲，目前在無線快充這個細分賽道上已經(jīng)獨步鰲頭，據(jù)官方透露的數(shù)據(jù)“已經(jīng)超過50%的市場份額”。公開的市場信息還顯示，當前市場上采用伏達無線快充方案的企業(yè)包括華為、小米、、OPPO、Belkin等國內(nèi)外頂級廠商，諸多熱門機型如華為P40 Pro+、小米11 Pro與Ultra、OPPO X3 Pro等，都搭載了伏達的無線快充方案。然而，無線快充畢竟是個細分賽道，產(chǎn)品技術(shù)和市場的競爭需要企業(yè)具有更強大的實力，如何實現(xiàn)更廣泛的技術(shù)和產(chǎn)品布局對于年輕的伏達來說已經(jīng)胸有成竹。
“我覺得手機的要求其實很高，主要在于出貨量大的情況下芯片一致性要非常好，因此我們有信心和能力去實現(xiàn)更廣泛的應用拓展。” 吳苗松對此給出了答案，“我們現(xiàn)在的客戶主要是手機，我們也希望把這些高性能的產(chǎn)品放到工業(yè)上去，汽車已經(jīng)做到了，工業(yè)上像服務器，成本最大的是電費，能耗太高?，F(xiàn)有整個效率大概是 80%到 85%，也就是說 15%的能耗被消耗掉了。 電荷泵伏達現(xiàn)在的功率是 100W 到 200W，我們的效率可以達到 98%。 如果把這個技術(shù)用到服務器里，可以幫助提升 10%到 13%的效率，對它的運營有非常大的好處。”據(jù)吳苗松透露，目前伏達已經(jīng)打造了有線快充、無線充電、汽車電子和定制方案四條產(chǎn)品線，實現(xiàn)了全場景充電閉環(huán)戰(zhàn)略布局，是國內(nèi)唯一提供有線和無線快充成熟方案的半導體企業(yè)。
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