晶片原廠發力快充,全集成解決方案簡化設計與開發

2024-10-23     充電頭網

前言

當前,快充市場正逐步進入整合階段,越來越多的晶片原廠開始專注於開發多種功能晶片,並將其組合形成完整的快充解決方案,旨在通過套片組合的方式,提供一站式解決方案,簡化快充設備的設計流程。

傳統的快充電路設計往往需要多個分立的晶片來分別實現不同功能,如電源轉換、協議通訊和電源管理,這使得工程師在設計時需要兼顧多種元件之間的配合和調試。而如今,晶片原廠通過推出成套的快充晶片組合,不僅可以確保各個模塊間的無縫協作,還能夠讓設計者通過簡單的晶片套片配置,快速實現從交流電源到設備端的完整充電鏈路。

通過整合多種晶片功能,企業能為設備製造商提供更靈活、穩定的設計選項,同時大幅簡化研發和生產過程,降低整體開發成本。

AC-DC加協議套片解決方案

充電頭網基於過往的拆解報告與新聞資料,匯總了多家晶片原廠推出的AC-DC加協議套片解決方案,並已整理成下表所示。

當前僅列出了這些企業的一款解決方案,但這並不意味著該企業僅有這一款產品可供選擇。事實上,也有一些企業已經邁向更高集成度的發展路徑,成功開發出全集成的單晶片解決方案,將AC-DC轉換、快充協議支持以及電源管理等多個功能模塊集成於一體。這種高度集成的晶片不僅能夠極大地簡化產品設計和開發流程,還能提高電源管理的效率,進一步縮短產品的上市時間。

以下排名不分先後,按企業英文首字母排序。

Chipown芯朋微

PN8276W + PN8600W + AP5805W

芯朋微PN8276W

開關電源主控晶片採用芯朋微PN8276W,其內部集成了電流模式控制器和高壓啟動模塊,專用於高性能的快速充電開關電源。

PN8276W內置Boost電路以適應3~20V的可變寬範圍輸出應用。該晶片通過檢測輸入電壓、輸出電壓和負載變化自適應切換PWM、強制DCM、PFM和Burst_Mode工作模式,多模式的調製技術和特殊器件低功耗結構技術實現了超低的待機功耗、全電壓範圍下的最佳效率。頻率調製技術和Soft-Driver技術充分保證系統的良好EMI表現。

同時,PN8276W還提供了極為全面和性能優異的智能化保護功能,包括輸入欠壓/過壓保護、輸出欠壓/過壓保護、過溫保護、次級整流管短路保護、逐周期過流保護、過載保護等功能。

芯朋微PN8600W

同步整流控制器絲印86D13,實際為芯朋微PN8600W。其主要用於在高性能AC-DC反激系統中驅動次級同步整流MOS管以提升轉換效率,適用於CCM、DCM和QR多種工作模式,使系統效率可以滿足6級能效標準。

當輸出電壓小於4.3V時,內置的高壓啟動電路可以產生支持系統工作的自供電電壓,所以當輸出電壓從12V到3.3V變化時,PN8600W仍然可以正常工作。PN8600W還集成了極為全面的輔助功能,包含欠壓保護、防誤關斷、防誤開啟功能。

芯朋微AP5805W

協議晶片來自芯朋微AP5805W,這是一款高集成度且可編程的快充協議控制器,其內置MCU可經由D+/D-檢測多種快充協議並做出相應響應,其可支持BC1.2、SCP-A/B、FCP、QC2.0等協議,適用於3.4-12V輸出範圍。

AP5805W內集成恆壓與恆流雙環路控制,以適應性地調整輸出電壓和輸出電流。內置MCU解析終端側指令,調節恆壓與恆流雙環路的基準,並通過DAC傳遞至對應環路。

AP5805W同樣集成10-bit ADC監測多項信息,例如輸出電壓、輸出電流、外置OTP等,並將監測到的信息發送至內置MCU以供監控。其一整套的保護包含可編程過溫保護,適應性過壓保護、適應性欠壓保護以及D+/D-的過壓等保護,可有效保護供電設備與充電設備的安全性。

應用案例:

1、拆解報告:華為40W超級快充充電器

HYASIC華源智信

HY923+HY1662+HY5501

華源智信推出了一款待機零功耗的PD快充方案,主要由華源智信自研的PWM控制器晶片HY1662、同步整流控制器HY923以及PD控制器晶片HY5501構成。通過將多個功能模塊整合到一個緊湊的設計中,該方案不僅提高了設備的性能,還顯著降低了能源消耗。

華源智信產品是通過組合形式實現零待機(小於5mw),在空載時候切斷光耦,可以實現整個系統在待機時的功耗為4.5~4.8mW,可以滿足零待機,但餘量不大。因此通過降低同步整流器的損耗,即通過協議切斷同步整流待機通電,可以讓整個系統的待機損耗降至3.X mW,剩餘1.X mW的裕量,從而實現產品的量產化。

HY923

HY923是一款智能數字控制同步整流控制器,作為二極體模擬器工作。HY923可以在正端或負端應用,關斷速度快,反向尖峰電壓低,耐壓150V,驅動能力強,驅動電壓鉗位在7V,啟動時驅動下拉功能,具有積分功能以避免同步整流誤開通。

HY923可以驅動標準N通道功率金屬氧化物半導體場效應電晶體,以替代肖特基二極體,實現高效率。HY923採用數字控制技術,以優化在不同應用中的DCM / PFM / CCM / QR多模式操作。數字控制技術進一步增強了穩健的CCM操作。

自適應預關斷方案不僅確保了快速切換,還最小化了開關損耗。自適應預關斷方案通過軟SR MOSFET關斷過渡,優化了電磁干擾(EMI)。通過INTG引腳可配置的電壓-時間閾值,避免了在DCM/QR模式下由於寄生環路引起的SR MOSFET誤觸發切換。

HY923集成了多種功能,可以減少BOM並優化性能,提供SOT23-6封裝。

HY1662

華源智信HY1662是一款用於電源管理和電壓調整的PWM控制器晶片,其主要負責監測輸入電壓並控制輸出電壓以保持穩定。

HY1662內置通信協議,在收到ZP信號後可進入低功耗式,驅動MOS或GaN針對Coo1Mos有自適應智能驅動,HY1662可以高壓啟動+低漏電,全QR操作,最高頻率200K,具有高達55V的工作電壓,適應輸出電壓範圍非常寬。

HY1662在該方案中旨在實現低於5毫瓦的待機功耗和50微安的待機電流。其集成了精密的恆壓(CV)控制方案,支持脈衝模式控制、PFM(脈衝頻率調製)、DCM(降壓模式)和QR(恆定導通時間)等多種控制模式,並具有頻率抖動、自適應MOSFET柵極驅動和熱關斷電路等功能。

HY1662還集成了豐富的保護和功能,如線路補償、輸出過電壓保護、過溫保護、上電和斷電保護以及感應電阻器開路保護,同時提供SOP7封裝。

HY5501

HY5501是一款嵌入式32位微控制器,擁有32KB的快閃記憶體、64位e-Fuse ROM和2KB的靜態隨機存儲器(SRAM),是一款高性能的可編程PD控制器晶片,這款晶片已經獲得了PD3.1 SPR 認證,TID:9887,適用於快充適配器、移動電源等領域。

HY5501內部集成了CC/CV環路補償、電纜損耗補償和控制方案,可以編程支持各種專有協議,如PD/PPS、Qualcomm QC2.0/3.0、PE2.0等。HY5501內置的TYPE-C協議支持在插入TYPE-C設備時的自動喚醒系統。它可以自動識別設備的插入和拔出,以及設備的充電/放電屬性。

HY5501設計高度集成,外部組件非常少,具有欠壓保護(UVP)、過流保護(OCP)、過壓保護(OVP)和過溫保護(OTP)等多種保護模式,讓系統的可靠性大大提高。

上圖展示的是HY5225,這是華源智信專門為三星定製的料號名稱。實際上,它與HY5501是同一顆晶片。HY5501提供QFN24封裝,具有尺寸小、重量輕、高度集成等優點,適用於高密度安裝和高頻應用。

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Infineon英飛凌

英飛凌EZ-PD PAG1系列電源晶片套片

英飛凌CYPAP111A3

開關電源PWM控制器採用英飛凌CYPAP111A3,是一款集成度非常高的解決方案,內置高壓啟動和X電容放電,適用於反激適配器應用。

英飛凌CYPAS111AB

英飛凌CYPAS111AB,屬於EZ-PD PAG1系列產品PAG1S,晶片內部集成同步整流和協議功能,集成VBUS開關管和同步整流管驅動,無需外置協議晶片,集成度高。這款晶片還採用變壓器進行反饋,搭配英飛凌PAG1P初級晶片使用。

INJOINIC英集芯

IP2006H+IP2002TS+IP2233

魅族這款充電器採用了英集芯快充電源方案,由英集芯IP2006H初級主控晶片,並搭配使用IP2002TS同步整流晶片和IP2333協議晶片組成。

通過對PCBA模塊的觀察發現,這款充電器採用反激架構,寬範圍電壓輸出,輸出電壓由協議晶片通過光耦反饋調節。初級主控晶片,同步整流晶片和協議晶片均來自英集芯。

IP2006H

英集芯IP2006H是一款高性能多模式反激控制器,晶片具備頻率折返和谷底導通技術,並支持自適應開關頻率,提高輕載效率,最大開關頻率得到優化,降低溫升,並提高滿載效率。

IP2006H還具備突發模式,能夠在輕載和空載下降低待機功耗,滿足CoC V5和DoE VI標準,晶片具備完善的保護功能,包括Brown-in/Brown-out、輸出過壓保護、輸出欠壓保護、VDD過壓保護、輸入過壓保護和過熱保護,並且支持參數定製,支持過功率保護,採用SOT23-6封裝。

IP2002TS

英集芯同步整流晶片IP2002TS,晶片內部集成同步整流控制器和65V耐壓,8mΩ導阻的同步整流管,支持CCM、DCM和QR反激,用於取代肖特基二極體,提高電源的轉換效率,晶片支持高側和低側同步整流應用,符合CoC V5和DoE VI。

IP2002TS內置穩壓電路,無需外部輔助繞組供電。晶片僅需一個電阻和一個電容,外圍元件極簡。IP2002TS支持3.3-12V寬範圍輸出應用,非常適用於快充充電器和電源適配器應用,採用SOP8L封裝。

IP2233

英集芯協議晶片IP2233是一顆USB接口的快充晶片,晶片支持QC3.0/2.0快充,支持MTK PE快充,支持BC1.2充電協議。晶片支持NTC過熱保護,具備DP、DM引腳過電壓保護,具備DP、DM引腳弱短路保護,採用SSOP10封裝。

英集芯 IP2233 資料信息。

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iSmartWare智融科技

SW1108+SW1608+SW3566+SW3536*2

這款140W方案採用SW1108+SW1608+SW3566+SW3536*2的設計,採用2A+2C接口設計,這一方案設計充分利用了各晶片的優勢,讓整體方案集成度大大提升。

在這一款方案中,SW1108作為集成氮化鎵直驅的高頻准諧振反激控制器,極大提升了電路的轉換效率,同時減少了外部元件的需求。SW1608作為同步整流驅動控制器,專為離線式反激變換器的副邊同步整流管驅動設計,從而進一步優化系統的能效。雙口充電SOC晶片SW3566和兩顆多快充協議晶片SW3536則分別負責控制不同的充電接口,支持多種快充協議,支持USB-A和USB-C的雙口快充輸出,並且支持獨立限流,保障每個接口的充電性能。

經過實測,這款方案的尺寸為67.3*69.4*21.93mm,重量約為144.6g,功率密度達到1.36 W/cm³,具備優異的功率體積比。

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MIX-DESIGN美思半導體

SimpleTOP平台系列晶片方案

65W全集成方案

美思半導體初次級全集成方案SimpleTOP平台,該平台包含兩個主要產品系列:SimpleGaN系列內置氮化鎵(GaN)器件,SimpleFET系列則內置MOSFET器件,均旨在提供高性能、高集成、低成本的快充解決方案。

SimpleGaN系列晶片基於SimpleTOP平台的新一代數字智能化處理架構,該系列晶片具有超高的集成度和性能,將原邊控制器+ 高壓GaN + 隔離通訊 + 次級SR 控制器 + 協議等功能集於一身,並專門針對快充方案進行了優化,只需要極少的外部元件便能構建出高效的快充電源系統,實現從控制到輸出的全方位集成。

SimpleGaN系列採用准諧振(QR)控制模式,搭載了先進的數字控制技術,通過智能化算法可實現在PWM和PFM模式下無縫切換,在不同負載條件下可有效提高系統效率並有效抑制EMI干擾。內置的DSP核心提供極高的運算能力,能夠根據負載需求靈活調整系統的開關頻率、占空比和原邊IPeak電流,實現精準的恆壓恆流輸出,確保整個電源系統保持最佳的轉換效率。

SimpleGaN系列晶片支持多種市面主流快充協議,包括PD3.1、UFCS、QC2.0/3.0/3.0+、MTK-PE+、SFCP以及SCP、AFC和Apple 2.4A等專有協議;內置的VIsync數字校準技術大幅提升了輸出電壓和電流的精度,並通過Burst-Sense原邊-副邊隔離通信技術實現了完全數字化的反饋系統,消除了傳統模擬電源設計中所需的反饋補償網絡,不僅有效簡化了電路設計,同時提高了系統在各種負載條件下的穩定性,特別適合高效快充的應用場景。

封裝方面,SimpleGaN系列全集成晶片採用美思半導體專門開發的Mssop20封裝,具有超高耐壓及絕緣距離。SimpleGaN系列在兼顧安全性與性價比的前提下具備更低的系統成本及可以實現更加極致的功率密度,並且整體的性能更加的優秀。整體的電路結構非常的精簡,通過一顆晶片就可以解決所有的問題。

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Renesas瑞薩

iW9801 + iW709

開關電源PWM控制器來自Dialog,iW9801,是一顆高性能的數字化開關電源反激控制器,支持零電壓開關和自適應的多模式控制運行,搭配次級控制器可實現高功率密度和高輸出精度的設計。iW9801可搭配Dialog的次級側控制器共同使用,提供低於20mW的空載功耗。

協議晶片同樣來自Dialog,型號iW709,為次級側控制器,與iW9801搭配使用。iW709支持USB PD3.0和PPS,支持高通QC4+快充,集成協議,VBUS通路管驅動和同步整流控制器以及二次側穩壓控制在一顆晶片中。支持多級電壓輸出。

iW709還內置了同步整流控制器以及驅動,使用外置的MOS整流,取代傳統的肖特基二極體整流。同步整流控制器優化了開通/關閉時序,並使用私有的時序控制技術,可用於ZVS和ACF拓撲,並提供最佳的效率。反饋信號由模擬信號轉換成數位訊號,並由光耦傳輸到初級控制器。

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SouthChip南芯科技

POWERQUARK系列晶片方案

南芯POWERQUARK 65W 參考設計

參考設計採用南芯POWERQUARK系列全集成晶片,型號SC3107C,晶片內置南芯自研的全集成封裝技術,內置高速隔離數字通訊技術,集成次級控制軟開關技術和次級控制主動式同步整流技術,並集成多標準快充協議兼容技術。一顆晶片可以實現傳統充電器中原邊控制器+GaN器件+隔離光耦+同步整流控制器和協議晶片五種獨立功能。

POWERQUARK系列晶片的高集成度大幅度減少充電器外圍元件數量,具備開發周期短,產品性價比高的優勢。晶片內置的高速數字隔離通信模塊SC-PQLINK,不僅帶來比光耦更高的系統可靠性,同時還實現了次級控制。晶片利用次級控制優勢實現了原邊軟開關和主動式同步整流,提升了電源的整體效率,並降低散熱要求。

晶片內部還集成協議功能,支持UFCS融合快充,PD快充以及私有協議定製,滿足主流市場需求。晶片內部集成供電過壓保護,逐周期電流限制,輸出欠壓保護,輸出過壓保護,輸出過電流保護和輸出短路保護。內部還集成軟啟動,最高工作頻率為175KHz。晶片採用SSOP38L封裝,支持65-140W PD快充應用。

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充電頭網總結

伴隨各大晶片原廠不斷推出AC-DC加協議套片的解決方案,快充市場正邁向高度集成化和標準化的發展階段。這些方案可以有效降低設計的複雜性,並提升電源管理的效率和整體系統的穩定性。通過集成多個功能模塊,晶片廠商為終端設備廠商提供了更多靈活性與兼容性,使得快充產品的開發周期得以大幅縮短,也為用戶提供了更穩定和高效的快充體驗。

與此同時,部分技術領先的企業已經開始開發全集成單晶片解決方案,將更多的功能組合進一個晶片中,進一步簡化了設計流程。這類高度集成的晶片不僅能夠滿足當前市場對快充方案的小型化、低功耗和高效能的需求,還預示著未來快充技術的標準化趨勢。這將大大推動整個產業鏈的發展,帶動更多企業在快充領域加速創新。

文章來源: https://twgreatdaily.com/011590c1722bd1169a8c1cb404480876.html