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无线充电3.0时代竞争,靠什么?

2021-08-02 赵明灿 阅读:
在第九届EEVIA年度中国电子ICT媒体论坛暨2021产业和技术展望研讨会上,伏达半导体无线充电事业部副总裁李锃带来演讲主题:《无线充电3.0时代竞争,靠什么》。内容包括:无线充电的前世今生;伏达半导体的充电史;无线充电芯片竞争力;国产芯片的机遇与挑战。

日前,在第九届EEVIA年度中国电子ICT媒体论坛暨2021产业和技术展望研讨会上,伏达半导体无线充电事业部副总裁李锃带来演讲主题:《无线充电3.0时代竞争,靠什么》。内容包括:无线充电的前世今生;伏达半导体的充电史;无线充电芯片竞争力;国产芯片的机遇与挑战。MoOednc

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无线充电的前世今生MoOednc

无线充电最早可以追溯到1893年。特斯拉早在1893年,就通过两个线圈点亮了一盏灯,用的就是无线充电的技术。MoOednc

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其实,我们今天的无线充电基本原理还是这样,即发射线圈通过感应交流电流产生交变的磁场,在接收线圈提供无线电能传输的原理。2008年以后发展出WPC组织(无线充电联盟),统一了一套标准,制造了无线充电的规范。此后很多厂商都融入这个规范,逐步形成无线充电的生态。如今,很多厂商的旗舰手机和耳机都具备无线充电功能,这些无线充电产品其实都是在这个规范下做的应用。MoOednc

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伏达半导体的充电史MoOednc

伏达半导体于2014年在硅谷和上海成立了研发中心。到了2017年,又分别在合肥、深圳和北京建立了销售分支。去年和今年,又分别在马来西亚、美国东海岸,以及韩国建立了销售和研发中心。今天已经有6个研发中心,4个销售分支,整个公司已经超过200人。MoOednc

下图是伏达半导体的产品发展路线。该公司一开始是做无线充电,聚焦做无线快充,无线充电功率从2019年20W发展到今年80W。然后投入了大量人力和物力,一直在研发和开发有线快充芯片。去年30和40W的电荷泵的芯片已经面世;又在上个月最新发布了一款高达100W的有线快充芯片,作为献给国家建党一百周年礼物。这款芯片的发射效率非常高,传输效率可以达到98%。MoOednc

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其业务除了无线充电、有线充电以外,还有其它一些业务,包括电荷泵、汽车无线充电,以及特色定制方案等。该公司会针对一些客户特殊的需求,提供模组的定制化方案,给客户提供完整的解决方案。MoOednc

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该公司已经支持了大量的客户。下图是一些已经出货量产的客户,下面还有一些晶圆厂和封装厂的供应链支持。MoOednc

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无线充电芯片竞争力MoOednc

回到无线充电技术,下面来看看无线充电行业是怎么发展的。实际上,目前无线充电有两个技术路线在发展:MoOednc

一个是怎么让无线充电更快。在这一方面,伏达半导体已经在引领无线快充行业的发展,例如从20W到80W的产品线都有覆盖。MoOednc

另一个是让无线充电更自由。现在大家接触的无线充电还停留在比较初级阶段,属于随放随充;接下来还会往哪里方面,可以做到边走边充。伏达半导体在做技术发展过程中,也出现了很多有趣的设备,例如将耳机、手表都放在一起充电的应用。MoOednc

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除了这两条跑道,无线充电的生态也在发展。除了家居、车载,包括自拍的补光灯,都是无线充电,还有闹钟和音响都集成无线充电,这实际上也是生态的发展。MoOednc

伏达半导体在国内已经做到了无线充电的领导地位。那么该公司到底做了哪些事情?伏达半导体走了三步策略:MoOednc

一开始是做第一代产品,也就是在什么产品都没有的时候,伏达半导体做了Pin to Pin的产品,来追平跟国外技术。这个产品的量产证明了国产半导体产品也有实力去发展手机高精尖技术。MoOednc

接下来做到了第二代产品,给客户提供一个更高效率的充电方案。伏达半导体的方案可以充到80W的功率,而且是采用伏达自己的专利技术,改变了充电架构。MoOednc

未来,还需要做什么?该公司还在做一些简化架构的创新,希望把无线充电的成本和体验做得更好。这样才能让更多的机器、设备、可穿戴式的产品也用上无线充电。MoOednc

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伏达半导体的策略是什么呢?现在做的主要是一些手机的无线充电,未来希望拓展到耳机、手表等穿戴式产品,甚至汽车。到今年,很多电动车都在主控平台上开始标配无线充电发射器了。MoOednc

下图是一组比较有意思的数据,是伏达半导体自己总结的一些产品。2019年该公司做的小米手机产品,当时的无线充电的速度,大概70分钟可以充满,但是用有线充,只需要59分钟左右。到了2020年,在华为P40手机上量产的时候,大概65分钟可以把一个手机充满。到了去年,在小米11上发布的产品,伏达的无线充电接收大概只需要48分钟。到今年上半年,该公司又发布了一款新的无线充电技术,这时候无线和有线充电时间都只需要36分钟就可以把手机的电充满。MoOednc

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除了做无线快充技术,该公司还在背后研究怎么去提高充电的效率。从第一代产品7.5W,第二代产品35W,然后到67W,都在不断提高效率。现在无线充电的效率从发射到接收已经达到90%。MoOednc

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未来,该公司还在开发第三代技术,但是会略微把功率降低,变成50W。但是,它的效率会提升更高,这样会提升客户的无线充电体验和价值,同时也可以把成本降下去。这也响应了工信部关于无线充电功率最高不超过50W的意见稿。MoOednc

除了上述市场信息,再看一下无线充电接收芯片的特点。它是一个比较复杂的系统,一个芯片要同时处理功率、协议、算法。做无线充电还需要给客户提供比较好的体验,所以软件算法里会需要每一个接收产品都需要兼容市面上符合WPC认证的发射端。还有就是现在比较流行的技术,手机不但可以作为一个无线接收端,还可以作为给其它电子设备的反向充电端。比如戴的手表耳机没有电了,这时候打开手机的反向充电,还可以给它补电。MoOednc

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下面看几个案例。很多手机都是集成了伏达的接收芯片,有第一代、第二代,不同功率的,像小米、华为,还有今年上半年发布的Oppo手机,都采用了伏达的无线充电芯片。MoOednc

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除了手机,在穿戴式设备里面,也已经有一些量产案例:像去年oppo的耳机已经集成伏达的无线充电芯片,此外还有红米、小米耳机等等,都是满足无线充电协议的。这些耳机放在手机的反向充电上都可以给它补电。MoOednc

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除了做接收的芯片和产品,伏达半导体还有一系列的发射芯片。发射芯片跟接收芯片最大的不同是它对于EMI噪声有更高要求。无线充电是辐射开放的磁场,开放磁场可能会对外面其它设备产生影响,所以在做芯片设计的时候,会特意去降低寄生参数,调整驱动的速度和时间,这样就会对其它电子设备非常友好。这个特性在其它的无线充电里面尤其重要,比如汽车无线充电的产品。MoOednc

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同时,每一个作为发射端的无线充电产品,都要兼容市面上所有的手机和穿戴式设备,这样才能为这些设备充电。MoOednc

伏达半导体还有一个专利叫做一触即发功能。市面上开始有一些无线充电的移动电源,怎么去使用呢?需要按一下按纽,把无线充电功能开启,再把设备放上去。伏达开发这个功能的目的是,用户以后不需要再去按那个按钮,把无线充电设备往上面一贴,就可以立马开始充电,并且待机功耗跟原来一样。MoOednc

下图是无线充电发射端的一些架构比较。最左边的架构,实际上是主芯片,控制一些分立的元件,提供一套整体的无线充电发射方案。越往右边集成度越高。中间是双芯片,这也是该公司在业界推出的第一个SmartBridge架构。这个架构拥有高可靠性,非常适合在高EMI的场合使用。最右边是更加精简的单芯片发射方案。它把所有无线充电功能都集成到一颗芯片里,这样用户在使用的时候会变得更加简洁易用。这三套方案伏达都有产品,会适用于不同的应用场景。MoOednc

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下图是发射端案例。可以跟插线板结合,可以跟移动电源、音响等设备结合,提供无线充电的功能。图片中左下角是自动追踪的无线充电,放在上面,线圈就会自动追踪设备并提供充电,同时还可以分别给两台设备充电。MoOednc

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除了一般的无线充电方案外,有些用户不光是手机而且手表、耳机等设备也需要充电,这样一拖三的应用,也是在市面上推广比较多的产品。MoOednc

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机遇和挑战MoOednc

最后回到机遇和挑战。今年大家遇到比较困难的问题就是产能,有了产品怎么给客户交付?实际上伏达在上半年也遇到这样一些困难,就是晶圆的短缺,怎么给客户供货。“也感谢当时我们的供应商和客户,跟我们一起努力,解决了交付的问题,一个产品一个产品交付上来,也打了很多场硬仗。”MoOednc

下面再剧透一个即将发布的首款国产车载无线充电的解决方案。这也是搭载伏达的无线充电产品,是业界最高输出功率(50W)的无线充电发射盘。它的效率达到80%,同时符合车载专用的AEC-Q100的认证。这里面用到的架构,就是前面所讲的SmartBridge方案。为什么要用这样的方案?因为它可以提供更好的EMI,以及更安全可靠的系统。下图中间橘色的是控制芯片;右边四个芯片分别通过控制电路,可以给两台设备充电。MoOednc

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除了车载无线充电,伏达半导体还是唯一一家同时提供无线充电和有线快充成熟方案的国产半导体公司。“那么,有线充电和无线充电有没有互相影响?可以看到图片右边的NU1651无线接收芯片,它为什么能做到快充?其实就是借助了几个电荷泵的架构,是两者相互结合,才提供了一套无线快充技术,以此给到终端用户使用。”MoOednc

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伏达除了在做有线无线方案,也在放电中采用电荷泵的方式。未来,给客户提供的手机解决方案中,不光充电充得快,而且放电放得慢。这样的技术,除了用在手机、PC中,还可以用在服务器上。因此,电荷泵将成为未来高效率DC/DC转换的电源芯片的必然发展路径。MoOednc

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赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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