快充协议是一大问题。各品牌手机各有各的协议,相互冲突。这使充电器、移动电源和车充厂家不知所措。从电源管理的角度讲,各公司产品在效率、温度上都有很大差异。快充技术跟不上手机需求——效率低、温度高,并且可靠性很差。另外,电源系统也变得越来越复杂,接口有很多种,并且继续更新。系统的逻辑关系变得很复杂,手机也很杂,所以做产品的难度会比以往大出一个数量级。

传统的电源芯片,器件型号有数万种之多。对于不同的拓扑结构,电源设计工程师需要从中不断挑选,并且经常可能挑不到想要的IC——打补丁、过认证,会遇到各种问题。因此,业界希望推出可重构的电源芯片。

日前,在《电子技术设计》、《电子工程专辑》和《国际电子商情》共同举办的“电源管理与功率器件论坛”(Tech Shanghai Power 2017)上,苏州易能微电子科技有限公司创始人吴钰淳带来了题为“可重构电源芯片变革电源芯片技术和商业格局”的演讲议题。那么,可重构电源芯片又是如何能够做到以不变应万变的呢?

吴总解释道,所谓可重构的电源芯片,也就是可以根据用户的想法进行快速定制的电源芯片——通过各种软硬件方法在不用流片的前提下快速定制出符合客户需求的电源芯片,甚至还带有系统管理功能。有些电源希望体积小、需要过认证,因此希望电源设计能够更加灵活。

传统的电源研发时间大概需要2年,而通过可重构电源芯片设计,研发时间缩短到了一周。它可以满足不同的架构,如升压、降压、升降压、多路输出、多相位等等,所有这些控制细节都可以实现定制。同时,在很多细分领域里,以前电源上都有很多的IC,现在则是有了单芯片解决方案来实现整个系统管理。并且在电源控制领域,也有了很多的进展和突破。

摩尔定律伴随我们走过很长时间。现在我们已到了7nm节点,CPU越来越快,但是半导体工艺再发展下去越来越困难,包括研发成本和整体功耗等。那么是不是摩尔定律把芯片行业带到死胡同里去了?芯片以后该怎么走?这是业界现在普遍讨论的一个话题。

另一方面,智能手机运算能力提高了2倍,但使用效率(使用便捷度,包括通信、微信以及各种应用)只增加了15%。人的需求和半导体的发展方向之间出现了一个很大的鸿沟。那么我们需要思考,半导体工艺发展是否真正满足普通大众需要?

CPU、电源芯片、射频芯片、模拟芯片纷纷提出“可重构”概念,原因为何?

CPU、电源芯片、射频芯片、模拟芯片都提出了“可重构”的概念。为什么一时之间,这些不同领域都出现了可重构的概念,其背后有深刻的原因。“人类的需求变得更多样化、个性化、差异化(比如我们的手机有苹果、华为、OPPO等),因此市场将更加零散且变化多端,包括快速充电、无线充电、新能源等。这些终端应用以IC为基础,这造成IC的设计也变得更加复杂。这就是设计可重构电源芯片的由来。”吴总指出。

易能微电子可以帮客户快速定制电源IC。涉及的应用包括手机、平板电脑、快充适配器、快充移动电源、快充车充、笔记本、汽车启动电源、电动工具、蓝牙耳机、蓝牙音箱、无线充电器、模拟电源、无人机、POS机、BMS等。“你很少看到有IC公司涉及这么多方向,也是因为它是可重构的。这些方向的要求差别非常大,从功率、耐压到控制方法,对系统管理的要求都不一样。”吴总表示。

iPhone 8上市后,PD有望成为主流快充协议,然而协议、性能、接口等差异,导致产品设计难度提升一个数量级

快充是电源发展的一个很好的契机。随着其他智能手机普遍采用快充后,苹果终于现在也支持快充了。苹果8上市后,苹果手机、平板、笔电全线支持PD协议,PD有望成为主流快充协议。所有手机都实现了快充,快充行业迎来爆发行情。“易能是全球唯一支持苹果全线产品的单芯片快充PD移动电源和车充方案,同时也是唯一兼容包括苹果在内的所有快充手机的芯片方案。”吴总说。

快充协议是一大问题。苹果、三星、华为、OPPO等品牌手机各有各的协议,相互冲突。小米、金立、魅族也是分别支持高通或联发科的协议。这使充电器、移动电源和车充厂家不知所措。各种协议无法兼容会阻碍行业发展。

从电源管理的角度讲,3V转12V/18W的升压IC还达不到很好性能。各公司产品在效率、温度上都还有很大差异。然而,整个行业的快充功率已经达到100W,手机快充功率已达24W,华为已经达到40W。快充技术跟不上手机需求——效率低、温度高,并且可靠性很差。

“升降压IC用在PD上,TI、Intersil、Linear等公司都有,但是性价比好的也是非常少,也是阻碍了PD市场的发展。协议各种各样,电源系统也变得越来越复杂,接口有A口、B口、C口、Lightning口等等很多种,并且会继续更新。系统的逻辑关系变得很复杂,手机也很杂,所以做产品的难度会比以往大出一个数量级。”吴总认为。

可重构电源芯片可以在不改变电路板的情况下升级来快速适应市场变化

易能的快充产品线全面覆盖移动电源、车充、适配器和排插等。温度和效率也是做得很好。同时,易能是目前唯一一家能支持所有快充协议的IC公司。有100多台快充设备(手机)都可以支持,同时还支持所有PD手机和平板,并且是单芯片PD解决方案。

现在苹果所有配件都支持PD。因此PD可能成为行业的主流,甚至电动自行车都可能采用PD来充电。此外,不光是苹果的手机,所有手机都可以用易能的一套方案提供支持。

另外,电源芯片的架构是可重构的。如果市场变化速度快,3个月有新的需求出现,一般芯片公司是跟不上的,而我们会尽力去帮助客户兼容让他们头疼的问题。比如iPhone 8上市,如果没有提前考虑好相关需求,可能会导致产品积压。但若是采用易能的方案,则可以在不改任何电路板的情况下把整个产品升级,从而快速适应市场变化,抓住市场机会。

下面是易能的方案展示。

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“EDP3010x实际上是一个升降压的芯片,同时它还集成了各种管理。它在升降压方面和Linear、TI是完全不一样的。我们有我们非常好的算法,最突出的是,在输入和输出比较接近的时候,切换没有任何波动,非常平滑,这是传统的模拟IC非常难做到的一点。”吴总补充道,“同时它是单芯片解决方案,兼容PD协议,又带有电池均衡。”

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