智能手机性能大战发展到今天,硬件比拼已经从手机本身拓展到作为手机必备的充电器,无论是无线充电还是有线充电都早已进入快充时代,而对“快”的定义,品牌商都不断刷新新的高度,OPPO、小米、华为、vivo 等手机厂商无一不在快充功能上持续发力——从 20瓦 到 120瓦,一场来自手机厂商们的 “快充大战” 几乎月月上演。在手机电池容量增量几乎停滞的今天,持续不断追求更高充电功率有走入内卷化的趋势。

 

“从整体来说,我们认为手机充电的功率要求并不是无极限的,比如有线充电200瓦基本上在手机端就差不多了,手机厂商和用户没有必要追求更高功率。”充电行业全球领先的半导体提供商——伏达半导体移动电源事业部副总裁吴苗松在最近活动中指出,“根据小米发布的测试实验,200瓦基本上在 10 分钟之内就可以充满。如果你早上起来刷牙的时间可以从0充到90%或100%的话,这基本就是快充想要达到的目标。”

 

有意思的是,为有序使用无线电频谱资源、维护空中电波秩序等原因,工信部无线电管理局在2021年初发布了《无线充电(电力传输)设备无线电管理暂行规定(征求意见稿)》,为无线充电快充比快大赛按下暂停键——规定自2022年1月1日起,所有在国内销售和使用的移动和便携式无线充电设备额定传输功率不得超过50瓦。从有线快充到无线快充,一场愈演愈烈的快充“内卷”化趋势正在迎来减缓的时代,快充停止“比快”后还能如何发展呢?

 

伏达半导体⽆线充电事业部副总裁李锃(左)及移动电源事业部副总裁吴苗松  (右)


功率“触顶”下充电技术研发方向重心转变的伏达思考

作为聚焦于电池充电半导体提供商角色,在无线充电领域占据全球领先份额的伏达半导体,在快充“比快”的竞赛中是幕后关键“加速”力量。在前不久,伏达就推出了宣称业界功率最高的单芯片电荷泵快充芯片,创新的双电芯快充结构打破了单电芯充电的瓶颈,将充电功率从60瓦大幅提高到了120瓦,并有机会进一步提升到200瓦。而在无线充电的赛道,此前在伏达已经量产的第二代无线快充产品已达到67瓦。

 

“未来,伏达的第三代无线充电产品会将功率向下调整为50瓦,但是将继续提升传输效率,逐步追平有线充电的效率水平。我们在做一些简化架构的创新,希望把无线充电的效率、成本和体验做得更好。这样让更多的机器、设备以及IoT产品也用上无线充电。” 伏达半导体无线充电事业部副总裁李锃对无线充电功率“触顶”后的研发方向给出了伏达的技术“路线图”。

 

功率竞赛暂停后,效率与使用体验是无线快充的新方向

 

与无线快充国家强制功率限制不同,有线快充目前还在继续各家“自由发挥”,去年媒体定义的“30瓦 入门、40瓦 标配、60瓦旗舰”已经开始不太适合当下,80瓦、120瓦,甚至160瓦的旗舰机已经比比皆是。在伏达推出100W电荷泵快充芯片NU2205后,官方微信即宣布将为手机客户提供高达200W的快充方案。“我们跟国内最领先的客户有很多产品是相互定制的,他们提需求,我们给他们提供芯片的技术,我们的产品方案覆盖高、中、低功率,从最高的旗舰手机到中端手机再到千元级都有。” 吴苗松表示,“再往下走,我们还在跟他们讨论下一代要怎么突破电荷泵的局限,把充电功率做得更好。并不一定是更高的功率,比如我们现在效率是 98%,是不是可以提高到 99%,或者 99.5%?”

 

与有线充电在功率、效率和成本的维度去做更好优化不同的是,对于强制“限高”的无线充电市场,在效率之外李锃反复强调无线快充的“使用体验”。事实上,无线便利的使用体验是无线充电这些年快速成长的关键。“我们研发的第三代产品里面,已经加入了针对远距离充电的模块。我们希望在这个产品上去做一些探索、尝试,跟我们的客户一起做出一些相应的应用,满足到他们对于便利性体验的需求。” 李锃表示。在提升使用体验上,伏达还做了很多优化和创新工作,例如:接收芯片软件算法全面兼容市面上符合WPC认证的所有发射端;让手机不但可以作为一个无线接收端,还可以作为给其它的电子设备做反向充电端,为手表、耳机反向充电;获得专利授权的“一触即发”无线充电功能,避免了市面上一些无线充电需要设置专门的启动按钮来开启无线充电功能的麻烦;等等。

 

更多市场赛道启动,汽车无线充电是新蓝海

 

无线充电将继续探索更佳的使用体验和更广泛的应用领域

 

无线充电因其便利性而受众头部手机品牌的青睐,而其巨大的应用潜力近年来也在更多领域显现。“现在我们做的主要是一些手机的无线充电,我们也正在快速拓展到耳机、手表这些穿戴式产品,还有汽车前端市场。” 李锃指出。就在前不久,伏达首次向业界“官宣”已成功推出首款国产车载无线充电的解决方案。

 

据悉,目前很多电动车都在主控平台上开始标配无线充电发射器,作为市场巨大而技术门槛更高,利润也更丰厚的潜在市场,车载无线充电市场被业界认为是继手机之后的另一个蓝海。“汽车跟消费电子产品的需求不一样:一台车装进去至少要用十几年,车载充电的长期使用体验很重要;车规级芯片要求非常严格;车载电子产品面临的是运动环境,不像消费类大部分场景是静态的,对芯片性能设计提出更高的要求;汽车的EMC要求很高,需要具有很低的EMI;……所有这些都对芯片方案设计设定了高门槛。” 李锃表示。据李锃透露,目前伏达的车载无线充电解决方案已经获得多个Tier 1汽车厂商的应用。

 

伏达半导体无线充电发射方案进化路线图

 

伏达这套方案是基于工信部要求的最高输出功率50瓦要求设计的无线充电发射端,在符合车载AEC-Q100的认证的同时,还可达到汽车无线充电前沿性能的80%效率。与消费电子无线充电端早已达到90%效率的充电产品不同的是,由于汽车电子更高性能要求导致电路更加复杂,采用了诸多保护和限流及检测功能电路,从而降低车载无线充的效率。同时,为提高车内频繁晃动的充电场景下的使用体验,车载无线充电往往采用多个线圈,而多个线圈相互之间的磁场耦合也会进一步降低效率。

 

据悉,目前一般的售前车载无线充电效率在70%左右,而伏达方案支持双手机同时充电的条件下可以达到80%的效率,这主要依赖于其独特的充电发射芯片技术,包括应用了伏达独创的SmartBridge架构,该架构除了高效率外,还拥有高可靠性和高集成度的特点,实现了将所有无线充电功能集成到一颗芯片中的目标。在满足车载电子苛刻的EMC标准上,SmartBridge架构在设计中充分考虑了避免对车载电子设备产生干扰影响的措施,例如采用了包括主动降低寄生参数、调整驱动的速度和时间,从而降低EMI。

 

伏达车载无线充电发射方案功能框图

    

成功可以复制,从无线充电到汽车及工业领域多点布局
作为一家成立于2014年的半导体芯片设计公司,伏达半导体仅用了七年时间就实现了在无线快充领域从跟随者到领导者的逆袭,目前在无线快充这个细分赛道上已经独步鳌头,据官方透露的数据“已经超过50%的市场份额”。公开的市场信息还显示,当前市场上采用伏达无线快充方案的企业包括华为、小米、、OPPO、Belkin等国内外顶级厂商,诸多热门机型如华为P40 Pro+、小米11 Pro与Ultra、OPPO X3 Pro等,都搭载了伏达的无线快充方案。然而,无线快充毕竟是个细分赛道,产品技术和市场的竞争需要企业具有更强大的实力,如何实现更广泛的技术和产品布局对于年轻的伏达来说已经胸有成竹。

 

“我觉得手机的要求其实很高,主要在于出货量大的情况下芯片一致性要非常好,因此我们有信心和能力去实现更广泛的应用拓展。” 吴苗松对此给出了答案,“我们现在的客户主要是手机,我们也希望把这些高性能的产品放到工业上去,汽车已经做到了,工业上像服务器,成本最大的是电费,能耗太高。现有整个效率大概是 80%到 85%,也就是说 15%的能耗被消耗掉了。 电荷泵伏达现在的功率是 100W 到 200W,我们的效率可以达到 98%。 如果把这个技术用到服务器里,可以帮助提升 10%到 13%的效率,对它的运营有非常大的好处。”据吴苗松透露,目前伏达已经打造了有线快充、无线充电、汽车电子和定制方案四条产品线,实现了全场景充电闭环战略布局,是国内唯一提供有线和无线快充成熟方案的半导体企业。