【導讀】智能手機性能大戰發展到今天，硬件比拼已經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發力——從 20瓦 到 120瓦，一場來自手機廠商們的 “快充大戰” 幾乎月月上演。在手機電池容量增量幾乎停滯的今天，持續不斷追求更高充電功率有走入內卷化的趨勢。
“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。”充電行業全球領先的半導體提供商——伏達半導體移動電源事業部副總裁吳苗松在最近活動中指出，“根據小米發布的測試實驗，200瓦基本上在 10 分鐘之內就可以充滿。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年初發布了《無線充電(電力傳輸)設備無線電管理暫行規定(征求意見稿)》，為無線充電快充比快大賽按下暫停鍵——規定自2022年1月1日起，所有在國內銷售和使用的移動和便攜式無線充電設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”后還能如何發展呢？
伏達半導體?9?2線充電事業部副總裁李锃(左)及移動電源事業部副總裁吳苗松 (右)
功率“觸頂”下充電技術研發方向重心轉變的伏達思考
作為聚焦于電池充電半導體提供商角色，在無線充電領域占據全球領先份額的伏達半導體，在快充“比快”的競賽中是幕后關鍵“加速”力量。在前不久，伏達就推出了宣稱業界功率最高的單芯片電荷泵快充芯片，創新的雙電芯快充結構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，此前在伏達已經量產的第二代無線快充產品已達到67瓦。
“未來，伏達的第三代無線充電產品會將功率向下調整為50瓦，但是將繼續提升傳輸效率，逐步追平有線充電的效率水平。我們在做一些簡化架構的創新，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、設備以及IoT產品也用上無線充電。” 伏達半導體無線充電事業部副總裁李锃對無線充電功率“觸頂”后的研發方向給出了伏達的技術“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各家“自由發揮”，去年媒體定義的“30瓦 入門、40瓦 標配、60瓦旗艦”已經開始不太適合當下，80瓦、120瓦，甚至160瓦的旗艦機已經比比皆是。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。“我們跟國內最領先的客戶有很多產品是相互定制的，他們提需求，我們給他們提供芯片的技術，我們的產品方案覆蓋高、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鍵。“我們研發的第三代產品里面，已經加入了針對遠距離充電的模塊。我們希望在這個產品上去做一些探索、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，伏達還做了很多優化和創新工作，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備做反向充電端，為手表、耳機反向充電；獲得專利授權的“一觸即發”無線充電功能，避免了市面上一些無線充電需要設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
無線充電將繼續探索更佳的使用體驗和更廣泛的應用領域
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域顯現。“現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、手表這些穿戴式產品，還有汽車前端市場。” 李锃指出。就在前不久，伏達首次向業界“官宣”已成功推出首款國產車載無線充電的解決方案。
據悉，目前很多電動車都在主控平臺上開始標配無線充電發射器，作為市場巨大而技術門檻更高，利潤也更豐厚的潛在市場，車載無線充電市場被業界認為是繼手機之后的另一個藍海。“汽車跟消費電子產品的需求不一樣：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；車規級芯片要求非常嚴格；車載電子產品面臨的是運動環境，不像消費類大部分場景是靜態的，對芯片性能設計提出更高的要求；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計設定了高門檻。” 李锃表示。據李锃透露，目前伏達的車載無線充解決方案已經獲得多個Tier 1汽車廠商的應用。
伏達半導體無線充電發射方案進化路線圖
伏達這套方案是基于工信部要求的最高輸出功率50瓦要求設計的無線充電發射端，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射芯片技術，包括應用了伏達獨創的SmartBridge架構，該架構除了高效率外，還擁有高可靠性和高集成度的特點，實現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架構在設計中充分考慮了避免對車載電子設備產生干擾影響的措施，例如采用了包括主動降低寄生參數、調整驅動的速度和時間，從而降低EMI。
伏達車載無線充電發射方案功能框圖
成功可以復制，從無線充電到汽車及工業領域多點布局
作為一家成立于2014年的半導體芯片設計公司，伏達半導體僅用了七年時間就實現了在無線快充領域從跟隨者到領導者的逆襲，目前在無線快充這個細分賽道上已經獨步鰲頭，據官方透露的數據“已經超過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包括華為、小米、、OPPO、Belkin等國內外頂級廠商，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，產品技術和市場的競爭需要企業具有更強大的實力，如何實現更廣泛的技術和產品布局對于年輕的伏達來說已經胸有成竹。
“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更廣泛的應用拓展。” 吳苗松對此給出了答案，“我們現在的客戶主要是手機，我們也希望把這些高性能的產品放到工業上去，汽車已經做到了，工業上像服務器，成本最大的是電費，能耗太高。現有整個效率大概是 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。”據吳苗松透露，目前伏達已經打造了有線快充、無線充電、汽車電子和定制方案四條產品線，實現了全場景充電閉環戰略布局，是國內唯一提供有線和無線快充成熟方案的半導體企業。
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