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行業研究報告_手機快速充電器

2016/10/26 | 來自:技術質量部

業:手機快速充電器

n 市場前景: 

全球市場研究機構TrendForce的最新報告顯示,2015年全球智能手機出貨量為12.93億支,年增長 10.3%,其中來自中國地區的手機品牌合計出貨量高達5.39億支,占全球比重超過四成,與三星、蘋果總和的5.47億支在伯仲之間。TrendForce預估 2016 年中國品牌出貨將超越三星、蘋果總和,全球市占比來到 45%。另外,智能手機廠商市場份額排名方面也發生了不小的變化,三星和蘋果依然保持著出貨量的前兩把交椅,市占率分別為24.8%和17.5%,排名第三的是國產廠商華為,市占率為8.4%。此外,國產手機也囊括了全球前十大手機品牌中的7個席次,可見國產智能手機已經占據了半壁江山。更大的屏幕、更高的分辨率以及更加高速處理器讓現今的智能手機發展速度顯得異常驚人。不過這一切都是以更高的電池消耗速度為代價。

手機電池技術依舊沒有突破性進展的情況下,快速充電另辟蹊徑,在相當短的時間內便可讓手機“復活”,保證用戶的正常使用。而隨著快充技術的成熟,越來越多的手機配備了快充功能。目前主流手機市場,快充已經成為智能手機標準配置。所以手機快速充電器的市場容量是可觀的。

n 工作原理:

所謂快速充電就是在單位時間內向鋰電池注入更多的電荷來縮短充電的時間,要達到這個目的,無非就是要提高充電的電壓或者電流,但是,簡單的提高充電電壓或者提高充點電流,會帶來發熱,能量的損耗,電池的加速老化,甚至安全方面的隱患,所以,真正有效的快速充電技術是在不給電池造成損害的情況下,根據鋰電池的充電過程的固有特征,實時調節充電電壓和電流,盡可能提高能量的傳輸效率,實現快速充電,目前所使用的鋰電池快速充電技術也是基于此原理。

快速充電方案包含兩個部分,充電器部分和電源管理部分,電源管理部分的芯片置于移動智能終端內,有獨立的電源管理芯片,也有的直接集成在手機套片中,電源管理芯片對鋰電池的整個充電過程實施管理和監控,包含了復雜的處理算法,鋰電池充電包括幾個階段:預充階段、恒流充電階段,恒壓充電階段、涓流充電階段,充電管理芯片根據鋰電池充電過程的各個階段的電器特性,向充電器發出指令,通知充電器改變充電電壓和電流,而充電器接收到來自充電管理系統的需求,實時調整充電器的輸出參數,配合充電管理系統實現快速充電。 

                                                              快速充電器原理

現有快速充電方案介紹:

快速充電技術的實現,依賴于芯片組的開發,尤其是電源管理芯片的算法、方案和電路結構,直接影響到充電的時間和效率,目前行業推出了多種快速充電的方案和芯片組。

1、高通 Quick Charge技術

鑒于高通在智能手機方面得天獨厚的優勢,率先在快速充電領域推出其標準和方案,從 Quick Charge1.0開始,今年又發布了 Quick Charge3.0,并在驍龍 800處理器上集成了快充技術的電源管理模塊。 Quick Charge3.0 Quick Charge1.0的充電速度快了近 1倍,而且在 Quick Charge2.0所使用的 4檔電壓( 5V、9V,12V,20V)的基礎上,以 200mV為一檔,提供從 3.6~20V整個范圍內更加靈活的選擇,預計在 2016年一季度就會推出 3.0的商用產品。高通 Quick Charge技術,還是采用標準的 micro 5pin USB接口,電源管理芯片和外部的充電器通過 USB的數據線 D+ D-來傳輸控制信令,所以在充電器端會有一個信令解碼芯片,與移動終端的快充電源管理單元完成控制信令的交互,完成快速充電的整個過程,如果移動終端不含快速充電管理單元,充電器就會以常規的 5V為移動終端充電,同樣,用普通的 5V USB充電器為含有快速充電模塊的移動終端充電,也一樣的可以完成,當移動終端檢測不到充電端信令解碼器,就不會開啟快速充電模式,采用普通的 5V模式完成充電,所以 Quick Charge技術具備非常好的兼容性。 

 


                                                             QC2.0充電器原理圖調壓部分

2、聯發科 PumpExpress技術

聯發科 Pump Express和高通的類似,采用傳統的 micro 5pin USB充電接口, Pump Express協議控制器置于移動終端的 PMIC單元, PMIC單元發出脈沖電流指令通過 USB Vbus傳送給充電器,充電器依據指令調整輸出電壓,最大的輸出電壓是 12V。已經在 MT6595 MT6732手機平臺集成了 Pump Express快速充電管理單元。 Pump Express目前有兩種技術規格,功率小于 10W Pump Express和大于 15W Pump Express Plus在充電器端 Pump express利用了 VBUS上的電流的變化來不斷調整恒流階段的充電電壓的,當次級線圈接上負載后,會導致初級線圈的電壓和電流產生變化,這個原理也叫負載調制。 

3、Ti MaxCharge技術

德州儀器也于 2015年上半年發表自有快充通訊協定--MaxCharge,并導入其鋰電池充電芯片,有更高設計彈性及鋰電池控制效能,讓系統廠能以分離式設計導入手機或平板,提高耐電壓、耐電流和動態功率控制能力,給鋰電池充電的最大電流可以達到5A,具有較高的能量轉換效率,減少了充電發熱現象,由于分離式設計帶來的靈活性,很受業內尤其是 OEM歡迎,同時,獨立的快充充電芯片亦有更多空間增添路徑管理(PowerPath)、過電壓/過電流/過溫度保護與電量監控計等功能區塊,并能加入各種演算法建立充電模型,以動態調配輸出功率,確保電池使用壽命和安全性,與現有的充電器比較,MaxCharge充電時間可以縮短一半以上。 

4、OPPOVOOC閃充技術 

VOOC閃充技術是 OPPO自主研發的快速充電技術,其他提升電壓的技術不同, OPPO采用了 5V大電流輸出,從而提升充電速度。 OPPO Find 7上首次嘗試自主研發的 VOOC閃充技術,輸出規格為 5V/4.5A(22.5W),實際測試確實效果突出,從 23%充到 100%只用了一個小時。 OPPO N3則配備了全新升級和改良的二代 VOOC閃充,輸出規格提升到5V/5A(25W),官方稱 30分鐘即可完成從 0-75%的快速充電。作為 OPPO的獨門絕技,該充電技術是一整套定制的電路、電芯、接口、數據線,配以智能 MCU芯片的適配器,并不適用于其他手機。 

5、Apple 20V快充技術

美國專利與商標局公布的一項蘋果專利申請文件顯示,未來 iOS或將配備輸出 6V 20V的充電器,打破現在 5V的充電器限制。這意味著蘋果要在 iOS設備中配備 “超級電池 ”。蘋果在專利申請描述中表示,造成目前充電時長從 1小時到 3小時不等的主要限制因素是 5V的電壓。隨著未來更大容量的電池將會成為標準配置, 5V明顯不能滿足顧客快速充電的需求。專利示意圖中顯示, iPhone可以使用最高 20V的充電器來充電,這一項專利申請是 2013年第四季度提交的。 

6、USB3.1 PD充電規范 USB標準化團體 USB應用者論壇 (USB-IF),在 2014 4月于深圳舉行的英特爾開發者會議深圳 IDF 2014上公開了 “Type-C”的解決方案。USB 3.1Type-C是全新設計的接口樣式,大小有些類似 MicroUSB,但是上下兩端是完全一樣的,也就是不再區分正反面,兩個方向都可以插入。這和蘋果的 Lightning閃電接口是一個思路。 Type-C還支持較以往提高了供電能力的 “USB Power Delivery Specification (USB PD)”。USB PD根據可供給的電力設定了 10W、18W、36W、60W、100W五級規格。

綜上,快充相比與傳統充電器,功率和效率都有了新的要求。原邊開關管多采用較大電流和電壓的MOSFET產品,副邊除了少數客戶采用低VF二極管整流外,更多的是采用低壓MOSFET同步整流。

             肖特基整流圖                            MOEFET同步整流

n 主要媒體:

媒體名稱

媒體網址

手機之家

http://www.imobile.com.cn/

手機中國

http://www.cnmo.com/

n 主要展會:

展會名稱

展會地址

展會網址

2015深圳手機展

深圳會展中心

http://www.0755hz.cn/

2015上海手機展

上海新國際博覽會展中心

http://www.0755hz.cn/

 

n 主要品牌(2015年十大品牌):

品牌

公司名稱

公司地址

公司網址

蘋果

蘋果公司

美國加利福尼亞州庫比蒂諾

http://www.apple.com/cn/

IT-CEO

深圳市中遠航科技有限公司

深圳市寶安區沙井街道洪田榕樹路1號廠房1-4層

http://www.it-ceo.cn/

三星

三星電子

韓國京畿道城南市盆唐區書峴洞263號三星廣場大廈

http://www.samsung.com/

小米

北京小米科技有限責任公司

北京市海淀區清河中街68號

http://www.mi.com/

酷派

酷派集團有限公司

中國廣東省深圳市南山區高新技術工業園北區酷派信息港1棟6層

http://www.coolpad.com/

OPPO

廣東歐珀移動通信有限公司

廣東省東莞市長安鎮烏沙海濱路18號

http://www.cjol.com/

魅族

魅族科技有限公司

中國廣東省珠海市科技創新海岸魅族科技樓

http://www.meizu.com/

HTC

宏達國際電子股份有限公司

中國臺灣新北市新店區中興路三段88號

http://www.htc.com/cn/

華為

華為技術有限公司

中國深圳市龍崗區坂田街道華為基地

http://www.huawei.com/cn/

品勝

廣東品勝電子股份有限公司

深圳市龍崗區橫崗鎮六約牛始埔金塘工業區勤富一街9號

http://www.pisen.com.cn/

n 主要板廠:

公司名稱

公司地址

公司網址

深圳航嘉馳源電氣股份有限公司

深圳市龍崗區坂田街道雪象村航嘉工業園

http://www.huntkey.com/

深圳歐陸通電子有限公司

深圳市寶安區西鄉街道洲石路111號富源工業城C7棟、C8棟

http://www.honor-cn.com/

冠德科技(深圳)有限公司

中國廣東省深圳市光明新區松白工業園C區1號樓

http://www.twktec.com/

惠州天寶電子有限公司

廣東省惠州市水口鎮祥和大道29

http://tianbao.solarbe.com/

雅達電子(羅定)有限公司

廣東省羅定市附城鎮寶城東路68號

http://www.emerson.com/

摩米士科技(深圳)有限公司

深圳市深南大道7006號萬科富春東方大廈7樓

http://www.momax.net.cn/

東莞市海陸通實業有限公司

廣東省東莞市黃江鎮長龍村新風街18號

http://www.all-round.com.cn/

深圳市元創時代科技有限公司

深圳市龍崗區中海信科技城14A棟9樓 (原總部經濟中心)

http://www.orico.com.cn/

江蘇辰陽電子有限公司

江蘇省丹陽市蔣墅經濟開發區

http://www.chenyangelec.com/

n 主要方案公司

公司名稱

方案名稱

器件種類

器件型號

器件品牌

Dialog 

(iWatt)

iW1788-00 For 15W MTK_PE+ Fast Charge

IC

iW1788

iWatt

MOSFET

IPU60R600C6

英飛凌

肖特基

PT20L80SP

快恢復

FR207

iW1780-04+iW626-04 For QC2.0 Design(5V/1.6A,9V/1.6A,12V/1.2A)

IC

iW1780

iWatt

MOSFET

FTU06N70

肖特基

PT12Y100SP

快恢復

FR207

iW1780-01+iW626-00 For QC2.0 Design

(5V/2A,9V/1.67A,12V/1.25A, SR)

MOSFET

FTU06N70

MOSFET

BSS123

MOSFET

AO4292

AOS

快恢復

FR207

iW1699B-05+iW671 For 5V/3A Charger Design

IC

iW1699

iWatt

MOSFET

AOI7N65

AOS

MOSFET

AON6246

AOS

快恢復

FR207

BCD

AP3776B+APR34309C

IC

AP3776B

BCD

MOSFET

SW6N70

芯派

MOSFET模塊

AP3415

BCD

n 品牌客戶主要器件信息:

品牌客戶

產品規格

器件種類

器件型號

器件品牌

華為

5V/2A

MOSFET

SW6N70

芯派

MOSFET模塊

AP3415

BCD

LG

5V/1.8A,9V/1.8A

IC

SC1262K

PI

MOSFET模塊

AM0126

東芝


n 拆機報告粘貼

拆機報告

一、 樣機資料

樣機類別

快速充電器(整機)

樣機品牌

樣機型號

HW-050200U01

樣機購買日期

樣機產地

華為

拆機時間

2016年1月19

樣機規格

5V/2A

報告編碼

二、 主要半導體器件和點解電容清單

序號

類別

型號

封裝形式

用 途

數量()

生產廠家

1

MOSFET

SW6N70

TO-251

主開關管

1

芯派

2

貼片橋堆

ABS210

MB6S

工頻整流

1

PYEJG

6

驅動IC

AP3776

SOIC-8

控制驅動

1

BCD

7

控制IC

AP3415

SOIC-8

控制驅動

1

BCD

8

固態電容

511Z 470 6.3

6.3×8

輸出濾波

1

---

三、整機照片圖

 

四、電路原理框圖

 

五、電路原理

    主控電路AP3776工作在CV、CC工作模式,電路拓撲形式為PSR反激電路,無Opto-coupler反饋,配以AP3415進行次級同步整流。

    從L-N之間加入85V~265V  50/60Hz的交流電,經ABS210整流橋整流成動直流,經C1、L1、C2、L2濾波成平穩直流電壓。由控制驅動ICAP3776控制開關管Q1---SW6N70按需要開關,產生脈沖電流,通過脈沖變壓器T1將能力傳遞到變壓器的次級;經控制IC---AP3415整流,C21、C22濾波后輸出穩定直流。變壓器TR1有一個輔助繞組,輸出的信號一方面通過R7R8、R8A分壓后送到ICFB腳,為IC提供輸出狀態反饋信號;另一方面通過D1整流,為IC提供工作電源。C3是IC電源的濾波電容。C5、D2、R11和R12組成緩沖期電路,吸收部分開關管關斷時變壓器中的能力,避免開關管上的電壓過高??刂乞寗?/span>IC通過檢測EM上的電流,判斷開關管流過的電流狀態,配合FB腳的反饋信號控制輸出電壓和電流在設計要求范圍內。

、華為產品可代替明細

器件型號

主要參數

華微型號

  

SW6N70

700V、6A

JCS6N70VC 

VDSS、ID、RDS(on) 、Qg、TO-251

511Z 470 6.3

470μF 6.3V

HS* 470 6.3V

固態電容

 

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