一文了解车载充电的技术演进
来源:芯师爷发布时间:2022-05-17397浏览
询问 AI有线充电:
点烟器很早就是汽车上的标配，甚至一直延续到今天，它是为了满足“烟鬼们”在开车时不便明火点烟而应运而生。但在近几年，随着智能手机的普及和车内充电需求的增加，点烟器 USB 充电头成为了消费类电子的爆款产品，这也是我们看到的第一代车载“有线充电”产品。
上述的车载点烟器充电器，其实属于消费级别配件类产品，但随着车载充电的强烈需求，诸多整车厂直接将 USB 口集成在了汽车中控台上，这也是我们所谓的第二代车载有线充电方案。
从技术方案上来讲，此类产品和第一代车充架构基本一样，一般以5v输出为主，或支持一些苹果或三星基本快充功能，15w功率以内。但整个方案做到汽车车机里面，就已经是真正意义上的前装产品了，需要符合严苛的车规标准和认证，这和传统配件类产品有了本质差异。南芯半导体推出的SC8101Q，经过了ACE-Q100认证，已经打入众多汽车客户。
SC8101Q 是一颗车规级32V/5A同步降压变换器, 支持40V的最高绝对耐压。集成45mΩ/35mΩ 上下开关管和90uA的静态电流使得其在整个负载范围内都可以获得理想的转换效率。Flip-Chip QFN的封装，可以消除内部Bonding Wire在开关节点上带来的震荡，从而获得较好的EMI性能。
车载第三代有线充电方案，则是随着手机 USB-C 口大功率快充的普及，以及多种快充协议的蓬勃发展应运而生。
第三代车载有线充电，我们定义为能够支持通信协议的大功率快充的方案。
USB-C 作为通用的电子接口，在手机等电子设备上已被普遍采用，其良好的兼容性、优秀的通信功以及最大能够支持到百瓦级别的功率等特点，注定会统一汽车的对外接口。当然，由于汽车电子要求的长期性和高兼容新，USB-A接口也会存在较长一段时间。
对手机实现快充，需要两个基本要素：
升降压 DC/DC 芯片：功能描述参照第一代充电方案介绍，但做到车内，必然要经过严苛的ACE-Q100认证。
通信协议芯片：是快充的灵魂。目前国内外各厂家基本都有自己的私有快充协议或公有协议，如我们常见的 QC，AFC，VOOC，SCP，Flash charge，基于 CC 的私有协议等，以及在世界范围通用的 PD 和中国通用融合协议 UFCS 等。
南芯半导体推出的车规升降压芯片SC8701Q，协议芯片 SC2021Q，支持手机的全电压范围和多种通信协议，可以支持市面上绝大部分的手机快充，是一套汽车大功率有线快充的完整方案。
SC8701Q 是一颗同步4功率管buck-boost控制器，输出电压能够高于/等于或低于输入电压，超高的转换效率能有效提升系统的热性能。支持超宽的输入及输出电压，采用了10V/2A MOSFET驱动器，最大限度地使用外部MOSFET以获得高效率。支持输入电流限流，输出电流限流，过温保护以确保芯片能正常工作在各种异常情况。输出电压及输入输出电流限流可通过PWM信号动态调整，开关频率为200KHz至600KHz可调，客户可灵活的依据系统需求进行相应设计。
除了无线充电应用外，SC8701Q还可以应用在60W有线快充和ADAS的360°环视系统的ECU中给Camera供电。该同步升降压控制器已通过AEC-Q100 Grade1 认证。
SC2021Q 是一款高度集成的Type-C/PD和DPDM快充控制器。符合最新的Type-C和PD 3.0标准，通过了USB PD3.1符合性测试。芯片支持专有的高压快充协议，包含一组USB-C接口和两组DPDM接口，满足1A+1C双口快充应用。
南芯SC2021Q内部集成32位高性能MCU内核，2.5Kb内存和32Kb的MTP存储器，支持私有快充协议。SC2021Q 通过集成 USB PD 基带 PHY、Type-C 检测 、双 DPDM PHY、内置 VBUS 放电路径、VCONN 电源、可编程反馈补偿、电压和电流检测、10-bit ADC、双 10-bit DACs,、NMOS 栅极驱动器、I2C 接口和保护电路，来最大限度地减少外部组件。
SC2021Q具备良好的协议兼容性和丰富的控制接口，可用于车充以及快充应用。
无线充电:
无线充电是车载充电的绝佳方案。上车之后，将手机、车钥匙等放在无线充电发射板上即可充电，无需繁琐的接插动作，中控台上不会出现一根讨厌的线缆。当然，无线充电发射板还是需要从汽车的点烟器或者USB口取电，不过这条线可以被固定或隐藏，有些厂家也推出了更好的解决方案。
第一代车载无线充电方案是从配件类开始，标准的 Qi 协议，从最基础的 5w 功率逐步过渡到 15w。
南芯在此很早就有布局，目前此类产品在国内出货量占比很高，如第一代有线充电方案一样，目前南芯已重点发力手机和汽车。
第二代车载无线充电方案，是以无线充电功能模块形式整合到汽车上，和车载有线充电路线一样，所有规格全部都需要升级为汽车标准。
南芯 SC8101Q/SC8701Q+SC5003Q，提供完整的 15w 无线充电解决方案，支持标准 Qi 协议，通过汽车 ACEQ100 认证，被多家 Tier1 所采用，并已出现在比亚迪、上汽通用、一汽红旗、现代等多品牌车型上，多款海外车型也正在设计当中。
SC8701Q 是一颗同步4功率管buck-boost控制器，输出电压能够高于/等于或低于输入电压，超高的转换效率能有效提升系统的热性能。支持超宽的输入及输出电压，采用了10V/2A MOSFET驱动器，最大限度地使用外部MOSFET以获得高效率。支持输入电流限流，输出电流限流，过温保护以确保芯片能正常工作在各种异常情况。输出电压及输入输出电流限流可通过PWM信号动态调整，开关频率为200KHz至600KHz可调，客户可灵活的依据系统需求进行相应设计。
除了无线充电应用外，SC8701Q还可以应用在60W有线快充和ADAS的360°环视系统的ECU中给Camera供电。该同步升降压控制器已通过AEC-Q100 Grade1 认证。
SC8101Q 是一颗车规级32V/5A同步降压变换器, 支持40V的最高绝对耐压。集成45mΩ/35mΩ 上下开关管和90uA的静态电流使得其在整个负载范围内都可以获得理想的转换效率。Flip-Chip QFN的封装，可以消除内部Bonding Wire在开关节点上带来的震荡，从而获得较好的EMI性能。
SC5003Q 是南芯推出的车规级高度集成的无线功率发射机模拟前端，包含实现WPC兼容发射机所需的所有模拟组件。同时SC5003Q集成了高精度的Q值检测功能，可以轻松实现异物检测功能，与发射机控制器一起创建高性能无线功率发射机，并符合WPC V1.2.4 EPP和BPP规范。该无线功率发射机模拟前端已通过AEC-Q100 Grade1 认证。
第三代车载无线充电，是在 15w 的 Qi 标准基础上，授权了手机厂家的私有协议。由于 Qi 标准目前最大仅支持到 15w，而国产手机在充电功率上已支持到了政策限制的顶格 50w。
所以，要实现对手机的 50w 无线充电，必然要走自己的私有协议。但目前各家私有协议并不兼容，且手机厂处于强势垄断地位。这造成了一些方案较为复杂且成本高昂，在主流车型当中目前仍以第二代 15w 方案为主。后续看行业的发展和推进情况，如果可以像有线充电一样，统一协议标准或取消授权壁垒，则会再一次加速大功率无线快充方案的普及。
（文中部分图片来自网络，如侵删）
结 语
以上是车载有线、无线充电的简要发展历程。随着科技的不断进步，尤其是往电动化、智能化发展，必将给人们带来更加便捷、安全的充电体验。
汽车与半导体都是科技密集型行业，设计难度大，科技含量高，车规产品需要满足极高的可靠性和极低的失效率要求，这不仅考验芯片企业的设计和研发能力，还考验品质和供应管理能力。一家芯片公司是否有车规级产品，是区分企业能力的分水岭。车规级产品从设计到最终量产，中间会经过无数次测试、认证和迭代过程。它的量产也考验了企业的整体实力，比如“是否可以得到车厂或 Tier1 的认可”、“能否通过无数严苛的测试”、“可否满足质量体系认证”等等。
南芯半导体，具有强大的研发技术实力，严苛的品质管理标准，完整的系统解决方案以及良好的供应保障能力，注定会成为汽车电源行业的重要玩家。
关 于 南 芯
南芯半导体，是一家专注于电源和电池管理的高性能国产半导体设计公司，拥有Charge pump、DCDC、ACDC、有线充电、无线充电、快充协议、锂电保护等多条产品线，基于自主研发的升降压充电、电荷泵和GaN直驱等核心技术，推出了多款明星产品，得到业内广泛认可。
南芯能够提供从AC到电池的端到端快充完整解决方案，产品覆盖10W到200W整个范围。其中电荷泵大功率快充系列产品率先打破国外垄断，通过了国内多个知名品牌手机厂家的严苛认证，并已实现大规模稳定量产；DC/DC类产品在工业类市场取得了丰硕的成绩；无线/有线充电类产品也已经通过车规认证，打入国产汽车前装市场。
南芯拥有强大的研发及系统团队、独立的品质管控团队、以及贴近客户的销售和支持团队，为高质量的产品开发设计保驾护航。南芯也得到了上下游产业链与资本的广泛认可与支持：OPPO、vivo、小米、中芯聚源、上海集成电路产业基金、红杉资本等先后入股成为股东，助力公司持续、快速成长以及可靠的供货保证。
南芯产品已在荣耀、OPPO、vivo、小米、联想、三星、大疆、Anker、紫米等国内外知名品牌的产品中频频亮相，并助力多款产品入驻Apple Store，证明了南芯产品在性能、品质和成本等方面的诸多优势。南芯秉承不断提高，不停创新的企业文化，致力于为客户提供高性能、高品质与高经济效益的系统解决方案。
南芯，为效率而生。
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