拓展应用新领域、提升使用新体验,无线快充主导力量探索新政后技术突破之道

2021年08月02日 14:41
随着手机和可穿戴电子产品性能的增强、应用场景的丰富、以及5G使用场景的完善,消费者对更便捷更快速的充电需求变得更加强烈,而无线充电的显著便利性近年来成为用户首选。Yole Development预计到2024年,支持无线充电的智能手机每年出货量将超过12亿台。随着中国本土半导体企业的快速成长,无线快充技术领域中国企业逐步领先全球同行。

“很多厂商的旗舰手机和耳机都具备无线充电功能,同时还有很多的智能家居、车载和音响已经开始集成无线充电模块,未来无线充电市场还有非常广阔的发展空间。”在近日举办的EEVIA第九届年度中国电子ICT媒体论坛暨2021产业和技术展望研讨会上,伏达半导体无线充电事业部副总裁李锃表示。这家全球主要手机品牌无线充电方案合作企业,成立七年即强势抢占无线充电市场半壁江山的超大份额,实现了从技术跟随到行业引领者的逆袭。


伏达半导体无线充电事业部副总裁李锃

无线快充功率 “限高”新政下,在快之外寻求技术突破新维度

七年前那句“ 充电 5 分钟,通话两小时 ”的手机广告因抓住了用户的痛点而让消费者哪怕直到今天也记忆犹新,从那时起快充成为手机的重要卖点之一,有线充电市场的功率竞赛堪称放马狂飙,短短几年内手机充电功率实现了从 20W、50W到突破 120W 的多连跳。前不久伏达也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60W大幅提高到了120W,并有机会进一步提升到200W。

然而,并行的另外一个赛道的无线快充的功率竞赛已经被设置了“天花板”。年初,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)》,规定自2022年1月1日所有生产、进口在国内销售、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50W。国内无线快充的功率竞赛从此戛然而止。

从目前手机充电市场来看,50W 已是一个不低的功率水平,对于绝大多数用户来说暂时不会有太大影响。然而,作为在传统无线快充市场竞争的关键“KPI”,突然的“限高”让方案厂商瞬间失去竞争的焦点。在无线充电功率“限高”大环境下,业界该如何调整研发方向?又该如何提升无线充电的竞争力?


功率竞赛天花板之下,性能PK向充电效率转移

“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、可穿戴式的产品也用上无线充电。”李锃指出。此前在伏达的已经量产的第二代67瓦无线快充产品从发射端到接收端已经达到90%的效率。“未来,伏达的第三代无线充电产品会将功率调整为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。” 李锃强调道。

良好的体验是无线充电区别于传统有线充电的最大卖点,而如何实现更好的充电体验是在功率“限高”后产品差异化的关键。“无线充电接收芯片是一个比较复杂的系统,一个芯片要同时处理功率、协议、算法。在伏达看来,做更好体验的无线充电产品可以有很多努力的方向,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。” 李锃解释道。李锃还分享了一个伏达无线充电方案实现的一个独特体验——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,基于一触即发专利的充电产品只要把设备往上面一贴就即刻开始充电,并且待机功耗跟原来一样。

“目前终端用户接触的无线充电主要是磁感性充电,从使用便利性角度讲,还停留在比较初级的阶段。随着伏达不断优化产品性能,更多终端厂商采用无线充电模块,更多的家居、车载、音响、公共设施提供无线充电功能,无线充电将突破固定充电底座的使用束缚,可以与插线板、移动电源、音响等设备结合,在居家室内、办公室内、超商门店,乃至公共场所无缝使用无线充电。” 李锃对无线充电广泛的应用场景充满信心。

其实,无线充电技术还有一项基于磁共振的技术方案,可以以更便捷的方式实现远距离充电体验,实现更大的充电空间自由度。据悉,伏达为此已经投入了多年时间技术研发,也拥有相应的专利和样品。但受限于目前技术、产品成本等因素综合考量,短期内不会大规模商用。因此在未来数年内,提升并优化磁感应仍是主流的技术大方向。

入驻汽车前装市场,“80%”效能背后的技术揭秘

随着无线充电技术的逐渐发展成熟,无线充电技术将不断向消费电子、车载等领域渗透,最终将形成广泛的无线充电应用场景。智研咨询统计,全球无线充电市场在2021年将超过1,100亿元,车载前装市场便是前景广阔的市场之一,除了雷克萨斯NX300h、宝马x3、领克01等中高端车型已率先搭载以外,越来越多的车型将开始普及无线充电功能。

在研讨会上,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。这套方案是基于工信部要求的最高输出功率50瓦的无线充电发射端,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%效率的成熟充电产品不同的是,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。” 李锃解释道。

由于汽车前装无线充电方案都需满足严苛的车规级标准,对工作温度范围、防水防尘、电磁兼容性等有更严格的性能要求,因此也都会影响无线充电模组的效率。“例如车规级对EMI有苛刻的要求,而无线充电是开放的辐射磁场,必在须设计中充分考虑以避免对外面其它的设备产生影响。因此,伏达研究并主动降低了寄生参数、调整驱动的速度和时间,从而不会对车内其它电子产品产生干扰。” 李锃强调道。据李锃透露,目前市场上车载无线充电效率普遍为70%+,伏达能达到80%的车载充电效率依赖于其独特的充电发射芯片架构,其中代表性是应用了伏达独创的SmartBridge架构,其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。


伏达半导体无线充电发射方案进化路线图

打造无线+有线快充闭环,充电新生派七年的龙头成长之路

作为一家成立于2014年的半导体芯片设计公司,伏达对充电行业外似乎仍是一个新面孔,然而这并不影响这家企业在无线快充这个细分赛道上独步鳌头。当前市场上采用伏达无线快充方案的企业包括华为、小米、Belkin等国内外顶级厂商,近期诸多热门机型如华为P40、小米11 Ultra、OPPO X3 Pro等,都搭载了伏达的无线快充方案。


伏达半导体全领域快充方案战略布局

正如前文提到,伏达在主打无线充电市场的同时,其有线快充领域也实现了强势布局,前不久推出目前国内单芯片充电功率最高100W的电荷泵有线快充芯片,并实现了98%的业界领先效率。“我们的产品涵盖无线充电接收和发射芯片、有线快充芯片、显示电源芯片、保护芯片与汽车电源芯片,实现了全场景充电闭环战略布局。伏达是唯一提供有线和无线快充成熟方案的国产半导体企业。” 李锃表示。作为一家成立仅七年的新生企业,通过对工艺、设计、封装及电源系统构架的全面创新,伏达已经逐步积累了多项核心技术和专利,实现了市场占有率从零起步到行业领先的华丽蜕变。