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无线充电 SoC 方案历代大解密——5W篇

自iPhone 8/X 标配无线充电功能后,无线充电市场开始爆发且持续升温,小米、华为也都发布带有无线充电功能的新机,今年的整个无线充电市场将会迎来又一轮的爆发。充电头网预料,在新一轮的爆发潮中高集成度的系统级芯片方案“SoC”将成为无线充电TX 最具潜力的发展架构,引领今后无线充电的主流方向。以 5W 方案为例,这种集成方案到目前有三种方案,一同推动无线充电 TX 市场格局的转变与发展。

FSM 集成方案(如下图)

该方案作为市面上早期的单芯片集成方案,将外围器件全部集成在一颗单芯片内,内部集成了无线充电驱动,运放,主控内核,Mos, Mos Driver 等功能。

Drmos 集成方案(如下图)

其方案主要由一颗控制芯片和一颗智能全桥芯片 SmartBridge 构成,智能全桥芯片集成了全桥 Mos 和 Driver,做到 Mos 和 Driver 匹配,如上图所示。该方案具备高集成度的品质,整体面积减小,把大部分外围电路都集成入 IC 内。

Mos 外置 SoC 方案(如下图)

这种方案下,PCB 内部仅需一颗高度集成的 SoC 主控芯片,搭配两个集成 Mos,整个电路板非常简洁,整体面积更小。SoC 方案内部集成了无线充电驱动,运放,主控内核,内置温度保护功能,所有功能由一颗芯片实现。

干货硬碰硬
接下来,充电头网从集成度、功能及性价比三个方面来解析这三种方案:
集成度大比拼:
对比这三种方案,可以得到三者集成度各有特点:

主要部件
FSM  集成方案
Drmos  集成方案
Mos  外置 SoC 方案
Controller
FSM
MCU
32-bit ARM M0
LDO
内置
外置
内置
Demod
Y
Y
Y
MOSFET
PMOS+NMOS
N/A
N/A
Mosfet  Driver
外置
内置
外置
External  MOS
N/A
Dr.  MOS
N mos only
Vin
3.4  to 5.25,6Vmax
4.5 to.5.5, 7Vmax
4.5 to 24, 30Vmax

FSM 集成方案,在无线充电出现的早期就主推高度集成,具有前瞻性。集成度很高,外围器件少,“傻瓜式”设计非常简单,便于客户直接应用。不过后期产品升级和定制困难,同时最大输入电压也较低,误操作时易烧板;

Drmos 集成方案,在 FSM 集成方案上进行了改善,集成了全桥 Mos 和 Driver,做到 Mos 和 Driver 完全匹配,提高了效率,有效解决 EMI 问题。不过没有集成Buck 或者LDO,需要外部加电源转换器件,同时最大输入电压也较低,碰到异常适配器,或 QC 不稳定的适配器,很易烧板。

Mos 外置 SoC 方案,采用 Mos 外挂,价格虽然不能做到最优,但是给设计带来一些柔性,Mos 外置使得客户对于 Mos 可自行调节配置,优化 Driver,同时降低主芯片问题。

功能大比拼:
对比这三种方案,可以得到以下功能差异:

主要性能
FSM 方案
Drmos 集成方案
Mos 外置  SoC 方案
电压电流检测
供电稳压
MOS  驱动器
×
接收信号解调
Q  值检测
外置
内置
内置
灯光定制
不灵活
灵活
灵活
CE  compatible
不兼容
兼容
兼容
效率
71%
74%
76%

FSM 集成方案,作为较早登入市场的集成方案功能集成度高,主要性能都实现集成,设计简单;但与此同时已无法满足最新的 CE 标准, 同时芯片发热严重效率低, 不方便灯光定义,可能逐步被市场淘汰;

Drmos 集成方案,在 FSM 集成方案上进行了改善,集成 Drmos,做到 Mos 和 Driver 匹配;但是想达到完美理想的使用效果,可能需要加上过压保护电路,甚至某些情况下还需要加上散热结构;

Mos 外置 SoC 方案,除集成芯片外,外围 Mos 外置,性能较高,能较好的适应和满足当前主流无线充电产品的需求,以较优的价格,实现最佳的性能。

进一步对比可以发现:
1.   Drmos 集成方案的 Drmos 比 Mos 外置 SoC 方案 MOSFET 效率会低一些,发热也会高,在效率及散热上,Mos 外置 SoC 方案由于其配置灵活性可以做到更好,更大程度优化整体方案性价比。由于 Mos 外置 SoC 方案 Mos 可自由配置,在 5W 低功率时,无需考虑散热,可以使用导通电阻偏大一点,但价格更优的 Mos;
2.   从性能上看,由于无线充电 PCB 板型很多,对于 EMI 认证来说具有一定考验性。Mos外置 SoC 方案可以灵活配置驱动能力,调整 MOSFET 驱动的死区时间和驱动能力来优化EMI,甚至可以在内部 MOSFET 驱动和 Mosfet gate 之间串接电阻来进一步解决 EMC 问题,从而便于各种版型的 TX 通过 EMI 认证。

性价比大比拼:
在满足主流客户对无线充性能要求的情况下,(同时暂时抛开 FSM 方案无法过 CE 的问题),FSM 集成方案和 Drmos 集成方案需要额外的过压保护电路, 导致这两个方案需要的元器件数多于 Mos 外置 SoC 方案; 但是因为 5W 芯片周边器件的选型和应用各家厂商都不一样,一鱼 N 吃的情况比比皆是,我们就不列出具体元器件数了。

充电头网总结
目前市场上无线充电 TX 格局中,这三种高集成度 SoC 方案并存,FSM 集成方案简洁,但由于内部无法升级等问题很多情况下可能难以满足目前的市场需求,Drmos 集成方案集成 Mos 和 Driver;Mos 外置 SoC 方案 Mos 外挂,集成其他外围器件。这三种方案都各有特点,各有优劣,都推动了无线充电 TX SoC 集成化的发展。从长远角度看,无论是从 TX 性能,还是生产成本和性价比上看,TX 的发展趋势或将过渡到 Mos 外置 SoC 方案上来。相比较而言,这一方案整体优势明显,能在小体积下高度集成,方便配置、降低开发难度;而且能够有效降低成本和工艺开销。在 TX 高集成度,灵活性更强的未来趋势下,花落谁家我们拭目以待。

 

 

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