文︱郭紫文
图 | 南芯
产业数字化、智能化催生了一场万物互联的浪潮，物联网连接数量呈现指数级增长态势，智能终端设备需求急剧上升。在这种市场趋势下，锂电池和充电器成为智能终端的标准配置，市场规模快速增长。在消费电子、智能手机等领域，用户对于电池的充电速度、续航能力等有了更高的要求，高效智能充电逐渐成为刚需。
南芯半导体持续围绕高效率应用，专注锂电池充电管理、电荷泵（charge pump）、DC-DC、AC-DC、无线充电、快充协议、锂电保护等领域，拥有完整的高效充电和电源管理系统解决方案。10月28-30日，2021年慕尼黑华南电子展将于深圳国际会展中心（宝安新馆）举行，重磅推出了“充电技术”、“无人驾驶”等多个产业热门关键词，展会同期将举办“国际电动车驱动与充电技术创新论坛”等活动。在慕尼黑华南电子展即将召开之际，探索科技（techsugar）邀请到南芯半导体市场总监刘崇，共同探讨充电和电源管理芯片的技术发展趋势与国产化替代浪潮。
主打电荷泵充电方案，为效率而生
快充市场对于功率的要求不断提升，高功率密度、高效率的快充方案需求持续旺盛。以智能手机快充为例，传统buck架构在效率上陷入瓶颈，无法进一步提高，因此，电荷泵充电方案应用而生。刘崇表示，电荷泵是当前手机大功率充电唯一的解决方案，也是南芯半导体最核心的产品线之一。
从原理上看，电荷泵是一种利用“飞电容”来储能的DC-DC转换器，因此也称为开关电容式电压变换器。据公开信息显示，南芯于2019年推出了高压电荷泵芯片SC8551，实现了手机大功率充电的跨越式突破。此款芯片在国内率先实现量产，市场反馈良好，能够提供高压快充和低压直充双模式充电功能，打破了国外垄断局面。
“快充设备要达到97%以上的效率，架构和设计方案的选择至关重要。这需要工程师从充电头、连接线，连接器、Charger，锂保，电芯、通信协议等完整链路进行系统级考量，例如AC-DC需满足精准的调压调流功能、手机与充电头可以实时通信，Charger要非常高效，锂保和电芯要能承受大电流等。”刘崇表示，针对33W、40W、100W、200W或更多不同功率要求，南芯为客户提供更加灵活可靠的电荷泵快充解决方案。以今年九月份推出的超高压电荷泵快充IC SC8571为例，该芯片实现了业界同类产品的最大功率，支持单芯片120W充电规格。根据对手机散热性能及用户体验的需求，两颗SC8571并联可实现120W至200W充电规格。
除了电荷泵产品，南芯半导体还拥有丰富的支持USB PD应用的产品线和相应的参考设计，包括支持升降压转换器在内的充电管理IC、DC-DC、无线充电、锂保芯片和充电协议IC等，致力于打造高性能、高品质、高经济效益的芯片产品。
图源：南芯半导体官网
聚焦电池高效充电管理，进击工业与汽车领域
万物互联的趋势下，万物充电也成为必然。智能手机的普及，让充电芯片及电源管理芯片市场需求海量增长。近年来，虽然手机市场增速放缓，但消费者对于手机充电效率、能耗需求、散热性能、充电设备小型化等诸多诉求只增不减，这使得快充和无线充电逐渐成为市场发展的重点方向。据刘崇介绍，南芯半导体的产品已经成功切入小米、OPPO、联想、荣耀等多家品牌手机厂商的供应链，为其提供高性能、高可靠性的快充方案，其产品还广泛应用于充电外设产品、智能手机、平板电脑、笔记本、电视、无人机、智能家居等各类电子产品中。
刘崇表示，为了提高芯片效率，南芯选择更先进的工艺、封装技术以及新材料来突破设计工艺带来的瓶颈。在实现快充电源小型化方面，南芯研发了氮化镓（GaN）驱动芯片，整个方案极大缩小了PCB面积，具有更佳的散热性能和功率密度。作为第三代半导体材料，氮化镓功率器件比硅基器件具有低导通电阻、低开关损耗、高电子迁移率、宽禁带等优势，是缩小方案尺寸、提高能效的绝佳选择。南芯氮化镓驱动配合第三方氮化镓功率器件，在实现充电头小体积高效率方面是行之有效的解决方案。
近年来，新能源汽车电子电气架构不断升级，汽车电子化水平逐步提高，对于模拟芯片的需求远远大于传统汽车。这一需求拉动下，汽车电源管理系统成为主流趋势，电源管理和模拟控制类芯片成为汽车智能化、电气化的基础支撑。在国家政策重点推动下，电源芯片等模拟芯片的发展前景广阔。南芯半导体在汽车、工业领域也稳扎稳打，逐步深入。目前，南芯的高效DCDC已经被诸多工业领域采用；同时，南芯已经有多款产品通过AEC-Q100标准认证，在汽车无线充电等前装市场多有应用。
以超越姿态为国产模拟和嵌入式芯片赋能
由于地缘政治因素，国产化替代的呼声愈发强烈。现阶段，电池及电源管理芯片市场仍然由国外巨头占据，长期以来处于被“卡脖子”的窘迫状态。近年来，国家政策对半导体芯片更加重视，资本大量涌入，本土产业链正在朝着建立完整生态体系方向前进。
“在模拟芯片领域，国产厂商与国际巨头的差距正一点点缩小，在某些细分领域甚至已经实现了超越。“刘崇表示，得益于国内人才聚集与国家战略统筹，南芯在电池充电及电源管理芯片上具有宽泛的产品线布局，是国内首家具备端到端完整充电链路解决方案的IC设计公司。自2015年成立以来，南芯以其经验丰富的研发团队与人才储备，具有核心竞争力的先进技术和研发能力，准确把握市场先机，并持续扩大产品线，向嵌入式和信号链方向扩展，以卓越之姿助力国产芯片的发展。
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