联发科技无线通信事业部高级产品经理林尚毅:联发科技Pump Express3.0快速充电方案

 中国电子报、电子信息产业网  作者:
发布时间:2016-06-21
放大缩小

  今天很荣幸有这个机会来到中国电子报所主办的快充研讨会,今天很开心也看到很多业界老朋友,也有很多我们的客户,都来这里捧场,所以今天主要就跟大家介绍一下联发科技今年最新推出的快充的方案,我们方案的名字叫做XX3.0。

  第一个是2016computex Taipei。接下来就是一些效率的说明,为什么低压值充能达到这么好的效率。再就是电信方面的选择。还有一个技术就是关于电信电压的控制,这个也是非常重要的个,手机系统端看到了电压跟真正电信看到的电压实际上是不一样的,接下来这部分是阻抗的设计,就是低压值充的关键是阻抗要做到最小,接下来就是保护的部分,也是大家非常关注的。然后我们还有一个特别的功能,是在做Cable阻抗的计算,兼容性的话,毋庸置疑,每一代推出来的快充的标准都是要兼容的,各位不用担心,充电头的设计,最后就是搭配Qna的平台。

  这个画面就是我们在台北上个礼拜前的东西,外面也有展示。我们展示就是用这三个在评比,可以看到右边的是结果,第一台是二十分钟左右,第二台是四十分钟左右,第三台是一百分钟左右。

  现在要主讲的是3.0的部分,前面两代都是高压充电,最右边是低压值充电,所以它的充电头是3V-6V,第一代已经进入到USB PD双向的沟通,为什么我们要走这个做法呢?大家都可以看到,现在中高端产品,几乎都慢慢走向USB的接口,所以我们也希望在整个产业都能够尽量朝统一的接口和握手协议的方向去实现。

  3.0的特色,除了是双向USB沟通之外,它最大的好处就是快速,如果说你需要去充很大电流的时候,你效率一定要很高,否则理论上是做不到的。所以效率是3.0的第一大特色,它的效率可以达到96%以上。

  我们就直接看到底要怎么做。这是低压值充的概念图,你可以看到,这里面有一二三四五六,有六个东西,首先第一个就是Conact,从所有的新的项目,我们新的平台,以后逐渐都不需要外挂了,都是标配。第二个的话,你需要的是Type-C功能的充电头,这边有个照片,是现场在后面展示的,它实际上是一个25w的充电头,这个PD的充电头,它有什么特色呢?它就是可以跨平台,就是像右边所描述的,因为PD充电是在IT、PC上越来越流行的。第三个的话,你所需要的是一个完美的Cable,我可以选标准的东西就选标准的东西,不需要任何特质化,最终的成本或者实用性、方便性、选择性方面来讲,都会好很多,要不然你光是选一个5安培的Cable,需要去开模,需要去做,成本就很高了。

  第五个部分,就是一个低压值充的开端,从V-bas这个点直接经过这个开关,充电电流就直接流到电池,这个就是所谓的直充的意思。所以,你需要在线路板上一个开关的设计。

  第六个,就是电信的选择的部分,因为这一次我们推出的方案是5安培起跳的方案,目前的电池是三千左右,两千五之类的,假设电池是2500,你充5安培,就是2C的充电,假设你的电池是3300的,你充5安培,就是1.5C,所以大概是这种计算方式,这种概念的话,你很可能会需要第六项这边写的,需要1.5G以上或者2G以上的电信搭配,才可以做到快充的功能。

  我再仔细地说明一下中间这个图,中间这个白色的大框框是手机传统的充电线,几乎现在每一台手机都是这样用的,你在走低压值充的时候是走5号图路径,你换一个充电头,随便换了另外一个充电头,没有支持低压值充的时候,就需要上下兼容的功能了。 基于这两个原因,你需要开关和Chage来做并联,达成手机的方案。

  下面主要是一个说明,目前业界要做到5安培的充电,几乎是不可能的,除非是说低压值充,还有另外一种方式,就是中间用Chage的方式,但是你要做到不会发热,可以用5安培去充,这两个IC的成本非常高。当然,会有一些低成本的方案推出,但是我这边要讲的是,以目前设计的是一个s u i j u n Chage,比两个并联成本来得更低。

  这里要提的就是说为什么低压值充可以达到效率这么好?为什么传统的效率就是那么差?左边这个图是传统的SVchage的图,三条线分别是5V、9V、12V,12V是下面这一条,因为电压越高,效率越差,假设现在用并联方案去做,你就要用两个2.5安培的电压去并联,一般传统高压的充电,它的原理就是高压低电流,所以你这个电压一定要高到12V,最后的瓦数才可以充到5安培,以这个图来讲,效率在90%左右,这个数字是目前业界顶级Chage的规格。我们有一个很简化的算法,分子就是进电池的能量,下面分母就是除了进电池的能量之外,还把散掉的热、消耗掉的热加进去,消耗掉发出来的热就是用公式来计算。

  这边只是提醒大家,你要选对电信,才可以达到那个效果,也才不会影响电池的寿命。右边这个图,是一个希瑞对上能量密度的图,你可以选择2C、1.5C的电信,没有问题,但是它的能量密度会比较低,就是说越是快充的电信,它的能量密度越低,就是在相同的体积之下,你的电池的容量比较小。另外,你还是要跟电信厂讨论,获得他们的认可,就是说充那么大电流,对电信有没有影响,基本上可以推出这种电信的厂商是没有问题的,因为他们经过测试才会推出。这里讲的是电信选择的注意事项。2016来讲,大于2C的电信早就有了,所以这个应该是不难选的。

  下面这边我要提的,是2016都那么多2C的电信,对电池是3000的话,这表示充电电源6安培,比如是6安培的例子来讲,我觉得是不可能用并联充电来做,大家就不要太执着于并联充电,当然我并不是说并联充电没有存在的价值,因为它可能在3安培、4安培还是有它的用途在,但是因为现在电信发展的趋势发展速度已经远超我们手机里面的电子零件的发展速度,所以其实它是在等我们的,所以我觉得如果按这个速度来看的话,确实考虑做直充的方案。

  这个是另外我们搭配我们一个合作厂商,右边有一个叫做3757的IC,我先讲一下我们目前在做大电流充电会遇到什么问题。先看左边这个图,我们看到说已经到达4.45了,实际上因为有阻抗关系,在电信里面可能是有4.2V,或者4.0、4.1都有可能,但是系统端看到4.4,你以后它已经进入到CD,所以你就会开始降电流,那说你会提早降电流,导致你充电速度变慢。我在电池包里面包了一个IC,它有一个特别的功能,就是可以检测电信的电压,电压通过一个界面,把它传送到系统端,也就是说系统端知道原来说电信里面只有4.2V,不到4.4V,我一旦知道这个信息之后,就会持续地充电,就不用受限于我系统要4.4V,这样就相当于左下角这个图,你可以把CC的区间延长,传统的做法,CC就跑到CB去了,用新的做法,你的CC会拉得比较长,就是电流会比较大,时间会比较短。这是我们搭配PE3.0一个重要的配合的技术。

  这个部分的话,手机里面的阻抗要怎么设计,它包含了哪些部分。首先左边的话,是非手机的部分,最左边是充电头,手机端还有一个接头,首先看到的就是一个SVAGE,这个阻抗是因人而异,就看你用什么料。你充电电流越大,你未来要让发热降得最低,你的Svage就要选得越小。接下来,第二个就是PCB的阻抗,也就是说你直充路径上的PCB的阻抗,你要把线划得很粗,想办法让阻抗降低,RC是电池包的接口,电池包最传统的就是3个p i n g ,现在五六七个都有了。也就是说大电流充电的时候,会把电池弄了好几个p i n 去做。所以,越高档的或者是电流越大的,或者是里面要放监测IC的,电池的片数会比较多,这个也越来越常见。IC也需要想办法去降低阻抗。最右边的虚线是代表电信的部分,电池里面的部分,首先上半部是保护板上面的走线,接下来就是真正电信的部分,它有一个RB,这个就是电信的内阻,整个你看到画电阻的部分,都是需要你去仔细设计、把它降低的部分。这边有一个很简单的设计参考的例子,一般以MPK在做手机的经验,你在充电的时候,最多发热不能超过2.5W,2.5W你可以去计算一下,你发热是I平方乘以阻抗,也就是说,你整个直充的路径,整个阻抗不能超过10毫安姆。其实,以目前很多看到的电信,它的阻抗就已经蛮大了,所以才会需要快充的电信阻抗够低才行。

  接下来,是保护部分的设计,我相信很多人,甚至很多客户都非常关心,因为在低压值充的时候会特别关心这个问题,因为你这个Cable流的是5安培的电流,而不是1.5或者2安培以下的电流,大家就会有疑虑了,我们的PE3.0,针对低压值超过二十道设计,这是一个简化过的表,你可以看到,从开始到中间的Cable,还有Charger的部分等,都有保护的部分,左边这一行字,第一个是ID,ID的意思就是说我的手机可以认充电头,我只承认我认可的充电头,认到了之后才用5安培去做快充,没有认到就用传统的充电头。接下来,Battery也有保护措施,他们都只认自己的电池,认到是原厂的,才会做快充的动作,其实快充的话,最好的建议是你那个电池是不可置换的,要不然还是会有一些风险,这是第一个ID的部分,后面过压、过流都是很简单的设计。

  还有一个是阻抗的计算,这个也是非常重要的设计的概念,这主要是针对Cable的,就是说虽然我会认Cable,但是这种Cable也还是有山寨的,它的限制是很细的,因为在市场上什么Cable都一定要看到,所以这个功能的用途,在于说我不管你插上去的是哪一条Cable,都要算出你的阻抗是多少,它的发热状况怎么样,所以这一连串的计算之下,除了你已经知道充电的电流,你知道阻抗,你也知道发热,所以你就可以去判断说这一条Cable可不可以充5安培,根据你计算的结果再来决定充电电流的大小,而不是单纯去认这个Cable,所以最终你还是要阻抗的最终方式来计算,除了上面写的这六个保护的项目之外,我们后面还有几个,所以整个加起来都有保护的设计在里面。

  我这边简单再讲七点,就是关于阻抗计算的做法,左边这个是充电头的部分,右手边是手机端,中间的充电电流我也知道,充电头送出来的电流,所以我知道充电的电流,我也知道两边的电压,我就可以算出阻抗是多少。这是一个很简单的计算,我左边右边都有电压的数字,我才能做出精确的阻抗的计算,这也是双向沟通的好处,因为传统单向快充的话,都是由手机发指令到充电头,充电头的状况手机是不知道的,所以也没办法做太多的监控,而这个是双向沟通的例子。

  这一页要讲的是兼容性的部分,其实答案已经写在标题上,就是全部都兼容,PE3.0跟两个黑色的Type-C的标准有3安培跟1.5安培。下面这个橘色的是PC1.2。所以,这些东西都可以全部兼容在一个手机的设计里面,兼容是一个很容易的事情,唯一要考虑的是我到底要判断哪一个,就是说我充电头插上去的时候,最高优先顺序,我要先判断哪个东西,当然如果你做的手机是低压值充的当然是优先判断电流最大的哪个,因为认到了低压充电头就用5安培来充,基本上原理是这样的。

  这次的PE3.0选CCp i n ,当然是希望走向国际标准的接口来做,不需要再用d i z h e n d i f u 的方法,这个握手协议是现成的,而且是国际标准。

  这边要讲的是充电头的部分,目前我们也是自己设计,子公司设计的,我先简单讲一下IC的功能,它的特点是XX可以做到比较低,小于30迷你瓦。二次测是目前集成最高的,这里面包含哪些东西?第一项就是USB PD的沟通,第二项就是它兼容了传统的高压的快充,包含PE Prus,也包含了低振低负的快充,那为什么它可以兼容那么多?因为里面有NCU,这个就是第三项,NCU目前在做低压值充是非常重要的元件,因为大家都是第一次做,做这个低压值充,你如果没有MCU的话,你在调试的过程中就会发生很多问题,大家在初期调试的时候,用NG的方案比较好,我们也确实发现现在所有的人都用MCU。接下来第四项,它有个特别的功能,就是可以输出低电流,也可以输出低电压,变电压的充电头一般是比较少见的,但是这个充电头的功能很特别,可以输出电流,因为我就是要电流,5安培的。因为这个电流实在太大了,所以同步整流的部分是外挂的。另外还有一些其他的功能,过温过压的保护都是一般的了,所以这一次推出的3.0这一代,讲的不是只有手机端,而是连充电头都是我们自己做的,客户跟我们要这个产品的时候,你就不用找别家,就一家就买完了,很方便了。

  你如果去打开现在快充的充电头,我讲的是低压值充,它的二次测最少是4个IC,集成度跟这个比是差得很远。我刚讲的是买产品,不仅是手机跟充电头,连里面的Cable都是我们做的。另外的话,在低压值充这个部分,我们除了在手机这个产业之外,我们也开始在推广其他应外的领域,有充电宝、车充,甚至专门做充电头的厂商,也有做配件的厂商,整个生态链的话,我们都会协助他们去建立,现在也在进行中。

  之后这些方案,我们也会陆陆续续公布一些我们研究到的,我们会跟第三方合作,把参考设计公开出来,大家都可以下载,可以去看,将会比较方便。

  这一页讲的是哪些可以用低压值充,首先最右边的P20,P20就是6757,这是我们第一个落地的方案,所以只要是客户他要用P20或者P2X,这些IC就是标配,这个方案在这个平台就是标配,就是说你不需要自己开发,你就直接把我的拷贝过去就有了,但是有些客户不一定用我们的P20平台,有可能是用X20,或者是6750的,他们也很多在要求我们说你们能不能把它移植到其他平台,答案是可以的,只是在那个平台不是我们的标配。以后在上半部CD的系列,都是标配的,低压值充都是标配,标配的话,就是说你要就有。高压是成本比较低一点,电流比较小,因为效率比较差,低压值充3.0,它就是比较贵一点,所以这两个没有绝对好或者不好,只是提供一个新的选择给客户去选,所以第二代跟第三代不是取代的关系。

  另外我觉得比较有意义的是中间那个圈,就是开发跟免费,这个PE3.0协议,目前是开放的,因为手机客户有这个需求,他不可能说家里不同平台用不同的充电头,另外开放的含义是说即使你要换IC,就是你充电的IC,或者充电头,或者Cable,那也很欢迎,只是说它有一个小小问题,在于说那不是MBK的参考设计,就需要客户自己去做,但是我们不会组织你去做这个事情。所以这是我们讲开放的意义。免费当然是跟以前一样,我们从第一代做到现在第三代,也没有收过半毛钱,这个是免费的意思。

  谢谢各位!


来源:中国电子报、电子信息产业网            责任编辑:赵强
分享到:
0