電源充電技術已經成為當前及下一代便攜設備的焦點。隨著智能手機等便攜設備的功能以及顯示屏尺寸的發展，耗電量將是用戶的最大困擾，今后大功率充電的需求將越來越明顯。此外，隨著電子設備種類的增加，將會出現一個充電器對應多個終端的情況，根據不同設備使用不同充電器的時代將成為過去。

　　從充電器的發展歷史看，當我們還處于功能手機時代時，線性充電器是占主導地位的充電器類型。在過去幾年中，智能手機，特別是大屏幕智能手機，以及平板電腦設備已經采用大容量電池。由于電池充電器行業從線性充電器轉變為開關充電器的平均發展速度比預期慢（部分原因是由于高通、聯發科等核心芯片制造商在系統電源管理單元內向上集成了內置線性充電器），消費者事實上普遍都受到充電緩慢這一問題的困擾，并且在極端情況下會遇到散熱問題。

　　大多數高端智能手機目前仍然配備5W適配器。各種耗電應用和功能推升了用戶對于更大功率適配器的需求，因此在市場上也能見到標配10W適配器的智能手機。提升電源功率是一種明顯的發展趨勢，這是因為電池容量越來越大，以及消費者要求便攜式設備能夠以前所未有的速度完成充電。這種趨勢正在推升市場對于高功率密度解決方案的需求。

　　同時，消費者要求得到更簡單、更方便的充電體驗，因此，人們對無線充電方案的興趣日益濃厚。無線充電是一個可提升生活品質的技術。將人們在自由移動、安全便捷方面的體驗提升到更高層次。因此，無論消費者的目前認同程度和基礎設施建設的情況如何，無線充電技術一定是未來的發展趨勢。

　　先進工藝助無線充電提高功率轉換效率

　　從掌上型便攜式消費電子產品中可以看出，無線技術融入了我們生活的方方面面，令便捷性、互動性和監控性能大幅提高。東芝電子（中國）有限公司技術統括部高級經理呂建銘表示，盡管得益于藍牙、Wi-Fi、射頻、GPS和近距離傳輸（例如東芝的Transfer-Jet）等技術的發展，我們的生活取得了巨大進步，但想要享受徹底的無線生活，還有最后一道障礙：電源線。

　　目前，便攜設備等產品的屏幕快速變大、處理器變快和其核心變多，導致產品的電池容量變大并要求延長手機和平板電腦的使用時間。這就要求無線充電的輸出功率越大越好。如果將電流由1A增大到2A，那么充電時間就可以減少一半。然而由于線損等因素，電流不可能無限制地增加，因此，電源設計需要往升高電壓上轉變。

　　東芝半導體為無線充電的Qi標準方案提供了系列芯片（圖1）。其主要的技術優勢是：最大限度地滿足Qi無線充電聯盟的1.1規范，輸出功率達到5W，保持寬負載范圍的高效性能，并具有異物檢測功能；單芯片方案，最大限度地減少了外圍元器件，減少系統成本；極小的導通阻抗，減少無謂的發熱現象。

　　圖1：東芝Qi標準無線充電產品具有極小導通阻抗，減少無謂的發熱現象。

　　同時，東芝半導體積極參與Qi無線充電聯盟的中功率規格的制定，并研制高電壓負載輸出等方案。計劃在今年第三季度研制出中功率規格的芯片產品。該公司還積極制定新產品開發計劃，以應對來自市場不斷變化的需求。

　　東芝半導體采用先進的0.13um功率半導體工藝。這種工藝具有最小的導通阻抗和柵極寄生電容，從而提高功率轉換效率。并且東芝推出了具有電源路徑管理功能的充電芯片，其主要應用在移動設備、可穿戴式設備上。在無線充電的應用方面，東芝計劃研制Qi標準的輸出功率達到15W的芯片產品。

　　電場耦合無線充電技術實現送電功率最大化

　　在無線充電方面，村田公司采用了電力傳送發熱較少的電場耦合方案，抑制了大電流傳送時的發熱問題，將其控制在最小的限度范圍內（圖2）。此外，該公司靈活采用了在其它領域積累的電源設計技術、模塊設計技術，開發出了大功率無線電力傳輸系統，實現了送電功率最大化。

　　圖2：電場耦合式無線供電模塊提供10W大功率輸出。

　　村田（中國）投資有限公司模塊產品技術部高級市場工程師土屋貴紀談道，村田的電場耦合式無線電力傳輸模塊，相比電感耦合式具備以下優勢：輸出功率大（10W）；位置隨意性強、建立無線充電系統時設計空間大；采用了薄型電極作為接收天線，因此使用簡便可安裝在各種電子設備中。該產品已在日立麥克賽爾株式會社的無線充電器“AIR VOLTAGE for iPad2”使用。在此項技術的基礎上，村田還將繼續研發更大功率的產品（輸出功率10W~50W），供平板電腦、筆記本電腦等設備充電。

　　他表示，電場耦合式充電技術與電磁（電感）耦合式技術相比，功率較大，位置自由度較高，動力傳動裝置的部分采用了可靈活設計的特征。村田10W的無線充電模塊量產之后，目前正在研發可對應更大功率需求的產品，以及致力于實現產品的小型化。村田將靈活運用現有技術優勢，繼續為平板電腦、筆記本等大功率設備提供充電的模塊。同時，該公司還在研發桌面式無線充電模式，即只要將各類便攜設備放在桌面上就可實現充電。

　　此外，從技術角度而言，大功率小型化的產品，需要考慮其損耗以及散熱設計。同時，為了無線充電的安全性，村田正在考慮搭載雙向通信的功能。

　　支持Qi/PMA雙標準的無線充電產品

　　IDT在無線充電的接收端和發射端都有相關產品。IDT公司全球業務發展總監陳曰亮介紹，對于接收端，IDT針對Qi、PMA和A4WP三種標準都有產品。在Qi和PMA標準（感應式充電）方面，該公司既有面向單一標準的單模產品，也有針對兩種標準的雙模產品，其第二代P9023產品就是一款對Qi和PMA標準提供雙模支持的產品。IDT目前正致力于第三代Qi/PMA雙模接收端產品設計，而目前市面上很多其他產品都還處于第一代的階段。該公司符合A4WP標準（諧振式充電）的產品則主要針對高通公司的生態系統做推廣。

　　對于發射端，IDT今年2月份針對Qi標準發布了產品P9038，該產品是一款遵從Qi標準的5V輸入（最高支持8V）單芯片無線充電發送器解決方案。它將MOS管和運放等器件都集成到了其中，能夠使基于USB供電的無線充電減少75%的IC數量。

　　突破五大難題實現大功率快速充電設計

　　德州儀器（TI）公司電池管理方案市場拓展經理文司華認為，充電對用戶體驗產生最直接影響的是電池性能——續航時間有多久、多長時間能充滿電，以及充電期間，手機溫度能夠比其他手機的溫度低多少等等。越來越多的公司采用快充解決方案。由于電源管理電路所處理的功率較大，具有集成充電器的電源管理單元（PMU）將會過熱。離散充電器脫穎而出，成為適合于此類應用的更佳選擇。

　　除智能手機和平板電腦之外，可穿戴設備正引起廣泛關注。在某種程度上，為這些設備設計電源管理更具挑戰性。由于電池體積不能太大，通常使用最多的還是容量為幾十mAh到200mAh的聚合物電池。充電器集成電路，以及設計中所使用的任何其他芯片，必須足夠小，以適合在有限空間內使用。防水及耐候設備上的接頭會是一個難題。早期的可穿戴設備使用的是接線式充電器；最新的可穿戴設備將使用專門為可穿戴產品市場所設計的線性充電器，并且采用無線充電技術。

　　文司華表示，快速充電的挑戰來自于以下幾個方面：

　　1.電池。電池充電的充電倍率（C-rat）：總的來說，電池的充電倍率不應超過0.7C。這個值限制了任何鋰電池充電的速度。幸運的是，電池技術已經推動了高充電倍率電池的發展。目前，這種電池已大批量生產。為了給高充電倍率電池充電，TI高強度電流充電器bq2419x在具有出色熱性能的單個封裝內支持電流高達4.5A的充電（圖3）。

　　圖3：4.5A鋰離子充電器bq24190將充電時間減半。

　　電池使用壽命：這在傳統充電設計中通常不是一個主要設計因素，而在快充中，這變得十分重要，因為即使電池的設計能夠在快充條件下滿足特定充電循環壽命，電池個體之間的差異仍然可能會導致電池使用壽命的變化，而且這與安全性相關。德州儀器智能化的充電方案在不損傷電池的條件下，最大限度提高充電電流。MaxLife把電量計和充電IC結合起來，用電量計來控制充電IC，因為電量計是對電池最了解的芯片，特別是德州儀器具有阻抗跟蹤的技術，能夠更準了解電池老化程度、內部溫度和各種滿充狀況。它的充電控制是一個智能化動態控制，能夠調整充電IC里面的電壓和電流，保證電流不超過安全區，控制電池不會由于充放電造成的老化。從這個角度來講，MaxLife的理念是在保證電池不受到損傷的前提下進行快充，而不是單純從一個時間角度考慮快充。

　　2.熱性能?？斐鋾痣娫垂芾鞩C和充電器的散熱問題，因為大功率充電的充電效率未經優化。散熱設計是TI充電器設計中最優先考慮的問題。bq2419x充電器有兩個熱敏電阻輸入，以滿足智能手機/平板電腦中大容量電池的大量熱監控需要。此外，在不違反熱性能設計原則的情況下，可編程熱閥值特性可以最大限度地增加所有條件下的充電電流，并且操作很方便。

　　3.安全性。這與散熱問題密切相關。即使對于使用普通充電技術的手機來說，電池膨脹仍然會時有發生。這在快充中是一個值得高度關注的問題。高級電池監控是TI的強項。該公司擁有很多保護器產品（過電壓保護（OVP），過電流保護（OCP）和過熱保護（OTP）），以及高級電量計量產品。例如，一些電量計量產品能夠檢測鋰離子電池的內部短路，從而較早指示電池性能退化，有效減少電池嚴重故障。TI生產的大多數快速充電器為充電提供安全定時器，并且某些充電器集成了針對電池的過壓保護。

　　4.適配器限制。大多數常見的墻式適配器在輸出電壓為5V時的功率小于10W。通過引入高壓/可變電壓適配器，充電器行業正在突破輸入功率限制。TI的MaxCharge充電器和適配器能夠處理充電器和適配器之間的協商。這一功能節省了系統資源并減少了成本。當實現成功信號交換時，適配器將在標準電源接口上輸出高電壓（例如9V、12V）。如果充電器IC不支持MaxCharge，適配器將保持在缺省的5V電壓輸出。

　　5.智能手機中的空間限制。高強度電流充電需要更大熱容量和更大的電感器。TI通過引入電流為3A的最小CSP充電器，提供可在緊湊空間內工作的快充解決方案。目前還有更多的創新技術在研發中，用于來提供這方面的解決方案。

　　TI最新的充電器產品覆蓋了廣泛的市場應用。由于對電池技術的深入了解，該公司已經開發出直接面向每個主流細分市場和目標客戶的產品。TI會不斷發布針對三個快速發展細分市場的全新充電器：針對智能手機/平板電腦的快充，無線充電和無線電源，以及可穿戴低功率充電器。

　　在連線式充電產品中，該公司提供具有出色熱性能、4.5A快速充電器bq2419x系列，以及世界上最小的3A芯片級封裝快速充電器bq2426x，兩款充電器都具有電流超過1A的OTG升壓功能。TI的線性充電器bq24040和線性電源通路充電器bq2423x已經成為市面上很多主流可穿戴設備的優先選擇。

　　在無線電源充電器IC產品方面，TI在WPC（無線充電聯盟）成立之前就已經擁有很長的研發歷史。TI的產品是大多數市面上集成有接收器（RX）的智能手機的首選。原因在于TI無線電源RX在三個領域區別于其他解決方案：第一，以最少的物料清單（BOM）和最小的解決方案尺寸高集成RX設計，充分滿足了智能手機的應用需求；第二，滿足標準化組織認證過程中需要的強健性能；第三，領先的產品路線圖：TI持續不斷地推出創新型、市場領先的總體解決方案來滿足消費、工業和汽車的無線充電應用需求。

　　數字智能技術大幅縮短充電器的充電時長

　　Dialog半導體有限公司電源轉換事業群營銷副總裁Scott Brown談道，最近已經出現了適配器充電技術，這種技術可以使用標準USB電纜或連接器提高功率密度。USB標準要求使用5V電源，而現實生活中的USB連接器最大能夠支持近2A的電流，因此，最大電源功率被限制在10W。為了能夠使用標準USB硬件傳輸更多電能，這些新型設計技術能夠將電壓升至5V以上，從而實現大于10W的功率。高通和聯發科已經發布了他們的電壓調節協議，它們不僅支持標準的USB電壓，而且能夠讓手機和適配器商定一個不同的電壓。不用說，這些先進技術需要手機和適配器都更加智能化。

　　在被Dialog半導體有限公司收購之前，iWatt就常年提供市場領先、面向便攜式設備的AC/DC數字電源適配器解決方案。該公司圍繞以數字控制為核心的理念設計這些IC，而這項數字技術正是Dialog目前所有AC/DC轉換器IC的關鍵，因此這些AC/DC轉換器IC是打造更加智能的適配器的理想選擇，能夠使它們與智能手機或便攜式設備進行“交談”。

　　Dialog兼容MediaTek Pump Express協議的接口IC（iW1680）是一個單芯片解決方案，可借助內置數字智能技術大幅縮短USB AC/DC壁式充電器的充電時長，而且其物料成本（BOM）并不高于速度較慢的傳統充電技術（圖4）。iW1680靈活調節壁式充電器的輸出電壓，隨時為手機提供所需的最佳電平。這不僅使得手機無需內置輸入降壓轉換器且降低系統總成本，而且還能更高效地向手機電池輸送電能，縮短充電時間。

　　圖4：Dialog兼容聯發科Pump Express協議的接口芯片iW1680及兼容高通Quick Charge 2.0的AC/DC快速充電適配器芯片iW620。

　　該公司為高通Quick Charge 2.0提供了AC/DC快速充電適配器解決方案（iW620+iW1760）。在不增加元器件的情況下，該組合可打造出真正優于競爭對手的高效解決方案。最終，該方案提高了充電速度，而且為尺寸更小的快速充電器提供了它們所需的更高的功率密度。

　　Scott Brown說道：“Dialog是快速充電領域的領導者，也是唯一一家同時提供滿足高通Quick Charge 2.0和MediaTek Pump Express協議的AC/DC控制器IC的廠商。未來幾年，我們將進一步增強快速充電控制器IC，拓展產品線，打造更加小巧和經濟高效的解決方案。”

　　CoolMOS系列給充電設計帶來便利

　　英飛凌豐富多樣的CoolMOS產品系列給充電設計帶來了便利。英飛凌科技（中國）有限公司電源管理及多元化市場部應用市場經理胡鳳平表示，超低的損耗、更小的封裝以及更高的可靠性能夠協助客戶引領行業。目前充電設計遇到的問題主要有功率密度、熱處理、安規的處理，設計周期變短，以及性價比需進一步提升。

　　英飛凌5mm×6mm 650V/700V高壓CoolMOS系列，降低了占板面積，并提升了功率。該系列數字式控制IC，能夠提升可靠性，縮短設計周期，并降低成本。

　　CoolMOS功率晶體管系列在能效方面樹立了行業新標桿。作為高壓MOSFET技術的領導者，CoolMOS可大幅降低導通和開關損耗，確保電源轉換系統實現高功率密度和高能效。憑借其高性價比，CoolMOS成為了滿足目前不斷攀升的能源需求的理想之選。尤其是最新的CoolMOS C7系列，代表了最高技術含量的高壓功率MOSFET。它使交流/直流電源系統更高效、更緊湊、更輕更涼，這得益于其每種封裝上具備最低的通態電阻、最快的開關速度和最低的柵極驅動需求。