電子發(fā)燒友網(wǎng)報道(文/莫婷婷))電源管理芯片作為電子設(shè)備的電能供應(yīng)中樞和紐帶,隨著市場需求的增加出貨量也快速增長。在智能穿戴領(lǐng)域,技術(shù)的迭代也讓消費(fèi)者越來越注重產(chǎn)品使用體驗(yàn),然而智能穿戴設(shè)備的相關(guān)問題還沒得到解決。例如智能手表,今年315晚會曝出低配版智能手表“偷窺”兒童,隱私安全問題昭然若揭。另一則事故指向電池安全:由于電池過熱造成燒傷,F(xiàn)itbit召回100多萬塊智能手表。
那么,延伸到電源管理芯片上,智能穿戴設(shè)備在電源管理芯片的升級迭代上還面臨哪些技術(shù)瓶頸,對于智能手表電池?zé)齻膯栴},又該如何避免與解決?電子發(fā)燒友網(wǎng)與思遠(yuǎn)半導(dǎo)體市場總監(jiān)黃林、創(chuàng)芯微市場一部經(jīng)理&創(chuàng)芯微聯(lián)合創(chuàng)始人劉文鑒進(jìn)行了交流。
智能穿戴設(shè)備升級帶來的挑戰(zhàn),需要廠商把電池保護(hù)做精做透
Fitbit此次召回的主要是在美國市場上的智能手表,根據(jù)美國消費(fèi)者產(chǎn)品安全委員會公開提到的,F(xiàn)itbit收到的燒傷報告中涉及了三級燒傷和二級燒傷,其中有115份是來自美國市場,59份是來自海外市場。
對于智能手表出現(xiàn)電池過熱的問題,可能涉及多個方面的因素,在鋰電池方面,過度充電、充放電電流過大或溫度過高是原因之一;在電源管理芯片方面,芯片不合規(guī)等等也可能是原因。不僅僅是智能手表,如果TWS耳機(jī)出現(xiàn)電池過熱,其帶來的影響會更加嚴(yán)重。在2019年,就有網(wǎng)友爆料蘋果AirPods Pro出現(xiàn)過熱后裂開。
Fitbit產(chǎn)品涉及召回的4個型號
思遠(yuǎn)半導(dǎo)體市場總監(jiān)黃林提到,針對電池過熱的問題,電源管理芯片可以從過壓保護(hù)、過流保護(hù)、溫度保護(hù)等等的環(huán)節(jié)進(jìn)行考慮,加之對檢測精度、響應(yīng)時間等方面進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過多年的研究,思遠(yuǎn)半導(dǎo)體的電源管理芯片不僅僅在電池保護(hù)性能上取得突破,還在轉(zhuǎn)換效率、功耗、尺寸、集成度等各個方面都不斷迭代。
例如智能充電管理芯片 SY6103,這款芯片采用CSP-9 1.725mmx1.725mm封裝,集成了線性充電管理、NTC檢測和保護(hù)、休眠模式、看門狗等功能,浮充電壓步進(jìn)達(dá)到12.5mV,充電電流步進(jìn)達(dá)到8mA,在保證低功耗的同時更安全的對電池進(jìn)行充放電管理。黃林介紹,SY6103芯片已用于OPPO等品牌客戶TWS耳機(jī)中,并且還用于智能手表等穿戴設(shè)備上。
SY6103典型應(yīng)用原理圖(圖源:思遠(yuǎn)半導(dǎo)體)
對于電池保護(hù),創(chuàng)芯微市場一部經(jīng)理&創(chuàng)芯微聯(lián)合創(chuàng)始人劉文鑒認(rèn)為需要對電池進(jìn)行精確的電壓、電流及溫度監(jiān)控。更重要的是,面對市場需求升級,電源管理芯片將延長運(yùn)輸和存儲時間,同時保障運(yùn)輸過程的安全?;诖?,創(chuàng)芯微推出帶船運(yùn)模式的CM1126B系列鋰電保護(hù)IC,采用DFN1*1小封裝,船運(yùn)模式下功耗低至2nA,在實(shí)現(xiàn)TWS耳機(jī)超長時間待機(jī)的同時,避免電池深度放電導(dǎo)致的安全問題。
據(jù)了解,創(chuàng)芯微的智能穿戴設(shè)備電池保護(hù)芯片和方案已覆蓋單節(jié)分立、雙芯片二合一、單芯片二合一等所有領(lǐng)域。劉文鑒介紹,公司全系電池保護(hù)芯片具備高過充精度及高充電過流精度,并且完善的放電過流保護(hù)、短路保護(hù)及溫度保護(hù)功能,可避免電池在使用過程中出現(xiàn)任何安全隱患。
在技術(shù)升級迭代的過程中,業(yè)內(nèi)多家廠商推出池保護(hù)的創(chuàng)新方案,借一步解決了相關(guān)安全問題。未來隨著無線充電、快充等需求的增長,電源管理芯片將迎來新的升級。
電源管理芯片的迭代與升級:充電控制、電源架構(gòu)
數(shù)據(jù)顯示,2020年,我國電源管理芯片市場規(guī)模約占全球四成份額,預(yù)計(jì)2021年到2025年的年復(fù)合增長率增長將達(dá)到 14.7%。毫無疑問,面對市場需求升級,智能穿戴設(shè)備對電源管理芯片的性能需求將助推電源管理芯片工藝技術(shù)的迭代。
在迭代過程中,電源管理芯片將出現(xiàn)集成化、高效低耗化等特點(diǎn),提升的方面主要是在于快充、低功耗、更高的轉(zhuǎn)換效率的能耗等。劉文鑒向記者提到了三大點(diǎn):一是快速充電功能,需要電源管理芯片提供更加快速且更加安全的充電控制。二是需要更長續(xù)航時間,需要提升鋰電池能量密度,最有效的辦法就是提升電池電壓平臺,將電池充到更高的電壓,此時要求鋰電保護(hù)芯片有更高的電壓檢測精度。三是延長運(yùn)輸和存儲時間,同時保障運(yùn)輸過程的安全。
“由于智能穿戴設(shè)備里小功能的模塊和芯片會比較多,對于DC/DC、LDO,以及負(fù)載開關(guān)相關(guān)的數(shù)量也會更多?!彼歼h(yuǎn)半導(dǎo)體市場總監(jiān)黃林認(rèn)為,隨著整個產(chǎn)品形態(tài)更趨于穩(wěn)定和成熟,未來會有集成度更高的產(chǎn)品出現(xiàn),能夠幫助終端的設(shè)計(jì)廠商優(yōu)化產(chǎn)品的性能、設(shè)計(jì)布局,以及整個產(chǎn)品的ID設(shè)計(jì)。
電源管理芯片已經(jīng)是提升智能穿戴設(shè)備性能和廠商差異化競爭的關(guān)鍵。目前,國產(chǎn)電源管理芯片廠商的產(chǎn)品和技術(shù)的布局都有不同的側(cè)重點(diǎn)。
基于智能穿戴設(shè)備需要更高的電壓檢測精度這一特點(diǎn),創(chuàng)芯微推出的新一代單節(jié)電池保護(hù)芯片實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最高的±10mV電壓檢測精度。例如對于需要延長運(yùn)輸和存儲時間,創(chuàng)芯微推出帶CM1126B系列鋰電保護(hù)IC,船運(yùn)模式的功耗為2nA,實(shí)現(xiàn)TWS耳機(jī)超長待機(jī)時間,并且外圍電路簡單,整體BOM成本低。
與數(shù)字芯片不同的是,電源管理芯片的迭代升級并不會針對制程節(jié)點(diǎn),最重要的還是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電源架構(gòu)上的控制環(huán)路等,這些因素都決定產(chǎn)品的整體性能。目前,業(yè)內(nèi)已有多家廠商在往這方面推進(jìn)。值得關(guān)注的是,思遠(yuǎn)半導(dǎo)體將在今年第二季度推出新一代產(chǎn)品,黃林介紹,該產(chǎn)品將采用新的電源架構(gòu),從多方面帶來技術(shù)的迭代。
小結(jié):
由于智能穿戴設(shè)備對續(xù)航時間、充電性能越來越敏感,電源管理芯片也越顯重要性。經(jīng)過多年的發(fā)展,國內(nèi)芯片水平不斷提升,模擬芯片也迎來了快速的迭代。值得一提的是,國產(chǎn)電源管理芯片正在往新能源汽車等更多新興應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)力,未來的發(fā)展值得期待。
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