大功率快充背后的“杀手锏”——电荷泵IC

电子发烧友网报道（文/李诚）随着电子设备朝着智能化、多功能化的发展，设备功耗增加明显，市场对快充的需求也愈发强烈。目前市面上的快充产品主要是通过提升充电电流/电压的方式，提高充电功率，缩短充电时间。

大功率充电的基础在于电池本身能够接受大功率充电。随着输入端功率不断向60W、90W、100W等大功率方向发展，导致了原本只有5V的输入端电压也开始朝着10V、20V提升，当电池输入电压被提升至与电池充电电压不匹配时，就需要对输入电压进行降压处理。若想保证充电功率不受影响，需在电池充电输入端前加入电荷泵技术，以满足大功率充电的要求。以20V/6A 120W的输入电源为例，通过在电池前端并联两组电荷泵电路，可降低50%的输入电压和提升100%的输入电流，实现10V/12A的电压、电流转换，电荷泵的加入不仅降低了电池的充电电压，还保证了大功率的能量输入。目前，电荷泵技术在华为、小米、荣耀等国内一线品牌的产品中均有应用。其中，电荷泵芯片除了TI、ADI、NPX等国际大厂外，国内的南芯、伏达在这方面的芯片也实现了量产，并推出了多个解决方案，电池充电效率最高达到了99.2%。

南芯半导体

南芯于2019年，发布了国内首款40W高压电荷泵充电IC SC8551，正式切入大功率消费类电子快充市场，以国内首发的优势，迅速在国内快充市场站稳了脚步。

南芯目前的产品线覆盖了电荷泵IC、PD协议的升降压PMIC、AMOLED控制IC、无线充电IC等。多线程的发展，提高了自家产品在市场的渗透率。如今以苹果为首的手机厂商纷纷响应环保的号召，取消随机附送的手机充电器，充电器市场需求急剧上升，作为国内快充领头羊的南芯或将从中获得巨额红利。

今年9月，南芯再度发布集成了多种充电协议的电荷泵充电IC SC8571，在单芯片应用的情况下，最高可满足120W的充电要求。

SC8571采用的是南芯的第二代电荷泵技术，是一款超高压4:2电荷泵IC，具有高效、多模、充电快的特点。主要应用于双串联电芯的解决方案中，在120W及以下功率的应用中，仅需使用一颗SC8571。在120W至160W的应用中，可采用两颗SC8571并联的方案。采用三颗并联的方式，可实现最高200W的充电功率。

4：2电荷泵模式下充电效率曲线 图源：南芯半导体

上图为SC8571 IC在工作电压为10V的4：2电荷泵模式下，随电流变化的充电效率曲线图（横向代表电流值、纵向代表效率）。经上图，可直观地看出该芯片最高的工作电流为12A，最高输出功率为120W，其中在3A时，充电效率达到了峰值98.65%，在工作电流为8A的条件下，充电效率依旧能保持在98%以上。

2:2直冲模式下充电效率曲线 图源：南芯半导体

上图为SC8571 IC在2：2直充模式下的充电效率变化曲线，在输出电流为1A至6A将近7A时，充电效率能够稳定地保持在99%以上。在1A状态下，充电效率达到峰值约为99.7%。

SC8571的4：2电荷泵模式与两颗串联的电芯，是目前充电功率最大、充电效率最高的大功率快充解决方案之一。

伏达半导体

伏达半导体在今年7月发布了国内首款应用于双电芯4：2快充方案的电荷泵芯片NU2205。该电荷泵芯片最大充电功率提升到了120W，打破了传统单电芯充电功率达不到百瓦的局面。同时，伏达半导体还在不断提高充电功率，以满足更多的应用场景需求。

对于充电来说，高效是十分重要的。为此，伏达半导体通过对NU2205芯片内部和集成的FET进行优化的方式，提高工作频率，实现高效的目的。并且可根据电池的充电状态、温度来调整充电的工作模式减少开关损耗、降低系统的发热量，保证充电过程的安全。

图源：伏达半导体

NU2205有4:2电荷泵和普通直充两种工作模式，上图为NU2205在4：2工作模式下随着电流变化的效率变化曲线。通过效率曲线，可看出在该模式下充电效率达到了98.2%，充电电流可高出10A。在该模式下，电荷泵是将输出电压降低至输入电压的一半，通过提升电流的方式保证充电功率的不变。在该模式下不仅降低充电线缆的传输电流，还缓解了充电线缆遇高电流易发热的问题。在普通直充2：2模式下，NU2205的最高充电效率可达99.2%。

据伏达半导体表示，NU2205可通过并联电荷泵芯片的方式提升充电功率，并联三颗芯片充电功率可提升至200W以上。

结语

依照目前市场对高功率快充的需求来看，电荷泵快充芯片有很大的发展空间。电荷泵芯片的应用不但提高了充电设备的充电功率，还不会因为充电电流的提升而更换充电线缆，造成资源的浪费，极大地改善了用户的充电体验。