前言

汽車，已成為大眾生活的重要的組成部分，汽車產(chǎn)業(yè)也是我國工業(yè)類的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著科技的不斷進步，節(jié)能減排、低碳環(huán)保的要求不斷提高，電動汽車已經(jīng)作為國家發(fā)力重點方向，也是中國汽車工業(yè)實現(xiàn)彎道超車、跨越式發(fā)展的難得契機。

半導(dǎo)體，是重要的工業(yè)基礎(chǔ)材料，基于行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的布局、國家政策的扶持、人才的快速回流，近年來國產(chǎn)半導(dǎo)體處于飛速發(fā)展的階段，南芯半導(dǎo)體，也乘著行業(yè)的東風(fēng)，飛速發(fā)展，不斷突破，取得了傲人的成績。

汽車與半導(dǎo)體結(jié)合的汽車電子，也在迅速的演進，不斷給人們帶來更好的便利體驗，如：自動(輔助)駕駛所用到的雷達、攝像頭、輔助駕駛芯片；智能座艙的多功能大屏幕、導(dǎo)航、通信等，以及車載充電。

車載充電目前有兩大發(fā)展方向：有線充電和無線充電，下面充電頭網(wǎng)將分別介紹兩種充電方式的發(fā)展歷程，幫助大家了解南芯在車充領(lǐng)域的產(chǎn)品布局。

有線充電

點煙器很早就是汽車上的標(biāo)配，甚至一直延續(xù)到今天，它是為了滿足吸煙者在開車時不便明火點煙而應(yīng)運而生。但在近幾年，隨著智能手機的普及和車內(nèi)充電需求的增加，點煙器 USB 充電頭成為了消費類電子的爆款產(chǎn)品，這也是我們看到的第一代車載“有線充電”產(chǎn)品。

第一代有線充電

車載充電器的輸入是汽車點煙器的接口，直接連接汽車的 12v 鉛酸電池，其 USB 口輸出早期只支持 5v，所以只需一個降壓型 DC/DC；但隨著快充的普及，車充的 USB 口輸出要能夠支持5v-20v 的超寬范圍，于是升降壓型的 DC/DC以及快充協(xié)議芯片強勢發(fā)展，該方案和充電寶所需的寬范圍輸出方案一致。

南芯半導(dǎo)體正是憑借車充和充電寶類產(chǎn)品所需要的高技術(shù)門檻的升降壓 DC/DC 產(chǎn)品，一舉奠定在電源管理芯片領(lǐng)域的江湖地位。隨著公司飛速發(fā)展進步，南芯的電源和電池管理類芯片已成為消費類最頂端的手機/筆記本類產(chǎn)品的頭部玩家，并在下述的汽車級產(chǎn)品中取得重大突破。

第二代有線充電

上述的車載點煙器充電器，其實屬于消費級別配件類產(chǎn)品，但隨著車載充電的強烈需求，諸多整車廠直接將 USB 口集成在了汽車中控臺上，這也是所謂的第二代車載有線充電方案。

從技術(shù)方案上來講，此類產(chǎn)品和第一代車充架構(gòu)基本一樣，一般以5v輸出為主，或支持一些蘋果或三星基本快充功能，15w功率以內(nèi)。但整個方案做到汽車車機里面，就已經(jīng)是真正意義上的前裝產(chǎn)品了，需要符合嚴(yán)苛的車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證，這和傳統(tǒng)配件類產(chǎn)品有了本質(zhì)差異。

而南芯半導(dǎo)體推出的SC8101Q，經(jīng)過了AEC-Q100認(rèn)證，已經(jīng)打入眾多汽車客戶。

SC8101Q 是一顆車規(guī)級32V/5A同步降壓變換器, 支持40V的最高絕對耐壓。集成45mΩ/35mΩ 上下開關(guān)管和90uA的靜態(tài)電流使得其在整個負載范圍內(nèi)都可以獲得理想的轉(zhuǎn)換效率。Flip-Chip QFN的封裝，可以消除內(nèi)部Bonding Wire在開關(guān)節(jié)點上帶來的震蕩，從而獲得較好的EMI性能。

第三代有線充電

車載第三代有線充電方案，則是隨著手機 USB-C 口大功率快充的普及，以及多種快充協(xié)議的蓬勃發(fā)展應(yīng)運而生，定義為能夠支持通信協(xié)議的大功率快充的方案。

USB-C 作為通用的電子接口，在手機等電子設(shè)備上已被普遍采用，其良好的兼容性、優(yōu)秀的通信功以及最大能夠支持到百瓦級別的功率等特點，注定會統(tǒng)一汽車的對外接口。當(dāng)然，由于汽車電子要求的長期性和高兼容新，USB-A接口也會存在較長一段時間。

實現(xiàn)手機快充，需要升降壓 DC/DC 芯片和通信協(xié)議芯片的共同協(xié)作。升降壓 DC/DC 芯片的功能描述可參照第一代充電方案介紹，但做到車內(nèi)，必然要經(jīng)過嚴(yán)苛的AEC-Q100認(rèn)證。

而通信協(xié)議芯片是快充的靈魂。目前國內(nèi)外各廠家基本都有自己的私有快充協(xié)議或公有協(xié)議，如常見的 QC，AFC，VOOC，SCP，F(xiàn)lash charge，基于 CC 的私有協(xié)議等，以及在世界范圍通用的 PD 和中國通用融合協(xié)議 UFCS 等。

南芯半導(dǎo)體推出的車規(guī)升降壓芯片SC8701Q，協(xié)議芯片 SC2021Q，支持手機的全電壓范圍和多種通信協(xié)議，可以支持市面上絕大部分的手機快充，是一套汽車大功率有線快充的完整方案。

SC8701Q 是一顆同步4功率管buck-boost控制器，輸出電壓能夠高于/等于或低于輸入電壓，超高的轉(zhuǎn)換效率能有效提升系統(tǒng)的熱性能。支持超寬的輸入及輸出電壓，采用了10V/2A MOSFET驅(qū)動器，最大限度地使用外部MOSFET以獲得高效率。

SC8701Q支持輸入電流限流，輸出電流限流，過溫保護以確保芯片能正常工作在各種異常情況。輸出電壓及輸入輸出電流限流可通過PWM信號動態(tài)調(diào)整，開關(guān)頻率為200KHz至600KHz可調(diào)，客戶可靈活的依據(jù)系統(tǒng)需求進行相應(yīng)設(shè)計。

除了無線充電應(yīng)用外，SC8701Q還可以應(yīng)用在60W有線快充和ADAS的360°環(huán)視系統(tǒng)的ECU中給Camera供電。該同步升降壓控制器已通過AEC-Q100 Grade1 認(rèn)證。

SC2021Q 是一款高度集成的Type-C/PD和DPDM快充控制器。符合最新的Type-C和PD 3.0標(biāo)準(zhǔn)，通過了USB PD3.1符合性測試。芯片支持專有的高壓快充協(xié)議，包含一組USB-C接口和兩組DPDM接口，滿足1A+1C雙口快充應(yīng)用。

南芯SC2021Q內(nèi)部集成32位高性能MCU內(nèi)核，2.5Kb內(nèi)存和32Kb的MTP存儲器，具備良好的協(xié)議兼容性和豐富的控制接口，還支持私有快充協(xié)議，可用于車充以及快充應(yīng)用。

SC2021Q 通過集成 USB PD 基帶 PHY、Type-C 檢測 、雙 DPDM PHY、內(nèi)置 VBUS 放電路徑、VCONN 電源、可編程反饋補償、電壓和電流檢測、10-bit ADC、雙 10-bit DACs,、NMOS 柵極驅(qū)動器、I2C 接口和保護電路，來最大限度地減少外部組件。

無線充電

無線充電是車載充電的絕佳方案。上車之后，將手機、車鑰匙等放在無線充電發(fā)射板上即可充電，無需繁瑣的接插動作，中控臺上不會出現(xiàn)一根討厭的線纜。當(dāng)然，無線充電發(fā)射板還是需要從汽車的點煙器或者USB口取電，不過這條線可以被固定或隱藏，有些廠家也推出了更好的解決方案。

第一代無線充電

第一代車載無線充電方案是從配件類開始，標(biāo)準(zhǔn)的 Qi 協(xié)議，從最基礎(chǔ)的 5w 功率逐步過渡到 15w。

南芯在此很早就有布局，目前此類產(chǎn)品在國內(nèi)出貨量占比很高，如第一代有線充電方案一樣，目前南芯已重點發(fā)力手機和汽車。

第二代無線充電

第二代車載無線充電方案，是以無線充電功能模塊形式整合到汽車上，和車載有線充電路線一樣，所有規(guī)格全部都需要升級為汽車標(biāo)準(zhǔn)。

南芯 SC8101Q/SC8701Q+SC5003Q，提供完整的 15w 無線充電解決方案，支持標(biāo)準(zhǔn) Qi 協(xié)議，通過汽車 AEC-Q100 認(rèn)證，被多家 Tier1 所采用，并已出現(xiàn)在比亞迪、上汽通用、一汽紅旗、現(xiàn)代等多品牌車型上，多款海外車型也正在設(shè)計當(dāng)中。

SC8701Q 是一顆同步4功率管buck-boost控制器，輸出電壓能夠高于/等于或低于輸入電壓，超高的轉(zhuǎn)換效率能有效提升系統(tǒng)的熱性能。支持超寬的輸入及輸出電壓，采用了10V/2A MOSFET驅(qū)動器，最大限度地使用外部MOSFET以獲得高效率。

SC8701Q支持輸入電流限流，輸出電流限流，過溫保護以確保芯片能正常工作在各種異常情況。輸出電壓及輸入輸出電流限流可通過PWM信號動態(tài)調(diào)整，開關(guān)頻率為200KHz至600KHz可調(diào)，客戶可靈活的依據(jù)系統(tǒng)需求進行相應(yīng)設(shè)計。

除了無線充電應(yīng)用外，SC8701Q還可以應(yīng)用在60W有線快充和ADAS的360°環(huán)視系統(tǒng)的ECU中給Camera供電。該同步升降壓控制器已通過AEC-Q100 Grade1 認(rèn)證。

SC8101Q 是一顆車規(guī)級32V/5A同步降壓變換器, 支持40V的最高絕對耐壓。集成45mΩ/35mΩ 上下開關(guān)管和90uA的靜態(tài)電流使得其在整個負載范圍內(nèi)都可以獲得理想的轉(zhuǎn)換效率。Flip-Chip QFN的封裝，可以消除內(nèi)部Bonding Wire在開關(guān)節(jié)點上帶來的震蕩，從而獲得較好的EMI性能。

SC5003Q 是南芯推出的車規(guī)級高度集成的無線功率發(fā)射機模擬前端，包含實現(xiàn)WPC兼容發(fā)射機所需的所有模擬組件。

同時SC5003Q集成了高精度的Q值檢測功能，可以輕松實現(xiàn)異物檢測功能，與發(fā)射機控制器一起創(chuàng)建高性能無線功率發(fā)射機，并符合WPC V1.2.4  EPP和BPP規(guī)范。該無線功率發(fā)射機模擬前端已通過AEC-Q100 Grade1 認(rèn)證。

第三代無線充電

第三代車載無線充電，是在 15w 的 Qi 標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，授權(quán)了手機廠家的私有協(xié)議。由于 Qi 標(biāo)準(zhǔn)目前最大僅支持到 15w，而國產(chǎn)手機在充電功率上已支持到了政策限制的頂格 50w。

所以，要實現(xiàn)對手機的 50w 無線充電，必然要走自己的私有協(xié)議。但目前各家私有協(xié)議并不兼容，且手機廠處于強勢壟斷地位。這造成了一些方案較為復(fù)雜且成本高昂，在主流車型當(dāng)中目前仍以第二代 15w 方案為主。后續(xù)看行業(yè)的發(fā)展和推進情況，如果可以像有線充電一樣，統(tǒng)一協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)或取消授權(quán)壁壘，則會再一次加速大功率無線快充方案的普及。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

以上是車載有線、無線充電的簡要發(fā)展歷程。隨著科技的不斷進步，尤其是往電動化、智能化發(fā)展，必將給人們帶來更加便捷、安全的充電體驗。

汽車與半導(dǎo)體都是科技密集型行業(yè)，設(shè)計難度大，科技含量高，車規(guī)產(chǎn)品需要滿足極高的可靠性和極低的失效率要求，這不僅考驗芯片企業(yè)的設(shè)計和研發(fā)能力，還考驗品質(zhì)和供應(yīng)管理能力。一家芯片公司是否有車規(guī)級產(chǎn)品，是區(qū)分企業(yè)能力的分水嶺。

車規(guī)級產(chǎn)品從設(shè)計到最終量產(chǎn)，中間會經(jīng)過無數(shù)次測試、認(rèn)證和迭代過程。它的量產(chǎn)也考驗了企業(yè)的整體實力，比如“是否可以得到車廠或 Tier1 的認(rèn)可”、“能否通過無數(shù)嚴(yán)苛的測試”、“可否滿足質(zhì)量體系認(rèn)證”等等。

南芯半導(dǎo)體，具有強大的研發(fā)技術(shù)實力，嚴(yán)苛的品質(zhì)管理標(biāo)準(zhǔn)，完整的系統(tǒng)解決方案以及良好的供應(yīng)保障能力，注定會成為汽車電源行業(yè)的重要玩家。