南芯SC8571单芯片120w超高压4:2电荷泵快充方案，实现最高98.65%峰值效率
序言
自南芯2019年推出国内首款高压电荷泵IC——SC8551后，一跃成为电荷泵领域的佼佼者，乘胜追击南芯推出集成多种快充协议的SC854x，以及各种不同拓扑架构的电荷泵产品，奠定了南芯在国产电荷泵IC领域的领先地位。
近期，南芯宣布推出单芯片120W超高压电荷泵充电产品——SC8571，这款产品的问世，无疑满足了电荷泵领域对于超大功率芯片的需求，同时这款芯片将会再一次实现国产同类产品率先量产。
众所周知，电荷泵几乎是当前手机大功率充电的唯一解决方案。随着充电功率进一步加大，充入电芯的电流也越来越大，于是提高电芯的电压也成为一种新的选择。当业界把双串电池的方案应用于手机之后，USB口的输入电压上限就可以进一步提高到20v，这种方案从架构上来讲，和SC8551的2:1基本一致，但输入输出的电压同时被提高，所以一般称为“超高压4:2电荷泵”。
真正意义的第二代电荷泵，为非传统2:1的异形架构方案，比如用在大功率无线充电前端的30v输入6:2电荷泵架构方案，以及20v输入给单电芯充电的4:1电荷泵架构方案，南芯也有相应的产品布局，敬请期待。
目前手机界能做到的最大功率和最高效率的充电方案，为“超高压4:2电荷泵”搭配双串电芯方案。南芯的SC8571可实现同类产品的最大功率，单芯片可支持到120w充电规格。通常情况下，为保证手机的散热性能和用户体验，120w到160w一般会采用2颗SC8571并联方案；如若采用3颗SC8571并联，并配合相应快充链路的整体加强设计，则可以实现200w的充电功率。
下图是120w双串电芯的典型充电架构图。
图1. 电芯的120W-200w双电芯充电架构图
功能够强大，快充才不怕
SC8571是南芯针对手机快充市场最新推出的电荷泵快充IC，采用80pin的CSP封装。其主要特点如下：
●业界最高的峰值充电效率
凭借优异的设计能力，SC8571实现了最高的98.65%峰值效率，在单颗输出8A的大功率负载条件下依然保持超过98%的效率指标。
●双模式
SC8571支持4:2电荷泵模式和2:2直充模式，完美兼容20V适配器和10V适配器。
●路径管理
为兼顾大功率无线充电的需求，SC8571支持有线无线双路径管理，集成两路驱动，可任意选择有线或无线快充路径。
此外，精确的驱动电压支持GaN器件作为路径选择的负载开关，显著缩减了手机主板面积。
●21重安全防护
SC8571内部集成多达21重安全防护措施，为用户的充电安全保驾护航。
●兼容1.2V/1.8V GPIO
为适配未来手机处理器的GPIO朝着更低电压发展的方向，SC8571率先兼容1.2V/1.8V两种GPIO电压等级，使得客户可以从容应对处理器的更新迭代。
●快速的短路保护
独特的输入输出电压压差检测保护，实现百ns级别的快速响应时间，轻松应对输入电容短路/飞电容短路/输出电容短路等各种异常场景。
图2. SC8571主要功能及特点
够凉才够酷，效率来服务
电荷泵快充主要用在大功率充电场景，发热会严重影响用户体验，所以效率指标对于电荷泵产品至关重要。凭借优异的电路设计能力以及在电荷泵产品上的深厚积累，SC8571实现了业界领先的4:2电荷泵充电效率。
从下图可以看出，在3A负载下，SC8571效率高达98.65%，在8A负载条件下，SC8571依然可以达到98.12%的充电效率。
S8571最大可以实现12A的输出能力，实现单芯片最大120w充电功率。
图3. SC8571工作在电荷泵模式下的效率曲线
除了4:2电荷泵工作模式，SC8571还支持2:2直充模式，兼容10V适配器。下图是SC8571工作在2：2模式下的效率，在6A以下效率轻松超过99%。
图4. SC8571工作在bypass模式下的导通电阻曲线
下图为SC8571工作在不同模式下的温升示意图。
●图5(a)为4:2电荷泵模式下8A充电电流时的温升示意图。从图中可以看出，芯片表面的温升大约为50.8-25=25.8℃(环境温度约为25℃)。
●图5(b)为2:2直充模式下7A充电电流时的温升示意图，芯片表面的温升大约为46.3-25=21.3℃。
(a)4:2电荷泵模式,VBAT=8.4V,IBAT=8A
(b)2:2直充模式,VBAT=8.4V,IBAT=7A
快充是目的，安全是前提
SC8571内部集成了21重不同的保护机制，以确保充电过程安全可靠。其保护机制可以分为以下三类：
●11重系统级保护
●5重电荷泵相关保护
●5重系统级报警
其中，系统级保护和电荷泵相关保护触发后，SC8571会停止充电，同时出INT中断。系统级报警触发后，同样会出INT中断，但是充电不会停止，以提醒AP提早采取应对措施。
图6. SC8571内部集成的21重保护
结语：
SC8571功能强、效率高、安全性好，正按照南芯既定的目标稳步推进，相信不久的将来，即可再次实现国产“超高压4:2电荷泵”的率先量产。
上海南芯半导体一定会秉承“性能过硬、质量可靠”的优良传统，继续为各大客户提供高性能、高品质与高经济效益的产品，助力国产手机腾飞、推动国产芯片突围、振兴中国制造品牌，实力打造“中国芯“！
南芯，为效率而生！
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