模拟电源产品——“电源和电池管理类”的产品分类和概述

序  言

半导体国产替代的浪潮，正借着国家政策的东风、产业上下游的支持、以及中国半导体人的不懈奋斗，一浪高过一浪。尤其是模拟类半导体产品，更是完整的走过了从默默耕耘，到全行业集体爆发的整个过程。

本文给大家讲述模拟半导体里面的一个重要分支,“电源和电池管理类”的产品分类和概述。

原则上，电源管理芯片包含电源转换和电池管理两大类，但由于此类产品类型众多，所以现在一般将其区分开来，电源管理特指电源转换的供电相关产品，电池管理特指充电和电池保护相关产品。Charger，协议等既可以归到电源管理，也可以归到电池管理，本文统一将其归到电池管理。

电池管理类：主要包括 AC/DC，有线充电，无线充电，电池保护，充电协议等几个部分，只要是带有电池的设备，就一定会用到其中的几个部分。

电源转换类：主要包括线性电源，开关电源，多项开关电源（以及私有通信协议），以及由以上各种电源集合成的 PMU（带可配置逻辑或 MCU）等和供电相关的产品。

接下来，我们逐一简要介绍各个部分的产品和技术方案：

AC/DC：

顾名思义，就是将交流市电转换为电子设备使用直流电源的转换器。以目前常见的手机适配器为例，内部一般包含原边控制器，复变控制器，和通信协议三部分控制芯片，以及功率 MOS 器件。对于无需快充的产品来说，没有通信协议的需求。快充协议有很多种类，比如PD 等，各个手机厂家也都有自己的私有充电协议。充电协议是快充的灵魂，有了他它，才能实现充电头实时的电压调整，以保证被充电设备处于高效率，高功率的充电过程。

消费类充电头一般式反激式架构，高功率产品会采用 PFC 功率矫正技术，以及氮化镓、平板变压器的新的器件来实现更高的功率密度。正是手机类产品快充的兴起，带动了充电头方案的百花齐放。

南芯半导体，是业界为数不多具有完整的 AC/DC 解决方案的公司，包括原边控制器副边控制器，多种公有和私有通信协议，以及氮化镓直驱的全套产品，并且也有合封氮化镓的高集成方案，可以覆盖从 10w-200w 的规格等级，满足客户不同层次的需求。

有线充电：

有线充电一般分为三类技术路线，线性充电，开关充电，电荷泵充电。线性充电一般用于小于 1A 的充电场景，成本最低，效率最低；开关充电一般用于 1A-5A 的充电场景，或者外置 MOS 的方案可以实现更高的充电功率；电荷泵是最新的快充技术之一，属于直充的一种，具有超高效率的特点，但由于输入输出要求固定比率，所以必须搭配带有通信功能、能够精准调整电压和电流的充电头。

目前国产手机的有线充电功率等级不断快速提升，已经成为了主打卖点，并将国外巨头远远甩在身后，也带动了国产快充芯片的蓬勃发展。手机内的充电芯片，尤其是最高效的电荷泵快充芯片，是极具技术含量，且超高品质要求的皇冠式产品，门槛极高，壁垒极强，得此市场者，得消费电子天下 。

南芯半导体是消费类充电市场重要玩家，拥有超强的技术和产品实力，其开关充电芯片，尤其是升降压开关充电芯片，率先打破国外垄断，在配件类市场，尤其是笔记本电脑市场取得了国产零的突破。

更厉害的是，其第三代电荷泵快充产品，被国内的绝大多数手机厂家所采用，取得了傲人的销售成绩。南芯的电荷泵产品支持从 30w 到 200w 的所有的功率等级；以及单串、双串多种电池架构；在搭配不同的快充协议，组合成非常庞大的产品家族，几乎可以满足用户所有快充场景。

南芯电荷泵产品凭借超强的性能，可靠的品质，丰富的产品，为南芯赢得了市场的优异口碑，也助力南芯迅速成为国产模拟电源产品的一线品牌。

无线充电：

无线充电，就是通过自由空间实现能量的传输，充电。一般分为三种技术路线：电磁感应，磁场共振和无线电波。

我们最常见的无线标准，就是电磁感应式一般要求 Tx 和 Rx 的线圈距离在 1 厘米以内，且有线圈位置对齐的要求，目前业界最大可以做到七八十瓦的功率。我们看到的可以较为自有摆放的无线充电发射板，都会有好几个线圈以保证较强的耦合。

共振式可以做到较远距离的无线充电，在二三十厘米左右的距离，但充电效率大为降低，去年慕展上某手机厂家展出的卷轴概念手机就是采用了这样的技术。

无线电波式无线充电，是真正意义上的远距离无线充电，最大可以做到 5m 左右。但其效率非常低，也担心辐射的问题，所以目前都还是演示而已。

南芯半导体也拥有无线充电的端到端解决方案，其 TX 类产品在配件类市场的占有率非常高，并且推出了集成 PD 协议的产品，极大地方便了用户的设计并降低了成本。南芯的 RX 类产品最高可以做到 50w，并且支持低增益技术， 完美符合国家对于消费类电子功率等级的要求。

并且，南芯无线充电 TX 已经通过了 ACE Q100 认证，做到了汽车前装市场，我们即将在市面上看到南芯无线充电 inside 的汽车在路上行驶。

BMS：

BMS一般分为锂电保护和电量计两个功能模块。锂电保护是电芯的最后一道保护屏障，电芯的过压过流过热等极限状态的保护，一般都是贴近电芯，常见的软包锂电池，基本都是有一个单独的保护板和电芯组成一个完整的电池包对销售，比如我们能看到的手机电池。另外一种常见的圆柱形18650电池也是需要保护芯片，但由于物理结构特性，保护芯片一般都放置在主板上。

电量计有多种做法，简单的就是ADC采样通过软件做平滑，或者高精度硬件采样电流电压积分计算。电量计看似功能简单，就是显示一个电量数字而已，但其内部对采样精度，算法，电池建模等要求极高，截止目前，国产产品依然与国际大厂的高端产品存在不小的差距。

南芯的BMS产品线在配件类消费市场比如充电宝，扫地机器人，以及近期大火的储能产品市场已经大规模出货。由于BMS产品的特殊性，手机电池Pack尚未大规模采用国产产品，但南芯在此处耕耘多年，经验积累丰富，很快会有实质性的进展。

充电协议：

充电协议是快充的灵魂，他是一种特定的交流语言，充电头和被充电设备要通过这种语言，实时交互状态，调整充电头的电压、电流等信息，让被充电设备时刻处于最高效率或最大功率的充电状态。

由于快充发展迅速，而标准却远不能满足需求，所以各个手机平台厂家和有实力的手机厂家都推出了自己的快充私有协议，比如MTK的PE系列，展讯也曾推过自己的私有协议。

国产手机厂家已经把快充作为核心卖点之一，也都研发出了各自的私有充电协议，比如华为/荣耀的SCP，OPPO的VOOC，VIVO的flash charge，小米基于CC的私有协议，以及非洲之王传音，也很早就开发了自己的快充私有协议等。

目前市面上也有一些主流的通用协议，比如国际通用的PD，中国自主的UFCS协议。

南芯半导体在充电协议的积累非常丰富，支持目前市面上大部分的私有协议，从充电头到手机内部的完美配合，助力用户快充端到端的完成解决方案，并且南芯也是中国自己的融合快充协议—UFCS的组织成员，共同参与制定了协议细节，为中国自己的标准贡献力量。

线性电源：

线性电源一般指LDO，一般通过控制功率管的开通状态来实现稳定的电压输出，所以功率一般都不大，器效率基本等于输出电压初一输入电压，一般在输入输出压差不大的地，或者功率较小的场合使用，也有一些对纹波或动态响应要求较高的地方使用。成本低，技术要求低，普通规格产品已经基本完成了国产替代。

开关电源：

较常见的开关电源分为 Buck，boost，buck-boost。一般情况，其技术难度顺次提高。最常见的是buck，中小电流的buck技术门槛也不是很高，很多都已经可以国产替代，但大电流buck，车规级别的buck等，技术门槛比较高，目前国产厂家正在全力追赶中。boost一般使用较少，但buck-boost伴随着手机快充的兴起而蓬勃发展，以及多节电池的升降压充电，此类产品有很多设计know how，目前国产厂家做好的不多。

此类架构的开关电源还有一些特殊方向，比如纳安级别的超低功耗产品，以及单电感多路输出的SIMO产品，主打可穿戴；超高开关频率主打小型化产品，以及给Core供电的超大电流多项电源等，这些产品有很高的技术门槛，国产厂家都在开发当中，有些产品已经出样，但性能指标等还有待进一步优化。

除了以上通过电感储能的开关转换器之外，也有电荷泵开关电源，以及混合架构等方向。

南芯半导体成立之初，正值手机快充的发展阶段，嗅觉敏锐的配件类市场已经看到了巨大的商机，由于充电宝产品由1-4串不等的电池组成，而快充所需要的电压也从5v提升到7v，9v，甚至12v，所以能够同时支持升降压的产品迎来了春天，需求巨大。但也由于技术难度大、门槛高而长期被国外大厂垄断。南芯半导体的创始团队迎难而上，凭借强大的技术实力，率先取得突破，在此类市场攻城略地，一举成名，并在行业取得了优异的口碑。良好的开局，为后面的长足发展奠定了坚实的基础。

PMU：

PMU 是两个或两个以上的电源集合，并带有一定的接口配置能力的电源产品，其最大的好处就是功能强大，集成度高，节省空间，。所以在电源轨需求很多且空间有限的场合比如手机，有非常强烈的需求。但一般都会被平台厂家吃掉，外人几乎没有机会。但目前手机中露出2个机会点：4个或7个LDO集合的Camera PMIC，以及包含Charger，电荷泵，协议等的接口PMU，这两个产品用量很大，但能做的厂家不多，除非有强大的IP积累以及可靠的信任度。

PMU在可穿戴方向也有较强的需求，不过很多都被平台集成；而在用量很大的mass market市场，比如IPC，笔记本，路由器，电视机，机顶盒等市场用的很少，主要原因是成本，此类产品对电源的要求不高，所以选用国产的分立器件成本会有优势，并且资源多，供货更容易保证。

南芯半导体支持AMOLED 的PMU产品，最大超过1A的电流输出能力，在业界一鸣惊人，已经被品牌客户的PAD类产品所采用。

除以上提到的一些电源管理和充电管理产品外，还有一些品类如电压监测，电流监测，复位芯片等也算是模拟电源类产品，此类产品的品类非常宽泛。

本文简要的介绍了模拟电源芯片的 “电源管理“和”电池管理“的产品分类和基本特点，以及南芯半导体在各个方向的布局。作为一家优秀的国产模拟和嵌入式芯片厂家，南芯秉承不断提高，不停创新的企业文化，致力于为客户提供高性能、高品质与高经济效益的系统解决方案。