重磅新品 | 南芯·推出超高压4:2电荷泵快充IC—SC8571

日期: 2021-09-06
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序言

自南芯2019年推出高压电荷泵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领域绝对的领先地位。

 

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可实现目前业界同类产品的最大功率,单芯片可以支持到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。


 

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图1. 电芯的120W-200w双电芯充电架构图



1. 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:

l业界领先的峰值充电效率

凭借优异的设计能力,SC8571实现了业界最高的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

l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

l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

l21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

l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。

l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

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图2. SC8571主要功能及特点

2. 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。

SC8571最大可以实现12A的输出能力,实现单芯片最大120w充电功率。

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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%。

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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。

l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℃)。

l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℃。

  

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 (a)4:2电荷泵模式,VBAT=8.4V,IBAT=8A  

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(b)2:2直充模式,VBAT=8.4V,IBAT=7A

图5. SC8571工作在不同模式下的温升示意图


3. 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:

l11重系统级保护

l5重电荷泵相关保护

l5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。


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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。

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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