【专利解密】南芯半导体助力快充行业发展

【嘉勤点评】南芯半导体的电荷泵充电专利，通过将手机内部电荷泵架构的高压直充芯片配合200mV一档调压范围的充电头，能够实现20瓦-30瓦左右较低功率的高压直充，很好的平衡成本和充电效率，具有很高的实用价值和推广价值。

集微网消息，近日南芯半导体加入了广东省终端快充行业协会，南芯作为协会首批高级会员，也是融合快充生态的积极推动者。目前，南芯已经微融合快充生态，开发了手机超级快充电荷泵芯片、充电器快充协议芯片等。

目前手机内部的电荷泵架构高压直充芯片，都必须要要配合精准调压调流的充电头，比如20mv到50mv一档的电压调整步进，以及50mA到200mA一档的电流调整步进，这就需要手机通过符合PPS，SCP，或一些手机厂家自定义的通信协议，来配置充电头的电压电流参数。需要成本较高的接口芯片来实现手机对充电头的控制，且系统控制方案很繁琐。

为此，南芯半导体于2020年5月12日申请了一项名为“一种中等功率低成本的电荷泵充电方法”的发明专利（申请号: 202010397158.2）,申请人为上海南芯半导体科技有限公司。

图1 电荷泵充电电路框图

图1为本发明提出的低成本电荷泵充电电路框图，充电电路利用SC8551电荷泵架构高压直充芯片配合目前市面上常用且成本很低的200mV一档调压范围的充电头，能够实现20瓦-30瓦左右较低功率的高压直充。U1为SC8551或上海南芯同系列电荷泵高压直充芯片，可以实时检测USB接口电压，即VAC，当VAC的电压比所需工作的电压高时，通过OVP_GATE信号控制Q1的导通状态，将VBUS钳位在所需电压范围内，实现低成本USB输入电压每档200mV变化的隔离。

图2 充电方法流程图

图2为充电方法流程图，具体方法如下：配置电荷泵的工作参数并使能，通过USB接口发送命令控制200mV每档的充电头的输出电压，使电荷泵的输出电流接近设定值；此时Q1一直处于完全导通状态。逐步调高VAC，直至Q1进入钳位状态，停止调整USB电压，此时电荷泵达到所设定的输出电流，对电池进行充电，随着电池电压的上升，Vbus的电压也会上升，VAC和VBUS的压差会逐步缩小直至Q1完全导通。

此时，可采取的控制方式有两种，一种是再次通过USB发送命令给到充电头，将VAC提升200mV，Q1再次进入钳位模式，随着电池电压的上升，VBUS同时不断上升，VAC和VBUS的压差逐步缩小直至N-MOS再次完全导通。另一种是当Q1完全导通时，VAC和VBUS电压相同，此时不要立刻提高200mV的VAC电压，而是等充电电流略微下降一些比如下降300mA，再提高VAC的电压。充电电流会再次回到设定的值且Q1再次进入钳位状态，但此时VAC和VBUS的压差就会小于200mV，从而可以降低NMOS管Q1的发热。

重复以上过程，直至电池达到所设定的电压。然后通过USB接口降低VAC电压200mV，此时电荷泵输出电流会陡然降低一个台阶，则电池电压也会陡然降低一个台阶。保持这种充电状态，直到电池电压再次上升到设定的值，再次降低USB接口的VAC电压200mV。以此往复，直到电荷泵的充电电流降低到所设定的值，电荷泵停止工作，由主充电器单独完成后续充电过程。

简而言之，南芯半导体的电荷泵充电专利，通过将手机内部电荷泵架构的高压直充芯片配合200mV一档调压范围的充电头，能够实现20瓦-30瓦左右较低功率的高压直充，很好的平衡成本和充电效率，具有很高的实用价值和推广价值。

南芯半导体是一家专注于电源和电池管理的高性能国产半导体设计公司。南芯秉承”客户中心、结果导向、品质为本、创新为魂“的价值观，不断延展技术领域，持续拓展产品应用场景、致力于成为国内优秀的模拟和嵌入式芯片公司。

（校对/holly）