今年6月份,中國開始執行由中國手機行業制訂的手機充電器統一標準——YD/T1591。在該標準中,規定在充電器側吸納USB接口。然而在剛剛開始執行不久,開放移動終端平臺組織(OMTP)宣布全球主要手機制造商已就通用手機數據電纜達成一致,從而為推出國際上統一的手機數據和充電器接口標準鋪平了道路。消息一傳出,業界一篇嘩然,頓時形成了截然相反的意見。一方聲稱,中國的充電器標準與所謂的國際標準互不兼容,而另一方則辯駁說兩個標準分別定義的是數據線兩側的端口,因而兩者沒有任何關系,互不影響。

實際上,筆者對這兩種說法都不贊同。第一種說法從根本上就站不住腳,兩個標準沒有任何沖突。但是否沒有任何關系呢？也不盡然!關于兩個標準的具體定義、差別以及相互的關系,筆者曾在11月份《電子工程專輯》上進行了討論,它們的關系應該是覆蓋和被覆蓋的關系。關于這些本文不再贅述,而是著重討論一下這兩個標準所帶來的實質效益,采用什么樣的方案才能更加貼合各自的應用設計,以及充電器生產廠商應采取的應對策略。

標準的手機充電器為社會和消費者都有利益

首先應該說,不管怎么評論這兩個標準之間的問題,兩個標準的出發點都是一致的。都帶來了明顯的社會效益和消費者利益。首先,隨著成本的降低,手機的更新速度呈現越來越快的趨勢,目前,城市用戶的平均換機時間連兩年都不到。大部分經常換機的用戶都會有這樣的體驗,家里各式各樣的充電器都可以用“沓”來計算了,有時候要找到一個合適的充電器就要翻半天,不得已要經常淘汰,從而造成了大量的電子垃圾,而實際上這些產品遠遠沒有達到它們自身的壽命。另一方面,用戶還都必須為這些附件產品來買單。

標準開始執行后,用戶手持一個充電器,就可以應對來自各個廠家的不同代別的手機終端。用戶可以從墻體充電,也可以從PC獲取電能。一根線即是數據線,又是充電線。不同用戶的充電器都可以共享。

充電器的具體解決方案及區別

充電器標準統一了,是不是充電解決方案都一樣呢？它們之間還具有差異化嗎？答案是肯定的。從外面看,似乎沒有什么區別,實際上,這些差別都體現到終端的內部了。從充電器本身來看,目前仍面臨著一些挑戰,包括:
1. 如何高效率管理多通道電源或負載；
2. 如何在充電時使來自USB的功率和效率最大化；
3. 如何在快速充電時實現高充電電流,或快速的充電速度。

Maxim公司推出適合于各類電池的手機終端系列充電器管理芯片,MAX8606就是其中一員。該芯片集成了單節鋰電池充電功能和電源通道選擇功能,完全兼容USB2.0規范和中國手機行業充電器標準。

圖1:美信公司最新推出的內置充電器管理的多功能電源管理芯片功能圖。

MAX8606 Vbus的電流限制可以簡單地通過兩個GPIO來設置,電流限制分為三檔,包括符合USB2.0規范的100mA和500mA,另一個通過外部電阻(R_SETI)編程設定,以適應不同的交流適配器。

該芯片還可以將從Vbus吸取的電流在系統供電和電池充電之間動態分配,并優先保證系統供電,如果交流適配器或PC機USB端口的電流輸出能力有限而不能同時保證系統供電和電池快速充電,或系統功耗突然增加,則電池快充電流被自動降低以保證系統正常供電。

最近,該公司又推出了集成度更高內置充電器的完整的多功能電源管理芯片——MAX8662/MAX8663。器件內置USB/AC適配器線性充電器以及Smart Power Selector,適用于單節可充電鋰離子電池供電的便攜式設備。它內置有智能電源選擇電路,可實現外部輸入電源,電池以及系統負載之間的無縫分配,可用于3G智能電話、PDA、以及其他便攜式設備。電池充電時,器件自動斷開系統負載與電池的連接,并使用系統沒用到的輸入電源部分為電池充電,以充分利用有限的USB或適配器電源。所有需要的功率開關以及電流檢測電路,均集成于片上。

充電器的輸入限流最高可調節至2A,并可支持500mA、100mA以及USB掛起模式。充電電流可最高可調節至,以適用于寬范圍的電池容量。

除了充電管理外,MAX8663集成兩路高效率降壓型DC/DC轉換器、四路LDO以及內置智能電源選擇器的完整充電器電路。MAX8662提供一路升壓DC/DC轉換器,可用于最多七個WLED或OLED顯示器。兩路降壓DC/DC轉換器具有高達97%的效率,可提供1V至的可調輸出,并支持和900mA的負載。四路LDO支持500mA、300mA以及兩路150mA的負載。

凌力爾特公司推出的充電器產品則強調終端產品的即插即用,而不管電池的電量狀態如何,或者說即便是機內根本就沒有電池也沒有關系。該公司的充電器管理芯片也自成系列,其LTC4089就是典型的一款。該器件為一款自治的線性電源管理器,理想的二級管和獨立的高壓、高效率電池充電器。該器件工作于利用了Bat-Track功能的開關模式。Bat-Track是一種自適應的輸出控制,其中的輸入電路使調節器輸出電壓自動地跟蹤電池電壓。于是,通過保持電池充電器上的電壓盡可能地低,最佳地利用可用的輸入功率,因此極大地改善了電池充電器的調整元件的效率。

圖2:凌力爾特公司LTC4089在不同充電電壓條件下的充電效率。

該款器件的顯著特點就是即插即用,將充電和供電分離開來。在充電的時候,電池和負載相互脫離,負載不再從電池而是從USB或墻體獲得電能。電源的能量首先供應負載,而經總線協商后,將可能的最大能量用于充電。

該款器件的另一個特點是具有高壓開關調節器前端,從而能夠接受高達40V的輸入電壓源,該范圍包含了汽車電源,IEEE1394火線電源以及經過或未經過調節的各種墻體適配器。高輸入電壓的特點使得IC不易受電壓輸入瞬變的影響,進而增加了IC和系統的免疫力和可靠性。從而擴大了器件的應用范圍。

作為電源器件頭號供應商的NSC則力推內置USB充電和適配器充電多功能的電源管理芯片,例如LP3910和LP3913等。該芯片系列的主要特點是具有業界最豐富的功能,可以滿足最為復雜的3G智能手機的應用。而另外一家電源產品大供應商TI,除了提供豐富的充電管理芯片外,還比較重視相關的產品的提供,包括極為精密的電量檢測,電池的保護,充電器前端的保護電路等。提供的產品系列齊全,包括BQ24018、BQ24113以及BQ24316等。

充電器生產廠商應該采取的對策

目前對手機充電器標準有抵觸情緒的首當其沖的充電器生產企業,這些企業大都在珠三角地區,因為標準的主要意圖之一就是減少電子垃圾的數量。提高充電器的利用率。但是,抵制歸抵制,這是有利用消費者的舉動,任何抵制都是徒勞的。市場的力量決定一切。充電器傳統銷售模式都是作為手機的附件來銷售的,標準的廣泛接受后,這種方式將壽終正寢,而是將作為單獨的零售貨配售的面目而出現,在手機這邊當然還不可能徹底消失,而是從標配改為可選件來提供。

實際上,這些企業也無需過于悲觀。我認為,這可能引起市場模式的改變,或引起充電器歸屬地產生大變化,短期內數量上還未必會減少很多。如很多辦公地點,還有機場,車站,乃至火車、輪船、長途汽以及公共汽車上,都可以提供這些服務,賓館將不會在大堂里提供各式各樣的充電器,而完全可能將其配置到控制臺上而使其成為服務中的標配。從而提高服務質量。

另一方面,由于充電器將作為獨立的產品來銷售,生產廠商可以將工藝美學的概念嵌進來。這樣也會加速用戶對充電器本身的更新換代。

需要注意的是,作為配件時沒有品牌問題,但開放銷售后,品牌的問題就提出來了。所以,充電器生產商必須提前準備,利用過渡期,強化獨立的品牌意識,以獨立品牌推向大眾市場起步得越早,對以后的發展就越有利。

另外一個問題是認證問題。作為配件提供時,需要符合的是手機廠商的企業要求或標準認證,而開放市場則要求一個公共的測試認證標準。目前已有一些企業在泰爾認證實驗室進行了認證測試,但目前這是自愿模式,將來是否將轉換為強制模式,或者強制認證將由有誰來擔當目前尚不清楚。但無論如何,具有較強技術實力,在可靠性等方面做得較好,或者長期為大公司或國際品牌供貨的廠商會具有一定的優勢。

作者:王健