隨著人們物質生(sheng)(sheng)(sheng)活水平的(de)(de)提高(gao)，親近大自(zi)然的(de)(de)戶(hu)外(wai)運動熱(re)(re)潮不可(ke)阻(zu)擋(dang)，成為(wei)新(xin)世(shi)代年輕人更加熱(re)(re)衷的(de)(de)健康生(sheng)(sheng)(sheng)活方式。但是，對于從事于戶(hu)外(wai)工作，熱(re)(re)愛自(zi)駕游、熱(re)(re)愛戶(hu)外(wai)運動的(de)(de)人們來(lai)說，戶(hu)外(wai)生(sheng)(sheng)(sheng)活中缺電(dian)是亟待解決的(de)(de)難題，因而(er)“戶(hu)外(wai)電(dian)源”新(xin)品類應運而(er)生(sheng)(sheng)(sheng)。
機構數據(ju)顯(xian)示，自2016年到(dao)2021年，全球戶(hu)外(wai)電(dian)源(yuan)出(chu)貨量(liang)增幅超90倍。早期產業(ye)(ye)主要集中在出(chu)口市(shi)場，近年來隨著國(guo)內儲能產業(ye)(ye)的飛(fei)速發展，戶(hu)外(wai)電(dian)源(yuan)開(kai)始逐步傳導到(dao)國(guo)內市(shi)場，產業(ye)(ye)規模(mo)與(yu)市(shi)場銷量(liang)持(chi)續(xu)猛增。
戶外電源與充電寶的區別
所謂戶外電(dian)源產品，從用戶層(ceng)面可以簡(jian)單理解(jie)為傳統充電(dian)寶(bao)的“大型化”。大型化主要體(ti)現(xian)在(zai)幾方面：
√ 功率大型(xing)化
√ 目標(biao)設(she)備大型(xing)化
√ 輸出電壓大型化
√ 輸(shu)出接口大型化
√ 接口數量大型化
戶外電源與(yu)傳統(tong)充(chong)電寶的產品差異化說明
但是，從技術角度來剖析，戶外(wai)電(dian)(dian)源與傳統充(chong)電(dian)(dian)寶存在天壤之別。目前，充(chong)電(dian)(dian)寶產(chan)品已經(jing)發(fa)(fa)展到了白熱化(hua)階段，整(zheng)個(ge)系統技術設計路線(xian)都是圍繞(rao)極(ji)致的(de)(de)成(cheng)(cheng)本追求和集成(cheng)(cheng)化(hua)追求發(fa)(fa)展，充(chong)電(dian)(dian)寶SOC芯片可以說除(chu)了電(dian)(dian)感(gan)、電(dian)(dian)容、接(jie)口(kou)、按鍵等不能(neng)(neng)集成(cheng)(cheng)的(de)(de)器(qi)件外(wai)，幾乎把所(suo)有能(neng)(neng)集成(cheng)(cheng)的(de)(de)功能(neng)(neng)都集成(cheng)(cheng)到芯片里面去了。而(er)戶外(wai)電(dian)(dian)源產(chan)品當前正處于快速(su)增(zeng)長階段，整(zheng)個(ge)系統技術設計路線(xian)是圍繞(rao)極(ji)致安(an)全可靠和系統模塊化(hua)的(de)(de)兩(liang)大訴(su)求發(fa)(fa)展。
戶外電源(yuan)產品的(de)系(xi)統(tong)應用設計架構(gou)圖
由上圖可以(yi)看到戶外電(dian)(dian)源(yuan)產品涉及(ji)的電(dian)(dian)源(yuan)模塊非常(chang)多，并且(qie)涉及(ji)到AC-DC雙向逆變、大(da)功率充放電(dian)(dian)管理等技(ji)術，存(cun)在(zai)很高的電(dian)(dian)源(yuan)技(ji)術設計門(men)檻，系統(tong)設計難度可以(yi)說(shuo)是傳統(tong)充電(dian)(dian)寶的指數倍。
芯海PD芯片的戶外電源應用
在戶外(wai)電源的系(xi)(xi)統架構中，主(zhu)控(kong)MCU是整個儲能產品的核心控(kong)制(zhi)(zhi)大腦，主(zhu)要負責與各個電源接(jie)口模塊通(tong)(tong)信管(guan)理(li)(li)和系(xi)(xi)統控(kong)制(zhi)(zhi)管(guan)理(li)(li)，其中系(xi)(xi)統控(kong)制(zhi)(zhi)又包(bao)括(kuo)顯示管(guan)理(li)(li)、按鍵管(guan)理(li)(li)、溫控(kong)管(guan)理(li)(li)、照明管(guan)理(li)(li)、藍牙(ya)通(tong)(tong)信管(guan)理(li)(li)、風扇模塊管(guan)理(li)(li)。
雖(sui)然中(zhong)央(yang)主控MCU處理能力很強，但是由于“中(zhong)央(yang)”事務非常繁忙(mang)，且外部(bu)電源模塊的“瑣事”實在太(tai)多，因此(ci)也很難(nan)兩者兼顧。因此(ci)，外部(bu)電源模塊的“瑣事”通常會(hui)安排到各(ge)個“地方”主控進行(xing)管理。“地方”主控只需(xu)要把“中(zhong)央(yang)”主控想要了解的信息上傳(chuan)下達(da)即可(ke)。
戶外電(dian)源的外部電(dian)源模(mo)塊(kuai)(kuai)主要包括雙向逆(ni)變AC-DC轉(zhuan)換模(mo)塊(kuai)(kuai)、應急啟動電(dian)源DC頭(tou)輸出模(mo)塊(kuai)(kuai)、無(wu)線充(chong)管理(li)模(mo)塊(kuai)(kuai)、C口快充(chong)電(dian)源模(mo)塊(kuai)(kuai)、A口快充(chong)電(dian)源模(mo)塊(kuai)(kuai)。“中央”主控與“地方”主控的通(tong)信交互(hu)接口方式一(yi)般為IIC接口，也有UART接口或(huo)SPI接口。
隨著PD協議(yi)(yi)及UFCS協議(yi)(yi)的(de)(de)普及，戶外(wai)電源(yuan)產品對于C口(kou)快充電源(yuan)模(mo)塊“地方”主控(kong)MCU的(de)(de)要(yao)求(qiu)越來越高。除了需要(yao)支(zhi)持PD協議(yi)(yi)、SCP協議(yi)(yi)、AFC協議(yi)(yi)、QC協議(yi)(yi)、VOOC協議(yi)(yi)、UFCS協議(yi)(yi)等多(duo)(duo)種協議(yi)(yi)之外(wai)，還要(yao)能(neng)夠根據與終端協商(shang)情況，分別控(kong)制多(duo)(duo)路獨立DCDC輸(shu)出給(gei)到終端充電，還能(neng)支(zhi)持多(duo)(duo)種通信接口(kou)把C口(kou)的(de)(de)協議(yi)(yi)情況及功率情況上報(bao)給(gei)“中央”主控(kong)MCU。
對于該“地方(fang)(fang)”MCU主控(kong)要求，芯海科技CS32G020可以完美(mei)勝任。CS32G020支(zhi)持(chi)兩(liang)路獨立PD快(kuai)充(chong)+兩(liang)路獨立多(duo)(duo)協議快(kuai)充(chong)，27個外(wai)部GPIO口可以同時控(kong)制兩(liang)路BUCK/BOOST電源(yuan)，并且支(zhi)持(chi)多(duo)(duo)種(zhong)外(wai)設(she)接口包括IIC、SPI、UART。安全方(fang)(fang)面CC耐壓支(zhi)持(chi)25V，Latch Up 400mA，ESD-8KV。
除此之外(wai)，芯(xin)海科(ke)技(ji)針對UFCS協(xie)議推出了專(zhuan)用協(xie)議芯(xin)片：CPW3101。該產品可(ke)以支持雙向UFCS通信控制，可(ke)用于儲(chu)能電(dian)源、手機、PC、平板等終端產品當中。
基于CS32G020+CPW3101的(de)儲能產(chan)品(pin)C接口電(dian)源模塊設計如下：
在(zai)該C口電(dian)源模塊(kuai)設(she)計中，一顆CS32G020芯片可同時對兩個C口進行獨立充放電(dian)管理，在(zai)滿足戶(hu)外電(dian)源模塊(kuai)化主流(liu)設(she)計的基礎上，大大降低模塊(kuai)的BOM成本以(yi)及模塊(kuai)體積。
芯海科技作為(wei)國內首批推(tui)出USB PD快(kuai)充(chong)(chong)(chong)協議芯片(pian)的(de)芯片(pian)原廠，參與了中(zhong)國快(kuai)充(chong)(chong)(chong)行(xing)業(ye)標準UFCS的(de)制定。近年(nian)來(lai)，公司針對各(ge)個細分(fen)的(de)應用領域(yu)(yu)，相繼推(tui)出多款PD快(kuai)充(chong)(chong)(chong)旗艦新品(pin)(pin)，在安全(quan)性(xing)、易(yi)用性(xing)等方(fang)面精(jing)益(yi)求(qiu)精(jing)，實(shi)現了PD快(kuai)充(chong)(chong)(chong)產品(pin)(pin)全(quan)領域(yu)(yu)的(de)系列化布局，能夠為(wei)客戶的(de)終(zhong)端產品(pin)(pin)PD快(kuai)充(chong)(chong)(chong)應用提供更(geng)有針對性(xing)的(de)系統性(xing)解決方(fang)案(an)。