無論是在消費電子、新能源汽車，還是工業(yè)儲能等領(lǐng)域，鋰電池都扮演著不可或缺的角色。而為了獲得更大功率，更長時間的電能供應(yīng)，人們會越來越多地選擇多節(jié)鋰電池串聯(lián)作為解決方案。但在多節(jié)鋰電池串聯(lián)系統(tǒng)中，不同電池間參數(shù)不一致所帶來的問題就會凸顯出來，電池均衡技術(shù)也就變得越來越關(guān)鍵。
“大規(guī)模生產(chǎn)中的波動會不可避免的造成電池之間容量等參數(shù)的差異，當(dāng)把這些電池串聯(lián)使用時，這種差異會給客戶應(yīng)用帶來很大的麻煩，比如當(dāng)給串聯(lián)電池系統(tǒng)充電時，在某一時刻第一節(jié)電池已經(jīng)將要充滿，而第二節(jié)只充到80%的電量，這個時候如果繼續(xù)充電對第一節(jié)來說就會過充；如果此時停止充電則第二節(jié)就始終沒有被充滿。為解決此問題，客戶甚至需要為每節(jié)電池配置獨立充電電路。放電過程中也會有同樣問題，串聯(lián)系統(tǒng)中所有電池的放電電流都相等，但是某些電池單元就是會更早的接近被放光，進而觸發(fā)鋰電保護，導(dǎo)致整串電池都不能繼續(xù)被放電。而且這些問題還會在多次的循環(huán)使用中逐漸惡化?！?strong>鈺泰半導(dǎo)體市場總監(jiān)蔡永進解釋稱，這是電池均衡技術(shù)得以應(yīng)用的直接原因。
ETA3000：為簡潔高效的主動均衡而生
電池均衡技術(shù)通常包括被動均衡和主動均衡兩種。被動均衡中如負(fù)載消耗法，是通過泄放電阻消耗高電壓電池單元的能量，使所有電池單元都具有大致相當(dāng)?shù)?SoC（荷電狀態(tài)）。這種方案最大的優(yōu)點在于控制方式簡單，但最后的結(jié)果會是電池組中所有電池單元的能量都與最弱的單元一致，因此可以很直觀的看到此種均衡技術(shù)所帶來的巨大能量損失。并且由于放電電阻的存在，此種均衡技術(shù)中的均衡電流往往較小，以此來避免更加劇烈的溫升，但是較小的均衡電流就意味著很慢的均衡速度，電池單元間難以迅速地達到均衡狀態(tài)。
主動均衡則可以讓均衡效率更高、能耗更低并且均衡速度更快。與將電池能量消耗掉并轉(zhuǎn)化為熱量不同，該技術(shù)實現(xiàn)均衡的方法是將較高能量電池中的電量轉(zhuǎn)移到較低能量電池中，從而使能量接近無損地在電池間重新分配。
此種方式具備相對突出的技術(shù)優(yōu)勢，但是整體方案往往也更加復(fù)雜。秉著要解決這一問題的決心，也基于對電池、電感等基礎(chǔ)元器件物理特性的深刻理解，鈺泰在2018年正式推出了電感式電池均衡芯片ETA3000。
蔡永進告訴集微網(wǎng)，ETA3000采用主動均衡，自動檢測串聯(lián)電池間的電壓差值，利用開關(guān)電源技術(shù)將高電壓電池單元的能量先轉(zhuǎn)移到電感中存儲起來，之后再由電感轉(zhuǎn)移到低電壓電池，基于電感這一元件本身的特性，整個能量轉(zhuǎn)移中幾乎無能量損耗，轉(zhuǎn)換效率可以高達92%。
在參數(shù)表現(xiàn)上，ETA3000可以支持高達2A的均衡電流，相鄰電池單元在均衡操作后的電壓差會被大幅度的降低到幾十mV以內(nèi)。而且作為主動均衡芯片中最為簡潔的產(chǎn)品之一，ETA3000有SOT23-6與DFN2x2-8兩種腳位，并且有內(nèi)置了所有開關(guān)管。
由于此芯片極強的性能與極簡的外圍需求，ETA3000一經(jīng)推出就得到市場的高度認(rèn)可，客戶訂單量持續(xù)提高，并且應(yīng)用領(lǐng)域也越來越多，成為電子煙、POS機、電動工具、電動車等各類多節(jié)電池系統(tǒng)中的首選均衡芯片。
作為鈺泰半導(dǎo)體的專利產(chǎn)品，此款芯片不僅實現(xiàn)了從技術(shù)創(chuàng)新到市場開拓的成功，同時也是鈺泰在國內(nèi)引領(lǐng)電源管理芯片架構(gòu)級技術(shù)革新的又一個成功案例。
“鈺泰推出ETA3000系列的初衷就是做一款簡單易操作、性能高且成本低的產(chǎn)品”， 蔡永進如此強調(diào)。
不斷引領(lǐng)電池管理IC架構(gòu)革新 發(fā)掘市場潛能
多年來，鈺泰半導(dǎo)體在國內(nèi)電源管理芯片的技術(shù)革新中，始終扮演引領(lǐng)者的角色。在十余年的發(fā)展歷程中，鈺泰持續(xù)地將全新的電源管理芯片架構(gòu)引入國內(nèi)并形成量產(chǎn)，先后較早的推出同步真關(guān)斷升壓IC、超低功耗同步降壓IC、超低功耗同步升壓IC、開關(guān)型充電IC、超高調(diào)光精度LED背光驅(qū)動IC等等。公司現(xiàn)已憑借厚積薄發(fā)的技術(shù)積累與全面覆蓋的市場布局，在國內(nèi)電源管理芯片領(lǐng)域內(nèi)占有一席之地。
除了上述提到的領(lǐng)域，蔡永進也看好鈺泰ETA3000系列將在快充等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。今年USB PD3.1協(xié)議的推出，更將快充的輸出電壓從20V外推至48V，這毫無疑問會導(dǎo)致用電設(shè)備的電池串聯(lián)數(shù)量大幅度提高，甚至在手機等相對小功率的單節(jié)電池設(shè)備中，也逐漸出現(xiàn)了雙節(jié)的方案。集微網(wǎng)也了解到，鈺泰還推出了外置MOS的ETA3001，同時也在研發(fā)性能更高的新一代產(chǎn)品。
而除了電池主動均衡芯片，鈺泰半導(dǎo)體所擅長的低功耗芯片在其他行業(yè)也大放異彩，比如TWS耳機市場。
TWS耳機一般包含三節(jié)小電池，兩只耳機各一節(jié)及充電倉一節(jié)。電池體積都很小，且要實現(xiàn)較長的續(xù)航體驗，實際對低功耗提出了更高要求。這恰恰是鈺泰成立以來一直堅持的技術(shù)特色之一，該公司現(xiàn)擁有全系列的低功耗電源管理IC，包括升壓/降壓、LDO、充電以及負(fù)載開關(guān)等幾乎涵蓋了電源管理芯片的各個細(xì)分領(lǐng)域。
在國內(nèi)TWS耳機行業(yè)快速發(fā)展的同時，鈺泰也成功抓住了供應(yīng)機會，充電倉中的充電與升壓芯片，耳機中的充電芯片等等都已經(jīng)成為行業(yè)標(biāo)桿產(chǎn)品。
此外據(jù)蔡永進透露，有關(guān)車規(guī)級電源管理IC產(chǎn)品，在DCDC等傳統(tǒng)優(yōu)勢項目上，鈺泰也有完整的路線圖。一邊與晶圓廠，封測廠等合作伙伴共同打磨出了針對車載產(chǎn)品的一整套生產(chǎn)管理體系；另一邊也與國內(nèi)一些大型汽車制造商建立了緊密合作關(guān)系。
隨著新能源汽車市場增長迅猛，動力鋰電池需求大幅提高。根據(jù)中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布的數(shù)據(jù)，2021年9月，我國動力電池裝車量為15.7GWh，同比上升138.6%，環(huán)比上升25.0%。累計1至9月，我國動力電池裝車量為92.0GWh，同比累計上升169.1%。新能源汽車無疑將成為鋰電池市場最大成長動能，鈺泰系列電源管理芯片產(chǎn)品，如100V級別的的高電壓DCDC等都有望持續(xù)受惠。
堅持技術(shù)路線 國產(chǎn)化大勢下勇往直前
然而在國內(nèi)電源管理IC市場上，TI等模擬巨頭合計仍占據(jù)約8成的市場份額，其中以消費電子領(lǐng)域競爭最為激烈。近兩年，國產(chǎn)化呼聲日益高漲，推動國內(nèi)業(yè)者加快布局。
蔡永進對此指出，不止鈺泰，國內(nèi)幾乎所有IC設(shè)計公司都在近幾年受益于國產(chǎn)化浪潮。
國家層面，對集成電路產(chǎn)業(yè)給予了高度重視和前所未有的支持力度。市場方面，中國已是全球最大的集成電路消費國，市場需求占據(jù)全球三分之一左右，這些都是國內(nèi)芯片公司坐上發(fā)展快車的重要保障和前提。
觀察國內(nèi)市場，電源管理IC賽道持續(xù)涌入新進者。電源管理IC和MCU 相結(jié)合的方案也成為越來越多廠商的選擇。蔡永進對此表示，就數(shù)字化電源管理而言，電源管理IC搭配MCU或ASIC等其他算法，長期來看會是一個發(fā)展方向。作為國內(nèi)電源管理芯片行業(yè)的技術(shù)引領(lǐng)者，鈺泰在數(shù)?；旌戏较蛏弦渤掷m(xù)推進產(chǎn)品研發(fā)，但同時，業(yè)內(nèi)人士也都清楚的看到此類芯片本身模擬方面的性能依然是整個SoC中最關(guān)鍵的，數(shù)字部分比重的增加并不會削弱傳輸效率、靜態(tài)功耗、動態(tài)響應(yīng)速度等指標(biāo)的重要性，反而是隨著各種后級用電單元對供電品質(zhì)的要求越來越高，這些模擬性能的參數(shù)變的越來越重要。因此，在電源管理芯片將來數(shù)字化的進程中，鈺泰等具備深厚模擬技術(shù)積累的設(shè)計公司，依然會持續(xù)受益。
展望未來，鈺泰將在消費電子領(lǐng)域繼續(xù)堅持以往的技術(shù)路線，做高功率密度，低靜態(tài)功耗，創(chuàng)新功能的芯片。同時倚靠長期以來的技術(shù)優(yōu)勢，持續(xù)開發(fā)更多具有競爭力的產(chǎn)品。
另外，鈺泰也將積極拓展工業(yè)、汽車等高利潤、高要求市場的需求。憑借十多年的技術(shù)積累和對市場的深刻認(rèn)識，繼續(xù)前行。未來的電源管理IC市場，仍會是技術(shù)和產(chǎn)品的試金石。（校對/薩米）
