暴涨6倍！无线充和快充需求爆发令产业链措手不及
2017-12-05 16:21:47
来源：半导体器件应用网
作者：陈思莹
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快充和无线充电是手机、平板电脑等终端设备充电方式的发展方向，随着工信部即将统一标准，以及在苹果和国产智能手机大军的联合推动之下，近段时间这两种充电技术迎来了爆发式增长，产业链虽有准备但也措手不及。未来，成本和专利成为市场竞争关键。
无线充电市场暴增6倍
继苹果推出无线充电手机之后，最近，国产手机金立M7 Plus也加入了无线充电功能。这仅仅只是开始，据悉小米、华为、锤子、Nubia、荣耀、VIVO等国产手机都已在进行无线充电手机的预研。这意味着，后续这些国产手机品牌推出的产品也将支持无线充电。
金立M7 Plus具备无线充电功能
金立集团董事长兼总裁刘立荣在采访时表示，无线充电将是一种趋势，明年会有越来越多的公共场所提供无线充电底座，无线充电的手机也会越来越多。
在接受半导体器件应用网记者采访时，华润矽科微电子有限公司市场总监于小泸表示：“现在各大手机企业跟着苹果走，市场一片欣欣向荣，蓬勃发展。”
深圳顺络电子股份有限公司销售工程师黄守年也表示，苹果已经将无线充电市场带动起来了，无线充电生态圈的构建已提上日程，深圳响应国家智慧城市建设，已经着手构建无线充电生态圈了，未来随处充电将变成现实，走进生活。
业内人士表示，现在整个无线充电市场比苹果新机发布前增长了约5-6倍，明年还会继续成长数倍。无线充电市场的瞬间爆发，需求强劲超出市场预期，令整个产业链措手不及。
伏达半导体销售总监温斌在接受媒体采访时表示，今年7月份之前，伏达半导体整体出货量并不大，但8月份至今这几个月来，公司出货量激增，11月份预计可出货超过700K。
Holtek Semiconductor预计，2017年，其无线充电应用的MCU出货量将达到100万台，全年收入和利润都将大幅增长。该公司发言人帕蒂•李（Patty Li）表示，无线充电MCU的出货量预计将在2018年翻三番。
尽管整个产业链等待且筹备已久，但在短短两三个月内出现数倍增长，还是出乎业内人士的意料，从而导致电子元器件如电容、MOS管及线圈等均出现了不同程度的缺货。
数据显示，到2019年无线充电系统的全球市场规模预计突破100亿美元，2020年无线充电器（含非手机充电器）的销售量将超过10亿台。其中采用WPC（无线充电联盟）推出的Qi无线充电标准的充电设备将有7亿台出货量，因为Qi无线充电已经渗透到机场，办公室和旅游服务中心等场所。
部分已采用无线充电的智能手机
更有相关研究机构预测，到2019年，无线充电会在更多的办公室和会议室出现，市面上超过50%的手机、20%的平板电脑和5%的笔记本电脑将具备无线充电功能。
不过，凌通科技的MCU专案经理万世强对半导体器件应用网记者说：“虽然在苹果的带动下，各企业跟随苹果在走，但是现在产业链是在被动的情况下发展，这种形式并不乐观。而且，目前许多企业的无线充电技术还未成熟，充电速度和充电效率都没有达标，目前还不存在无线充电发射端爆发，现在只是一个准备和开发的阶段，无线充电发射端爆发还言过太早。”
业界认为，光靠苹果和国产智能手机大军的带动仍不足以让无线充电技术普及，大家都寄望生态圈早日构建完成。刘立荣认为，电动汽车目前还受制于充电设备和充电时间，但是无线充电手机不会受制于充电时间，它的成本投入对于公共场所来讲非常低，也许很多公共场所会自动会装起来。当公共场所有这种设备的时，对手机无线充电就会有比较大的促进作用。
深圳市天珑无线科技有限公司经理龙江也认为：“就目前看来，无线充电还是一个小众市场，充电速度慢不能真正解决用户的痛点，但也并不代表以后无线充电市场会一直止步不前，当技术问题得到解决、基础设施建设完善时候，无线生态圈还是有望建立的。”
专利是无线充电竞争的关键
当前，无线充电技术并不仅仅局限于智能手机，也扩展至可穿戴设备、电动汽车、厨电等领域。为了提前抢占市场，各大企业都在积极进行相关实验研发，专利的申请数量也呈现出大幅增长的态势。
在专利方面，线圈结构、控制方式、电路保护功能（过压保护、过流保护、过温保护、短路保护、异物检测），以及无线充电应用等方面都是产品应用需要考虑的。
国家知识产权局公布的国内企业专利申请情况排名：
高通、中惠创智无线供电技术有限公司、柏壹科技（深圳）有限公司、厦门新页科技有限公司、比亚迪股份有限公司、青岛众海汇智能源科技有限责任公司、深圳市亿捷能科技有限公司、深圳市中远航科技有限公司、宁波微鹅电子科技有限公司、宁波力芯科信息科技有限公司。
而根据SOOPAT专利搜索公布排名显示，新页科技凭借75项无线充电专利跃升至全国第二。据新页科技董事长林桂江介绍，新页自2014年开始研发无线供电技术，目前已在全球取得100项专利，其中发明21项，实用新型65项，外观12项，已授权55项。另有2件PCT（国际发明）申请。
快充市场高速增长
OPPO 的广告语已不再是“充电两分钟，通话两小时”，这从侧面反映了快充功能已经从稀缺，逐渐走向标配。联发科技无线通信事业部高级产品经理林尚毅表示，快充功能正从以前的高端旗舰机型，朝中端机型延伸，目前越来越多的“千元机”已采用快充技术。
根据Gartner公布的最新报告，2016年全球智能手机销售量虽然无法实现两位数的增长，但仍将增长7%，达到15亿部。可以想见，未来快速充电市场将迅速爆发。
从半导体产品的出货情况，我们也可以看出快充的发展速度。Dialog高级副总裁兼功率转换事业部总经理Davin Lee表示：“快速充电是目前增长最快的AC-DC转换市场，从2015年到2019年，快速充电芯片组出货量将一直保持68%的高速年复合增长率。2016年，差不多20%的智能手机采用了快速充电功能。”
“贫穷限制了想象力”，而标准不统一限制了快充的发展。
深圳市乐得瑞科技有限公司总经理刘小灵在接受采访时表示：“2016年是快充市场的战国时代，很多大公司都发布了自己的快充标准，并且不断的升级。”
由于传统的5V2A Micro USB充电极限无法满足大屏手机需求，而USB-IF没有给出解决办法，于是，高通利用自己的行业地位，开始力推QC2.0和QC3.0，向9V/2A、12V/1.5A快速充电技术路线进发。同时OPPO、MTK、华为、TI等公司也相继推出了自己的快速充电标准。
这种“市场割据”造成电池质量、数据线接口、数据线等品控不一，导致了快充的标准不一，规格不一，使得整个快充市场成本被无形拉高。
泰尔终端实验室刘伟表示：“从节约社会成本的角度，多种协议并存不利于行业发展。”
在接受《半导体器件应用》记者采访时，长园维安的市场总监胡勇军表示：“正因为快充产品存在碎片化，没有完全被其他巨头所垄断的现状下，才有可能给更多的周边企业提供发展和前进的机会，才能更有力推动顺应市场潮流的兼容性新品的研发，未来市场潜力无限巨大。”
不过，芯海科技的销售经理陈健认为：“市场混乱是制造一定的商机，但是这只是暂时的，快充大一统才是大势所趋。”
要实现快充的普及，充电器的通用型是急需解决的问题。有消息声称，工信部《移动通信终端用快速充电技术要求和测试办法》即将发布，快速充电方式及通信协议将被统一。
此外，2016年10月底 ，谷歌在安卓最新兼容性定义文件中表示，希望未来Android设备都能采用USB Type-C接口的Power Delivery（PD）充电标准，希望解决快充兼容性问题。
芯海科技的销售经理陈健表示，未来手机外设产品的内需将猛增，市场有效供给有利于刺激产品的创新，加速产业发展步伐。
今年苹果iPhone8所搭配的充电器纳入快充功能，更是加速了快充产业的发展。敦南科技股份有限公司总经理李朝福指出，苹果手机将带动充电器市场的发展，整个市场的需求更是惊人。
在接受大比特《半导体器件应用》记者采访时，深圳市坤兴科技有限公司经理蔡坚表示，信息时代瞬息万变，快充不仅仅被限用在智能手机上，有望延伸到穿戴式应用、相机、笔记本电脑、适配器、墙壁插座等其他电子设备上。
一半手机/九成笔电将采用Type-C
而快充技术要实现在手机、相机、笔记本电脑等终端产品的普及，则需要借助Type-C。
Type-C接口连接器定义的最大通流为5A，并保留10A的通流定义，满足快充要求，这也是终端厂商所看中的。与此同时，集合了充电、数据和音视频接口功能的Type-C非常强大，该生态圈的建立将形成一个接口打遍天下的局面。
USB Type-C不仅很快会应用于智能手机、电脑、平板电脑、平板电视和显示器这些主流数码产品市场，运动相机、投影仪、移动硬盘、移动电源、扩展坞等外设市场也会将USB Type-C作为产品新加卖点。
但目前的问题是，增加了手机及配件的成本，同时某些接口功能定义没有完全规范化，整条产业链没有完全搭建起来。
深圳市万际通工程师张宗胜指出，USB Type-C和快充的结合，设计应注重效率和实用性，目前的使用广泛度还不高，但以后还是会朝着这一方向发展。
正如张宗胜所说，最近发布的OPPO R11s也没有采用Type-C接口。OPPO表示，在数据线接口选择的时候也做了很多细致的调研，发现目前整个消费电子市场对于Type-C的普及率比大家想象中要低，OPPO认为目前继续使用micro-USB，不会给用户造成困扰，反而会更方便。
不过，联发科技在接受记者采访时表示，当前的中高端智能手机都会慢慢走向USB Type-C的接口，这是一个大的趋势，并希望在整个产业都能够尽量朝统一的接口和握手协议的方向去实现技术应用。
根据专业市场调研机构IHS的数据，2016年全球使用USB Type-C接口的消费电子设备仅为约1亿部，预计2019年度将会超过20亿部，主要增长点来自PC市场和移动设备市场。到2020年，约一半的智能手机和93%的笔记本电脑将采用USB Type-C互联。
鸿腾精密的招股说明书中预计，在Type-C接口的带动作用下，到2021年仅消费电子连接器市场便可超过150亿美元。
2017年新发布的安卓新机型中有多款使用了USB Type-C接口，并且正在从旗舰机型向中低端机型渗透，标志着USB Type-C的生态环境已经趋于成熟，成本下降至可全面普及区域。
苹果方面接口非常混乱，iPhone和iPad采用Lightning，Macbook将USB Type-C接口作为标配。由于与Lightning相比，USB Type-C在成本、快速充电、兼容性等方面具有明显的优势，而E-Marker芯片的引入会弥补其安全性短板，因此2018年iPhone采用Type C将是长期趋势。
USB Type-C产业链主要有芯片和连接器两个环节。国际半导体巨头历来非常重视接口芯片市场，因此在USB Type-C领域均早早布局。目前Type-C芯片市场呈现国际巨头扎堆的局面，如恩智浦、德州仪器、赛普拉斯、安森美、意法半导体、罗姆、莱迪斯等。
USB PD翻倍增长
USB Type-C正在进入发展快车道，其中协商供电(USB-PD)功能将成为最大亮点。
USB PD协议可以为快充技术带来更大的灵活性，支持的充电功率最高可达到100w，被业界认为是最有希望统一目前标准各立的快充技术规范。
2017年2月，USB-IF发布了USB PD 3.0的重要更新，正式推出了旨在同一快速充电技术规范的PPS，不允许USB接口通过非USB PD的协议来进行电压和电流调整。同时，谷歌在最新的Android 7.0 OEM规范中强调：使用USB接口的手机，快充技术必须支持USB PD。
基于USB PD 3.0形成的PPS有望实现对高通QC4.0/3.0、联发科PE3.0/2.0、华为、OPPO等主流快充方案的收编。目前USB PD协议配合USB Type-C接口广泛应用于苹果新款MacBook系列笔记本、小米笔记本，以及市面众多品牌的旗舰手机上。
威锋电子新事业发展经理邱弘志表示，Type-C接口对USB PD协议的支持是由其自身的结构决定的。Type-C接口内部除了专用数据线之外，还有四根VBUS线，因此具有更强的电流传输能力，同时，还拥有两根专做USB PD通信使用的CC线，从而可以实现双向充电。
上海南芯半导体科技有限公司CEO阮晨杰表示，快充的产业和规模正在快速扩张，随着USB Type-C的发展，USB PD协议将必不可少，因为USB PD作为宽电压的输出，可以很好地去解决兼容性和安全性的问题，进而让快充协议去适配更多的终端设备。
安森美半导体移动市场高级现场应用工程经理李文辉表示：“从2015年开始，我们就听到越来越多的厂商更倾向于采用标准化的USB Type-C/PD方案。”
根据硅谷数模系统部总监肖勇的介绍，USB Type C PD快速充电方案最高支持100瓦功率，而且支持正反插，将有越来越多的业界厂商，采用这一快速充电方案。
从出货量来看，伟诠电今年全年USB -PD产品出货量将达到1200～1400万颗，明年将翻倍成长。
PD 3.0将统一快充 但挑战不小
前面提到，由于USB-IF没有解决传统USB充电极限问题，从而导致快充标准五花八门。众所周知，快充存在两大派系，即高压低电流和低压高电流。
高压快充阵营：三星、高通、MTK、华为四家。技术为高电压，额定电流；高电压，高电流两种。额定电流对电池的伤害比较大；高电流充电效率最明显，但对元器件要求也高。高压有一个缺陷就是电压高，发热量大。
低压快充阵营：只有OPPO独立自主研发的VOOC闪充技术，并申请18项专利，采用低电压，高电流的技术，额定电压，增强电流，通过并联的方式，分散电路压力。
PPS规范的到来，让USB接口的输出电压范围从5V扩展到3V—21V，电流最大支持5A，这使得低压直充和高压低电流都可以轻易实现，在这个范围内PPS可以满足各种技术流派的快速充电，所以说USB PD3.0中更新的PPS对于快充标准的统一意义重大。
瑞萨电子泛用市场营销部经理陈俞佐表示，过往USB PD 2.0被诟病的地方在于，供电端无法有效拒绝受电端的要求，因此在线材、充电器等周边的质量参差不齐的情况下，若传递高于USB规范的电力时，容易造成笔记本电脑、手机等产品损坏。 因此，USB PD 3.0新增了一个授权机制，唯有符合安全机制认证的产品，方能对装置进行充电或存取。
同时，在数据传输方面，PD 2.0如果遇到电力中断，就无法顺畅传送；但PD 3.0能提供快速供电端/用电端角色交换机制，即使在外接电源中断时也能成功传递数据。
乐得瑞刘小灵告诉记者，USB PD3.0的升级，主要是推出了PPS规范。USB PD3.0推出和升级的目的，一方面是为了扩展USB的供电范围，另一方面也是为了给各大厂商提供一个统一的技术平台。
刘小灵向记者透露：“高通QC4.0是基于PPS去设计的；华为、OPPO的快充技术团队也已经基于PPS在设计自己的充电协议。”如果厂商都把各自的快充协议写进PPS规范里头，那以后支持快充的手机，使用其他手机品牌的快速充电头(PPS规范)也能实现快充，未来只要在市面上买一款兼容USB PD3.0的第三方充电头，都能激活不同手机的快充模式。自此，快速充电标准，有望走向统一。
然而标准的统一还有待时日。罗姆半导体有限公司资深工程师黎美玲表示，PPS技术协议目前还不太成熟，最终标准规范还没有完全定下来，尚处于优化之中，预计还要三个月左右的周期。
在快充市场上，基于USB PD2.0的产品性能是比较稳定的，客户出货目前以USB PD2.0为主，而USB PD3.0的样片要到下半年才能出货，实际支持USB PD3.0的智能手机上市，最快也得到2017年年底或2018年年初。
黎美玲告诉记者，已经编入PPS规范的标准协议尚在处于先期准备阶段，市场上样片还没有出来，不少客户目前还是在观望，没有马上开模。其中入编的阵营就包括高通QC3.0、联发科PE3.0以及华为、OPPO等市占率较大的标准协议厂商。虽然高通、MTK、OPPO等厂商未正式声明，但通过UBS标准化组织的信息已然明了，并将会有更得多的厂商加入到PPS规范。
随着USB PD3.0的更新，重新整合成一套“大而全”的快充方案，以实现手机快充大一统，让所有支持快充的手机都可以通过一个支持PPS技术的充电器实现快充。但这种大而全的快充方案在实际落地过程中，仍是存在挑战。
刘小灵告诉记者，目前的挑战主要还是在芯片技术的支持上，对于支持PPS规范的芯片，最重要的一点是要可以实现20mV的步进调整，光这一点，就能够把市面上的很多芯片排除掉。
同时，由于USB PD标准一直在改变，适配器产品必须要采用MCU方案来支持，这样才可以通过线上线下更新软件来升级，但采用MCU，成本就很难降下去了。
Dialog半导体公司 CEO Jalal Bagherli表示，由于USB Type-C+PD快速充电协议一直在不断完善中，所以目前业内最快出现的一批Type-C+PD解决方案基本上都是基于MCU实现的，这使适配器变得过于复杂，而且成本更高，然而电源适配器的趋势则是逐代缩小尺寸并提供更多功率输出。
安森美FAE工程师认为，PD是否可以广为使用，取决于PD标准是否完全定下来。
USB PD与充电器趋势
USB PD 3.0热潮势不可挡，为抢攻市场商机，半导体业者纷纷推出新一代解决方案。 其中，德州仪器认为，新一代产品除持续提升效能，以满足USB PD 3.0相关规范之外，如何在产品中添加新意，以增进用户体验，也是不可或缺的重要设计关键。
德州仪器半导体营销与应用部门应用工程师陈奕宏指出，除上述所提的授权机制外，USB PD 3.0规格也新增多项可增进消费者使用体验的功能，例如“Fast role swap”便是其中之一。
陈奕宏表示，USB PD 2.0到USB PD 3.0，除了新增授权机制之外，实际上并没有太大的改变；而设计USB PD 3.0芯片，对于芯片商而言，软硬件的设计上也没有遭遇太大的技术挑战。 因此，如何增进用户体验才是未来产品设计重点，因为整个Type-C的定义目标就是对用户更友善，为实现此一目标，工程人员就须更加着重小细节，于产品研发时添加更多小巧思。
不难看出USB PD 3.0商机飞快成长，而不同产品相互供电/受电的兼容性，为目前开发商遭遇的最大挑战之一，蔡坚认为，未来产品的快充芯片的竞争力更应该体现在其兼容性上。
随着USB PD 3.0规格新增多项功能，市场对于使用USB充电之装置的需求快速成长，因此不符合规格与不兼容的USB配件(例如缆线)进入市场的可能性也大幅增加。 识别不兼容的USB产品成为极其重要的需求，特别是以USB PD为基础的高功率充电设计。
目前市场主流品牌旗舰机型大多使用高压快充，但高压快充最大的弊端在于功率损耗导致发热严重，在降低用户使用体验的同时，也给手机散热结构设计带来很多额外的成本。
从发展趋势上看，林尚毅认为，低电压高电流将是未来的方向。“虽然传统的高压充电还会存在，但是采用低电压高电流的需求将会变大。”
而德州仪器电池管理产品(BMS)大中华区市场和应用部门经理文司华表示，快充技术市场显然是百家争鸣，不过用户并不会在意行动装置采用的是哪一种快充技术，届时市场也仅会留下几种主流充电技术而已，因此高效率、散热佳的充电IC才是未来市场重点。
广东东莞迈科科技有限公司总工程师张新河也认为，做好电池的热管理也是快充技术的一部分，而且能否解决散热决定着快充技术的好坏。
我国是手机配件的重要生产国，市场规模及市场份额逐年递增。手机适配器作为快充应用中重要的一端，未来发展方向当然值得探讨。
安森美半导体的FAE工程师指出，适配器未来会向为两个极端走，一个是标准低成本的15W，而大于25W的倾向于采用PD协议。前面提到的FA/FB/FC/FD协议都是高电压快充，平均输出功率在25W以内，未来会转移到更低成本方案；FE协议属于大电流快充，平均输出功率在25W-35W，未来会趋向于电流电压同时提高，这一方向，比较成熟的方案就是PD协议了。
有专家认为，未来一两年内，主流的快充将会是在27W左右。例如，5V@5A的方案，不需要跑PD协议，只需要Type-C接口+E-Mark cable即可。
年度盛会即将举办
快充和无线充年度专业大会“第二届(深圳)智能快充与无线充电技术研讨会”，将于12月15日在深圳市龙岗珠江皇冠假日酒店隆重举报！作为行业技术盛会，高通、联发科、安森美、立錡等众多快充和无线充电芯片企业将联袂登场，为广大智能手机、电源适配器、充电头和移动电源等企业献上业界最新的技术解决方案。
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