前言

追溯電源的發(fā)展歷史，至今已有70余年。20世紀(jì)50年代，美國 NASA 研制出第一代開關(guān)電源，它又被稱作交換式電源、開關(guān)變換器。隨著應(yīng)用的發(fā)展與需求，50多年前美國公司又研發(fā)出了最早的電源芯片，這顆芯片的到來，意味著電源芯片時(shí)代的正式開啟。

但最初的電源芯片是模擬形式實(shí)現(xiàn)的，可以實(shí)現(xiàn)最簡單的升、降壓功能。

那模擬電源芯片是什么？簡單的來說，模擬電源芯片就是用放大器、比較器、驅(qū)動(dòng)器、電阻、電容等模擬器件進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換和控制的芯片。其功能是實(shí)現(xiàn)不同電壓、電流間的轉(zhuǎn)換和控制。

但隨著電源行業(yè)的進(jìn)步，模擬電源芯片也出現(xiàn)了一些不足。

第一，模擬電源單芯片的優(yōu)勢是可以很簡便的實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的基本控制功能，但對(duì)單芯片的修改卻是無法實(shí)現(xiàn)的。可電源的需求極其碎片化，而為了滿足不斷出現(xiàn)的新設(shè)計(jì)需求，研發(fā)的模擬電源芯片型號(hào)就會(huì)越來越多，以至于高達(dá)幾萬種，這勢必需要大量的高級(jí)模擬芯片設(shè)計(jì)工程師、巨額資金投入，以及不可想象的研發(fā)時(shí)間投入等等。

第二，模擬電源芯片采用的是典型的“器件”設(shè)計(jì)思維，每顆模擬電源芯片只能做到負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)單一、簡單的電源轉(zhuǎn)換功能，每個(gè)電源都需要選擇大量的器件來完成一個(gè)完整的電源設(shè)計(jì)。這種電源設(shè)計(jì)方法帶來的直接結(jié)果就是：電源設(shè)計(jì)很難重用、設(shè)計(jì)效率極低、設(shè)計(jì)難度大、系統(tǒng)性能差。

第三，一顆模擬電源芯片從研發(fā)、投片、封裝測試、改版、量產(chǎn)，一般需要2年時(shí)間。所以用來研制數(shù)萬款芯片的時(shí)間，統(tǒng)計(jì)出來則是無法想象的天文數(shù)字。尤其是研發(fā)高端的車規(guī)級(jí)芯片，往往會(huì)需要高達(dá)3-5年。

第四，模擬電源芯片的研發(fā)需要具有多年經(jīng)驗(yàn)的“老師傅”，需要擁有大量的技術(shù)積累及應(yīng)用設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，尤其是要理解在產(chǎn)品應(yīng)用中的“陷阱”。而僅僅依靠芯片仿真軟件，并不能提高芯片設(shè)計(jì)的效率和成功率。

第五，數(shù)年的研發(fā)周期，數(shù)萬款模擬電源芯片，大量的研發(fā)投入和稀缺人才的需求，這些苛刻的現(xiàn)狀，帶來的直接結(jié)果就是模擬電源芯片的研發(fā)攤銷極大。如果將研發(fā)攤銷計(jì)入芯片成本，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)大量模擬電源芯片型號(hào)是虧損的。

在電源功能和要求還比較簡單的年代，模擬電源芯片設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，并能基本滿足電源的設(shè)計(jì)要求。隨后經(jīng)過50余年發(fā)展，當(dāng)今的電源已經(jīng)要求小型化、平臺(tái)化、數(shù)字化、智能化。

但傳統(tǒng)模擬電源芯片已經(jīng)無法滿足這些需求，隨之而來的結(jié)果就是：模擬芯片型號(hào)眾多，但仍遠(yuǎn)不能滿足電源行業(yè)的需求；芯片設(shè)計(jì)工程師奇缺，工資大幅上漲，研發(fā)攤銷遠(yuǎn)超芯片物理成本，如果將研發(fā)攤銷算入成本，大部分模擬電源芯片是虧損狀態(tài)；電源產(chǎn)品迭代速度緩慢且低效，且很難做知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)；模擬電源芯片設(shè)計(jì)技術(shù)遇到瓶頸，內(nèi)卷加劇，市場集中度低。

此時(shí)，數(shù)字電源芯片應(yīng)運(yùn)而生！

數(shù)字電源芯片的發(fā)展史

數(shù)字電源芯片是什么？數(shù)字電源芯片就是用數(shù)字信號(hào)處理的方式進(jìn)行電源的控制，這和傳統(tǒng)的用模擬器件進(jìn)行電源控制有著本質(zhì)的區(qū)別，也帶來了革命性的優(yōu)勢。

（模擬電源芯片結(jié)構(gòu)示意圖）

21世紀(jì)數(shù)字化浪潮襲來，電源也迎來了數(shù)字化革新。起初數(shù)字電源分兩個(gè)流派：硬件型ASIC（模擬電源數(shù)字化）和軟件型DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）。硬件型ASIC的優(yōu)勢是使用簡單、功能強(qiáng)大，但是成本比模擬電源芯片高，尤其是仍然無法解決每顆芯片功能固定，需要大量型號(hào)和反復(fù)開發(fā)的問題。這類公司以 primarion, zilker lab, intersil, iwatt, ADI, TI 等芯片公司作為代表。但是這一類芯片發(fā)展并不好最終全部走向失敗，而失敗的最根本的原因就是沒有解決模擬電源芯片最核心的問題——芯片功能固定和差異化需求之間的矛盾。

（數(shù)字電源芯片結(jié)構(gòu)示意圖）

軟件型數(shù)字電源芯片代表的，是 TI 的 C2000 和 ST, Microchip, Renesas 的 MCU 等。這類軟件型數(shù)字電源芯片使用靈活，可任意定制電源控制功能。其強(qiáng)大的功能，幾乎壟斷了大功率工業(yè)電源應(yīng)用。可軟件型數(shù)字電源芯片使用極其復(fù)雜，開發(fā)難度大、功耗大、體積大、成本昂貴，已近無法應(yīng)用于更加廣泛的中小功率應(yīng)用。

在這種背景下，中國公司蘇州易能和成都水芯率先在國際上提出了可重構(gòu)數(shù)字電源芯片架構(gòu)，徹底解決了模擬電源芯片固化的缺陷和傳統(tǒng)數(shù)字電源芯片的缺陷，使得數(shù)字電源芯片全面替代模擬電源芯片成為可能。

中國數(shù)字電源芯片開端與發(fā)展

2011年，成都水芯電子（以下簡稱水芯）創(chuàng)始人吳鈺淳提出了可重構(gòu)數(shù)字電源芯片概念，強(qiáng)調(diào)了數(shù)字電源芯片最大的優(yōu)勢——可重構(gòu)。目前可重構(gòu)數(shù)字電源芯片技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)和商業(yè)模式驗(yàn)證，其最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)模擬電源芯片全面數(shù)字化、智能化和平臺(tái)化。

可重構(gòu)數(shù)字電源芯片的核心優(yōu)勢是利用軟件定義電源芯片，用少量型號(hào)實(shí)現(xiàn)客戶千千萬萬種定制化需求，而不用反復(fù)芯片研發(fā)、流片。與傳統(tǒng)的軟件型數(shù)字電源芯片不同的是該芯片成本低，甚至將比傳統(tǒng)模擬電源芯片更便宜。同時(shí)可重構(gòu)數(shù)字電源芯片是為電源設(shè)計(jì)專門定制的控制器，而不是通用DSP（數(shù)字信號(hào)處理器），因此使用更加簡單、功能強(qiáng)大、功耗低、體積小。

目前市場上，除了大功率電源依靠數(shù)字控制外，大多都是模擬控制。這是因?yàn)樵S多模擬電源系統(tǒng)經(jīng)過了多年的檢驗(yàn)，可靠性很高。但隨著電源系統(tǒng)的性能、可靠性、穩(wěn)定性、體積、智能化和定制化程度不斷提高，數(shù)字控制已經(jīng)成為電源行業(yè)的強(qiáng)烈需求。

2011年，水芯創(chuàng)始人吳鈺淳正式在國內(nèi)開啟了可重構(gòu)數(shù)字電源芯片時(shí)代，強(qiáng)調(diào)了數(shù)字電源芯片最大的優(yōu)勢——可重構(gòu)。這一概念的提出，在中國市場上掀起了波瀾。在經(jīng)歷了近10年的不斷探索精進(jìn)，成都水芯電子正式成立，這也是國內(nèi)少數(shù)專注于可重構(gòu)數(shù)字電源的芯片公司。

成都水芯介紹及核心技術(shù)優(yōu)勢

成都水芯電子創(chuàng)始人吳鈺淳先生畢業(yè)于清華大學(xué)微電子研究所，曾在模擬芯片泰斗 ADI 負(fù)責(zé)數(shù)字電源芯片 ADP1043 研發(fā)工作。該芯片也獲得了 EDN 全球電源芯片創(chuàng)新第一名?；貒?，吳鈺淳先生率先在國內(nèi)創(chuàng)辦了數(shù)字電源芯片公司——蘇州易能微電子科技有限公司，致力投入于研究出中國自己的數(shù)字電源芯片。

2014年，易能公司率先在國內(nèi)量產(chǎn)了可重構(gòu)數(shù)字電源SOC芯片 EDP2036，引發(fā)了中國電源芯片領(lǐng)域的技術(shù)革新。其他公司推出半數(shù)字化電源芯片，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了芯片在特定領(lǐng)域中可以進(jìn)行功能定制，但仍然無法改變電源控制功能這一核心問題，實(shí)現(xiàn)形式僅是MCU+模擬電源芯片的結(jié)合。在快充領(lǐng)域，目前市場也幾乎全部是電源SOC芯片作為主要形式，傳統(tǒng)的模擬電源芯片已經(jīng)很難再有競爭力。

2015年易能公司憑借可重構(gòu)數(shù)字電源芯片獲得中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽（簡稱“國賽”）的電子信息行業(yè)全國冠軍。2016年易能公司在業(yè)界率先研發(fā)了十幾個(gè)型號(hào)全系列快充芯片，包括100W升降壓快充SOC芯片，性能相比同類產(chǎn)品具備優(yōu)勢?？墒朗露嘧儯?yàn)橐恍┰?，易能公司遺憾中止經(jīng)營。經(jīng)過不斷的總結(jié)與再積累，2020年成都水芯電子公司涅槃重生，蓄勢啟航！

2021年，水芯研發(fā)出了全新的可重構(gòu)數(shù)字電源芯片，本次產(chǎn)品再次拔高了快充行業(yè)的技術(shù)高度。并且已有多個(gè)行業(yè)龍頭客戶在產(chǎn)品的應(yīng)用上，率先采用了水芯的可重構(gòu)數(shù)字電源芯片。產(chǎn)品測試生產(chǎn)面世后，已得到了非常不錯(cuò)的市場口碑。2022年初，水芯收獲了數(shù)千萬天使輪投資，憑借其超前高效的研發(fā)速度，現(xiàn)已將高端消費(fèi)類、工業(yè)類等領(lǐng)域中卡脖子的芯片，陸續(xù)研發(fā)量產(chǎn)出來，并獲得多家頭部客戶的青睞。

傳統(tǒng)數(shù)字電源芯片的應(yīng)用領(lǐng)域主要在大功率電源，例如CPU電源、光伏逆變、汽車充電樁、OBC、通信電源、服務(wù)器電源、工業(yè)電源等。

而現(xiàn)如今，數(shù)字電源的觸角已經(jīng)延伸到家電、消費(fèi)類電子等。據(jù)悉，應(yīng)市場需求變化，部分公司在產(chǎn)品研發(fā)上，已將全部電源應(yīng)用的板塊開始數(shù)字化。甚至連消費(fèi)類領(lǐng)域的快充、便攜式儲(chǔ)能等，也開始全面數(shù)字化。

目前，作為快充領(lǐng)域的龍頭企業(yè)深圳倍思科技已和水芯達(dá)成戰(zhàn)略合作，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全部快充產(chǎn)品的數(shù)字化。而快充充電器AC/DC（交流轉(zhuǎn)直流）控制芯片也開始數(shù)字化趨勢?？梢灶A(yù)見未來十年模擬電源芯片將實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化，甚至包括手機(jī)、筆電、小家電、電子煙等等各種消費(fèi)類領(lǐng)域電源芯片都將數(shù)字化。

不論工業(yè)類客戶還是消費(fèi)類客戶，選擇數(shù)字電源芯片的核心邏輯都是相似的，數(shù)字電源芯片其獨(dú)有的、強(qiáng)大的性能優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了電源設(shè)計(jì)的差異化、平臺(tái)化、智能化，有效的提高電源研發(fā)的效率。而水芯電子也在努力為電源芯片全面數(shù)字化這一歷史進(jìn)程而努力奮斗。

消費(fèi)類客戶需要產(chǎn)品差異化來獲得更高毛利，可模擬電源芯片屬于通用器件，無法保證客戶的設(shè)計(jì)不被抄襲。水芯其核心研發(fā)產(chǎn)品——可重構(gòu)數(shù)字電源芯片，正好可以幫助消費(fèi)類客戶快速定制出需要的電源芯片，很好的保護(hù)客戶的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。可重構(gòu)數(shù)字電源芯片是系統(tǒng)級(jí)芯片，可以實(shí)現(xiàn)模擬電源芯片無法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)效率、溫度、體積和成本。

快充行業(yè)龍頭企業(yè)深圳倍思研發(fā)副總裁陳龍扣認(rèn)為：“倍思作為快充行業(yè)的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，將數(shù)字電源芯片技術(shù)作為未來公司的戰(zhàn)略技術(shù)方向。水芯是倍思數(shù)字電源芯片技術(shù)戰(zhàn)略合作的供應(yīng)商。水芯在數(shù)字電源芯片十年磨一劍的深厚技術(shù)沉淀給我們帶來了前所未有的快速電源芯片定制的能力，從而我們可以快速設(shè)計(jì)出與眾不同的高品質(zhì)產(chǎn)品，更好滿足客戶差異化需求。這是傳統(tǒng)模擬電源芯片所無法比擬的。我們希望水芯的可重構(gòu)數(shù)字電源芯片技術(shù)將在未來快速應(yīng)用在各種消費(fèi)類和工業(yè)類市場，給行業(yè)帶來全新的價(jià)值。”

市場需求日新月異，而對(duì)于像汽車、通信、服務(wù)器、工業(yè)、新能源等高端領(lǐng)域，幾乎全部被國外芯片公司壟斷，尤其是在大功率數(shù)字電源芯片的研發(fā)生產(chǎn)上，更是最為稀缺的。水芯可重構(gòu)數(shù)字電源芯片不僅可以替代國外的數(shù)字電源芯片，而且使用更加簡便，比模擬電源芯片研發(fā)效率更高，功能更加強(qiáng)大，成本更優(yōu)。

從功率上看，100W以上電源用數(shù)字控制有明顯優(yōu)勢；30-100W 以內(nèi)數(shù)字電源比模擬電源集成度更高，功能更強(qiáng)大，一致性更強(qiáng)，靈活度更高，型號(hào)更少，性價(jià)比更高；30W 以內(nèi)電源芯片多集成 MOS，而數(shù)字電源最大的優(yōu)勢是成本更低，型號(hào)更少，靈活度更高，抗干擾能力更強(qiáng)，一致性更好。

可以預(yù)測，就在未來十年內(nèi)，模擬電源芯片將被大規(guī)模數(shù)字化！

成都水芯數(shù)字電源芯片介紹

國內(nèi)數(shù)字電源芯片領(lǐng)域的代表企業(yè)——成都水芯電子，其發(fā)展理念與技術(shù)核心都是數(shù)字電源芯片業(yè)內(nèi)的獨(dú)立擔(dān)當(dāng)。不同于傳統(tǒng)的軟件型和硬件型數(shù)字電源芯片，成都水芯提出的可重構(gòu)數(shù)字電源芯片在技術(shù)上結(jié)合了二者的優(yōu)勢，弱化其劣勢。實(shí)現(xiàn)成本更低、使用方便、功耗小、集成度更高。

成都水芯現(xiàn)已面世的產(chǎn)品中，以快充產(chǎn)品線為例，在單芯片已實(shí)現(xiàn)了十余種快充的應(yīng)用，并且已全系列產(chǎn)品達(dá)到 PD 3.1 的快充應(yīng)用。水芯研發(fā)的可重構(gòu)數(shù)字電源芯片，在芯片效率、集成度、成本、功能等核心技術(shù)上，具備強(qiáng)大競爭力。

同時(shí)，成都水芯生產(chǎn)的快充系列芯片應(yīng)用也十分廣泛，小家電、電動(dòng)工具、筆記本、電子煙、工業(yè)電源等都可以完全適用，這更能很好的體現(xiàn)出可重構(gòu)數(shù)字電源芯片的特點(diǎn)和優(yōu)勢。可重構(gòu)數(shù)字電源芯片以強(qiáng)大優(yōu)勢，將大規(guī)模應(yīng)用于以快充為代表的高端消費(fèi)類電子領(lǐng)域，快充行業(yè)的市場格局也將發(fā)生改變。

在工業(yè)類領(lǐng)域的電源芯片研發(fā)中，水芯率先設(shè)計(jì)完成了CPU電源芯片，此產(chǎn)品在2022年內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)TI公司的C2000系列產(chǎn)品的替代。這也是解決了中國汽車、工業(yè)、通信、服務(wù)器、新能源等領(lǐng)域的卡脖子芯片，其意義非常重大。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

國產(chǎn)芯片的崛起之路任重道遠(yuǎn)，卻未來可期。而成都水芯電子研發(fā)的可重構(gòu)數(shù)字電源芯片是否能打破國外芯片公司的壟斷格局，實(shí)現(xiàn)模擬電源芯片全面數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)中國電源芯片換道超車，讓我們拭目以待！