安营扎寨 安“芯”户外 | 芯海科技CS32G020的户外电源应用

随着人们物质生活水平的提高，亲近大自然的户外运动热潮不可阻挡，成为新世代年轻人更加热衷的健康生活方式。但是，对于从事于户外工作，热爱自驾游、热爱户外运动的人们来说，户外生活中缺电是亟待解决的难题，因而“户外电源”新品类应运而生。

机构数据显示，自2016年到2021年，全球户外电源出货量增幅超90倍。早期产业主要集中在出口市场，近年来随着国内储能产业的飞速发展，户外电源开始逐步传导到国内市场，产业规模与市场销量持续猛增。

户外电源与充电宝的区别

所谓户外电源产品，从用户层面可以简单理解为传统充电宝的“大型化”。大型化主要体现在几方面：

√  功率大型化

√  目标设备大型化

√  输出电压大型化

√  输出接口大型化

√  接口数量大型化

户外电源与传统充电宝的产品差异化说明

但是，从技术角度来剖析，户外电源与传统充电宝存在天壤之别。目前，充电宝产品已经发展到了白热化阶段，整个系统技术设计路线都是围绕极致的成本追求和集成化追求发展，充电宝SOC芯片可以说除了电感、电容、接口、按键等不能集成的器件外，几乎把所有能集成的功能都集成到芯片里面去了。而户外电源产品当前正处于快速增长阶段，整个系统技术设计路线是围绕极致安全可靠和系统模块化的两大诉求发展。

户外电源产品的系统应用设计架构图

由上图可以看到户外电源产品涉及的电源模块非常多，并且涉及到AC-DC双向逆变、大功率充放电管理等技术，存在很高的电源技术设计门槛，系统设计难度可以说是传统充电宝的指数倍。

芯海PD芯片的户外电源应用

在户外电源的系统架构中，主控MCU是整个储能产品的核心控制大脑，主要负责与各个电源接口模块通信管理和系统控制管理，其中系统控制又包括显示管理、按键管理、温控管理、照明管理、蓝牙通信管理、风扇模块管理。

虽然中央主控MCU处理能力很强，但是由于“中央”事务非常繁忙，且外部电源模块的“琐事”实在太多，因此也很难两者兼顾。因此，外部电源模块的“琐事”通常会安排到各个“地方”主控进行管理。“地方”主控只需要把“中央”主控想要了解的信息上传下达即可。

户外电源的外部电源模块主要包括双向逆变AC-DC转换模块、应急启动电源DC头输出模块、无线充管理模块、C口快充电源模块、A口快充电源模块。“中央”主控与“地方”主控的通信交互接口方式一般为IIC接口，也有UART接口或SPI接口。

随着PD协议及UFCS协议的普及，户外电源产品对于C口快充电源模块“地方”主控MCU的要求越来越高。除了需要支持PD协议、SCP协议、AFC协议、QC协议、VOOC协议、UFCS协议等多种协议之外，还要能够根据与终端协商情况，分别控制多路独立DCDC输出给到终端充电，还能支持多种通信接口把C口的协议情况及功率情况上报给“中央”主控MCU。

对于该“地方”MCU主控要求，芯海科技CS32G020可以完美胜任。CS32G020支持两路独立PD快充+两路独立多协议快充，27个外部GPIO口可以同时控制两路BUCK/BOOST电源，并且支持多种外设接口包括IIC、SPI、UART。安全方面CC耐压支持25V，Latch Up 400mA，ESD-8KV。

除此之外，芯海科技针对UFCS协议推出了专用协议芯片：CPW3101。该产品可以支持双向UFCS通信控制，可用于储能电源、手机、PC、平板等终端产品当中。

基于CS32G020+CPW3101的储能产品C接口电源模块设计如下：

在该C口电源模块设计中，一颗CS32G020芯片可同时对两个C口进行独立充放电管理，在满足户外电源模块化主流设计的基础上，大大降低模块的BOM成本以及模块体积。

芯海科技作为国内首批推出USB PD快充协议芯片的芯片原厂，参与了中国快充行业标准UFCS的制定。近年来，公司针对各个细分的应用领域，相继推出多款PD快充旗舰新品，在安全性、易用性等方面精益求精，实现了PD快充产品全领域的系列化布局，能够为客户的终端产品PD快充应用提供更有针对性的系统性解决方案。

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芯海科技（深圳）股份有限公司（股票代码：688595）成立于2003年9月，是一家集感知、计算、控制、连接于一体的全信号链集成电路设计企业，专注于高精度ADC、高可靠性MCU、测量算法以及AIoT一站式解决方案的研发设计。产品和方案广泛应用于工业测量与工业控制、通信与计算机、锂电管理、消费电子、汽车电子、智慧家居、智能仪表、智慧健康等领域。芯海科技作为同时拥有模拟信号链和MCU双平台驱动的集成电路设计企业，也是少数拥有物联网整体解决方案的集成电路设计企业之一，与客户A、荣耀、vivo、OPPO、小米、华米、紫米、麦克韦尔、飞科、汇川、汉威、四方光电、南方电网、德朔、美的、香山衡器、乐心医疗、锂电某龙头公司等知名企业持续保持紧密合作，成为鸿蒙智联（HarmonyOS Connect）生态合作伙伴。芯海科技总部位于深圳，在合肥、西安、成都、上海设立子公司，是国家级高新技术企业，被广东省科技厅认定为“广东省物联网芯片开发与应用工程技术研究中心”，获得国家级专精特新“小巨人”称号。公司获批设立了市级博士后创新实践基地，建有可靠性检测中心、健康测量实验室、感知实验室、MCU实验室。截止到2022年上半年，芯海科技累计拥有全球专利申请近800件，累计拥有已授权专利近350件（含美国专利），拥有专利数量在科创板芯片设计上市公司中名列前茅。

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