在6月26日，充电头网举办了2024电动工具新技术线上研讨会，旨在深入了解各大芯片企业对电动工具领域的最新技术和解决方案，参会者们通过在线平台聚集一堂，共同探讨未来电动工具发展的关键技术趋势。
在本次研讨会中，南芯科技系统方案经理Frank Du为我们讲述了南芯科技产品在电动工具中的应用。
针对电动工具应用，南芯有丰富的产品矩阵。首先是直流charger，常用于电动工具内，为电池包提供CC-CV充电。第二部分产品是无线充电产品，南芯可提供5W到50W的解决方案。第三部分产品主要针对AC-DC电源，提供18W到200W的完整解决方案。第四部分是DC-DC产品，涵盖各种buck、boost以及buck-boost转换器。第五部分是协议类产品，第六部分是BMS产品。
这是一个电动工具的典型应用框图。左上角的USB-C为输入输出接口，协议芯片可以用来进行协议握手，内部的SC8815和SC8808主要用于中低以及高串数电池充放电应用，USB-A口作为输出口，下方的DC口是输入口，如果AC-DC电源本身带有CC-CV功能，则不需要额外的DC-DC charger；否则，需要一个DC-DCcharger为电池提供CC-CV充电。
最下面是一个无线发射端，通过DC-DC转换器从电池侧获取9V或12V电压，通过Tx（无线发射芯片）SC9608输出10W-15W的功率。中间部分是电池包的BMS，SC5550可以支持最多15串电池的保护。右边的Buck转换器可以将电池包的高电压转换为5V为系统供电。
针对电动工具，南芯科技有一系列参考设计方案。AC-DC电源通过DC口或充电座进行恒流恒压充电，针对5串电池做了一个63W的CC-CV参考设计。
针对USBC口AC/DC充电，南芯科技提供了两个参考设计，一个是100W，另一个是140W，分别对应PD3.0和PD3.1标准，可提供20V/5A和28V/5A的充电方案。通过USBC口进入后，需要一个DC-DC charger。南芯科技有针对3-5串电池的100W DC/DC充电方案，以及3-5串电池的65W DC/DC充电方案，这两个方案都是双向的。
而BC-07，支持2-4串电池的30W方案，这是一个单向的充电方案，相对于上述两款方案来说成本更低一些。
南芯科技针对电动工具推出1C/1A转换座充电方案。传统的充电方式充电功率通常较小，约20W左右，而且由于输出线的原因，恒流恒压的精度并不高。
国外的一些头部厂家在电池包上安装转换模块。通过这个转换模块，可以使用USB-C适配器进行充电。电动工具的这种USB-C充电渗透率正在逐渐提高。提高渗透率，需要满足以下三个前提条件：
一、转换模块的成本要足够低。目前推出的方案，其价格与传统充电方案几乎相当。
二、消费者家中已经有USB-C充电器，这样购买电动工具时，只需购买一个电池包充电转换模块，无需额外购买充电器。家中的USB-C充电器（如手机或笔记本充电器）就可以给电动工具充电。
三、电动工具的快充逐渐成为主流。当用户习惯了100W的快充后，很难再接受过去20W的充电方式。
通过使用充电转换模块，有以下几个优点：
1.更精准的CC-CV充电，因为转换模块位于电池端，CC-CV的精度更高。
2.家中的充电器可以统一使用，不需要专用的电动工具充电器。
3.可以作为户外电源使用，电动工具的电池包可以为移动设备（如手机、电脑）充电。
4.更高的充电功率，传统充电方式是20W，通过USBC充电模块可以提供高达100W的充电功率。
5.更经济的系统成本，两个电池包可以共享同一个充电模块。
6.减少充电器损坏的焦虑，家里的手机、笔记本电脑充电器都可以为电动工具的电池包充电。
以上方案框图中使用了南芯科技的两款芯片，一个是SC8815，这是一款Buck-Boost控制器。另一款芯片是协议芯片SC2001，主要针对1C/1A的DRP应用。整个参考设计可以应用于3-5串电池包，充电功率最高可达100W，静态电流只有4μA。
这个静态电流指标对于电动工具非常重要，如果用户忘记将转换板从电池包上拔下，较大的待机电流会加速电池电量耗尽。这款方案的充电管理包括CC-CV充电和充电截止，充电效率高达98%，热性能良好，支持市面上主流的快充协议，并提供低输出纹波和丰富的保护功能。
这是实际设计的一个100W参考设计，其充电口和放电口是分开的，针对目前市面上的主流电池接口进行设计。
65W参考设计相比100W设计，PCB尺寸更小，被动元件尺寸更小，因此成本更低。同时该设计还设计了一个温度检测口，可以检测电池包的温度，只有电池包在合理的温度范围内才允许充电和放电。
以上为这款65W参考设计的效率曲线，放电效率高达97.5%，最高温度点仅为53度，效率和热性能表现优秀。
以上为这款方案放电时的输出纹波，在20V3.25V条件下，65W放电时输出纹波小于200mV。右边是实测的待机电流，只有4μA。
这是BC-07方案介绍，前两个参考设计是双向的，这个单向充电设计使用了协议芯片NX17652进行协议握手。功率部分SC8905或SC8910集成了四个开关管，使设计极简。
以上展示了100W和140W的参考设计。100W和140W的设计共用一块板子，只在变压器选择上有些许不同。板子包含PFC和反激两部分，均采用南芯科技全套解决方案。PFC部分采用了SC3252，这是一款100W的PFC合封氮化镓芯片。
SC3058是一款100W的反激合封氮化镓芯片。右边是同步整流驱动器SC3503，右下角的小板上有PD3.0协议芯片SC2151A，以及支持PD3.1和28V输出的SC2156协议芯片。
这是这款100W方案的实测效率曲线，在230V和115V条件下的实测效率曲线。右边是满功率下的热云图。
以上为南芯63W方案，恒流恒压充电demo图，针对五串电池包进行恒流恒压充电，从11V到21V进行恒流充电，到21V后进入恒压阶段。
以上为63W方案的CC-CV的效率曲线及热云图。
SC8815双向升降压控制器，支持一到六串电池包充放电管理，包括CC-CV充电及截止，支持反向放电。电池电压和VBUS电压范围为2.5V到36V。充电电流和电压可以通过编程设定，放电电压也可编程。右边是典型应用框图。
SC8808是即将推出的高压升降压控制器，支持4到80V输入电压，充电电压最高支持16串锂电池、18串磷酸铁锂电池及各种铅酸电池。充电电流最大支持50A，反向放电支持5到48V输出，兼容市面上的PD3.1输出范围。输出最大电流支持到50A，电压电流配置可以通过I2C或外部电阻设定，方便工程师使用。同时输入输出电流具备电流检测功能，开关频率可设定在80KHz到480KHz范围，方便优化外围被动元件及效率，并支持频率抖频处理EMI问题。
这是典型应用电路图，左边支持USBC输入及DC输入，右边接电池，支持最高16串锂电池。该芯片优点包括宽压输入输出，支持85V最大输入输出，电压电流设定支持外部或内部I2C配置，驱动既可用内部5V也可用外部10V，外部10V供电可以降低芯片功耗和温升，并提高系统效率。
SC8808支持MPPT自动算法。左边的图展示了它可以从太阳能板的开路电压进行扫描，最低扫描电压点可通过MCU提前设定。整个过程中，SC8808芯片会自动完成扫描和计算，并根据太阳能板的输出功率来设定最大功率点，用户可以选择是按照输入功率还是输出功率来设定。SC8808支持一到三串太阳能板，最大支持80V开路电压。
以上是协议芯片SC2001。SC2001既可以作为source也可以作为sink，是一个双向DRP应用芯片，支持PD3.0，有四组DP-DM，支持主流快充协议。输出电压范围为2.7到24.5V，可以实现最高20V的输出，集成了5V和1.8V LDO，外围简化。内置32K MTP，内置2K RAM。
SC8171是一款100V的Buck芯片，适用于高串数的电动工具，如园林工具，可将16串电池电压（如64V）转换成5V供电。SC8171支持5V到100V输入，连续输出电流为1.2A，内部集成上下管，1.2V参考电压，精度为1%，静态电流低，开关频率可调，采用COT控制模式，动态响应好。
SC814XY系列是最新推出的36V 1-4A降压转换器芯片，输入范围为3到36V，静态电流为35μA，工作温度范围为-40度到150度，内部集成上下管，有固定频率版本和变频版本。适用于低串数电池的电动工具，如八串电池以内的应用，可将电池包电压转换为更低电压，给系统供电。
充电头网总结南芯科技凭借其丰富的产品矩阵，为电动工具提供了全面而高效的解决方案。从DC-DC转换器到无线充电，再到AC-DC电源和协议类产品，南芯科技的技术应用涵盖了电动工具的各个关键环节，确保了电池的高效充电和安全管理。同时，通过不断创新，南芯科技的产品不仅提升了电动工具的性能，还大大提高了用户的使用体验。未来，随着技术的进一步发展，南芯科技将继续为用户提供更加高效的解决方案。
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