前言
在欧盟宣布2024年统一使用Type-C口后，近期苹果新上市的iPhone 15系列最终也全系改用Type-C接口类型。有数据预测，在实现充电口统一后，不仅能为消费者节约2.5亿欧元/年的开销，还能减少1.1万吨的电子垃圾。使用Type-C口快充代替传统充电设备，能大大减少电子垃圾，提升充电效率，降低能源浪费。
最新的USB PD3.1快充标准，充电功率从原有的100W提升至240W甚至更高，并支持最大48V 的电压输出，快充场景也从消费电子等领域进一步延伸至物联网设备、智能家居、电动工具、通信和安防设备、汽车和医疗等领域。
统计数据显示，电动工具每年出货量过亿台，成为十大快充主流应用场景之一，然而电动工具的快充渗透率却不高。电动工具内置的动力电芯具有高性能的充放电能力，十分适合使用快充，消费者也对电动工具快充的需求也十分强烈。
南芯手持式电动工具快充方案
充电头网了解到南芯科技推出了一款手持式电动工具快充方案，这款方案主要由南芯科技自研的PD快充协议芯片SC2021A、电池保护芯片SC5650以及同步升降压控制芯片SC8815组成。
这款充电方案主要针对手持式电动工具Type-C双向充放电需求而设计，适用于多节电池升降压充放电，充电/放电功率高达65W，效率最高可达96.2%，同时待机电流仅为4μA，为用户提供了卓越的使用体验。该方案有着高效的充电管理，包括涓流充电、CC充电、CV充电和充电终止，能够实现快速、稳定的充电过程。无论是在工作还是待机状态下，它都能够有效地管理电池的充放电，确保电池寿命的延长和性能的稳定。
南芯手持式电动工具快充方案demo正背面展示，PCB板尺寸为40mm*40mm。
该方案在适配器上效果展示。
随着Type-C口的快速普及，搭载这款快充方案，在未来将不再需要使用专用的适配器充电，一套Type-C口快充即可完美适配日常充电需求。该快充方案还支持PD及多种快充协议，可对5V~20V适配器电压进行高效率升降压变换，对多组串电池进行充电。还支持最大60W的反向放电，可作为充电宝给其他Type-C口的便携设备进行快充，满足用户应急之需。
同时，该充电方案还具备多种保护功能，包括过充保护、过放保护、短路保护等，有效防止电池损坏和安全事故的发生。用户可以放心地使用该充电方案，无需担心电池的安全和稳定性问题。
以上为该方案在不同功率下的效率曲线。从图中可以看出，在电压为12V、电流约为2.225A时，效率最高，可达到96.24%的效率。同时，从图中还可以看出，该方案在电压为12V时效率最高，均能达到95%以上；而在电压为5V时效率最低。然而，总体来看，平均效率仍然保持在93%以上。
图为该方案充电曲线。
以上为该方案纹波和瞬态响应曲线。
以上为该方案在12V电压下的待机功耗测试结果。从图中可以明显看出，在待机的状态下，电流仅为0.004mA，也就是4μA。这一结果表明该方案在待机时具有非常低的功耗水平。
接下来，充电头网将对构成该方案的三款主要芯片进行详细讲解和解析。这三款芯片分别是快充协议芯片SC2021A、电池保护芯片SC5650以及同步升降压控制芯片SC8812。
SC2021A
南芯SC2021A是一款USB PD快充协议芯片，内部集成32位高性能MCU内核，2.5Kb内存和32Kb的MTP存储器，支持私有快充协议。
SC2021A 通过集成 USB PD 基带 PHY、Type-C检测、双 DPDM PHY、内置VBUS 放电路径、VCONN 电源、可编程反馈补偿、电压和电流检测、10-bit ADC、双10-bit DACs,、NMOS 栅极驱动器、I2C 接口和保护电路，来最大限度地减少外部组件。
南芯SC2021A支持多种保护机制，包括过压保护（OVP）、欠压保护（UVP）、过流保护（OCP）、短路保护（SCP）、过温保护（OTP）、DPDM过压保护、 CC过压保护、VCONN 过压保护、VCONN 过流保护和 VCONN 短路保护，有效保证系统稳定可靠运行，采用QFN 4*4-32封装。具备良好的协议兼容性和丰富的控制接口，可用于车充以及快充应用。
SC5650
SC5650是一颗用于2-5串电池组的电池保护芯片。芯片支持电池过压保护，电池欠压保护，三级放电过电流保护，充电过电流保护。SC5650还支持外接NTC热敏电阻，可实现电池高低温保护和芯片过热关断保护。其电压保护延时时间可由外置电阻灵活设定，芯片提供二级电池过电压保护和指示功能，可与保险丝配合使用，提高电池安全性。
南芯科技SC5650还支持级联应用，可使用两颗芯片，用于6-10串电池组使用。芯片具有极低的静态电流和保护精度，多种型号可以满足不同电压和不同种类的电池使用。
南芯SC5650采用20 pin TSSOP封装，可应用于电动工具、电动自行车、不间断电源备用电池等领域。
SC8815
南芯SC8815 是一款带I2C接口的同步升降压充电控制器，同时支持电池反向放电工作。芯片支持VBAT电池端36V高压工作，因此在适配器电压高于、低于或者等于电池电压时，均能保证1-6节锂电池应用。
当工作系统需要电池提供能量时，SC8815也支持电池反向放电工作，输出设定的电压，并且放电最高电压可达36V。用户通过I2C接口可以很方便地选择充电/放电模式，设置充电电流、充电电压、反向放电电压、限流值、开关频率及其它参数等。
SC8815内部集成的10位ADC，可以方便用户实时检测读取VBUS/VBAT电压和电流，另外，SC8815还可以支持适配器和设备的插拔检测，最大限度的减少外围电路及PCB Space，使系统设计极大地简化。SC8815支持内部限流保护、过压保护、输出短路保护和过温保护，从而保证了各种异常情况下的安全。SC8815提供32脚的4x4 QFN封装。
充电头网总结
南芯科技针对手持式电动工具TypeC双向充放电需求，推出了这款电动工具快充方案，该方案支持PD及多种快充协议，能够对5V~20V适配器电压进行高效率升降压变换，具备高功率充电和放电功能，最高效率可达96.2%。此外，该方案还具备多重保护功能和低电压纹波，能够确保电池的安全使用。南芯科技的这款电动工具快充方案不仅满足了手持式电动工具Type-C双向充放电的需求，还具备了高效、安全、可靠的特点，为电动工具行业带来了全新的解决方案。
南芯科技这套快充方案将为电动工具再次“赋能”。对于用户来说，无需携带专用充电器即可为电动工具充电，且具备放电功能可以作为充电宝使用对手机等便携电子设备进行补电。对厂家来说，无需附赠专用充电器，降低了企业生产成本。对环境来说，也避免了使用寿命到期后，新的电子垃圾的产生。
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