前言

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

但最初的電源芯片是模擬形式實現的，可以實現最簡單的升、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、驅動器、電阻、電容等模擬器件進行電源轉換和控制的芯片。其功能是實現不同電壓、電流間的轉換和控制。

但隨著電源行業的進步，模擬電源芯片也出現了一些不足。

第一，模擬電源單芯片的優勢是可以很簡便的實現對電源的基本控制功能，但對單芯片的修改卻是無法實現的。可電源的需求極其碎片化，而為了滿足不斷出現的新設計需求，研發的模擬電源芯片型號就會越來越多，以至于高達幾萬種，這勢必需要大量的高級模擬芯片設計工程師、巨額資金投入，以及不可想象的研發時間投入等等。

第二，模擬電源芯片采用的是典型的“器件”設計思維，每顆模擬電源芯片只能做到負責實現單一、簡單的電源轉換功能，每個電源都需要選擇大量的器件來完成一個完整的電源設計。這種電源設計方法帶來的直接結果就是：電源設計很難重用、設計效率極低、設計難度大、系統性能差。

第三，一顆模擬電源芯片從研發、投片、封裝測試、改版、量產，一般需要2年時間。所以用來研制數萬款芯片的時間，統計出來則是無法想象的天文數字。尤其是研發高端的車規級芯片，往往會需要高達3-5年。

第四，模擬電源芯片的研發需要具有多年經驗的“老師傅”，需要擁有大量的技術積累及應用設計經驗，尤其是要理解在產品應用中的“陷阱”。而僅僅依靠芯片仿真軟件，并不能提高芯片設計的效率和成功率。

第五，數年的研發周期，數萬款模擬電源芯片，大量的研發投入和稀缺人才的需求，這些苛刻的現狀，帶來的直接結果就是模擬電源芯片的研發攤銷極大。如果將研發攤銷計入芯片成本，我們會發現大量模擬電源芯片型號是虧損的。

在電源功能和要求還比較簡單的年代，模擬電源芯片設計技術已經相當成熟，并能基本滿足電源的設計要求。隨后經過50余年發展，當今的電源已經要求小型化、平臺化、數字化、智能化。

但傳統模擬電源芯片已經無法滿足這些需求，隨之而來的結果就是：模擬芯片型號眾多，但仍遠不能滿足電源行業的需求；芯片設計工程師奇缺，工資大幅上漲，研發攤銷遠超芯片物理成本，如果將研發攤銷算入成本，大部分模擬電源芯片是虧損狀態；電源產品迭代速度緩慢且低效，且很難做知識產權保護；模擬電源芯片設計技術遇到瓶頸，內卷加劇，市場集中度低。

此時，數字電源芯片應運而生！

數字電源芯片的發展史

數字電源芯片是什么？數字電源芯片就是用數字信號處理的方式進行電源的控制，這和傳統的用模擬器件進行電源控制有著本質的區別，也帶來了革命性的優勢。

（模擬電源芯片結構示意圖）

21世紀數字化浪潮襲來，電源也迎來了數字化革新。起初數字電源分兩個流派：硬件型ASIC（模擬電源數字化）和軟件型DSP（數字信號處理器）。硬件型ASIC的優勢是使用簡單、功能強大，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，需要大量型號和反復開發的問題。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。

（數字電源芯片結構示意圖）

軟件型數字電源芯片代表的，是 TI 的 C2000 和 ST, Microchip, Renesas 的 MCU 等。這類軟件型數字電源芯片使用靈活，可任意定制電源控制功能。其強大的功能，幾乎壟斷了大功率工業電源應用?？绍浖蛿底蛛娫葱酒褂脴O其復雜，開發難度大、功耗大、體積大、成本昂貴，已近無法應用于更加廣泛的中小功率應用。

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數字電源芯片架構，徹底解決了模擬電源芯片固化的缺陷和傳統數字電源芯片的缺陷，使得數字電源芯片全面替代模擬電源芯片成為可能。

中國數字電源芯片開端與發展

2011年，成都水芯電子（以下簡稱水芯）創始人吳鈺淳提出了可重構數字電源芯片概念，強調了數字電源芯片最大的優勢——可重構。目前可重構數字電源芯片技術已經實現大規模量產和商業模式驗證，其最終目標是實現模擬電源芯片全面數字化、智能化和平臺化。

可重構數字電源芯片的核心優勢是利用軟件定義電源芯片，用少量型號實現客戶千千萬萬種定制化需求，而不用反復芯片研發、流片。與傳統的軟件型數字電源芯片不同的是該芯片成本低，甚至將比傳統模擬電源芯片更便宜。同時可重構數字電源芯片是為電源設計專門定制的控制器，而不是通用DSP（數字信號處理器），因此使用更加簡單、功能強大、功耗低、體積小。

目前市場上，除了大功率電源依靠數字控制外，大多都是模擬控制。這是因為許多模擬電源系統經過了多年的檢驗，可靠性很高。但隨著電源系統的性能、可靠性、穩定性、體積、智能化和定制化程度不斷提高，數字控制已經成為電源行業的強烈需求。

2011年，水芯創始人吳鈺淳正式在國內開啟了可重構數字電源芯片時代，強調了數字電源芯片最大的優勢——可重構。這一概念的提出，在中國市場上掀起了波瀾。在經歷了近10年的不斷探索精進，成都水芯電子正式成立，這也是國內少數專注于可重構數字電源的芯片公司。

成都水芯介紹及核心技術優勢

成都水芯電子創始人吳鈺淳先生畢業于清華大學微電子研究所，曾在模擬芯片泰斗 ADI 負責數字電源芯片 ADP1043 研發工作。該芯片也獲得了 EDN 全球電源芯片創新第一名。回國后，吳鈺淳先生率先在國內創辦了數字電源芯片公司——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字電源芯片。

2014年，易能公司率先在國內量產了可重構數字電源SOC芯片 EDP2036，引發了中國電源芯片領域的技術革新。其他公司推出半數字化電源芯片，其優點是實現了芯片在特定領域中可以進行功能定制，但仍然無法改變電源控制功能這一核心問題，實現形式僅是MCU+模擬電源芯片的結合。在快充領域，目前市場也幾乎全部是電源SOC芯片作為主要形式，傳統的模擬電源芯片已經很難再有競爭力。

2015年易能公司憑借可重構數字電源芯片獲得中國創新創業大賽（簡稱“國賽”）的電子信息行業全國冠軍。2016年易能公司在業界率先研發了十幾個型號全系列快充芯片，包括100W升降壓快充SOC芯片，性能相比同類產品具備優勢?？墒朗露嘧?，因為一些原因，易能公司遺憾中止經營。經過不斷的總結與再積累，2020年成都水芯電子公司涅槃重生，蓄勢啟航！

2021年，水芯研發出了全新的可重構數字電源芯片，本次產品再次拔高了快充行業的技術高度。并且已有多個行業龍頭客戶在產品的應用上，率先采用了水芯的可重構數字電源芯片。產品測試生產面世后，已得到了非常不錯的市場口碑。2022年初，水芯收獲了數千萬天使輪投資，憑借其超前高效的研發速度，現已將高端消費類、工業類等領域中卡脖子的芯片，陸續研發量產出來，并獲得多家頭部客戶的青睞。

傳統數字電源芯片的應用領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、服務器電源、工業電源等。

而現如今，數字電源的觸角已經延伸到家電、消費類電子等。據悉，應市場需求變化，部分公司在產品研發上，已將全部電源應用的板塊開始數字化。甚至連消費類領域的快充、便攜式儲能等，也開始全面數字化。

目前，作為快充領域的龍頭企業深圳倍思科技已和水芯達成戰略合作，目標是實現全部快充產品的數字化。而快充充電器AC/DC（交流轉直流）控制芯片也開始數字化趨勢?？梢灶A見未來十年模擬電源芯片將實現全面數字化，甚至包括手機、筆電、小家電、電子煙等等各種消費類領域電源芯片都將數字化。

不論工業類客戶還是消費類客戶，選擇數字電源芯片的核心邏輯都是相似的，數字電源芯片其獨有的、強大的性能優勢，實現了電源設計的差異化、平臺化、智能化，有效的提高電源研發的效率。而水芯電子也在努力為電源芯片全面數字化這一歷史進程而努力奮斗。

消費類客戶需要產品差異化來獲得更高毛利，可模擬電源芯片屬于通用器件，無法保證客戶的設計不被抄襲。水芯其核心研發產品——可重構數字電源芯片，正好可以幫助消費類客戶快速定制出需要的電源芯片，很好的保護客戶的知識產權，并縮短產品上市時間?？芍貥嫈底蛛娫葱酒窍到y級芯片，可以實現模擬電源芯片無法實現的系統效率、溫度、體積和成本。

快充行業龍頭企業深圳倍思研發副總裁陳龍扣認為：“倍思作為快充行業的技術領導企業，將數字電源芯片技術作為未來公司的戰略技術方向。水芯是倍思數字電源芯片技術戰略合作的供應商。水芯在數字電源芯片十年磨一劍的深厚技術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計出與眾不同的高品質產品，更好滿足客戶差異化需求。這是傳統模擬電源芯片所無法比擬的。我們希望水芯的可重構數字電源芯片技術將在未來快速應用在各種消費類和工業類市場，給行業帶來全新的價值。”

市場需求日新月異，而對于像汽車、通信、服務器、工業、新能源等高端領域，幾乎全部被國外芯片公司壟斷，尤其是在大功率數字電源芯片的研發生產上，更是最為稀缺的。水芯可重構數字電源芯片不僅可以替代國外的數字電源芯片，而且使用更加簡便，比模擬電源芯片研發效率更高，功能更加強大，成本更優。

從功率上看，100W以上電源用數字控制有明顯優勢；30-100W 以內數字電源比模擬電源集成度更高，功能更強大，一致性更強，靈活度更高，型號更少，性價比更高；30W 以內電源芯片多集成 MOS，而數字電源最大的優勢是成本更低，型號更少，靈活度更高，抗干擾能力更強，一致性更好。

可以預測，就在未來十年內，模擬電源芯片將被大規模數字化！

成都水芯數字電源芯片介紹

國內數字電源芯片領域的代表企業——成都水芯電子，其發展理念與技術核心都是數字電源芯片業內的獨立擔當。不同于傳統的軟件型和硬件型數字電源芯片，成都水芯提出的可重構數字電源芯片在技術上結合了二者的優勢，弱化其劣勢。實現成本更低、使用方便、功耗小、集成度更高。

成都水芯現已面世的產品中，以快充產品線為例，在單芯片已實現了十余種快充的應用，并且已全系列產品達到 PD 3.1 的快充應用。水芯研發的可重構數字電源芯片，在芯片效率、集成度、成本、功能等核心技術上，具備強大競爭力。

同時，成都水芯生產的快充系列芯片應用也十分廣泛，小家電、電動工具、筆記本、電子煙、工業電源等都可以完全適用，這更能很好的體現出可重構數字電源芯片的特點和優勢?？芍貥嫈底蛛娫葱酒詮姶髢瀯?，將大規模應用于以快充為代表的高端消費類電子領域，快充行業的市場格局也將發生改變。

在工業類領域的電源芯片研發中，水芯率先設計完成了CPU電源芯片，此產品在2022年內實現對TI公司的C2000系列產品的替代。這也是解決了中國汽車、工業、通信、服務器、新能源等領域的卡脖子芯片，其意義非常重大。

充電頭網總結

國產芯片的崛起之路任重道遠，卻未來可期。而成都水芯電子研發的可重構數字電源芯片是否能打破國外芯片公司的壟斷格局，實現模擬電源芯片全面數字化，實現中國電源芯片換道超車，讓我們拭目以待！