USB-C 在可穿戴设备和移动产品中的作用越来越大

能源消耗是移动技术领域面临的最大挑战之一。USB-C 原本应该主要是一种连接选项，但它越来越受到青睐，因为它也是一种管理便携式设备电源的有用方法。

在这个不断发展的移动生态系统中，设备变得越来越智能和强大，这意味着它们都需要更多的能量来工作。尽管制造商努力降低电池消耗，但智能手机、可穿戴设备、健身手环、平板电脑和笔记本电脑的常见问题是在满负荷使用几个小时后会出现高能耗，需要使用电源为电池充电.因此，设计人员面临的众多挑战之一是评估能量因数、估计所需能量以及设计非常高效的电源管理配置。

在无线充电系统的设计中，一个基本参数是为电池补充所需的充电电量。接收功率取决于无数因素，包括发射功率的水平、距离以及发射绕组和接收器之间的对准，否则定义为“耦合”，最后是发射器和接收器组件的容差。收件人。没有人有时间等待电池充电：电池充电时间越短，用户体验越好。这在消费电子市场中得到了很好的理解，所有主要品牌都在努力减少充电时间。

带有 USB-C 端口的设备可快速充电，并提供超快的传输速度，用于连接外围设备和外部设备。USB-C 还支持音频和视频输出，并兼容 HDMI、VGA 和 DisplayPort 显示器。USB-C 有望成为各类设备制造商的行业标准。

但是，虽然 USB-C 为最终用户简化了事情，但从设计和工程的角度来看，它增加了复杂性。设计人员在创建 USB Type-C 电源连接器时必须面对大量的设计和测试挑战，该连接器允许与所有其他类型的兼容性和可逆使用。USB端口从最初主要用作数据接口发展而来，随后成为为便携式电子设备充电的主要手段。

审核编辑 黄昊宇

图1：SM58IP04单片机

Silicon Mitus拥有四大系列产品，分别针对移动设备和消费电子市场、LCD 和 OLED 显示器市场以及充电配件市场。主要应用是用于智能手机应用的电源管理集成电路 (PMIC)，例如具有快速充电功能的 IF PMIC/电池管理、完整的 USB Type-C 解决方案和无线充电器；用于智能手机、显示器和大型电视的 LCD 和 OLED 显示器的 PMIC 解决方案；用于增强型 D 类放大器、高性能音频编解码器和平板显示器表面声音的音频产品；适用于计算应用和 USB Type-C 电池充电器的 PMIC 解决方案。

“迄今为止，我们已经在这些市场出货了超过 35 亿颗 IC。”位于板桥（首尔）的韩国公司 Silicon Mitus 的首席执行官 Youm Huh 说，该公司专门生产模拟 IC 产品。“汽车是我们使用 PMIC 解决的另一个市场，以及用于汽车信息娱乐和显示模块的音频产品。Silicon Mitus为最新一代汽车后视摄像头模块制造商提供电源管理IC（替代玻璃后视镜）。”

Silicon Mitus 最近发布了 SM58IP04：一款针对 2S/3S 和 4S 电池应用的单芯片降压-升压 USB Type-C 窄 VDC(NVDC) 充电器。由于先进的热管理，它在降压或升压模式下均可实现高达 95% 的效率，为电池充电高达 6 A。

公司副总裁 Gianfranco Scherini 表示：“我们对 SM58IP04 的性能非常满意：它已被迅速应用于计算应用中，该产品在提供卓越性能方面非常有效，PCB 解决方案尺寸小且节省成本。”的业务发展。“这款产品结合了多节电池充电器的功能以及对 USB Type-C 和 PD 规范的全面支持。”

USB Type-C 标准在功率传输和数据速率方面满足了市场需求，但最重要的是，在能够互连的设备数量不断增加方面。它是一个可逆连接器，这意味着您不需要知道连接方向。USB Type-C 标准适用于配件和外围设备的完美连接，也适用于为笔记本电脑和其他设备供电。事实上，USB Type-C 供电 (PD) 标准支持高达 5A 和 20V 的电流，从而可以提供高达 100W 的功率。鉴于当前水平，该标准需要适当的保护，否则可能会损坏设备。

“我们已经证明，我们在提高降压-升压效率的同时积极瞄准最高集成水平的策略是正确的。客户非常欣赏简单、高效的解决方案的优势，该解决方案集成了对 USB Type-C 电源路径的全面支持以及电池充电器。通过使用 SM58IP04，每个 USB Type-C 端口的行为完全相同，因此，在尝试使用通用平台适应不同外形尺寸时，它为系统设计提供了另一个级别的灵活性。随着 Power Delivery 规范 3.0 的发布以及大量新的使用模式，我们看到了 USB Type-C 的潜力，而这仅仅是开始。

实施节能解决方案的主要障碍在于热管理。设计中的技术进步不断增加保护组件免受热量积聚的需求。对于半导体制造商来说，硅封装是一个关键的区别因素。散热和整体系统要求等规格在很大程度上取决于封装。

“热管理起着非常重要的作用。随着消费者转向更轻薄、无风扇的笔记本电脑，挑战之一是使系统保持在舒适的触摸温度和 IC 工作温度范围内，”Huh 说。

用户将系统与电源连接时会发生关键情况之一：为了让用户在最短的时间内为设备充电，我们需要一次将尽可能多的电力注入电池。例如，在笔记本电脑和 Chromebook 应用中，充电器通常会为电池提供 45 到 65 瓦的功率。这意味着效率损失的每一个百分点都会在 PCB 板的非常小的区域上局部耗散超过 0.5 瓦，并产生热量，从而增加局部温度。

图 2：SM58IP04 单片机的电路布局

因此，硬件性能要求越来越多地针对具有高能效的架构的电子设备，以便它们可以支持更多的配置和精确的控制，以便在不久的将来保留设备的特性。

“SM58IP04 解决了这个问题，解决了降压-升压的高效率和最佳散热问题，采用的封装技术使通过 PCB 的热流最大化。充电器的效率越高，设备外壳内耗散的电量越少，通过主板散发的热量就越好，系统中的温度就越低，”Huh 说。

“为了支持研发的增长，我们于 2017 年在意大利帕维亚开设了一个新的设计中心，在那里我们发现了一批具有吸引力的熟练模拟设计师。我们完全有能力提供最新一代的电池充电器产品，以便我们的客户可以在移动和笔记本电脑应用中充分利用 USB Type-C 功能，”Huh 说。

“这就是为什么我们决定投资用于笔记本电脑/Chromebook 应用的 USB Type-C 电池充电器和用于移动应用的电容分隔器。SM58IP04 的输出电压可以以 12.5mV 的粒度进行编程 — 完全符合 USB PD3.0 要求，最小步长为 20mV。凭借我们的产品组合，Silicon Mitus 为电池充电器提供了新的架构，可以绕过设备中的任何内部电源转换，从而消除了主要的功率损耗来源，同时将流入电缆的电流保持在 3A 以内。这消除了对更昂贵电缆的需求，因为高于 3A，USB 标准需要使用更昂贵的电子标记电缆，”Huh 补充道。

电源管理设备越来越智能和高效。由于先进的功能和技术，对此类设备的需求正在迅速增加。预计未来几年全球 PMIC 市场的复合年增长率将达到 4.6%，到 2026 年将达到 564.8 亿美元。

>> 本文最初发表在我们的姊妹网站EE Times上。

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标签：芯片与组件,电源

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