聚焦移动设备可续航 芯片商力推快充、无线充电

　　移动设备电源供电效率大跃进。随着智能型移动设备纳入愈来愈多的功能，其耗电量也随之增加，使用者不仅需要续航力更为持久、容量更大的电池，对于能随时为移动设备供电、缓解电池用量不足窘境的新技术，如快充（Fast Charging）、无线充电等功能，更是跃跃欲试。

　　这样的需求，也驱动了电源芯片商积极提出新的解决方案；如包尔英特（Power Integrations）近期已推出的新款电源供应器芯片，可望大幅革新移动设备充电器、转接器电路设计；而针对快充及无线充电技术，戴乐格 （Dialog）半导体、IDT等芯片商亦正积极布局。

　　高整合电源供应IC问世　移动设备充电设计进化

　　事实上，欧盟及美国即将发布新的能源效率标準，并预计于2016年陆续上路；为协助移动设备电源变压器设计人员更容易达到相关规範要求，同时符合移动设备充电器、转接器朝向高功率密度发展的趋势，包尔英特推出将初级端（Primary-side）、次级端（Secondary-side）的主动元件和回授电路整合于同一封装内的高性能、高整合方案，可望革新移动设备电源供应设计方式。

　　

　　图1　包尔英特业务开发总监Shyam Dujari表示，该公司的高整合电源供应转换芯片，可符合美国、欧盟最新提出的外部电源能效标准。

　　包尔英特业务开发总监Shyam Dujari（图1）表示，欧盟外部电源能效行为準则第五版草案--CoC V5，对外部电源在不同负载条件时有不同的效能要求，以确保电源效率。该项规範第一阶段已于2014年1月1日生效，第二阶段预计将于2016年1月1日上路。

　　无独有偶，美国能源部（DOE）今年亦发布外部电源供应器最终规则；规章中要求目前外部电源供应器的最低能效须从等级4一举提升到等级6。此节能标準将在联邦法规（Federal Register）期刊公布2年后，也就是2016年2月10日生效，将为移动设备的电源供应设计带来新的挑战。

　　除了新的法规是促使电源供应元件效能必须有所提升的驱动因素外，移动设备朝向大尺寸发展的趋势也是重要推力。Dujari解释，大尺寸的智能型手机、平板电脑让电池容量增加，不过电源转换器尺寸设计却并未随之加大，这代表着转换器、充电器的电源功率密度必须不断提升，才能符合移动设备电源供应的需求。

　　因应上述挑战，包尔英特日前已于2014年慕尼黑电子展（Electronica）上正式发布新的电源供应器芯片--InnoSwitch（图2）。该产品整合了初级侧场效电晶体（FET）、无损耗电流检测（Lossless Current Sense）、初/次级端控制器、同步整流（SR）控制器等元件，并具备包尔英特的高速数位FluxLink技术，可越过安全隔离屏障，进行高度精準的二次侧直接电压和电流测量通讯；而同步整流功能与初级侧控制器的结合，加上FluxLink技术，使得同步整流开关时序得以优化，从而提高电源供应效率。

　　

　　图2　InnoSwitch方案架构图

　　此外，InnoSwitch提供达25瓦（W）的定电压和定电流，因此适合用于智能型移动设备充电器与转换器，亦可广泛应用于机上盒、网路设备与电脑周边设备等。

　　Dujari强调，InnoSwitch是目前业内首见在同一硅基板上整合度最高的电源供应解决方案，可减少电源供应器的元件使用量，其次级端稳压架构让设计人员得以使用更简单、更低成本的变压器，同时改善生产良率，进而大幅降低製造成本，并提高电源供应效率。目前已有两家移动设备製造商正採用结合 FluxLink技术的InnoSwitch系列IC来生产充电器。

　　事实上，除了以新型态的电源供应设计提升移动设备电源转换效率之外，包尔英特亦积极布局高通（Qualcomm）所提出的快充标準技术，以满足使用者快速且便利充电的渴望。

　　此外，另一电源芯片商--戴乐格，在移动设备电源管理市场亦是攻势连连。继2013年购併iWatt并厚实交流对直流（AC-DC）电源管理技术实力后，戴乐格近来在移动设备电源管理市场可谓火力全开，不仅成为首家同时量产支援高通Quick Charge 2.0和联发科Pump Express快充规格的电源芯片商，更积极布局无线充电系统中AC-DC与蓝牙（Bluetooth）的整合方案，全面备齐AC-DC电源管理产品线。

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　　看好快充/无线充电潜力　Dialog全面备战

　　

　　图3　戴乐格电源转换事业部门资深副总裁暨总经理Davin Lee指出，快充及无线充电技术，将成为驱动移动设备电源市场成长的两大动力。

　　戴乐格电源转换事业部门资深副总裁暨总经理Davin Lee表示，即便智能型手机及平板电脑製造商努力延长电池续航力，不过随着移动设备导入更多功能，装置的耗电量也随之激增，因此製造商除了在移动设备内置入更大容量的电池之外，业界也催生各种快充以及无线充电标準，以满足使用者对于可随时补给移动设备电力的需求。

　　戴乐格产品行销总监Athar Zaidi指出，目前高通、联发科、叁星（Samsung）及德州仪器（TI）等大厂，都正积极推广自有的快充协定标準；其中，高通的Quick Charge 2.0和联发科的Pump Express快充规格更是一马当先，正在移动设备市场快速攻城掠地。事实上，目前仅有部分高阶机种配备快充技术，Zaidi预测，截至2014年底前，具备快充功能的移动设备渗透率约有20%，2015年则可望达到30%，未来成长潜力备受期待。

　　另一方面，为了抢占快充商机，戴乐格亦步亦趋紧跟现有的快充标準发展，并成为首个可同时量产Quick Charge 2.0和Pump Express快充方案（图4）的电源芯片商；而其他厂商的竞争方案目前则都处于送样阶段。

　　

　　图4　戴乐格为高通Quick Charge 2.0（左）及联发科Pump Express标準（右）标準所开发的快充方案示意图

　　Zaidi指出，快充技术意味着将有更多的电流、电压进入到移动设备，也因此过电压/过电流/过温度保护设计就显得更为重要。有鑑于此，戴乐格针对快充功能推出的电源芯片组，即具备戴乐格独有的SmartDefender技术，以解决电源系统中任何电压/电流过负载事件对电路系统、连接器及缆线造成的损害。

　　此外，戴乐格亦透过旗下PrimAccurate初级侧数位可编程控制平台，在充电器初级侧实现数位分析功能，以省却次级端中稳压器 （Regulator）和光耦合器（Opto-isolator）等元件的应用需求，有助设计人员实现更低成本、更高整合度的AC-DC芯片方案。

　　值得注意的是，除了快充技术之外，Lee认为，无线充电亦将是移动设备市场的「下一个大事（The Next Big Thing）」，因此戴乐格亦与相关业者密切合作，布局无线充电解决方案。至于未来将会是由磁共振（MR）抑或是磁感应（MI）方案独占鰲头，Zaidi 表示，无论是哪一种方案主导，AC-DC电源管理技术的差异其实不大，因此戴乐格并不会特别押宝任一技术，将维持双轨并进的策略，以满足所有市场的需求。

　　事实上，戴乐格日前已挟蓝牙Smart技术进击无线充电市场。该公司的蓝牙Smart芯片将与Energous的无线充电参考设计结合，以打造出无需电源接口或充电板，也能让可穿戴设备充电的方案。Zaidi透露，目前戴乐格则正在积极开发AC-DC电源管理芯片与蓝牙芯片整合的平台，惟产品细节尚未能公布。

　　事实上，无线充电功能的渗透率正在急遽增加，其中可穿戴设备将是成长最快的无线充电应用领域。根据市调机构IHS研究报告指出，针对可穿戴设备所设计的无线充电接收端（Rx）产品市场，在2014∼2018年的年复合成长率（CAGR）将高达413.6%，远高于智能型手机的104.7%及平板电脑的 208%，成长潜力惊人；瞄準此应用需求，芯片商已快马加鞭开发针对可穿戴设备所设计的无线充电芯片。

　　无线充电成长惊人　可穿戴设备应用最火

　　

　　图5　IDT副总裁暨类比与充电部门总经理Arman Naghavi认为，可穿戴设备对无线充电需求高涨，是无线充电应用中极具发展潜力的市场。

　　IDT副总裁暨类比与充电部门总经理Arman Naghavi（图5）表示，无线充电市场的目标市场规模（SAM）在2018年前将达到10亿美元以上，而接收端与发射端（Tx）在2014∼2018 年的年复合成长率，分别为130%与123%；其中，在无线充电接收端的目标应用市场中，又以可穿戴设备的成长前景最为亮眼。

　　Naghavi进一步指出，由于可穿戴设备拥有体积小、外型不定、耗电量高、电池容量小等特色，因此厂商对于充电方式的设计有诸多限制，如考量到外型美观，不能有明显的充电插孔；可穿戴设备体积较小，一般的充电转接头相对来说过大等；也因此，能够提升充电便利性并简化装置外型设计的无线充电技术，就成了可穿戴设备炙手可热的功能选项。

　　事实上，摩托罗拉（Motorola）今年推出的智能型手表--MOTO 360已率先支援无线充电。Naghavi预计，未来5年，可穿戴设备出货量将达上亿套，将为相关元件带起新的需求；他更透露，许多可穿戴设备开发商正如火如荼研发支援无线充电功能的可穿戴设备，这对于无线充电芯片商而言更蕴含着无限的成长潜力。

　　为了抢攻可穿戴设备的无线充电商机，IDT已于2014下半年发布相关解决方案，该款无线充电芯片相容于WPC联盟的Qi标準，接收功率为2瓦（W），尺寸仅30毫米（mm）×30毫米，而竞争方案的尺寸平均则约为65毫米×30毫米。

　　除此之外，该芯片利用专利技术降低对大量被动元件需求，协助客户在缩小整体应用面积、降低成本的同时，效能亦不打折扣。另外，该产品的I2C介面支援可编程的充电电流、充电电压、终止电流和热控制循环（Thermal Control Loop）设计等。