USB-C находит растущую роль в носимых и мобильных устройствах

Энергопотребление - одна из самых серьезных проблем для сектора мобильных технологий. Предполагалось, что USB-C будет в первую очередь средством подключения, но он все чаще пользуется популярностью, поскольку также является полезным средством управления питанием портативных устройств.

В этой постоянно развивающейся мобильной экосистеме устройства становятся все более интеллектуальными и мощными, а это означает, что всем им для работы требуется больше энергии. Хотя производители стремятся снизить потребление заряда аккумулятора, общей проблемой смартфонов, носимых устройств, фитнес-браслетов, планшетов и ноутбуков является высокое потребление энергии после нескольких часов использования на полной мощности, что требует сеанса с источником питания для подзарядки аккумулятора. . Таким образом, одна из многих задач, стоящих перед разработчиками, - это оценка коэффициента энергии, оценка необходимой энергии и разработка очень эффективной конфигурации управления питанием.

При разработке системы беспроводной зарядки фундаментальный параметр представлен величиной зарядной мощности, необходимой для пополнения заряда аккумулятора. Принимаемая мощность зависит от множества факторов, включая уровень передаваемой мощности, расстояние и выравнивание между передающей обмоткой и приемником, иначе определяемое как «связь», и, наконец, допуск компонентов передатчика и получатель. Ни у кого нет времени ждать, пока аккумулятор зарядится:чем короче время на зарядку аккумулятора, тем лучше будет пользовательский опыт. Это хорошо понимают на рынке бытовой электроники, и все основные бренды стараются сократить время зарядки.

Устройства с портом USB-C быстро заряжаются и обеспечивают сверхбыструю скорость передачи данных для подключения к периферийным и внешним устройствам. USB-C также поддерживает вывод звука и видео и совместим с дисплеями HDMI, VGA и DisplayPort. USB-C скоро станет отраслевым стандартом для производителей всех типов устройств.

Но в то время как USB-C упрощает работу для конечных пользователей, он увеличивает сложность с точки зрения дизайна и проектирования. При создании разъема питания USB Type-C, который обеспечивает совместимость и обратимое использование со всеми другими типами, дизайнеры сталкиваются с серьезными проблемами проектирования и тестирования. Порт USB превратился из своего первоначального использования в основном в качестве интерфейса данных, впоследствии став основным средством зарядки портативных электронных устройств.

Рисунок 1. Однокристальный SM58IP04

Silicon Mitus предлагает четыре линейки продуктов, ориентированных на рынок мобильных устройств и бытовой электроники, рынок ЖК-дисплеев и OLED-дисплеев, а также рынок аксессуаров для зарядки. Основными приложениями являются интегральные схемы управления питанием (PMIC) для приложений смартфонов, такие как IF PMIC / управление батареями с быстрой зарядкой, комплексные решения USB Type-C и беспроводные зарядные устройства; Решения PMIC для ЖК- и OLED-дисплеев для смартфонов, мониторов и больших телевизоров; Аудиопродукты для усиленных усилителей класса D, высокопроизводительный аудиокодек и поверхностный звук для плоских дисплеев; Решения PMIC для вычислительных приложений и зарядные устройства USB Type-C.

«На сегодняшний день мы поставили на эти рынки более 3,5 миллиардов микросхем». сказал Юм Хух, генеральный директор Silicon Mitus, южнокорейской компании, базирующейся в Пангио (Сеул) и специализирующейся на аналоговых ИС. «Автомобильная промышленность - это еще один рынок, на который мы обращаемся с PMIC, а также аудиопродуктами для автомобильных информационно-развлекательных и дисплейных модулей. Silicon Mitus поставляет ИС управления питанием производителям модулей камер заднего вида для автомобилей последнего поколения (заменяя стеклянные зеркала) ».

Silicon Mitus недавно анонсировал SM58IP04:однокристальный повышающий интерфейс USB Type-C Narrow V _DC (NVDC) зарядное устройство для аккумуляторных батарей 2S / 3S и 4S. Благодаря усовершенствованному управлению температурным режимом он обеспечивает КПД до 95% как в понижающем, так и в ускоренном режимах, заряжая аккумулятор до 6 А.

«Мы очень довольны характеристиками SM58IP04:он был быстро принят в вычислительных приложениях, где продукт оказался очень эффективным с точки зрения обеспечения высокой производительности при небольшом размере печатной платы и экономии средств», - сказал Джанфранко Шерини, вице-президент компании. развития бизнеса. «Этот продукт сочетает в себе функции зарядного устройства для многоэлементных батарей с полной поддержкой спецификаций USB Type-C и PD».

Стандарт USB Type-C отвечает потребностям рынка с точки зрения подачи питания и скорости передачи данных, но, прежде всего, с точки зрения постоянно увеличивающегося количества устройств, способных подключаться друг к другу. Это двусторонний соединитель, поэтому вам не нужно знать направление подключения. Стандарт USB Type-C идеально подходит для подключения аксессуаров и внешних периферийных устройств, а также для питания ноутбуков и других устройств. Действительно, стандарт USB Type-C Power Delivery (PD) поддерживает токи до 5A и 20V, что позволяет обеспечивать мощность до 100 Вт. Учитывая текущие уровни, стандарт требует соответствующей защиты, без которой он может повредить устройство.

«Мы доказали, что наша стратегия, направленная на повышение эффективности наших прибылей и в то же время настойчивое стремление к наивысшему уровню интеграции, была правильной. Клиенты действительно ценят преимущества простого и высокоэффективного решения, которое объединяет полную поддержку канала питания USB Type-C вместе с зарядным устройством. При использовании SM58IP04 каждый порт USB Type-C ведет себя точно так же, и, следовательно, он предлагает другой уровень гибкости конструкции системы при попытке совместить различные форм-факторы с общей платформой. Мы увидели потенциал USB Type-C с выпуском спецификации Power Delivery 3.0 и большим количеством новых моделей использования, и это только начало. Давайте подумаем о способности обеспечивать мощность до 100 Вт - 5 ампер * 20 вольт - с возможностью согласования значений напряжений и тока в любой необходимой форме », - сказал Шерини.

Основное препятствие на пути внедрения решений по энергосбережению - это управление температурным режимом. Технологические достижения в дизайне постоянно увеличивают потребность в защите компонентов от перегрева. Для производителя полупроводников упаковка из силикона является ключевым отличительным фактором. Такие характеристики, как рассеивание тепла, и общие системные требования во многом зависят от упаковки.

«Управление температурным режимом играет очень важную роль. По мере того, как потребители переходят на более тонкие ноутбуки без вентиляторов, одной из проблем является поддержание системы в пределах комфортной температуры на ощупь и в пределах рабочего температурного диапазона IC », - сказал Ха.

Одно из критических условий происходит, когда пользователь подключает систему к источнику питания:чтобы пользователи могли заряжать устройство в кратчайшие сроки, нам нужно сразу же накачать как можно больше энергии в аккумулятор. Например, в приложениях для ноутбуков и Chromebook зарядное устройство обычно обеспечивает аккумуляторную мощность от 45 до 65 Вт. Это означает, что на каждую процентную точку потери эффективности более половины ватта рассеивается локально на очень небольшой площади печатной платы и выделяет тепло, повышая локальную температуру.

Рисунок 2:схема однокристального SM58IP04

Таким образом, требования к производительности аппаратного обеспечения все в большей степени обращаются к электронике в сторону архитектур с высокой энергоэффективностью, чтобы они могли поддерживать больше конфигураций и точное управление, чтобы сохранить характеристики устройств в ближайшем будущем.

«SM58IP04 помогает решить эту проблему за счет решения как высокой эффективности понижающего повышения, так и оптимального рассеивания тепла с помощью технологии корпуса, которая максимизирует тепловой поток через печатную плату. Чем выше эффективность зарядного устройства, чем меньше мощность рассеивается внутри корпуса устройства, тем лучше тепло отводится через материнскую плату, тем ниже температура в системе », - сказал Ха.

«Чтобы поддержать рост исследований и разработок, в 2017 году мы открыли новый Центр дизайна в Павии, Италия, где мы находим привлекательный пул квалифицированных разработчиков аналоговых устройств. «Мы полностью готовы к поставке зарядных устройств последнего поколения, чтобы наши клиенты могли в полной мере использовать возможности USB Type-C в приложениях для мобильных устройств и ноутбуков», - сказал Ху.

«Вот почему мы решили инвестировать в зарядные устройства USB Type-C для приложений ноутбуков / Chromebook и разделители крышек, используемые в мобильных приложениях. Выходное напряжение SM58IP04 может быть запрограммировано с шагом 12,5 мВ - полностью совместимо с USB PD3.0, требующим минимального шага 20 мВ. Благодаря нашему портфелю продуктов Silicon Mitus предлагает новые архитектуры для зарядных устройств, которые могут обходить любое внутреннее преобразование мощности в устройстве, тем самым устраняя основной источник потерь мощности, сохраняя при этом ток, протекающий по кабелю, в пределах 3А. Это устраняет необходимость в более дорогих кабелях, поскольку выше 3А стандарт USB требует использования более дорогих кабелей с электронной маркировкой », - добавил Ха.

Устройства управления питанием становятся все умнее и эффективнее. Спрос на такие устройства быстро растет из-за передовых функций и технологий. Ожидается, что в ближайшие несколько лет мировой рынок PMIC вырастет до 4,6% в год и достигнет 56,48 млрд долларов к 2026 году.