能源消耗是移動技術領域面臨的最大挑戰(zhàn)之一。USB-C 原本應該主要是一種連接選項，但它越來越受到青睞，因為它也是一種管理便攜式設備電源的有用方法。

在這個不斷發(fā)展的移動生態(tài)系統(tǒng)中，設備變得越來越智能和強大，這意味著它們都需要更多的能量來工作。盡管制造商努力降低電池消耗，但智能手機、可穿戴設備、健身手環(huán)、平板電腦和筆記本電腦的常見問題是在滿負荷使用幾個小時后會出現(xiàn)高能耗，需要使用電源為電池充電.因此，設計人員面臨的眾多挑戰(zhàn)之一是評估能量因數(shù)、估計所需能量以及設計非常高效的電源管理配置。

在無線充電系統(tǒng)的設計中，一個基本參數(shù)是為電池補充所需的充電電量。接收功率取決于無數(shù)因素，包括發(fā)射功率的水平、距離以及發(fā)射繞組和接收器之間的對準，否則定義為“耦合”，最后是發(fā)射器和接收器組件的容差。收件人。沒有人有時間等待電池充電：電池充電時間越短，用戶體驗越好。這在消費電子市場中得到了很好的理解，所有主要品牌都在努力減少充電時間。

帶有 USB-C 端口的設備可快速充電，并提供超快的傳輸速度，用于連接外圍設備和外部設備。USB-C 還支持音頻和視頻輸出，并兼容 HDMI、VGA 和 DisplayPort 顯示器。USB-C 有望成為各類設備制造商的行業(yè)標準。

但是，雖然 USB-C 為最終用戶簡化了事情，但從設計和工程的角度來看，它增加了復雜性。設計人員在創(chuàng)建 USB Type-C 電源連接器時必須面對大量的設計和測試挑戰(zhàn)，該連接器允許與所有其他類型的兼容性和可逆使用。USB端口從最初主要用作數(shù)據(jù)接口發(fā)展而來，隨后成為為便攜式電子設備充電的主要手段。

審核編輯 黃昊宇

圖1：SM58IP04單片機

Silicon Mitus擁有四大系列產(chǎn)品，分別針對移動設備和消費電子市場、LCD 和 OLED 顯示器市場以及充電配件市場。主要應用是用于智能手機應用的電源管理集成電路 (PMIC)，例如具有快速充電功能的 IF PMIC/電池管理、完整的 USB Type-C 解決方案和無線充電器；用于智能手機、顯示器和大型電視的 LCD 和 OLED 顯示器的 PMIC 解決方案；用于增強型 D 類放大器、高性能音頻編解碼器和平板顯示器表面聲音的音頻產(chǎn)品；適用于計算應用和 USB Type-C 電池充電器的 PMIC 解決方案。

“迄今為止，我們已經(jīng)在這些市場出貨了超過 35 億顆 IC?！蔽挥诎鍢颍ㄊ谞枺┑捻n國公司 Silicon Mitus 的首席執(zhí)行官 Youm Huh 說，該公司專門生產(chǎn)模擬 IC 產(chǎn)品。“汽車是我們使用 PMIC 解決的另一個市場，以及用于汽車信息娛樂和顯示模塊的音頻產(chǎn)品。Silicon Mitus為最新一代汽車后視攝像頭模塊制造商提供電源管理IC（替代玻璃后視鏡）?！?/p>

Silicon Mitus 最近發(fā)布了 SM58IP04：一款針對 2S/3S 和 4S 電池應用的單芯片降壓-升壓 USB Type-C 窄 VDC(NVDC) 充電器。由于先進的熱管理，它在降壓或升壓模式下均可實現(xiàn)高達 95% 的效率，為電池充電高達 6 A。

公司副總裁 Gianfranco Scherini 表示：“我們對 SM58IP04 的性能非常滿意：它已被迅速應用于計算應用中，該產(chǎn)品在提供卓越性能方面非常有效，PCB 解決方案尺寸小且節(jié)省成本?！钡臉I(yè)務發(fā)展?！斑@款產(chǎn)品結(jié)合了多節(jié)電池充電器的功能以及對 USB Type-C 和 PD 規(guī)范的全面支持?！?/p>

USB Type-C 標準在功率傳輸和數(shù)據(jù)速率方面滿足了市場需求，但最重要的是，在能夠互連的設備數(shù)量不斷增加方面。它是一個可逆連接器，這意味著您不需要知道連接方向。USB Type-C 標準適用于配件和外圍設備的完美連接，也適用于為筆記本電腦和其他設備供電。事實上，USB Type-C 供電 (PD) 標準支持高達 5A 和 20V 的電流，從而可以提供高達 100W 的功率。鑒于當前水平，該標準需要適當?shù)谋Ｗo，否則可能會損壞設備。

“我們已經(jīng)證明，我們在提高降壓-升壓效率的同時積極瞄準最高集成水平的策略是正確的?？蛻舴浅Ｐ蕾p簡單、高效的解決方案的優(yōu)勢，該解決方案集成了對 USB Type-C 電源路徑的全面支持以及電池充電器。通過使用 SM58IP04，每個 USB Type-C 端口的行為完全相同，因此，在嘗試使用通用平臺適應不同外形尺寸時，它為系統(tǒng)設計提供了另一個級別的靈活性。隨著 Power Delivery 規(guī)范 3.0 的發(fā)布以及大量新的使用模式，我們看到了 USB Type-C 的潛力，而這僅僅是開始。

實施節(jié)能解決方案的主要障礙在于熱管理。設計中的技術進步不斷增加保護組件免受熱量積聚的需求。對于半導體制造商來說，硅封裝是一個關鍵的區(qū)別因素。散熱和整體系統(tǒng)要求等規(guī)格在很大程度上取決于封裝。

“熱管理起著非常重要的作用。隨著消費者轉(zhuǎn)向更輕薄、無風扇的筆記本電腦，挑戰(zhàn)之一是使系統(tǒng)保持在舒適的觸摸溫度和 IC 工作溫度范圍內(nèi)，”Huh 說。

用戶將系統(tǒng)與電源連接時會發(fā)生關鍵情況之一：為了讓用戶在最短的時間內(nèi)為設備充電，我們需要一次將盡可能多的電力注入電池。例如，在筆記本電腦和 Chromebook 應用中，充電器通常會為電池提供 45 到 65 瓦的功率。這意味著效率損失的每一個百分點都會在 PCB 板的非常小的區(qū)域上局部耗散超過 0.5 瓦，并產(chǎn)生熱量，從而增加局部溫度。

圖 2：SM58IP04 單片機的電路布局

因此，硬件性能要求越來越多地針對具有高能效的架構(gòu)的電子設備，以便它們可以支持更多的配置和精確的控制，以便在不久的將來保留設備的特性。

“SM58IP04 解決了這個問題，解決了降壓-升壓的高效率和最佳散熱問題，采用的封裝技術使通過 PCB 的熱流最大化。充電器的效率越高，設備外殼內(nèi)耗散的電量越少，通過主板散發(fā)的熱量就越好，系統(tǒng)中的溫度就越低，”Huh 說。

“為了支持研發(fā)的增長，我們于 2017 年在意大利帕維亞開設了一個新的設計中心，在那里我們發(fā)現(xiàn)了一批具有吸引力的熟練模擬設計師。我們完全有能力提供最新一代的電池充電器產(chǎn)品，以便我們的客戶可以在移動和筆記本電腦應用中充分利用 USB Type-C 功能，”Huh 說。

“這就是為什么我們決定投資用于筆記本電腦/Chromebook 應用的 USB Type-C 電池充電器和用于移動應用的電容分隔器。SM58IP04 的輸出電壓可以以 12.5mV 的粒度進行編程 — 完全符合 USB PD3.0 要求，最小步長為 20mV。憑借我們的產(chǎn)品組合，Silicon Mitus 為電池充電器提供了新的架構(gòu)，可以繞過設備中的任何內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換，從而消除了主要的功率損耗來源，同時將流入電纜的電流保持在 3A 以內(nèi)。這消除了對更昂貴電纜的需求，因為高于 3A，USB 標準需要使用更昂貴的電子標記電纜，”Huh 補充道。

電源管理設備越來越智能和高效。由于先進的功能和技術，對此類設備的需求正在迅速增加。預計未來幾年全球 PMIC 市場的復合年增長率將達到 4.6%，到 2026 年將達到 564.8 億美元。

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