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 应该主要是一种连接选项，但它越来越受到青睐，因为它也是管理便携式设备电源的有用手段。

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。虽然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满负荷使用几个小时后的高能耗，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、估算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充电所需的充电电量。接收功率取决于无数因素，包括发射功率的电平、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：充电时间越短，用户体验越好。这在消费电子市场中是众所周知的，所有主要品牌都在努力缩短充电时间。

带有 USB-C 端口的设备可快速充电，并为连接外围设备和外部设备提供超快的传输速度。 USB-C 还支持音频和视频输出，并与 HDMI、VGA 和 DisplayPort 显示器兼容。 USB-C 有望成为所有类型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。设计人员必须面对大量的设计和测试挑战，以创建允许与所有其他类型兼容和可逆使用的 USB Type-C 电源连接器。 USB接口从最初的主要用途发展为数据接口，后来成为便携式电子设备充电的主要方式。

图 1：SM58IP04 单芯片

Silicon Mitus 有四个产品线，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。主要应用是智能手机应用的电源管理集成电路（PMIC），例如带快速充电的中频 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；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上出货了超过 35 亿个 IC。”总部位于板桥（首尔）的韩国公司 Silicon Mitus 的首席执行官 Youm Huh 说，该公司专门从事模拟 IC 产品。 “汽车是我们与 PMIC 以及用于汽车信息娱乐和显示模块的音频产品一起解决的另一个市场。 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（取代玻璃后视镜）。”

Silicon Mitus 最近发布了 SM58IP04：一款针对 2S/3S 和 4S 电池应用的单芯片升降压 USB Type-C 窄 VDC (NVDC) 充电器。由于采用先进的热管理，它可在降压或升压模式下为高达 6 A 的电池充电时实现高达 95% 的效率。

该公司副总裁 Gianfranco Scherini 表示：“我们对 SM58IP04 的性能非常满意：它在计算应用中被迅速采用，该产品在提供卓越性能方面非常有效，具有较小的 PCB 解决方案尺寸和成本节约。”的业务发展。 “该产品结合了多节电池充电器的功能，并完全支持 USB Type-C 和 PD 规范。”

USB Type-C 标准满足了市场在电力传输和数据速率方面的需求，但最重要的是，能够互连的设备数量不断增加。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 电力传输 (PD) 标准支持高达 5A 和 20V 的电流，从而可以提供高达 100 瓦的功率。鉴于目前的水平，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度的战略是正确的。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。使用 SM58IP04 后，每个 USB Type-C 端口的行为完全相同，因此，当尝试通过通用平台适应不同的外形尺寸时，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 的发布和大量新使用模型的发布，我们看到了 USB Type-C 的潜力，而这仅仅是个开始。让我们考虑提供高达 100 瓦的功率（5 安培 * 20 伏）的能力，并且可以协商所需的任何形状或形式的电压和电流值，”Scherini 说。

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，挑战之一是将系统保持在舒适的触摸温度和 IC 工作温度范围内，“Huh 说。

当用户将系统与电源连接时，会发生一个关键条件：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量注入电池。例如，在笔记本电脑和 Chromebook 应用中，充电器向电池提供 45 到 65 瓦的功率是很常见的。这意味着每降低一个百分点的效率损失，就会在 PCB 板的非常小的区域局部耗散超过 0.5 瓦，并产生热量，从而提高了局部温度。

图2：SM58IP04单片机电路布局

因此，硬件性能要求越来越多地向高能效架构发展电子设备，以便它们能够支持更多的配置和精确的控制，以在不久的将来保持设备的特性。

“SM58IP04 通过解决升降压的高效率和优化散热的封装技术来帮助解决这个问题，该封装技术可最大限度地提高通过 PCB 的热流。充电器的效率越高，设备外壳内耗散的电量越少，通过主板散热的效果越好，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，在那里我们找到了一批极具吸引力的熟练模拟设计师。我们完全具备提供最新一代电池充电器产品的能力，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。

“这就是我们决定投资用于笔记本电脑/Chromebook 应用程序的 USB Type-C 电池充电器和移动应用程序中使用的电容分隔器的原因。 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 要求的最小步进为 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，从而消除功率损耗的主要来源，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，如 3A 以上，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长。预计未来几年全球PMIC市场将以4.6%的复合年增长率扩张，到2026年将达到564.8亿美元。