USB-Cは、ウェアラブルおよびモバイル製品での役割が拡大していることを発見しました

エネルギー消費は、モバイルテクノロジーセクターにとって最大の課題の1つです。 USB-Cは主に接続オプションであると考えられていましたが、ポータブルデバイスの電源を管理するための便利な手段でもあるため、ますます支持されています。

この進化し続けるモバイルエコシステムでは、デバイスはますますインテリジェントで強力になります。つまり、デバイスはすべて、動作するためにより多くのエネルギーを必要とします。メーカーはバッテリー消費量の削減に努めていますが、スマートフォン、ウェアラブルデバイス、フィットネスブレスレット、タブレット、ラップトップでよくある問題は、フル稼働で数時間使用した後のエネルギー消費量が多く、バッテリーを充電するために電源とのセッションが必要になることです。 。したがって、設計者にとっての多くの課題の1つは、エネルギー係数の評価、必要なエネルギーの見積もり、および非常に効率的な電力管理構成の設計です。

ワイヤレス充電システムの設計では、基本的なパラメータは、バッテリーを補充するために必要な充電電力の量によって表されます。受信電力は、送信電力のレベル、距離、送信巻線と受信機の間の位置合わせなど、無数の要因に依存します。これは、「結合」と定義され、最後に、送信機と受信機。バッテリーが再充電されるのを待つ時間はありません。バッテリーの再充電時間が短いほど、ユーザーエクスペリエンスは向上します。これは家電市場でよく理解されており、すべての主要ブランドが充電時間を短縮しようとしています。

USB-Cポートを備えたデバイスはすばやく再充電され、周辺機器や外部デバイスに接続するための超高速の転送速度を提供します。 USB-Cは、オーディオおよびビデオ出力もサポートしており、HDMI、VGA、およびDisplayPortディスプレイと互換性があります。 USB-Cは、あらゆるタイプのデバイスのメーカーの業界標準になる予定です。

しかし、USB-Cはエンドユーザーにとっては単純化されますが、設計とエンジニアリングの観点からは複雑さが増します。設計者が他のすべてのタイプとの互換性と可逆的な使用を可能にするUSB​​Type-C電源コネクタの作成に直面しなければならない、設計とテストの大きな課題があります。 USBポートは、主にデータインターフェイスとしての最初の使用から進化し、その後、ポータブル電子機器を充電する主な手段になりました。

図1：SM58IP04シングルチップ

Silicon Mitusには、モバイルデバイスおよび家電市場、LCDおよびOLEDディスプレイ市場、および充電アクセサリ市場に対応する4つの製品ラインがあります。主なアプリケーションは、急速充電を備えたIF PMIC /バッテリー管理、完全なUSB Type-Cソリューション、ワイヤレス充電器などのスマートフォンアプリケーション用のパワーマネジメント集積回路（PMIC）です。スマートフォン、モニター、大型テレビ向けのLCDおよびOLEDディスプレイ向けのPMICソリューション。ブーストされたClass-Dアンプ用のオーディオ製品、高性能オーディオコーデック、およびフラットパネルディスプレイ用の表面サウンド。コンピューティングアプリケーションおよびUSBType-Cバッテリー充電器向けのPMICソリューション。

「これまでに、これらの市場で35億を超えるICを出荷してきました。」アナログIC製品を専門とするPangyo（Seoul）に拠点を置く韓国企業であるSiliconMitusのCEOであるYoumHuhは述べています。 「自動車は、自動車のインフォテインメントおよびディスプレイモジュール用のオーディオ製品と同様に、PMICで取り組んでいるもう1つの市場です。 Silicon Mitusは、最新世代の自動車のバックカメラのモジュールメーカーにパワーマネジメントICを提供しています（ガラスミラーの代わりに）。」

Silicon Mitusは最近、SM58IP04を発表しました。シングルチップの昇降圧USBType-CナローV _DC （NVDC）2S / 3Sおよび4Sバッテリーアプリケーションを対象とした充電器。高度な熱管理により、バックモードまたはブーストモードの両方でバッテリーを最大6 Aまで充電しながら、最大95％の効率を達成します。

「SM58IP04のパフォーマンスには非常に満足しています。この製品は、PCBソリューションのサイズが小さく、コストを節約しながら、優れたパフォーマンスを提供するのに非常に効果的であるコンピューティングアプリケーションにすぐに採用されました」と同社のVPであるGianfrancoScheriniは述べています。事業開発の。 「この製品は、マルチセルバッテリー充電器の機能とUSBType-CおよびPD仕様の完全なサポートを組み合わせたものです。」

USB Type-C規格は、電力供給とデータレートの点で市場のニーズを満たしていますが、とりわけ、相互接続できるデバイスの数が増え続けています。リバーシブルコネクタなので、接続方向を知る必要はありません。 USB Type-C規格は、アクセサリや外部周辺機器だけでなく、ラップトップやその他のデバイスへの電力供給にも最適です。実際、USB Type-C Power Delivery（PD）規格は、最大5Aおよび20Vの電流をサポートし、最大100ワットの電力を供給することができます。現在のレベルを考えると、標準には適切な保護が必要であり、それがないとデバイスに損傷を与える可能性があります。

「私たちは、バックブーストの効率を押し上げると同時に、最高レベルの統合を積極的にターゲットにするという戦略が正しいことを証明しました。お客様は、USBType-C電源パスの完全なサポートとバッテリー充電器を統合したシンプルで高効率のソリューションの利点を高く評価しています。 SM58IP04を使用すると、各USB Type-Cポートはまったく同じように動作するため、共通のプラットフォームでさまざまなフォームファクターに対応しようとするときに、システム設計に別のレベルの柔軟性を提供します。 Power Delivery仕様3.0のリリースに伴うUSBType-Cと、大量の新しい使用モデルの可能性を見てきましたが、これはほんの始まりに過ぎません。最大100ワットの電力（5Amp * 20ボルト）を供給できる能力について考えてみましょう。必要な形状や形式で電圧と電流の値をネゴシエートする可能性があります」とScherini氏は述べています。

省エネソリューションを実装する上での主な障害は、熱管理にあります。設計の技術的進歩により、コンポーネントを熱の蓄積から保護する必要性が継続的に高まっています。半導体メーカーにとって、シリコンパッケージは重要な識別要素です。熱放散やシステム全体の要件などの仕様は、パッケージに大きく依存します。

「熱管理は非常に重要な役割を果たします。消費者がよりスリムでファンのないノートブックPCに移行する中で、課題の1つは、システムを快適な温度範囲内で、ICの動作温度範囲内に維持することです」とHuh氏は述べています。

重要な条件の1つは、ユーザーがシステムを電源に接続しているときに発生します。ユーザーが最短時間でデバイスを再充電できるようにするために、できるだけ多くの電力を一度にバッテリーに送り込む必要があります。たとえば、ノートブックPCやChromebookアプリケーションでは、充電器が45〜65ワットの電力をバッテリーに供給するのが一般的です。これは、効率が1パーセント低下するごとに、PCBボードの非常に小さな領域で0.5ワット以上が局所的に放散され、熱が発生して局所的な温度が上昇することを意味します。

図2：SM58IP04シングルチップの回路レイアウト

したがって、ハードウェアパフォーマンス要件は、エネルギー効率の高いアーキテクチャに向けて電子機器にますます対応し、デバイスの特性を近い将来に維持するために、より多くの構成と正確な制御をサポートできるようにします。

「SM58IP04は、PCBを通る熱の流れを最大化するパッケージ技術を使用して、バックブーストの高効率と最適な熱放散の両方に対処することにより、この問題を解決するのに役立ちます。充電器の効率が高いほど、デバイスの筐体内で放散される電力量が少なくなり、マザーボードを介して放散される熱が良くなり、システム内の温度が低くなります」とHuh氏は述べています。

「研究開発の成長をサポートするために、2017年にイタリアのパヴィアに新しいデザインセンターを開設しました。ここには、熟練したアナログデザイナーの魅力的なプールがあります。お客様がモバイルおよびラップトップアプリケーションでUSBType-C機能を最大限に活用できるように、最新世代のバッテリー充電器製品を提供するための設備が整っています」とHuh氏は述べています。

「そのため、ラップトップ/ Chromebookアプリケーション用のUSBType-Cバッテリー充電器と、モバイルアプリケーションで使用されるキャップディバイダーに投資することにしました。 SM58IP04の出力電圧は、12.5mVの粒度でプログラムできます。これは、最小ステップ20mVを必要とするUSB​​PD3.0に完全に準拠しています。当社の製品ポートフォリオにより、Silicon Mitusは、デバイスの内部電力変換をバイパスできるバッテリー充電器の新しいアーキテクチャを可能にし、ケーブルに流れる電流を3A以内に保ちながら、電力損失の主な原因を排除します。これにより、上記の3Aのように、より高価なケーブルが不要になります。USB規格では、より高価な電子マーク付きケーブルを使用する必要があります」と付け加えました。

電力管理デバイスはますますスマートで効率的です。そのようなデバイスの需要は、高度な機能と技術のために急速に増加しています。世界のPMIC市場は、今後数年間で4.6％のCAGRに拡大し、2026年までに564.8億ドルに達すると予想されています。