USB-C는 웨어러블 및 모바일 제품에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다

에너지 소비는 모바일 기술 부문에서 가장 큰 과제 중 하나입니다. USB-C는 기본적으로 연결 옵션이 되어야 했지만 휴대용 장치의 전원을 관리하는 유용한 수단이기도 하기 때문에 점점 더 선호되고 있습니다.

끊임없이 진화하는 모바일 생태계에서 장치는 점점 더 지능화되고 강력해지며, 이는 모든 장치가 작동하는 데 더 많은 에너지가 필요함을 의미합니다. 제조업체가 배터리 소모를 줄이기 위해 노력하고 있지만 스마트폰, 웨어러블 기기, 피트니스 팔찌, 태블릿 및 노트북의 일반적인 문제는 최대 용량으로 몇 시간을 사용한 후 높은 에너지 소모로 인해 배터리를 재충전하기 위해 전원 공급 장치를 사용하는 세션이 필요하다는 것입니다. . 따라서 설계자가 직면한 많은 과제 중 하나는 에너지 요소를 평가하고 필요한 에너지를 추정하며 매우 효율적인 전력 관리 구성을 설계하는 것입니다.

무선 충전 시스템 설계에서 기본 매개변수는 배터리를 충전하는 데 필요한 충전 전력량으로 나타냅니다. 수신 전력은 전송 전력의 수준, 거리, 송신 권선과 수신기 사이의 정렬을 비롯한 수많은 요인에 따라 달라집니다. 그렇지 않으면 "커플링"으로 정의되며, 마지막으로 송신기 및 수신자. 아무도 배터리가 재충전되기를 기다릴 시간이 없습니다. 배터리를 재충전하는 시간이 짧을수록 사용자 경험이 향상됩니다. 이는 소비자 가전 시장에서 잘 알려져 있으며 모든 주요 브랜드에서 충전 시간을 줄이기 위해 노력하고 있습니다.

USB-C 포트가 있는 장치는 빠르게 충전되며 주변 장치 및 외부 장치에 연결할 수 있는 초고속 전송 속도를 제공합니다. USB-C는 오디오 및 비디오 출력도 지원하며 HDMI, VGA 및 DisplayPort 디스플레이와 호환됩니다. USB-C는 모든 유형의 장치 제조업체를 위한 업계 표준이 될 예정입니다.

그러나 USB-C는 최종 사용자를 위해 작업을 단순화하지만 설계 및 엔지니어링 관점에서 복잡성을 증가시킵니다. 설계자는 다른 모든 유형과의 호환성 및 가역적 사용을 허용하는 USB Type-C 전원 커넥터를 생성할 때 직면해야 하는 상당한 설계 및 테스트 문제가 있습니다. USB 포트는 초기 사용에서 주로 데이터 인터페이스로 발전하여 이후 휴대용 전자 장치를 충전하는 주요 수단이 되었습니다.

그림 1:SM58IP04 단일 칩

Silicon Mitus는 모바일 장치 및 소비자 가전 시장, LCD 및 OLED 디스플레이 시장, 충전 액세서리 시장을 다루는 4가지 제품 라인을 보유하고 있습니다. 주요 애플리케이션은 IF PMIC/배터리 관리(빠른 충전 포함), 완전한 USB Type-C 솔루션 및 무선 충전기와 같은 스마트폰 애플리케이션을 위한 PMIC(전원 관리 집적 회로)입니다. 스마트폰, 모니터 및 대형 TV용 LCD 및 OLED 디스플레이용 PMIC 솔루션; 부스트 D급 증폭기용 오디오 제품, 고성능 오디오 코덱 및 평면 패널 디스플레이용 표면 사운드; 컴퓨팅 애플리케이션 및 USB Type-C 배터리 충전기를 위한 PMIC 솔루션입니다.

"우리는 지금까지 이 시장에서 35억 개 이상의 IC를 출하했습니다." 판교에 본사를 둔 아날로그 IC 제품을 전문으로 하는 한국 회사인 Silicon Mitus의 허염 대표는 말했습니다. “자동차는 우리가 PMIC와 자동차 인포테인먼트 및 디스플레이 모듈용 오디오 제품과 함께 다루고 있는 또 다른 시장입니다. Silicon Mitus는 최신 자동차의 후방 카메라 모듈 제조업체(유리 거울 교체)에 전원 관리 IC를 제공합니다.”

Silicon Mitus는 최근 단일 칩 벅 부스트 USB Type-C Narrow V_DC인 SM58IP04를 발표했습니다. (NVDC) 충전기는 2S/3S 및 4S 배터리 애플리케이션을 대상으로 합니다. 벅 모드 또는 부스트 모드에서 고급 열 관리 기능으로 최대 6A의 배터리를 충전하는 동안 최대 95%의 효율을 달성합니다.

회사 부사장인 Gianfranco Scherini는 "SM58IP04의 성능에 매우 만족합니다. 제품이 작은 PCB 솔루션 크기와 비용 절감으로 뛰어난 성능을 제공하는 데 매우 효과적이었던 컴퓨팅 애플리케이션에 빠르게 채택되었습니다."라고 말했습니다. 사업 개발의. "이 제품은 USB Type-C 및 PD 사양을 완벽하게 지원하는 다중 셀 배터리 충전기의 기능을 결합합니다."

USB Type-C 표준은 전력 공급 및 데이터 속도 측면에서 시장의 요구 사항을 충족하지만 무엇보다도 상호 연결할 수 있는 장치의 수가 계속해서 증가하고 있습니다. 리버서블 커넥터이므로 연결 방향을 알 필요가 없습니다. USB Type-C 표준은 액세서리 및 외부 주변 장치에 대한 완벽한 연결뿐만 아니라 노트북 및 기타 장치에 전원을 공급하는 데에도 적합합니다. 실제로 USB Type-C PD(Power Delivery) 표준은 최대 5A 및 20V의 전류를 지원하므로 최대 100W의 전력을 공급할 수 있습니다. 현재 수준을 감안할 때 표준은 적절한 보호를 요구하며 그렇지 않으면 장치가 손상될 수 있습니다.

“우리는 벅 부스트의 효율성을 높이는 동시에 가장 높은 수준의 통합을 공격적으로 목표로 삼는 우리의 전략이 옳았다는 것을 입증했습니다. 고객들은 USB Type-C 전원 경로에 대한 완전한 지원과 배터리 충전기를 통합하는 간단하고 고효율적인 솔루션의 이점을 높이 평가합니다. SM58IP04를 사용하면 각 USB Type-C 포트가 정확히 동일하게 작동하므로 공통 플랫폼에서 다양한 폼 팩터를 수용하려고 할 때 시스템 설계에 또 다른 수준의 유연성을 제공합니다. Power Delivery 사양 3.0이 출시되면서 USB Type-C에서 가능성을 보았고 수많은 새로운 사용 모델에서 가능성을 보았고 이것은 시작에 불과합니다. 필요한 모양이나 형태로 전압 및 전류 값을 협상할 수 있는 가능성과 함께 최대 100Watts(5Amp * 20V)의 전력을 제공할 수 있는 기능에 대해 생각해 봅시다.”라고 Scherini가 말했습니다.

에너지 절약 솔루션 구현의 주요 장애물은 열 관리에 있습니다. 설계의 기술 발전으로 인해 구성 요소를 열 축적으로부터 보호해야 할 필요성이 지속적으로 증가했습니다. 반도체 제조업체에게 실리콘 패키징은 주요 차별화 요소입니다. 열 방출 및 전체 시스템 요구 사항과 같은 사양은 포장에 따라 크게 달라집니다.

“열 관리는 매우 중요한 역할을 합니다. 소비자들이 더 얇고 팬이 없는 노트북 PC로 이동함에 따라 시스템을 만졌을 때 편안한 온도와 IC 작동 온도 범위 내로 유지하는 것이 과제 중 하나입니다.”라고 Huh는 말했습니다.

사용자가 시스템을 전원 공급 장치에 연결하는 동안 중요한 조건 중 하나가 발생합니다. 사용자가 최단 시간에 장치를 재충전할 수 있도록 한 번에 가능한 한 많은 전력을 배터리에 공급해야 합니다. 예를 들어 노트북 PC와 크롬북 애플리케이션에서 충전기는 배터리에 45와트에서 65와트 사이의 전력을 공급하는 것이 일반적입니다. 이는 효율성 손실의 모든 단일 백분율 포인트에서 0.5와트 이상이 PCB 보드의 매우 작은 영역에서 국부적으로 소산되고 국부 온도를 증가시키는 열을 생성한다는 것을 의미합니다.

그림 2:SM58IP04 단일 칩의 회로 레이아웃

따라서 하드웨어 성능 요구 사항은 전자 장치가 에너지 효율이 높은 아키텍처로 점점 더 가까워지고 있으므로 가까운 장래에 장치의 특성을 보존하기 위해 더 많은 구성과 정확한 제어를 지원할 수 있습니다.

“SM58IP04는 PCB를 통한 열 흐름을 최대화하는 패키지 기술로 벅-부스트의 고효율과 최적의 열 발산을 모두 해결함으로써 이 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다. 충전기의 효율이 높을수록 장치의 인클로저 내부에서 발산되는 전력의 양이 적을수록 마더보드를 통해 열이 더 잘 발산되고 시스템 온도가 낮아집니다.”라고 Huh가 말했습니다.

“연구 개발의 성장을 지원하기 위해 2017년에 이탈리아 파비아에 새로운 디자인 센터를 열었습니다. 이곳에서 숙련된 아날로그 디자이너의 매력적인 풀을 찾을 수 있습니다. 우리는 고객이 모바일 및 노트북 애플리케이션에서 USB Type-C 기능을 최대한 활용할 수 있도록 최신 세대의 배터리 충전기 제품을 제공할 준비가 되어 있습니다.”라고 Huh가 말했습니다.

“그래서 우리는 노트북/크롬북 애플리케이션용 USB Type-C 배터리 충전기와 모바일 애플리케이션에 사용되는 캡 디바이더에 투자하기로 결정했습니다. SM58IP04의 출력 전압은 12.5mV 단위로 프로그래밍할 수 있으며 최소 20mV 단계가 필요한 USB PD3.0과 완벽하게 호환됩니다. 당사의 제품 포트폴리오를 통해 Silicon Mitus는 장치의 내부 전력 변환을 우회할 수 있는 배터리 충전기를 위한 새로운 아키텍처를 가능하게 하여 전력 손실의 주요 원인을 제거하는 동시에 케이블로 흐르는 전류를 3A 이내로 유지합니다. 이렇게 하면 더 비싼 케이블이 필요하지 않습니다. 3A 이상의 USB 표준에서는 더 고가의 e-marked 케이블을 사용해야 합니다."라고 Huh가 덧붙였습니다.

전력 관리 장치는 점점 더 똑똑해지고 더 효율적입니다. 이러한 장치에 대한 수요는 고급 기능과 기술로 인해 빠르게 증가하고 있습니다. 글로벌 PMIC 시장은 향후 몇 년 동안 CAGR 4.6%로 확장되어 2026년까지 564억 8000만 달러에 이를 것으로 예상됩니다.