USB-C trouve un rôle croissant dans les appareils portables et les produits mobiles

La consommation d'énergie est l'un des plus grands défis du secteur de la technologie mobile. L'USB-C était censé être avant tout une option de connectivité, mais il est de plus en plus prisé car c'est aussi un moyen utile de gérer l'alimentation des appareils portables.

Dans cet écosystème mobile en constante évolution, les appareils deviennent de plus en plus intelligents et puissants, ce qui signifie qu'ils nécessitent tous plus d'énergie pour fonctionner. Bien que les fabricants s'efforcent de réduire la consommation de la batterie, le problème courant avec les smartphones, les appareils portables, les bracelets de fitness, les tablettes et les ordinateurs portables est la consommation d'énergie élevée après quelques heures d'utilisation à pleine capacité, nécessitant une session avec alimentation électrique pour recharger la batterie . Par conséquent, l'un des nombreux défis pour les concepteurs est d'évaluer le facteur énergétique, d'estimer l'énergie nécessaire et de concevoir une configuration de gestion de l'alimentation très efficace.

Dans la conception d'un système de charge sans fil, un paramètre fondamental est représenté par la quantité de puissance de charge requise pour reconstituer la batterie. La puissance reçue dépend d'innombrables facteurs, dont le niveau de la puissance émise, la distance et l'alignement entre l'enroulement d'émission et le récepteur, autrement défini comme « couplage » et, enfin, la tolérance des composants de l'émetteur et de le récepteur. Personne n'a le temps d'attendre qu'une batterie soit rechargée :plus le temps de recharge est court, meilleure est l'expérience utilisateur. Ceci est bien compris sur le marché de l'électronique grand public et toutes les grandes marques essaient de réduire les temps de charge.

Les appareils dotés d'un port USB-C se rechargent rapidement et offrent des vitesses de transfert ultra-rapides pour la connexion aux périphériques et appareils externes. L'USB-C prend également en charge la sortie audio et vidéo et est compatible avec les écrans HDMI, VGA et DisplayPort. L'USB-C est en passe de devenir la norme de l'industrie pour les fabricants de tous types d'appareils.

Mais si l'USB-C simplifie les choses pour les utilisateurs finaux, il augmente la complexité du point de vue de la conception et de l'ingénierie. Les concepteurs doivent faire face à des défis de conception et de test considérables avec la création d'un connecteur d'alimentation USB Type-C qui permet une compatibilité et une utilisation réversible avec tous les autres types. Le port USB a évolué depuis son utilisation initiale principalement comme interface de données, pour devenir par la suite le principal moyen de recharger les appareils électroniques portables.

Figure 1 :SM58IP04 monopuce

Silicon Mitus propose quatre gammes de produits qui s'adressent au marché des appareils mobiles et de l'électronique grand public, au marché des écrans LCD et OLED et au marché des accessoires de charge. Les principales applications sont les circuits intégrés de gestion de l'alimentation (PMIC) pour les applications de smartphone telles que IF PMIC/Gestion de la batterie avec charge rapide, les solutions USB Type-C complètes et les chargeurs sans fil ; Solutions PMIC pour écrans LCD et OLED pour smartphones, moniteurs et grands téléviseurs ; Produits audio pour amplificateurs de classe D renforcés, codec audio hautes performances et son de surface pour écrans plats ; Solutions PMIC pour applications informatiques et chargeurs de batterie USB Type-C.

« Nous avons expédié plus de 3,5 milliards de circuits intégrés sur ces marchés à ce jour. » a déclaré Youm Huh, PDG de Silicon Mitus, une société sud-coréenne basée à Pangyo (Séoul) spécialisée dans les produits de circuits intégrés analogiques. « L'automobile est un autre marché que nous adressons avec PMIC, ainsi que les produits audio pour les modules d'affichage et d'infodivertissement automobile. Silicon Mitus fournit un circuit intégré de gestion de l'alimentation aux fabricants de modules de caméras de recul de la dernière génération de voitures (en remplacement des rétroviseurs en verre)."

Silicon Mitus a récemment annoncé le SM58IP04 :un buck-boost USB Type-C étroit V_DC à puce unique Chargeur (NVDC) ciblant les applications de batterie 2S/3S et 4S. Il atteint jusqu'à 95 % d'efficacité en mode abaisseur ou en mode boost, chargeant la batterie jusqu'à 6 A grâce à une gestion thermique avancée.

« Nous sommes extrêmement satisfaits des performances du SM58IP04 :il a été rapidement adopté dans les applications informatiques où le produit a été très efficace pour fournir d'excellentes performances, avec une petite taille de solution PCB et des économies de coûts », a déclaré Gianfranco Scherini, vice-président de la société. de développement commercial. "Ce produit combine les caractéristiques d'un chargeur de batterie multicellulaire avec la prise en charge complète des spécifications USB Type-C et PD."

La norme USB Type-C répond aux besoins du marché en termes de puissance et de débit de données, mais surtout, en termes de quantité toujours croissante d'appareils capables de s'interconnecter. Il s'agit d'un connecteur réversible, ce qui signifie que vous n'avez pas besoin de connaître le sens de connexion. La norme USB Type-C s'adapte pour être une connexion parfaite pour les accessoires et les périphériques externes, mais aussi pour alimenter les ordinateurs portables et autres appareils. En effet, la norme USB Type-C Power Delivery (PD) supporte des courants jusqu'à 5A et 20V, permettant de délivrer jusqu'à 100Watts de puissance. Compte tenu des niveaux actuels, la norme impose des protections adaptées, sans lesquelles elle pourrait endommager l'appareil.

« Nous avons prouvé que notre stratégie visant à accroître l'efficacité de notre buck-boost et en même temps à cibler de manière agressive le plus haut niveau d'intégration était la bonne. Les clients apprécient vraiment les avantages d'une solution simple et très efficace qui intègre la prise en charge complète du chemin d'alimentation USB Type-C avec un chargeur de batterie. Avec l'utilisation du SM58IP04, chaque port USB Type-C se comporte exactement de la même manière et, par conséquent, il offre un autre niveau de flexibilité à la conception du système lorsque vous essayez d'adapter différents facteurs de forme avec une plate-forme commune. Nous avons vu le potentiel de l'USB Type-C avec la sortie de la spécification Power Delivery 3.0 et dans un grand nombre de nouveaux modèles d'utilisation, et ce n'est que le début. Pensons à la capacité de fournir jusqu'à 100 watts de puissance - 5 ampères * 20 volts - avec la possibilité de négocier les valeurs des tensions et du courant sous n'importe quelle forme ou forme nécessaire », a déclaré Scherini.

Le principal obstacle à la mise en œuvre de solutions d'économie d'énergie réside dans la gestion thermique. Les progrès technologiques dans la conception ont continuellement augmenté le besoin de protéger les composants contre l'accumulation de chaleur. Pour un fabricant de semi-conducteurs, l'emballage en silicium est un facteur distinctif clé. Les spécifications telles que la dissipation thermique et les exigences globales du système dépendent en grande partie de l'emballage.

« La gestion thermique joue un rôle très important. Alors que les consommateurs se tournent vers des ordinateurs portables plus minces et sans ventilateur, l'un des défis consiste à maintenir le système à une température confortable au toucher et dans la plage de température de fonctionnement du circuit intégré », a déclaré Huh.

L'une des conditions critiques se produit lorsque l'utilisateur connecte le système à l'alimentation :afin de permettre aux utilisateurs de recharger un appareil dans les plus brefs délais, nous devons pomper autant d'énergie que possible dans la batterie à la fois. Par exemple, dans les applications pour ordinateurs portables et Chromebook, il est courant que le chargeur fournisse entre 45 et 65 watts de puissance à la batterie. Cela implique qu'avec chaque point de pourcentage de perte d'efficacité, plus d'un demi-watt est dissipé localement sur la très petite surface de la carte PCB et génère de la chaleur augmentant la température locale.

Figure 2 :disposition du circuit pour la puce unique SM58IP04

Par conséquent, les exigences de performances matérielles orientent de plus en plus l'électronique vers des architectures à haute efficacité énergétique, afin qu'elles puissent prendre en charge plus de configurations et un contrôle précis afin de préserver les caractéristiques des appareils dans un avenir proche.

« SM58IP04 aide à résoudre ce problème en abordant à la fois la haute efficacité du buck-boost et la dissipation thermique optimale avec une technologie de boîtier qui maximise le flux de chaleur à travers le PCB. Plus l'efficacité du chargeur est élevée, plus la quantité d'énergie dissipée à l'intérieur du boîtier de l'appareil est faible, meilleure est la dissipation de la chaleur à travers la carte mère, plus la température du système est basse », a déclaré Huh.

« Pour soutenir la croissance de la recherche et du développement, nous avons ouvert en 2017 un nouveau centre de conception à Pavie, en Italie, où nous trouvons un bassin attrayant de concepteurs analogiques qualifiés. Nous sommes entièrement équipés pour fournir la dernière génération de produits de chargeur de batterie afin que nos clients puissent tirer pleinement parti des fonctionnalités USB Type-C dans les applications mobiles et portables », a déclaré Huh.

« C'est pourquoi nous avons décidé d'investir dans des chargeurs de batterie USB Type-C pour les applications pour ordinateurs portables/Chromebook et des séparateurs de capuchons utilisés dans les applications mobiles. La tension de sortie du SM58IP04 peut être programmée avec une granularité de 12,5 mV — entièrement conforme à l'USB PD3.0 nécessitant un pas minimum de 20 mV. Avec notre portefeuille de produits, Silicon Mitus permet de nouvelles architectures pour les chargeurs de batterie qui peuvent contourner toute conversion de puissance interne dans l'appareil, éliminant ainsi la principale source de pertes de puissance tout en maintenant le courant circulant dans le câble à moins de 3A. Cela élimine le besoin de câbles plus chers, car au-dessus de 3A, la norme USB nécessite l'utilisation d'un câble marqué e plus cher », a ajouté Huh.

Les dispositifs de gestion de l'alimentation sont de plus en plus intelligents et efficaces. La demande pour de tels appareils augmente rapidement en raison des fonctionnalités et de la technologie avancées. Le marché mondial du PMIC devrait atteindre un TCAC de 4,6% au cours des prochaines années et atteindre 56,48 milliards de dollars d'ici 2026.