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USB C和快充高速渗透 PD电源系统需注意哪些设计考量?

2017-11-13 11:13:24 来源:半导体器件应用网 作者:黄扬芳

【大比特导读】在中国手机厂商的大力推动之下,在苹果、Google、微软等厂商支持下,USB Type-C越来越受市场青睐。目前,手机、NB以及VR/AR设备都已经导入USB Type-C方案接口,USB-C也有望实现接口统一,未来市场潜力高达千亿元。

在中国手机厂商的大力推动之下,在苹果、Google、微软等厂商支持下,USB Type-C越来越受市场青睐。目前,手机、NB以及VR/AR设备都已经导入USB Type-C方案接口,USB-C也有望实现接口统一,未来市场潜力高达千亿元。它也引发充电器、电源适配器、移动电源和车载充电器等电源产品的市场变革,然而PD电源设计是目前横亘在电源企业面前最大难题。

USB C潜力巨大

由于USB type C接口集高速数据、快速充电于一体,因此它的意义不仅是在智能手机市场上分一杯羹,同时更是横跨众多智能硬件平台的通道,包括智能手机、PC/平板、电视、可穿戴、车载、家居等等。目前USB Type-C的解决方案涵盖快充、音频、视频等领域。

据ABI Research预计,2020年约一半的智能手机和93%的笔记本电脑将含有USB Type-C互联。

而且,随着USB3.2规范的升级,将对USB–C带来更大的性能提升和应用范围,除了包括智能手机、NB、电视、可穿戴等终端外,另外未来汽车及泛物联网终端中,USB-C亦将是重要的接口选择,市场应更加广阔。

根据调研机构分析预测,全球USB Type-C市场规模逐年递增,到2020年,市场规模将达669亿元,如果将衍生的数字智能耳机等考虑在内,则总规模将超过千亿元。

USB C潜力巨大

PD纵横发展 统一快充

智能手机的发展遇到了电池续航瓶颈,随着电池容量的不断倍增,以至于快充成为了智能机的标配。如今,快充越来越成为了手机的标配,在快充极速普及的大环境下,移动电源、车载充电器和电源适配器等产业的快充步伐也越走越快。

由于USB PD可支持高达一百瓦的供电功率,并实现快速充电功能,已成为笔记本电脑、平板装置及智能型手机竞相采纳的新规格。

数据显示,2016年手机快充渗透率将从2015年5%-8%跃升至20%-30%。芯片企业诠电的USB-PD今年出货成长相当快速,今年4月出货量约为100万颗,7月起出货量更已经倍增到每月200万颗,预估今年出货量将可望达到1,200~1,400万颗。

而作为手机伴侣,快充移动电源的发展也水涨船高,其发展速度也会慢慢跟上手机快速。根据有关市场调研机构的预测,2019年移动电源的出货量将从2016年的不到5亿只增加到的超过9亿只,从而使得市场年均增长率高达17.5%。TMR最新研究报告指出,预计到2022年,全球移动电源市场规模将超过361亿美元,2014-2022期间年复合增率高达25.9%

快充技术在智能手机领域得到广泛应用的情况下,正在不断向外延伸到平板电脑、笔记本电脑、数码相机与可穿戴设备等其他移动装置之中。目前,USB PD广泛应用于苹果新款MacBook系列笔记本、小米笔记本,以及市面众多品牌的旗舰手机上。

车载充电器本来是为有车一族用来进行补充充电的,以前的老款车充充电速度也要远低于普通的USB充电器。但是当快充技术出现以后,一些有远见的电源生产厂家,就开始把快充协议应用到车充上,研发出了现在的可以快充的车载充电器。虽然充电速度还比不上一般的快充充电器,但是却把传统的5V1A远远的甩在了后面。可以预测到,未来的车充市场一定是“快充车充”的天下,车载充电器已经迈入快充时代。

未来USB PD快充的渗透率会不断升高,尤其是此前USB-IF发布的USB-PD 3.0重要更新就规定,不允许USB接口通过非USB PD的协议来进行电压调整。随后,谷歌也在Android 7.0 OEM规范中强调:快充技术必须支持USB PD。

PD纵横发展  统一快充

PD设计问题

尽管这种低压快充新协议的应用前景一片大好,但目前PD电源还是存在一些设计难题。

移动电源为例。目前市场上移动电源和共享充电宝异常火热,遍布满足大移动电源共享充电宝质量良莠不齐,充电宝在公共场合自燃、爆炸事故频发,质量令人堪忧,不安全隐患始终存在,影响到消费者的生命安全。

深圳出入境检验检疫局工业品技术检测中心检测了11家企业13款快充移动电源,其中有三款产品达不到18w快充指标,从初步检测的样本数据统计表明,30%达不到快充指标,快充移动电源的合格率仅达到70%。

这很多时候是由于USB Type-C搭配USB PD等于可以透过该接口输出达100W电力,在高电压与大电流使用情境下,充电或是驱动大电力设备的安全性则必须慎重看待与处理,在装置故障发生时不是仅无法使用问题,而且可能出现烧毁、冒烟甚至酿灾。

再加上,USB Type-C连接器的引脚密度比传统USB设备高,因此将VBUS短接至相邻引脚的风险较高。当系统承载USB PD的更高的电压和电流时,这是更加严重的危险。因此,针对此电源解决方案的电力传输控制器安全设计就相当重要。

同时设计还必须妥善配制电路保护设计,以确保重要IC免于受瞬时高压影响或损坏,而相关的设计方案又必须能兼具极度缩小体积的设计趋势与USB 2.0回溯支持要求,增加许多相关装置的开发难度。

快充标准

除了安全性考量之外,由于大多数智能手机的快充标准各不相同,有高通的QC、华为的海思、MTK、MaxCharge、VOOC闪充等。而目前市面上不少支持快充的充电器和移动电源,一般都只支持一种快充协议。因此寻找具有灵活调整弹性的设计方案,将是电源厂商产品开发的有利选择,可随时因应新的标准发展,以最快的速度达到产品上市目标,抢得市场先机。

同时,充电器和移动电源等产品的进入门槛较低,价格竞争比较激烈,USB PD不仅增加了设计复杂性,也提高了物料清单(BOM)的成本,因此需要谨慎选择最具成本效益的PD电源解决方案。

另一方面,随着快充技术不断在高速增长,除了手机以外,其应用也迅速在笔记本等领域扩展,因此电源设计人员面临进一步的挑战,需要将其扩展到更大的电池产品,如平板电脑和便携式电脑。

快充会议邀请函

为了帮助手机充电器、适配器、移动电源、智能手机厂商等企业深入了解USB PD在智能快充上的运用,12月15日,深圳市力生美半导体股份有限公司的应用技术总监郑凌波,将在“第二届(深圳)智能快充与无线充电技术研讨会”上,以《USB PD引领电源走向智能充电之路》为题,围绕USB-C PD的诞生与进化之路、USB-C PD电源系统的设计考量、USB-C PD电源系统的典型设计例子以及UCB-C PD电源系统的测试与 Debug这四大话题,为行业人士一一剖析,助力企业开发出更具性价比的产品。

据了解,力生美自成立以来,始终致力于开关电源领域的各种控制方案研究,并不断适时推出相应的高可用性整套解决方案和配套 IC,目前已向市场提供了包括 USB-C PD 整套 AC/DC 及车载电源 IC等多种电源管理 IC 品类,并于近期在国内率先推出了内置高电流 MOS 的大电流同步整流 IC。作为力生美应用技术总监,郑凌波拥有18年的开关电源研发设计经历和12年的电源 IC 市场与技术服务经历,堪称为“好奇执着驱动的顽固电子发烧友典型病例”。

会议介绍

本次会议由大比特资讯主办、半导体器件应用网承办,将于12月15日在深圳龙岗珠江皇冠假日酒店举行。会议邀约多位专家学者以及半导体行业领军品牌企业高管,围绕智能便携设备充电器设计方案、主流快充技术方案分享、主流无线充技术方案分享、快充与无线充协议分享、快充与无线充行业市场、Type-C车用充电器解决方案、低成本USB Type-C Only电源适配器方案、Type-C控制器方案和无线充行业标准与测试这九大议题进行探讨。

快充会议现场

大比特“智能快充与无线充电技术研讨会”已成功举办过一届。在首届会议中,PI、意法半导体、芯海科技、长园维安、永铭电子、绿宝石、Dialog、Toshiba、顺络电子等界内知名企业的专家与高层带来了演讲精彩的技术演讲和产品方案展示。会议更是吸引了华为、三星、魅族、夏普、富士康、康佳、努比亚、步步高、360手机、欧陆通、ROMOSS、赛尔康、海尔无线、陆华科技、立德电子、天宝国际、品胜电子、冠德科技、奥海电源、坤兴科技、天珑、鑫荣昌、航嘉驰源等知名企业的500多位工程师共享手机快充与无线充的技术盛宴。

报名参会福利

领取对象:手机充电器、充电头、移动电源、智能手机厂商等技术研发、管理层参会即可获得。

A、免费参加会议;

B、免费领取大会演讲会刊1份;

C、会议结束后所有工程师可领取精美礼品1份;

D、推荐好友参会可获得精美礼品1份;

E、会议当天参与千元微信抢红包活动;

F、会议现场“凭名片”还将参与大礼抽奖活动。

快充会议礼品

报名方式

报名请点击链接 http://www.big-bit.com/Meeting/b-118.html

或扫描下方二维码:

快充会议二维码

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