聚焦移動(dòng)設(shè)備可續(xù)航 芯片商力推快充、無(wú)線充電 - 全文

　　移動(dòng)設(shè)備電源供電效率大躍進(jìn)。隨著智能型移動(dòng)設(shè)備納入愈來(lái)愈多的功能，其耗電量也隨之增加，使用者不僅需要續(xù)航力更為持久、容量更大的電池，對(duì)于能隨時(shí)為移動(dòng)設(shè)備供電、緩解電池用量不足窘境的新技術(shù)，如快充（Fast Charging）、無(wú)線充電等功能，更是躍躍欲試。

　　這樣的需求，也驅(qū)動(dòng)了電源芯片商積極提出新的解決方案；如包爾英特（Power Integrations）近期已推出的新款電源供應(yīng)器芯片，可望大幅革新移動(dòng)設(shè)備充電器、轉(zhuǎn)接器電路設(shè)計(jì)；而針對(duì)快充及無(wú)線充電技術(shù)，戴樂格 （Dialog）半導(dǎo)體、IDT等芯片商亦正積極布局。

　　高整合電源供應(yīng)IC問(wèn)世　移動(dòng)設(shè)備充電設(shè)計(jì)進(jìn)化

　　事實(shí)上，歐盟及美國(guó)即將發(fā)布新的能源效率標(biāo)準(zhǔn)，并預(yù)計(jì)于2016年陸續(xù)上路；為協(xié)助移動(dòng)設(shè)備電源變壓器設(shè)計(jì)人員更容易達(dá)到相關(guān)規(guī)範(fàn)要求，同時(shí)符合移動(dòng)設(shè)備充電器、轉(zhuǎn)接器朝向高功率密度發(fā)展的趨勢(shì)，包爾英特推出將初級(jí)端（Primary-side）、次級(jí)端（Secondary-side）的主動(dòng)元件和回授電路整合于同一封裝內(nèi)的高性能、高整合方案，可望革新移動(dòng)設(shè)備電源供應(yīng)設(shè)計(jì)方式。

　　圖1　包爾英特業(yè)務(wù)開發(fā)總監(jiān)Shyam Dujari表示，該公司的高整合電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換芯片，可符合美國(guó)、歐盟最新提出的外部電源能效標(biāo)準(zhǔn)。

　　包爾英特業(yè)務(wù)開發(fā)總監(jiān)Shyam Dujari（圖1）表示，歐盟外部電源能效行為準(zhǔn)則第五版草案--CoC V5，對(duì)外部電源在不同負(fù)載條件時(shí)有不同的效能要求，以確保電源效率。該項(xiàng)規(guī)範(fàn)第一階段已于2014年1月1日生效，第二階段預(yù)計(jì)將于2016年1月1日上路。

　　無(wú)獨(dú)有偶，美國(guó)能源部（DOE）今年亦發(fā)布外部電源供應(yīng)器最終規(guī)則；規(guī)章中要求目前外部電源供應(yīng)器的最低能效須從等級(jí)4一舉提升到等級(jí)6。此節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)將在聯(lián)邦法規(guī)（Federal Register）期刊公布2年后，也就是2016年2月10日生效，將為移動(dòng)設(shè)備的電源供應(yīng)設(shè)計(jì)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。

　　除了新的法規(guī)是促使電源供應(yīng)元件效能必須有所提升的驅(qū)動(dòng)因素外，移動(dòng)設(shè)備朝向大尺寸發(fā)展的趨勢(shì)也是重要推力。Dujari解釋，大尺寸的智能型手機(jī)、平板電腦讓電池容量增加，不過(guò)電源轉(zhuǎn)換器尺寸設(shè)計(jì)卻并未隨之加大，這代表著轉(zhuǎn)換器、充電器的電源功率密度必須不斷提升，才能符合移動(dòng)設(shè)備電源供應(yīng)的需求。

　　因應(yīng)上述挑戰(zhàn)，包爾英特日前已于2014年慕尼黑電子展（Electronica）上正式發(fā)布新的電源供應(yīng)器芯片--InnoSwitch（圖2）。該產(chǎn)品整合了初級(jí)側(cè)場(chǎng)效電晶體（FET）、無(wú)損耗電流檢測(cè)（Lossless Current Sense）、初/次級(jí)端控制器、同步整流（SR）控制器等元件，并具備包爾英特的高速數(shù)位FluxLink技術(shù)，可越過(guò)安全隔離屏障，進(jìn)行高度精準(zhǔn)的二次側(cè)直接電壓和電流測(cè)量通訊；而同步整流功能與初級(jí)側(cè)控制器的結(jié)合，加上FluxLink技術(shù)，使得同步整流開關(guān)時(shí)序得以優(yōu)化，從而提高電源供應(yīng)效率。

　　圖2　InnoSwitch方案架構(gòu)圖

　　此外，InnoSwitch提供達(dá)25瓦（W）的定電壓和定電流，因此適合用于智能型移動(dòng)設(shè)備充電器與轉(zhuǎn)換器，亦可廣泛應(yīng)用于機(jī)上盒、網(wǎng)路設(shè)備與電腦周邊設(shè)備等。

　　Dujari強(qiáng)調(diào)，InnoSwitch是目前業(yè)內(nèi)首見在同一硅基板上整合度最高的電源供應(yīng)解決方案，可減少電源供應(yīng)器的元件使用量，其次級(jí)端穩(wěn)壓架構(gòu)讓設(shè)計(jì)人員得以使用更簡(jiǎn)單、更低成本的變壓器，同時(shí)改善生產(chǎn)良率，進(jìn)而大幅降低製造成本，并提高電源供應(yīng)效率。目前已有兩家移動(dòng)設(shè)備製造商正採(cǎi)用結(jié)合 FluxLink技術(shù)的InnoSwitch系列IC來(lái)生產(chǎn)充電器。

　　事實(shí)上，除了以新型態(tài)的電源供應(yīng)設(shè)計(jì)提升移動(dòng)設(shè)備電源轉(zhuǎn)換效率之外，包爾英特亦積極布局高通（Qualcomm）所提出的快充標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，以滿足使用者快速且便利充電的渴望。

　　此外，另一電源芯片商--戴樂格，在移動(dòng)設(shè)備電源管理市場(chǎng)亦是攻勢(shì)連連。繼2013年購(gòu)併iWatt并厚實(shí)交流對(duì)直流（AC-DC）電源管理技術(shù)實(shí)力后，戴樂格近來(lái)在移動(dòng)設(shè)備電源管理市場(chǎng)可謂火力全開，不僅成為首家同時(shí)量產(chǎn)支援高通Quick Charge 2.0和聯(lián)發(fā)科Pump Express快充規(guī)格的電源芯片商，更積極布局無(wú)線充電系統(tǒng)中AC-DC與藍(lán)牙（Bluetooth）的整合方案，全面?zhèn)潺RAC-DC電源管理產(chǎn)品線。

　　更多電源資訊與技術(shù)文章，可參閱電子發(fā)燒友Designs of week欄目——多管齊下 淘寶電源管理設(shè)計(jì)訣竅

看好快充/無(wú)線充電潛力 Dialog全面?zhèn)鋺?zhàn)e#

　　看好快充/無(wú)線充電潛力　Dialog全面?zhèn)鋺?zhàn)

　　圖3　戴樂格電源轉(zhuǎn)換事業(yè)部門資深副總裁暨總經(jīng)理Davin Lee指出，快充及無(wú)線充電技術(shù)，將成為驅(qū)動(dòng)移動(dòng)設(shè)備電源市場(chǎng)成長(zhǎng)的兩大動(dòng)力。

　　戴樂格電源轉(zhuǎn)換事業(yè)部門資深副總裁暨總經(jīng)理Davin Lee表示，即便智能型手機(jī)及平板電腦製造商努力延長(zhǎng)電池續(xù)航力，不過(guò)隨著移動(dòng)設(shè)備導(dǎo)入更多功能，裝置的耗電量也隨之激增，因此製造商除了在移動(dòng)設(shè)備內(nèi)置入更大容量的電池之外，業(yè)界也催生各種快充以及無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)，以滿足使用者對(duì)于可隨時(shí)補(bǔ)給移動(dòng)設(shè)備電力的需求。

　　戴樂格產(chǎn)品行銷總監(jiān)Athar Zaidi指出，目前高通、聯(lián)發(fā)科、叁星（Samsung）及德州儀器（TI）等大廠，都正積極推廣自有的快充協(xié)定標(biāo)準(zhǔn)；其中，高通的Quick Charge 2.0和聯(lián)發(fā)科的Pump Express快充規(guī)格更是一馬當(dāng)先，正在移動(dòng)設(shè)備市場(chǎng)快速攻城掠地。事實(shí)上，目前僅有部分高階機(jī)種配備快充技術(shù)，Zaidi預(yù)測(cè)，截至2014年底前，具備快充功能的移動(dòng)設(shè)備滲透率約有20%，2015年則可望達(dá)到30%，未來(lái)成長(zhǎng)潛力備受期待。

　　另一方面，為了搶占快充商機(jī)，戴樂格亦步亦趨緊跟現(xiàn)有的快充標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，并成為首個(gè)可同時(shí)量產(chǎn)Quick Charge 2.0和Pump Express快充方案（圖4）的電源芯片商；而其他廠商的競(jìng)爭(zhēng)方案目前則都處于送樣階段。

　　圖4　戴樂格為高通Quick Charge 2.0（左）及聯(lián)發(fā)科Pump Express標(biāo)準(zhǔn)（右）標(biāo)準(zhǔn)所開發(fā)的快充方案示意圖

　　Zaidi指出，快充技術(shù)意味著將有更多的電流、電壓進(jìn)入到移動(dòng)設(shè)備，也因此過(guò)電壓/過(guò)電流/過(guò)溫度保護(hù)設(shè)計(jì)就顯得更為重要。有鑑于此，戴樂格針對(duì)快充功能推出的電源芯片組，即具備戴樂格獨(dú)有的SmartDefender技術(shù)，以解決電源系統(tǒng)中任何電壓/電流過(guò)負(fù)載事件對(duì)電路系統(tǒng)、連接器及纜線造成的損害。

　　此外，戴樂格亦透過(guò)旗下PrimAccurate初級(jí)側(cè)數(shù)位可編程控制平臺(tái)，在充電器初級(jí)側(cè)實(shí)現(xiàn)數(shù)位分析功能，以省卻次級(jí)端中穩(wěn)壓器 （Regulator）和光耦合器（Opto-isolator）等元件的應(yīng)用需求，有助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)更低成本、更高整合度的AC-DC芯片方案。

　　值得注意的是，除了快充技術(shù)之外，Lee認(rèn)為，無(wú)線充電亦將是移動(dòng)設(shè)備市場(chǎng)的「下一個(gè)大事（The Next Big Thing）」，因此戴樂格亦與相關(guān)業(yè)者密切合作，布局無(wú)線充電解決方案。至于未來(lái)將會(huì)是由磁共振（MR）抑或是磁感應(yīng)（MI）方案獨(dú)占鰲頭，Zaidi 表示，無(wú)論是哪一種方案主導(dǎo)，AC-DC電源管理技術(shù)的差異其實(shí)不大，因此戴樂格并不會(huì)特別押寶任一技術(shù)，將維持雙軌并進(jìn)的策略，以滿足所有市場(chǎng)的需求。

　　事實(shí)上，戴樂格日前已挾藍(lán)牙Smart技術(shù)進(jìn)擊無(wú)線充電市場(chǎng)。該公司的藍(lán)牙Smart芯片將與Energous的無(wú)線充電參考設(shè)計(jì)結(jié)合，以打造出無(wú)需電源接口或充電板，也能讓可穿戴設(shè)備充電的方案。Zaidi透露，目前戴樂格則正在積極開發(fā)AC-DC電源管理芯片與藍(lán)牙芯片整合的平臺(tái)，惟產(chǎn)品細(xì)節(jié)尚未能公布。

　　事實(shí)上，無(wú)線充電功能的滲透率正在急遽增加，其中可穿戴設(shè)備將是成長(zhǎng)最快的無(wú)線充電應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)IHS研究報(bào)告指出，針對(duì)可穿戴設(shè)備所設(shè)計(jì)的無(wú)線充電接收端（Rx）產(chǎn)品市場(chǎng)，在2014～2018年的年復(fù)合成長(zhǎng)率（CAGR）將高達(dá)413.6%，遠(yuǎn)高于智能型手機(jī)的104.7%及平板電腦的 208%，成長(zhǎng)潛力驚人；瞄準(zhǔn)此應(yīng)用需求，芯片商已快馬加鞭開發(fā)針對(duì)可穿戴設(shè)備所設(shè)計(jì)的無(wú)線充電芯片。

　　無(wú)線充電成長(zhǎng)驚人　可穿戴設(shè)備應(yīng)用最火

　　圖5　IDT副總裁暨類比與充電部門總經(jīng)理Arman Naghavi認(rèn)為，可穿戴設(shè)備對(duì)無(wú)線充電需求高漲，是無(wú)線充電應(yīng)用中極具發(fā)展?jié)摿Φ氖袌?chǎng)。

　　IDT副總裁暨類比與充電部門總經(jīng)理Arman Naghavi（圖5）表示，無(wú)線充電市場(chǎng)的目標(biāo)市場(chǎng)規(guī)模（SAM）在2018年前將達(dá)到10億美元以上，而接收端與發(fā)射端（Tx）在2014～2018 年的年復(fù)合成長(zhǎng)率，分別為130%與123%；其中，在無(wú)線充電接收端的目標(biāo)應(yīng)用市場(chǎng)中，又以可穿戴設(shè)備的成長(zhǎng)前景最為亮眼。

　　Naghavi進(jìn)一步指出，由于可穿戴設(shè)備擁有體積小、外型不定、耗電量高、電池容量小等特色，因此廠商對(duì)于充電方式的設(shè)計(jì)有諸多限制，如考量到外型美觀，不能有明顯的充電插孔；可穿戴設(shè)備體積較小，一般的充電轉(zhuǎn)接頭相對(duì)來(lái)說(shuō)過(guò)大等；也因此，能夠提升充電便利性并簡(jiǎn)化裝置外型設(shè)計(jì)的無(wú)線充電技術(shù)，就成了可穿戴設(shè)備炙手可熱的功能選項(xiàng)。

　　事實(shí)上，摩托羅拉（Motorola）今年推出的智能型手表--MOTO 360已率先支援無(wú)線充電。Naghavi預(yù)計(jì)，未來(lái)5年，可穿戴設(shè)備出貨量將達(dá)上億套，將為相關(guān)元件帶起新的需求；他更透露，許多可穿戴設(shè)備開發(fā)商正如火如荼研發(fā)支援無(wú)線充電功能的可穿戴設(shè)備，這對(duì)于無(wú)線充電芯片商而言更蘊(yùn)含著無(wú)限的成長(zhǎng)潛力。

　　為了搶攻可穿戴設(shè)備的無(wú)線充電商機(jī)，IDT已于2014下半年發(fā)布相關(guān)解決方案，該款無(wú)線充電芯片相容于WPC聯(lián)盟的Qi標(biāo)準(zhǔn)，接收功率為2瓦（W），尺寸僅30毫米（mm）×30毫米，而競(jìng)爭(zhēng)方案的尺寸平均則約為65毫米×30毫米。

　　除此之外，該芯片利用專利技術(shù)降低對(duì)大量被動(dòng)元件需求，協(xié)助客戶在縮小整體應(yīng)用面積、降低成本的同時(shí)，效能亦不打折扣。另外，該產(chǎn)品的I2C介面支援可編程的充電電流、充電電壓、終止電流和熱控制循環(huán)（Thermal Control Loop）設(shè)計(jì)等。