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2020-7-14
发表于 2020-4-26 13:28:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
电源管理芯片

  电源管理芯片(Power Management Integrated Circuits),是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片。主要负责识别CPU供电幅值,产生相应的短矩波,推动后级电路进行功率输出。常用电源管理芯片有HIP6301、IS6537、RT9237、ADP3168、KA7500、TL494等。

  基本类型

  主要电源管理芯片有的是双列直插芯片,而有的是表面贴装式封装,其中HIP630x系列芯片是比较经典的电源管理芯片,由著名芯片设计公司Intersil设计。它支持两/三/四相供电,支持VRM9.0规范,电压输出范围是1.1V-1.85V,能为0.025V的间隔调整输出,开关频率高达80KHz,具有电源大、纹波小、内阻小等特点,能精密调整CPU供电电压。

  应用范围

  电源管理芯片的应用范围十分广泛,发展电源管理芯片对于提高整机性能具有重要意义,对电源管理芯片的选择与系统的需求直接相关,而数字电源管理芯片的发展还需跨越成本难关。

  当今世界,人们的生活已是片刻也离不开电子设备。电源管理芯片在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其它电能管理的职责。电源管理芯片对电子系统而言是不可或缺的,其性能的优劣对整机的性能有着直接的影响。

  提高性能

  所有电子设备都有电源,但是不同的系统对电源的要求不同。为了发挥电子系统的最佳性能,需要选择最适合的电源管理方式。

  首先,电子设备的核心是半导体芯片。而为了提高电路的密度,芯片的特征尺寸始终朝着减小的趋势发展,电场强度随距离的减小而线性增加,如果电源电压还是原来的5V,产生的电场强度足以把芯片击穿。所以,这样,电子系统对电源电压的要求就发生了变化,也就是需要不同的降压型电源。为了在降压的同时保持高效率,一般会采用降压型开关电源。

  同时,许多电子系统还需要高于供电电压的电源,比如在电池供电设备中,驱动液晶显示的背光电源,普通的白光LED驱动等,都需要对系统电源进行升压,这就需要用到升压型开关电源。

  此外,现代电子系统正在向高速、高增益、高可靠性方向发展,电源上的微小干扰都对电子设备的性能有影响,这就需要在噪声、纹波等方面有优势的电源,需要对系统电源进行稳压、滤波等处理,这就需要用到线性电源。

  上述不同的电源管理方式,可以通过相应的电源芯片,结合极少的外围元件,就能够实现。可见,发展电源管理芯片是提高整机性能的必不可少的手段。

  选择因素

  电源管理的范畴比较广,既包括单独的电能变换(主要是直流到直流,即DC/DC),单独的电能分配和检测,也包括电能变换和电能管理相结合的系统。相应的,电源管理芯片的分类也包括这些方面,比如线性电源芯片、电压基准芯片、开关电源芯片、LCD驱动芯片、LED驱动芯片、电压检测芯片、电池充电管理芯片等。下面简要介绍一下电源管理芯片的主要类型和应用情况。

  如果所设计的电路要求电源有高的噪音和纹波抑制,要求占用PCB板面积小(如手机等手持电子产品),电路电源不允许使用电感器(如手机),电源需要具有瞬时校准和输出状态自检功能,要求稳压器压降及自身功耗低,线路成本低且方案简单,那么线性电源是最恰当的选择。这种电源包括如下的技术:精密的电压基准,高性能、低噪音的运放,低压降调整管,低静态电流。

  在小功率供电、运放负电源、LCD/LED驱动等场合,常应用基于电容的开关电源芯片,也就是通常所说的电荷泵(Charge Pump)。基于电荷泵工作原理的芯片产品很多,比如AAT3113。这是一种由低噪声、恒定频率的电荷泵DC/DC转换器构成的白光LED驱动芯片。AAT3113采用分数倍(1.5×)转换以提高效率。该器件采用并联方式驱动4路LED。输入电压范围为2.7V~5.5V,可为每路输出提供约20mA的电流。该器件还具备热管理系统特性,以保护任何输出引脚所出现的短路。其嵌入的软启动电路可防止启动时的电流过冲。AAT3113利用简单串行控制接口对芯片进行使能、关断和32级对数刻度亮度控制。

  而基于电感的DC/DC芯片的应用范围最广泛,应用包括掌上电脑、相机、备用电池、便携式仪器、微型电话、电动机速度控制、显示偏置和颜色调整器等。主要的技术包括:BOOST结构电流模式环路稳定性分析,BUCK结构电压模式环路稳定性分析,BUCK结构电流模式环路稳定性分析,过流、过温、过压和软启动保护功能,同步整流技术分析,基准电压技术分析。

  除了基本的电源变换芯片,电源管理芯片还包括以合理利用电源为目的的电源控制类芯片。如NiH电池智能快速充电芯片,锂离子电池充电、放电管理芯片,锂离子电池过压、过流、过温、短路保护芯片;在线路供电和备用电池之间进行切换管理的芯片,USB电源管理芯片;电荷泵,多路LDO供电,加电时序控制,多种保护,电池充放电管理的复杂电源芯片等。

  特别是在消费类电子方面。比如便携式DVD、手机、数码相机等,几乎用1块-2块电源管理芯片就能够提供复杂的多路电源,使系统的性能发挥到最佳。
  常见电源管理IC芯片

  在日常生活中,人们对电子设备的依赖越来越严重,电子技术的更新换代,也同时意味着人们对电源的技术发展寄予厚望,下面就为大家介绍电源管理技术的主要分类。

  电源管理半导体从所包含的器件来说,明确强调电源管理集成电路(电源管理IC,简称电源管理芯片)的位置和作用。电源管理半导体包括两部分,即电源管理集成电路和电源管理分立式半导体器件。

  在日常生活中,人们对电子设备的依赖越来越严重,电子技术的更新换代,也同时意味着人们对电源的技术发展寄予厚望,下面就为大家介绍电源管理技术的主要分类。

  电源管理半导体从所包含的器件来说,明确强调电源管理集成电路(电源管理IC,简称电源管理芯片)的位置和作用。电源管理半导体包括两部分,即电源管理集成电路和电源管理分立式半导体器件。

  电源管理集成电路包括很多种类别,大致又分成电压调整和接口电路两方面。电压凋整器包含线性低压降稳压器(即LDO),以及正、负输出系列电路,此外 不有脉宽调制(PWM)型的开关型电路等。因技术进步,集成电路芯片内数字电路的物理尺寸越来越小,因而工作电源向低电压发展,一系列新型电压调整器应运 而生。电源管理用接口电路主要有接口驱动器、马达驱动器、功率场效应晶体管(MOSFET)驱动器以及高电压/大电流的显示驱动器等等。

  电源管理分立式半导体器件则包括一些传统的功率半导体器件,可将它分为两大类,一类包含整流器和晶闸管;另一类是三极管型,包含功率双极性晶体管,含有MOS结构的功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。

  在某种程度上来说,正是因为电源管理IC的大量发展,功率半导体才改称为电源管理半导体。也正是因为这么多的集成电路(IC)进入电源领域,人们才更多地以电源管理来称呼现阶段的电源技术。

  电源管理半导体本中的主导部分是电源管理IC,大致可归纳为下述8种。

  1、AC/DC调制IC。内含低电压控制电路及高压开关晶体管。

  2、DC/DC调制IC。包括升压/降压调节器,以及电荷泵。

  3、功率因数控制PFC预调制 IC。提供具有功率因数校正功能的电源输入电路。

  4、脉冲调制或脉幅调制PWM/ PFM控制IC。为脉冲频率调制和/或脉冲宽度调制控制器,用于驱动外部开关。

  5、线性调制IC(如线性低压降稳压器LDO等)。包括正向和负向调节器,以及低压降LDO调制管。

  6、电池充电和管理IC。包括电池充电、保护及电量显示IC,以及可进行电池数据通讯“智能”电池 IC。

  7、热插板控制IC(免除从工作系统中插入或拔除另一接口的影响)。

  8、MOSFET或IGBT的开关功能ic。

  在这些电源管理IC中,电压调节IC是发展最快、产量最大的一部分。各种电源管理IC基本上和一些相关的应用相联系,所以针对不同应用,还可以列出更多类型的器件。

  电源管理的技术趋势是高效能、低功耗、智能化。

  提高效能涉及两个不同方面的内容:一方面想要保持能量转换的综合效率,同时还希望减小设备的尺寸;另一方面是保护尺寸不变,大幅度提高效能。

  在交流/直流(AC/DC)变换中,低的通态电阻,符合计算机和电信应用中更加高效适配器和电源的需要。在电源电路设计方面,一般待机能耗已经降到1W以下,并可将电源效率提高至90%以上。要进一步降低现有待机能耗,则需要有新的IC制造工艺技术及在低功耗电路设计方面的突破。
  电源管理IC应用的细分化

  电源管理芯片工作原理和应用

  与逻辑芯片和内存芯片不同,电源管理芯片在众多种类的芯片中并没有那么知名,但随着智能化理念深入生活的方方面面,各类终端产品有了更高的应用需求,对于电源管理芯片的要求也就随之提高了。

  以手机为例,智能手机由许多不同功能的模块组成,每个模块所需供电电压各不相同,由锂电池直接供电无法满足各模块要求,因此需要一个高效率电源管理芯片,把锂电池提供的电压用不同方法按照需要进行转换和调节,达到期望的电压值,以满足各个模块的需要。例如,SDRAM、闪存(Flash Memory)等数字电路由于受到制造工艺的限制,需要较低的供电电压;而模拟电路、射频电路和显示部分则需要一个较高的供电电压。此外,电源管理IC还需要根据系统的工作状态信息动态调节各个模块的供电电压值,实现优化控制,减小功耗,从而提高系统的效率,缩小产品体积,降低成本。因此,电源管理IC已经成为电子产品系统设计中一个最基本也是最重要的部分。

  随着应用的不断创新,电源管理IC的市场也呈现出需求多样化,应用细分化,更多高性能电源管理IC的市场需求也不断深化扩展,更好地为满足系统创新,性能提升而服务。截止2016年,手机电源管理芯片市场年复合增长率(CAGR)为11.7%移动基础设施为13.1%,数字机顶盒为12.3%。2014-2020年,中国电源管理芯片年均增长率将近8.4%,至2020年市场规模将达1200亿元左右。
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