電源管理IC芯片(Power Management Integrated Circuits),是在電子設備系統中擔負起對電能的變換、分配、檢測及其他電能管理的職責的芯。主要負責識別CPU供電幅值,產生相應的短矩波,推動后級電路進行功率輸出。
電源管理IC芯片的應用范圍十分廣泛,發展電源管理芯片對于提高整機性能具有重要意義,對電源管理芯片的選擇與系統的需求直接相關,而數字電源管理芯片的發展還需跨越成本難關。
當今世界,人們的生活已是片刻也離不開電子設備。電源管理芯片在電子設備系統中擔負起對電能的變換、分配、檢測及其它電能管理的職責。電源管理芯片對電子系統而言是不可或缺的,其性能的優劣對整機的性能有著直接的影響。
電源管理IC芯片該如何選擇?
電源管理的范疇比較廣,既包括單獨的電能變換(主要是直流到直流,即DC/DC),單獨的電能分配和檢測,也包括電能變換和電能管理相結合的系統。相應的,電源管理芯片的分類也包括這些方面,比如線性電源芯片、電壓基準芯片、開關電源芯片、LCD驅動芯片、LED驅動芯片、電壓檢測芯片、電池充電管理芯片等。下面簡要介紹一下電源管理芯片的主要類型和應用情況。
如果所設計的電路要求電源有高的噪音和紋波抑制,要求占用PCB板面積小(如手機等手持電子產品),電路電源不允許使用電感器(如手機),電源需要具有瞬時校準和輸出狀態自檢功能,要求穩壓器壓降及自身功耗低,線路成本低且方案簡單,那么線性電源是最恰當的選擇。這種電源包括如下的技術:精密的電壓基準,高性能、低噪音的運放,低壓降調整管,低靜態電流。
在小功率供電、運放負電源、LCD/LED驅動等場合,常應用基于電容的開關電源芯片,也就是通常所說的電荷泵(Charge Pump)。基于電荷泵工作原理的芯片產品很多,比如AAT3113。這是一種由低噪聲、恒定頻率的電荷泵DC/DC轉換器構成的白光LED驅動芯片。AAT3113采用分數倍(1.5×)轉換以提高效率。該器件采用并聯方式驅動4路LED。輸入電壓范圍為2.7V~5.5V,可為每路輸出提供約20mA的電流。該器件還具備熱管理系統特性,以保護任何輸出引腳所出現的短路。其嵌入的軟啟動電路可防止啟動時的電流過沖。AAT3113利用簡單串行控制接口對芯片進行使能、關斷和32級對數刻度亮度控制。
而基于電感的DC/DC芯片的應用范圍最廣泛,應用包括掌上電腦、相機、備用電池、便攜式儀器、微型電話、電動機速度控制、顯示偏置和顏色調整器等。主要的技術包括:BOOST結構電流模式環路穩定性分析,BUCK結構電壓模式環路穩定性分析,BUCK結構電流模式環路穩定性分析,過流、過溫、過壓和軟啟動保護功能,同步整流技術分析,基準電壓技術分析。
除了基本的電源變換芯片,電源管理芯片還包括以合理利用電源為目的的電源控制類芯片。如NiH電池智能快速充電芯片,鋰離子電池充電、放電管理芯片,鋰離子電池過壓、過流、過溫、短路保護芯片;在線路供電和備用電池之間進行切換管理的芯片,USB電源管理芯片;電荷泵,多路LDO供電,加電時序控制,多種保護,電池充放電管理的復雜電源芯片等。
特別是在消費類電子方面。比如便攜式DVD、手機、數碼相機等,幾乎用1塊-2塊電源管理芯片就能夠提供復雜的多路電源,使系統的性能發揮到最佳。
本文將重點介紹4種主要的電源管理IC。
1、LDO——最基本的電源IC,是一種低壓差線性穩壓器,使用在其飽和區域內運行的晶體管或場效應管(FET),從應用的輸入電壓中減去超額的電壓,產生經過調節的輸出電壓。所謂壓降電壓,是指穩壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。正輸出電壓的LDO(低壓降)穩壓器通常使用功率晶體管(也稱為傳遞設備)作為 PNP。這種晶體管允許飽和,所以穩壓器可以有一個非常低的壓降電壓,通常為 200mV 左右;與之相比,使用 NPN 復合電源晶體管的傳統線性穩壓器的壓降為 2V 左右。負輸出 LDO 使用 NPN 作為它的傳遞設備,其運行模式與正輸出 LDO 的 PNP設備類似;
2、DC/DC——是指在直流電路中將一個電壓值的電能變為另一個電壓值的電能的裝置,是一種新研制的小型化電源開關模塊,它是采用微電子技術,把小型表面安裝集成電路與微型電子元器件組裝成一體而構成。DC-DC電源模塊的使用有利于簡化電源電路設計縮短研制周期,實現最佳指標等,可廣泛應用于各類數字儀表和智能儀器中;
3、PWM——脈沖寬度調制,是一種模擬控制方式,根據相應載荷的變化來調制晶體管基極或MOS管柵極的偏置,來實現晶體管或MOS管導通時間的改變,從而實現開關穩壓電源輸出的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定,是利用微處理器的數字信號對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。脈沖寬度調制是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術,廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中;
4、功率MOSFET——即以金屬層(M)的柵極隔著氧化層(O)利用電場的效應來控制半導體(S)的場效應晶體管。功率MOS場效應晶體管也分為結型和絕緣柵型,但通常主要指絕緣柵型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),簡稱功率MOSFET(Power MOSFET)。結型功率場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管(Static Induction Transistor——SIT)。其特點是用柵極電壓來控制漏極電流,驅動電路簡單,需要的驅動功率小,開關速度快,工作頻率高,熱穩定性優于GTR,但其電流容量小,耐壓低,一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。 |