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主要電源管理芯片有的是雙列直插芯片,而有的是表面貼裝式封裝,其中HIP630x系列芯片是比較經(jīng)典的電源管理芯片,由著名芯片設(shè)計(jì)公司Intersil設(shè)計(jì)。它支持兩/三/四相供電,支持VRM9.0規(guī)范,電壓輸出范圍是1.1V-1.85V,能為0.025V的間隔調(diào)整輸出,開關(guān)頻率高達(dá)80KHz,具有電源大、紋波小、內(nèi)阻小等特點(diǎn),能精密調(diào)整CPU供電電壓。

電源管理集成電路(IC)是一種芯片,負(fù)責(zé)電子設(shè)備系統(tǒng)中電能的轉(zhuǎn)換、配電、檢測(cè)和其他電源管理。其主要負(fù)責(zé)將源電壓和電流轉(zhuǎn)換為可由微處理器、傳感器等負(fù)載使用的電源。

1958年,德州儀器(TI)的工程師杰克·基爾比發(fā)明了集成電路,這種被叫做芯片的電子部件,開啟了處理信號(hào)和電力電子設(shè)備的新時(shí)代,基爾比也在2000年憑借該發(fā)明榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

電源管理的范圍相對(duì)較廣,包括電源轉(zhuǎn)換(DC-DC、AC-DC和DC-AC)、電源分配和檢測(cè),以及結(jié)合了電源轉(zhuǎn)換和電源管理的系統(tǒng)。相應(yīng)地,電源管理芯片的分類也包括這些方面,例如線性電源芯片、電壓基準(zhǔn)芯片、開關(guān)電源芯片、LCD驅(qū)動(dòng)芯片、LED驅(qū)動(dòng)芯片、電壓檢測(cè)芯片、電池充電管理芯片、柵極驅(qū)動(dòng)器、負(fù)載開關(guān)、寬帶隙開關(guān)等。

電源管理芯片的應(yīng)用范圍十分廣泛,發(fā)展電源管理芯片對(duì)于提高整機(jī)性能具有重要意義,對(duì)電源管理芯片的選擇與系統(tǒng)的需求直接相關(guān),而數(shù)字電源管理芯片的發(fā)展還需跨越成本難關(guān)。

當(dāng)今世界,人們的生活已是片刻也離不開電子設(shè)備。電源管理芯片在電子設(shè)備系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)起對(duì)電能的變換、分配、檢測(cè)及其它電能管理的職責(zé)。電源管理芯片對(duì)電子系統(tǒng)而言是不可或缺的,其性能的優(yōu)劣對(duì)整機(jī)的性能有著直接的影響。

所有電子設(shè)備都有電源,但是不同的系統(tǒng)對(duì)電源的要求不同。為了發(fā)揮電子系統(tǒng)的最佳性能,需要選擇最適合的電源管理方式。

首先,電子設(shè)備的核心是半導(dǎo)體芯片。而為了提高電路的密度,芯片的特征尺寸始終朝著減小的趨勢(shì)發(fā)展,電場強(qiáng)度隨距離的減小而線性增加,如果電源電壓還是原來的5V,產(chǎn)生的電場強(qiáng)度足以把芯片擊穿。所以,這樣,電子系統(tǒng)對(duì)電源電壓的要求就發(fā)生了變化,也就是需要不同的降壓型電源。為了在降壓的同時(shí)保持高效率,一般會(huì)采用降壓型開關(guān)電源。

同時(shí),許多電子系統(tǒng)還需要高于供電電壓的電源,比如在電池供電設(shè)備中,驅(qū)動(dòng)液晶顯示的背光電源,普通的白光LED驅(qū)動(dòng)等,都需要對(duì)系統(tǒng)電源進(jìn)行升壓,這就需要用到升壓型開關(guān)電源。

此外,現(xiàn)代電子系統(tǒng)正在向高速、高增益、高可靠性方向發(fā)展,電源上的微小干擾都對(duì)電子設(shè)備的性能有影響,這就需要在噪聲、紋波等方面有優(yōu)勢(shì)的電源,需要對(duì)系統(tǒng)電源進(jìn)行穩(wěn)壓、濾波等處理,這就需要用到線性電源。

上述不同的電源管理方式,可以通過相應(yīng)的電源芯片,結(jié)合極少的外圍元件,就能夠?qū)崿F(xiàn)�？梢�,發(fā)展電源管理芯片是提高整機(jī)性能的必不可少的手段。

電源管理的范疇比較廣,既包括單獨(dú)的電能變換(主要是直流到直流,即DC/DC),單獨(dú)的電能分配和檢測(cè),也包括電能變換和電能管理相結(jié)合的系統(tǒng)。相應(yīng)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(zhǔn)芯片、開關(guān)電源芯片、LCD驅(qū)動(dòng)芯片、LED驅(qū)動(dòng)芯片、電壓檢測(cè)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(yīng)用情況。

如果所設(shè)計(jì)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(jī)等手持電子產(chǎn)品),電路電源不允許使用電感器(如手機(jī)),電源需要具有瞬時(shí)校準(zhǔn)和輸出狀態(tài)自檢功能,要求穩(wěn)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(dāng)?shù)倪x擇。這種電源包括如下的技術(shù):精密的電壓基準(zhǔn),高性能、低噪音的運(yùn)放,低壓降調(diào)整管,低靜態(tài)電流。

在小功率供電、運(yùn)放負(fù)電源、LCD/LED驅(qū)動(dòng)等場合,常應(yīng)用基于電容的開關(guān)電源芯片,也就是通常所說的電荷泵(Charge Pump)�；�于電荷泵工作原理的芯片產(chǎn)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(zhuǎn)換器構(gòu)成的白光LED驅(qū)動(dòng)芯片。AAT3113采用分?jǐn)?shù)倍(1.5×)轉(zhuǎn)換以提高效率。該器件采用并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)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(tǒng)特性,以保護(hù)任何輸出引腳所出現(xiàn)的短路。其嵌入的軟啟動(dòng)電路可防止啟動(dòng)時(shí)的電流過沖。AAT3113利用簡單串行控制接口對(duì)芯片進(jìn)行使能、關(guān)斷和32級(jí)對(duì)數(shù)刻度亮度控制。

而基于電感的DC/DC芯片的應(yīng)用范圍最廣泛,應(yīng)用包括掌上電腦、相機(jī)、備用電池、便攜式儀器、微型電話、電動(dòng)機(jī)速度控制、顯示偏置和顏色調(diào)整器等。主要的技術(shù)包括:BOOST結(jié)構(gòu)電流模式環(huán)路穩(wěn)定性分析,BUCK結(jié)構(gòu)電壓模式環(huán)路穩(wěn)定性分析,BUCK結(jié)構(gòu)電流模式環(huán)路穩(wěn)定性分析,過流、過溫、過壓和軟啟動(dòng)保護(hù)功能,同步整流技術(shù)分析,基準(zhǔn)電壓技術(shù)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(hù)芯片;在線路供電和備用電池之間進(jìn)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(shí)序控制,多種保護(hù),電池充放電管理的復(fù)雜電源芯片等。

特別是在消費(fèi)類電子方面。比如便攜式DVD、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等,幾乎用1塊-2塊電源管理芯片就能夠提供復(fù)雜的多路電源,使系統(tǒng)的性能發(fā)揮到最佳。

電子設(shè)備所具備的功能越多、性能越高,其結(jié)構(gòu)、技術(shù)、系統(tǒng)就越復(fù)雜,傳統(tǒng)的模擬技術(shù)電源管理ic滿足系統(tǒng)整體電源管理要求的難度也就越大,價(jià)格也更加昂貴。數(shù)字控制器的核心主要由三個(gè)特殊模塊組成:抗混疊(anti-aliasing)濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器(DPWM)。為了達(dá)到與模擬控制架構(gòu)同等的性能指標(biāo),必須具備高分辨率、高速和線性ADC以及高分辨率、高速PWM電路設(shè)計(jì)。ADC分辨率必須能夠滿足誤差小于輸出電壓允許變化的范圍,所需的輸出電壓紋波越小,則對(duì)ADC的分辨率要求越高。同時(shí),由于抗混疊濾波器以及流水線式或SAR模數(shù)轉(zhuǎn)換器會(huì)引入環(huán)路延時(shí),所以我們迫切需要高采樣速率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模擬控制器對(duì)所產(chǎn)生的可能脈沖寬度存在固有的限制,而DPWM可以產(chǎn)生離散和有限的PWM寬度集。從穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出角度看,只可能有一組離散的輸出電壓。由于DPWM是反饋環(huán)路中的一部分,因此DPWM的分辨率必須足夠高才能使輸出不顯示眾所周知的極限周值。不顯示任何極限周值所需的最少位數(shù)取決于拓?fù)�、輸出電壓和ADC分辨率。同時(shí),系統(tǒng)的環(huán)路穩(wěn)定性由PI或者PID控制器來調(diào)整。

未來,電源管理芯片前景廣闊。通過開發(fā)新的工藝、封裝和電路設(shè)計(jì)技術(shù),還會(huì)有性能更加出色的器件誕生,它們能提高電源功率密度、延長電池壽命、減少電磁干擾、增強(qiáng)電源和信號(hào)完整性以及提高系統(tǒng)的安全性,助力世界各地的工程師實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。