电源管理晶片


电源管理晶片

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电源管理晶片【电源管理晶片】电源管理晶片(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晶片.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 。常用电源管理晶片有HIP6301、IS6537、RT9237、ADP3168、KA7500、TL494等 。
基本介绍中文名:电源管理晶片
外文名:Power Management Integrated Circuits
作用:识别CPU供电幅值
常用晶片:HIP6301、IS6537、RT9237等
基本类型主要电源管理晶片有的是双列直插晶片,而有的是表面贴装式封装,其中HIP630x系列晶片是比较经典的电源管理晶片,由着名晶片设计公司Intersil设计 。它支持两/三/四相供电,支持VRM9.0规範,电压输出範围是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 。套用範围电源管理晶片的套用範围十分广泛,发展电源管理晶片对于提高整机性能具有重要意义,对电源管理晶片的选择与系统的需求直接相关,而数字电源管理晶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 。电源管理晶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 。电源管理晶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晶片 。而为了提高电路的密度,晶片的特徵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晶片击穿 。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,一般会採用降压型开关电源 。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晶片,结合极少的外围元件,就能够实现 。可见,发展电源管理晶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範畴比较广,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,电源管理晶片的分类也包括这些方面,比如线性电源晶片、电压基準晶片、开关电源晶片、LCD驱动晶片、LED驱动晶片、电压检测晶片、电池充电管理晶片等 。下面简要介绍一下电源管理晶片的主要类型和套用情况 。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準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,那幺线性电源是最恰当的选择 。这种电源包括如下的技术:精密的电压基準,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,常套用基于电容的开关电源晶片,也就是通常所说的电荷泵(Charge Pump) 。基于电荷泵工作原理的晶片产品很多,比如AAT3113 。这是一种由低噪声、恆定频率的电荷泵DC/DC转换器构成的白光LED驱动晶片 。AAT3113採用分数倍(1.5×)转换以提高效率 。该器件採用并联方式驱动4路LED 。输入电压範围为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沖 。AAT3113利用简单串列控制接口对晶片进行使能、关断和32级对数刻度亮度控制 。而基于电感的DC/DC晶片的套用範围最广泛,套用包括掌上电脑、相机、备用电池、携带型仪器、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,基準电压技术分析 。除了基本的电源变换晶片,电源管理晶片还包括以合理利用电源为目的的电源控制类晶片 。如NiH电池智慧型快速充电晶片,锂离子电池充电、放电管理晶片,锂离子电池过压、过流、过温、短路保护晶片;线上路供电和备用电池之间进行切换管理的晶片,USB电源管理晶片;电荷泵,多路LDO供电,加电时序控制,多种保护,电池充放电管理的複杂电源晶片等 。特别是在消费类电子方面 。比如携带型DVD、手机、数位相机等,几乎用1块-2块电源管理晶片就能够提供複杂的多路电源,使系统的性能发挥到最佳 。相关优势电子设备所具备的功能越多、性能越高,其结构、技术、系统就越複杂,传统的模拟技术电源管理IC满足系统整体电源管理要求的难度也就越大,价格也更加昂贵 。数字控制器的核心主要由三个特殊模组组成:抗混叠(anti-aliasing)滤波器、模数转换器(ADC)和数字脉冲宽度调製器(DPWM) 。为了达到与模拟控制架构同等的性能指标,必须具备高解析度、高速和线性ADC以及高解析度、高速PWM电路设计 。ADC解析度必须能够满足误差小于输出电压允许变化的範围,所需的输出电压纹波越小,则对ADC的解析度要求越高 。同时,由于抗混叠滤波器以及流水线式或SAR模数转换器会引入环路延时,所以我们迫切需要高採样速率的模数转换器 。模拟控制器对所产生的可能脉冲宽度存在固有的限制,而DPWM可以产生离散和有限的PWM宽度集 。从稳定状态下的输出角度看,只可能有一组离散的输出电压 。由于DPWM是反馈环路中的一部分,因此DPWM的解析度必须足够高才能使输出不显示众所周知的极限周值 。不显示任何极限周值所需的最少位数取决于拓扑、输出电压和ADC解析度 。同时,系统的环路稳定性由PI或者PID控制器来调整 。