電源管理芯片

電源管理芯片

電子設備系統的芯片
電源管理芯片(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片,主要負責識别CPU供電幅值,産生相應的短矩波,推動後級電路進行功率輸出。常用電源管理芯片有HIP6301、IS6537、RT9237、ADP3168、KA7500、TL494等。
  • 中文名:電源管理芯片
  • 外文名:Power Management Integrated Circuits
  • 用途:
  • 作用:識别CPU供電幅值
  • 常用芯片:HIP6301、IS6537、RT9237等

簡介

電源管理芯片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片,主要負責識别CPU供電幅值,産生相應的短矩波,推動後級電路進行功率輸出。

電源管理芯片既有直插式封裝的,也有表面黏貼式封裝的。電源管理芯片的應用範圍十分廣泛,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。國際知名的電源芯片生産商有淩力爾特公司、德州儀器、貝克瓦特、美國飛兆半導體公司等。

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系列芯片是比較經典的電源管理芯片,由著名芯片設計公司Intersil設計。它支持兩/三/四相供電,支持VRM9.0規範,電壓輸出範圍是1.1V-1.85V,能為0.025V的間隔調整輸出,開關頻率高達80KHz,具有電源大、紋波小、内阻小等特點,能精密調整CPU供電電壓。

提高性能

所有電子設備都有電源,但是不同的系統對電源的要求不同。為了發揮電子系統的最佳性能,需要選擇最适合的電源管理方式。

首先,電子設備的核心是半導體芯片。而為了提高電路的密度,芯片的特征尺寸始終朝着減小的趨勢發展,電場強度随距離的減小而線性增加,如果電源電壓還是原來的5V,産生的電場強度足以把芯片擊穿。所以,這樣,電子系統對電源電壓的要求就發生了變化,也就是需要不同的降壓型電源。為了在降壓的同時保持高效率,一般會采用降壓型開關電源。

同時,許多電子系統還需要高于供電電壓的電源,比如在電池供電設備中,驅動液晶顯示的背光電源,普通的白光LED驅動等,都需要對系統電源進行升壓,這就需要用到升壓型開關電源。

此外,現代電子系統正在向高速、高增益、高可靠性方向發展,電源上的微小幹擾都對電子設備的性能有影響,這就需要在噪聲、紋波等方面有優勢的電源,需要對系統電源進行穩壓、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,可以通過相應的電源芯片,結合極少的外圍元件,就能夠實現。可見,發展電源管理芯片是提高整機性能的必不可少的手段。

芯片選擇

電源管理的範疇比較廣,既包括單獨的電能變換,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闆面積小,電路電源不允許使用電感器,電源需要具有瞬時校準和輸出狀态自檢功能,要求穩壓器壓降及自身功耗低,線路成本低且方案簡單,那麼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,低靜态電流。

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。基于電荷泵工作原理的芯片産品很多,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。輸入電壓範圍為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。

而基于電感的開關電源芯片的應用範圍最廣泛,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、顯示偏置和顔色調整器等。開關電源分為降壓型開關電源、升壓型開關電源和升降壓開關電源。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,锂離子電池充電、放電管理芯片,锂離子電池過壓、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,電池充放電管理的複雜電源芯片等。

目前的很多産品都在朝這個方向發展,因為這類産品的應用更加廣泛,特别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複雜的多路電源,使系統的性能發揮到最佳。

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