什么是电源管理IC

什么是电源管理IC

众所周知,电力来自您家中的墙壁插座。在很多个国家,许多电器使用 120 V 交流电 (AC)*1作为其电源,并将交流电源线连接到插座。但是,并非所有家用电器内部的组件都可以利用交变电源*2。120 V AC必须首先转换为直流电(DC),并将DC提供给电子电路。电器配备了电子控制所需的各种电子电路,每个电路都有自己的电气要求。电源管理IC可根据每个要求为电路提供稳定的源电压。

如图1所示,电源管理IC不仅用于家用电器,还用于每种电气产品。


电源IC的应用

如何使用电源管理IC

如何选择和组合电源管理IC,以找到每个器件所需的正确源电压*3?例如,我们将使用笔记本电脑的电源树解释电源管理IC的选择。

笔记本电脑可以根据PC的规格,性能,成本等由各种组件构成。此外,每个器件需要不同的源电压、电源、效率、噪声等。因此,电源管理IC的选择和组合也各不相同。

图2显示了为笔记本电脑内部的主要设备供电的电源树的示例。

电源IC的使用

便携式电脑通过从交流适配器和锂离子二次电池获取电力来运行。交流适配器将 120 V AC 转换为 16 V DC,并将转换后的电压提供给 PC,同时充电控制 IC 为锂离子电池充电。当交流适配器断开连接时,锂离子电池为系统的整个电源树供电。

CPU 和 GPU 电路采用最新的微细加工技术进行密集封装和制造。这些技术消耗大电流,需要非常低的电压。因此,降压(降压)DC/DC转换器*4通常用于源线到CPU和GPU,以实现高效转换。

但是,DC/DC转换器不适合音频放大器,因为这些转换器产生的开关噪声会降低音质。因此,通常在DC/DC转换器和音频放大器之间插入2.85 V线性稳压器(LDO*5),以降低开关噪声并提高音质。

在背光 LED 面板中,LED 串联连接。它需要超过16 V才能工作。因此,升压转换器为背光LED面板*6提供30V电压。

如上所示,笔记本电脑内部的设备具有不同的工作电压和电气特性*7。因此,电源管理IC对于电气产品是必需的。

4稳压器采用两种控制方法:线性法和开关法。使用线性法的稳压器称为线性稳压器,采用开关法的稳压器称为开关稳压器(或简称为转换器)。
5LDO稳压器是一种线性稳压器,尽管输入和输出电压之间的差异很小,但仍能正常工作。
6当使用LDO稳压器时,输出电压不可避免地低于输入电压。另一方面,DC/DC转换器可以同时降低(降低)和升压(升高)输入电压。降压(降压)DC/DC转换器产生的输出电压低于输入,升压(升压)转换器产生高于输入的输出电压。
7"电气特性"一词是指电源管理IC的规格,例如电源量,效率,噪声等。

电源管理IC按功能和应用分类
电源管理IC除了上述功能外,还包括许多发挥各种作用的IC。(例如电压检测器、监控等)

图3显示了电源管理IC的功能和应用分类。

电源IC的功能

图 3.电源管理IC的分类

图的左侧框列出了用于通用的单功能IC。这些IC用于各种电气设备以控制电力。线性稳压器、DC/DC 转换器、AC/DC 转换器、复位 IC、开关 IC 等都属于此类别。

右侧的电源管理 IC 专为特定用途而设计。这些 IC 针对具有严格电气要求的特定设备进行了优化。包括锂离子电池保护 IC、锂离子电池充电控制 IC、LED 控制器、在单个封装中集成多种功能的电源管理单元 (PMU)。

电源管理 IC 的角色

我们将向您解释三种类型的电源管理IC的作用:1)稳压器,2)复位IC和3)开关IC。所有这些都有助于电气产品的高效稳定运行和建设当今的经济社会。

1. 监管机构

稳压器根据每个器件的要求提供稳定的源电压和功率。此类型包括线性稳压器、DC/DC 转换器等。

例如,手机或智能手机中采用的锂离子电池在充满电时提供约4.2 V的电压。但是,手机内部的处理器只需要大约1.2 V即可正常工作。超过此电压要求的电压可能会对处理器造成永久性损坏。在一段时间内,随着电池的每个充电周期,电池的输出电压开始下降。简而言之,即使电池电压可能逐渐降低,某些设备也需要继续将电池电压转换为处理器的稳定可靠的源。

无论输入波动如何,稳压器都能保持稳定的输出电压。只要电池电压满足其工作要求,稳压器将继续向处理器提供稳定的1.2 V电压。

电源IC用途

2. 电压检测器(复位IC

如上所述,每个器件具有不同的工作电源电压范围。当电源电压超出器件输入范围时,器件将无法正常工作。发生这种情况时,必须停止设备。即使电源电压恢复到预设值,器件也不会恢复到正常状态。

在系统启动时也会发生同样的事情,因为当提供电压时,内部状态不稳定,必须复位。为此,每个器件都有一个复位引脚,用于停止操作并将内部状态初始化为预设条件。内部初始化使设备能够开始正常运行。

电压监控器IC监控电源电压是否在电压检测器阈值范围内,并在电源电压超出电压范围时输出复位信号。当复位信号通过其复位引脚发送到器件时,器件停止工作,其内部状态可以复位。电压监控器IC主要用于复位负载器件,因此它们通常被称为复位IC

图5显示了复位IC的操作。如果输入电压(监控电压)低于预设电压阈值(电压检测器阈值),复位信号将输出0 V,此0 V信号表示每个器件的复位信号。

复位IC的工作

3. 开关 IC

开关IC是插入电源线并打开/关闭电源的IC。
如果多个设备连接到相同电压的电源线,则插入开关IC可以根据每个设备的状态打开/关闭电源,从而降低整个系统的功耗。以这种方式使用的开关IC称为负载开关IC。

当然,简单的MOSFET可以起到开关的作用。然而,当它们导通时,MOSFET无法阻止大电流暂时从输入流向输出电路。大电流称为浪涌电流。浪涌电流会导致输入电压瞬态下降等问题。为了防止这种情况发生,开关IC可以包括保护电路,例如软启动以防止输入电压瞬态下降,自动放电,以便在电源线关闭后立即释放输出电荷,等等。虽然通过使用线性稳压器或DC/DC转换器可以提供相同的电源电压,但在减少电源电流和外部元件数量方面,使用开关IC更有利。

图6显示了开关IC的操作。当控制信号从高转为低时,输出负载的电源停止,同时输出电压通过自动放电迅速转为0 V。当控制信号在电源启动后不久从低电平变为高电平时,由于软起动逐渐增加输出电压,因此可以防止输入电压下降。

开关IC

结论

在逻辑电路或使用运算放大器的模拟电路上很少绘制电源线。对于使用电器的每个人来说,都需要电力来为系统供电,这是常识。然而,通常被忽视的是电源和系统功率要求的重要性。电路设计人员必须考虑每个电气器件的电力来源和具体功率要求,以设计稳定可靠的系统。智能手机中的双核或四核等处理器连接到许多组件,如果没有电源管理IC,它们将永远无法工作。电源管理IC是"无名英雄",它们是支持电子系统在幕后安全、正常运行的重要组件。

 

 

 

 

 

 

 

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创建时间:2021-11-30 14:00