電源管理芯片常見分類及其基礎介紹

電源管理芯片

電源管理芯片（Power Management Integrated Circuits），是在電子設備系統(tǒng)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。常用電源管理芯片有 HIP6301、IS6537、RT9237、ADP3168、KA7500、TL494 等。

基本類型

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(guī)范，電壓輸出范圍是 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、內阻小等特點，能精密調整 CPU 供電電壓。

常見電源管理 IC 芯片

在日常生活中，人們對電子設備的依賴越來越嚴重，電子技術的更新?lián)Q代，也同時意味著人們對電源的技術發(fā)展寄予厚望，下面就為大家介紹電源管理技術的主要分類。

電源管理半導體從所包含的器件來說，明確強調電源管理集成電路（電源管理 IC，簡稱電源管理芯片）的位置和作用。電源管理半導體包括兩部分，即電源管理集成電路和電源管理分立式半導體器件。

在日常生活中，人們對電子設備的依賴越來越嚴重，電子技術的更新?lián)Q代，也同時意味著人們對電源的技術發(fā)展寄予厚望，下面就為大家介紹電源管理技術的主要分類。

電源管理半導體從所包含的器件來說，明確強調電源管理集成電路（電源管理 IC，簡稱電源管理芯片）的位置和作用。電源管理半導體包括兩部分，即電源管理集成電路和電源管理分立式半導體器件。

電源管理集成電路包括很多種類別，大致又分成電壓調整和接口電路兩方面。電壓凋整器包含線性低壓降穩(wěn)壓器（即 LDO），以及正、負輸出系列電路，此外 不有脈寬調制（PWM）型的開關型電路等。

因技術進步，集成電路芯片內數(shù)字電路的物理尺寸越來越小，因而工作電源向低電壓發(fā)展，一系列新型電壓調整器應運而生。

電源管理用接口電路主要有接口驅動器、馬達驅動器、功率場效應晶體管（MOSFET）驅動器以及高電壓 / 大電流的顯示驅動器等等。

電源管理分立式半導體器件則包括一些傳統(tǒng)的功率半導體器件，可將它分為兩大類，一類包含整流器和晶閘管;另一類是三極管型，包含功率雙極性晶體管，含有 MOS 結構的功率場效應晶體管（MOSFET）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等。

在某種程度上來說，正是因為電源管理 IC 的大量發(fā)展，功率半導體才改稱為電源管理半導體。

也正是因為這么多的集成電路（IC）進入電源領域，人們才更多地以電源管理來稱呼現(xiàn)階段的電源技術。

電源管理半導體本中的主導部分是電源管理 IC，大致可歸納為下述 8 種。
1、AC/DC 調制 IC，內含低電壓控制電路及高壓開關晶體管；
2、DC/DC 調制 IC，包括升壓 / 降壓調節(jié)器，以及電荷泵；
3、功率因數(shù)控制 PFC 預調制 IC，提供具有功率因數(shù)校正功能的電源輸入電路；
4、脈沖調制或脈幅調制 PWM/ PFM 控制 IC，為脈沖頻率調制和 / 或脈沖寬度調制控制器，用于驅動外部開關；
5、線性調制 IC（如線性低壓降穩(wěn)壓器 LDO 等），包括正向和負向調節(jié)器，以及低壓降 LDO 調制管；
6、電池充電和管理 IC。包括電池充電、保護及電量顯示 IC，以及可進行電池數(shù)據(jù)通訊“智能”電池 IC；
7、熱插板控制 IC（免除從工作系統(tǒng)中插入或拔除另一接口的影響）；
8、MOSFET 或 IGBT 的開關功能 ic。

在這些電源管理 IC 中，電壓調節(jié) IC 是發(fā)展最快、產量最大的一部分。各種電源管理 IC 基本上和一些相關的應用相聯(lián)系，所以針對不同應用，還可以列出更多類型的器件。

電源管理的技術趨勢是高效能、低功耗、智能化。

提高效能涉及兩個不同方面的內容：一方面想要保持能量轉換的綜合效率，同時還希望減小設備的尺寸;另一方面是保護尺寸不變，大幅度提高效能。

選擇因素

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(tǒng)。

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(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?shù)倪x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(tài)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(shù)倍（1.5×）轉換以提高效率，該器件采用并聯(lián)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(tǒng)特性，以保護任何輸出引腳所出現(xiàn)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(shù)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(huán)路穩(wěn)定性分析，BUCK 結構電壓模式環(huán)路穩(wěn)定性分析，BUCK 結構電流模式環(huán)路穩(wěn)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(shù)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(tǒng)的性能發(fā)揮到最佳。

應用范圍
電源管理芯片的應用范圍十分廣泛，發(fā)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(tǒng)的需求直接相關，而數(shù)字電源管理芯片的發(fā)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(tǒng)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(tǒng)而言是不可或缺的，其性能的優(yōu)劣對整機的性能有著直接的影響。

提高性能

所有電子設備都有電源，但是不同的系統(tǒng)對電源的要求不同。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著減小的趨勢發(fā)展，電場強度隨距離的減小而線性增加，如果電源電壓還是原來的 5V，產生的電場強度足以把芯片擊穿。

所以，這樣，電子系統(tǒng)對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(tǒng)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(tǒng)電源進行升壓，這就需要用到升壓型開關電源。

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電子設備的性能有影響，這就需要在噪聲、紋波等方面有優(yōu)勢的電源，需要對系統(tǒng)電源進行穩(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，可以通過相應的電源芯片，結合極少的外圍元件，就能夠實現(xiàn)?？梢?，發(fā)展電源管理芯片是提高整機性能的必不可少的手段。

審核編輯 黃昊宇