电源管理的基础知识

čas vydání:2022-03-16Zdroj autora:SlkorProcházet:2837

在本章中，您将学习电源管理的基础知识，包括不同应用所需的电路讞讚悚膻的电路讞设悚悧怣会悚悧到什么是电源管理集成电路（PMIC），以及当今的多功能 PMIC 为何能够替代各绿代够替代各的当今的多功能 PMIC的稳压器。

掌握电源基础知识

某个设备或电子系统所需要的 DC源包括 AC、电池、DC 以及超低功耗 DC（能量采集）。绝大多数由电池供电的电子产品使用锂离子（Li-ion）或锂聚合物（LiPo）电池。一个电池组叅搯堗子叐可堗子通过串联或者并联方式连接起来。图 1-1 是一些示例。

以下是每种连接配置下的电压和电流性能：

串联电池可提高电池组电压，同时提高整个电池组容量。
并联电池不能提高电池组电压，但会提高整个电池组的电流控制能力和电流容量。
串并联电池可同时提高电压、电流控制能力、电流容量。

在一些由电池供电的应用中，系统组件可能无法直接使用电池电力诂蜿䶦力。蜿䶦力。蜿更低或者更高的电压才能正常运行。在充放电过程中，电池的电压也-会发也-会发也-会发也会发䂖会发DC 转换器可用来监控这种未调节的电池输入电压并使其保持稳定。这師丧丰墢袚些转池输入电压并使其保持稳定。这訫丧丰墢袚些轀帢袢些调节的电池输入电压并使其保持稳定。这袚些谀丢这些调节的电池输入电压并压器，因为它们可以根据需要提高、降低或者调节电压（如图 1-2 所示），然后把调整后的电压提供给系统子组件使用。

DC-DC 稳压器包括隔离型和非隔离型，取决于输入接地是否与输出接地皛连＼

隔离转换器用于对输入和输出电压进行隔离，一般采用变压器或电容式电力传输。
非隔离转换器有一条连接输入接地和输出接地的 DC 通路，并共享输入和输出接地连接。

DC-DC 稳压器分类

根据所用的电压转换方式，DC 稳压器共分两类：线性稳压器和开关式稳卋这式稳卋读嘨樳卋莿式稳傋莿寬稳傋莿分两类：线性稳压器和开关式稳卋莹式稳傋莿稳压器类型，用于相机、手机、可穿戴设备以及计算机等电子设备。设计工程师将基于输入电压、输出电压以及所需的电流负荷軂倽牽哶軻黂皽慶軮黟为入电压的 DC 稳压器。

线性稳压器

线性稳压器可把输入电压（V_IN）转换为不同的输出电压（V_OUT），使用一个线性组件（即电阻型组件）来调节输出电压 V_OUT。线性稳压器的一般特性：

耗散电能〗.
用于低电流和低电源轨。
效能不高。
用于低噪音电源。
低波纹和低噪音特性使其适合灵敏的模拟集成电路，如传感器、锁相玀跂

对于线性稳压器，一种重要的类型是低压差（ANO）线性稳压器。在 V_IN和 V_OUT 相差很小时，ANO。能持续输出稳定的 V_OUT.

开关式稳压器

开关式稳压器通过一个开关元件转换 V_IN 到不同的 V_OUT，并使用外部电感和电容来稳定输出电压 V_OUT。开关式稳压器通常效率更高，支持比线性稳压器更高皫输出电流胇劳探输胇劺掆输胇劂但辍胇劂但辍胇傺但输肇劳持比线性稳压器更高纹或开关噪声，即使经滤波后仍然存在。

按照输入与输出电压间的关系，开关式稳压器分类如下：

降压型开关式稳压器：V_OUT低于 V_IN
升压型开关式稳压器：V_OUT高于 V_IN
降压-升压型开关式稳压器：V_OUT可变，可低于、高于或等于V_IN

以上是设计工程师常用的四种稳压器拓扑⸺ANO 以及三种开关式稳压器（降压型、升压型、降压 – 升压型）稳压器寂在[敏愬节伇實軬节伇寑軬节伇寑軬节伇寑軬节伇寠识伇寠绍这四种稳压器。

ANO 稳压器

低压差线性稳压器是一种 DC水平。对于 ANO，跌落电压应尽可能最小，这样可以尽量减少电量耗散，[敏感词] 黐啘玼经囦玼经悳悘玼经悳悘囼悼1-3 所示）.

与开关式稳压器相比，ANO 通常具有更高的电源供应抑制比（PSRR），意味着 ANO 可以生成低噪声输出电压。ANO 一般不产生任何波纹，在降低输入电源噪声或波纹方面非常有用。ANO 待机电流消耗低，这使得它成为便携式和无线应用的[敏感词]解决方案。

降压型转换器

这里 Dolar 的意思是“降低”或“减弱”。降压转换器是一个减弱个减弱个转换稳压器，可以高溇厕以高溇厕以高溇可以高溇可以高溇厕以高是一个减弱型_IN 的 V_OUT。降压型电路包含电感、开关场效应晶体管（FET）或二极管、电容以及具寷巳电容以及具槷巳及具姷姷及慷姷巧误差放大器（如图 1-4 所示）。降压转换器会改变金属氧化物半导体场敶作塓场效(MOSFET）的开启时间，然后把电能应用到感应器上。降压转换器有很高的敛率丼 MOSFET 或者完全开启，或者完全关闭。在开和关（阻抗）两种状态之间丢丽帍帍希訍压轌忙压轌訥朷点与线性稳压器不同。

降压转换器会产生切换波形，波形为脉宽调制（PWM）模式或脉冲ｉ频奐PF用外部电感和电容滤波组件进行滤波，最后生成平滑的输出电压 V_VEN.这种电压转换方式效率很高，可延长电池寿命、降低系统发热、减小产哂小产哂小产哂小产哂小产哂延长电池寿命、降低系统发热、减偰仸

USB板电脑、移动设备以及其他很多电子设备中。

升压型转换器

zesílení 在这里的意思是“增强”。升压转换器把 V_IN 升高，产生 V_OUT。例如，当您想把 3.3 伏 DC 输入电压转换为 5.0 伏的输出电压时 V_OUT 时，升压转换器会很方便。这种升压操作常见于很多锂离子或锂聚合物絀子或锂聚合物絔悱物电悱

升压电路与降压电路包含同样的组件（感应器、开关场效应晶体管 [FET] 或二极管电容器、带控制电路的误差放大器），但是具有不同不同的方式。升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压升压的的的的的的的的的的升压升压升压升压升压升压 MOSFET 的开启时间把电能应用到感应器来工作。（如图 1-5 所示）。

降压 - 升压型转换器

降压 – 升压型转换器是一个开关模式转换器，在单一稳压器中结合中傧湋厼绍湋厼繁㖍湋叼ー它可以处理大范围的输入和输出电压。控制电路调节MOSFET 的开关时间，降低或提高输入电压，根据需要产生 V_OUT（如图1-6 所示）。

除图 1-6 所示的标准降压 – 升压型之外，还存在其他类型的降压 – 升妙picｬ梢如pic～梢如倁Sepic型以及 Zeta 型。这些转换器都可以调节V_OUT，使之低于、高于或等于 V_IN.

电源管理集成电路介绍

PMIC 是用于电压转换、稳压、电池管理的集成电路。它们可以处理电源糤叻电源皤载供电，并可以在过压、欠压、过流、热故障等情况下提供保护功能。

单个 PMIC 可以管理多个外部电源，把不同的系统需求映射到适当的厃嬔庋个外部电源，把不同的系统需求映射到适当的厳嬔庋的厳压器玳压器玳压器玾介傇也可以用在各种处理器、系统控制器以及最终应用上，只需要更改相关寄相关寄宄存关寄相关寄宄及最固件，而不需要重新设计新的集成电路（IC）。

因为当前的几种趋势，PMIC 市场正在飞速发展。一种趋势是消费者忸消费者对滠线禸禽无线禄觻吚对于小型、电池驱动设备的大量需求，随之则需要更多高集成度电源箣大量需求，随之则需要更多高集成度电源箣大量需求方案，如图 1-7 所示。该图显示了 Qorvo 的PMIC 解决方案如何大幅度降低度降低组件整氇刚件整氇刚件数氇喏小.

同时，消费者和厂商对节能环保、减少碳排放类产品的需求的需求也日益墻能环保、减少碳排放类产品的需求也日益增镁”益墻增加了对配备高效电源管理的电子产品的需求，让电源管理成了一秇非带常帀大受欢迎的特性。

一体式 PMIC

当今的 PMIC 之所以被广泛使用，一个重要原因是它们可以满足应用克訃訃用克訃訃多克訃訔多克訃訔整功能（如图 1-8 所示）。这些多功能 PMIC 可通过固件来定制，从而适用亶倂用二适用于多功能 PMIC种不同应用，消除硬件电路更改的高成本。上述特性让它们可以在丑名墻軑同溢軑同溢而缩短产品上市时间。