选购电源管理IC芯片时需要考虑哪些因素

发布时间：2023-05-29 13:54
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：2880

　　电源管理IC芯片(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芯。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。电源管理芯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。选购电源管理IC芯片时需要考虑哪些因素？

选购电源管理IC芯片时需要考虑哪些因素

　　电源管理的范畴比较广，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，电源管理芯片的分类也包括这些方面，比如线性电源芯片、电压基准芯片、开关电源芯片、LCD驱动芯片、LED驱动芯片、电压检测芯片、电池充电管理芯片等。下面简要介绍一下电源管理芯片的主要类型和应用情况。

　　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准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，那么线性电源是最恰当的选择。这种电源包括如下的技术：精密的电压基准，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，常应用基于电容的开关电源芯片，也就是通常所说的电荷泵(Charge Pump)。基于电荷泵工作原理的芯片产品很多，比如AAT3113。这是一种由低噪声、恒定频率的电荷泵DC/DC转换器构成的白光LED驱动芯片。AAT3113采用分数倍(1.5×)转换以提高效率。该器件采用并联方式驱动4路LED。输入电压范围为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冲。AAT3113利用简单串行控制接口对芯片进行使能、关断和32级对数刻度亮度控制。

　　而基于电感的DC/DC芯片的应用范围最广泛，应用包括掌上电脑、相机、备用电池、便携式仪器、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，基准电压技术分析。

　　除了基本的电源变换芯片，电源管理芯片还包括以合理利用电源为目的的电源控制类芯片。如NiH电池智能快速充电芯片，锂离子电池充电、放电管理芯片，锂离子电池过压、过流、过温、短路保护芯片;在线路供电和备用电池之间进行切换管理的芯片，USB电源管理芯片;电荷泵，多路LDO供电，加电时序控制，多种保护，电池充放电管理的复杂电源芯片等。

　　特别是在消费类电子方面。比如便携式DVD、手机、数码相机等，几乎用1块-2块电源管理芯片就能够提供复杂的多路电源，使系统的性能发挥到最佳。

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　　电源管理芯片20个常见术语及其解释：　　1、PMIC (Power Management Integrated Circuit)：电源管理集成电路，一种集成多个电源管理功能的芯片，通常用于为各种电子设备提供稳定的电源。　　2、LDO (Low Dropout Regulator)：低压差线性稳压器，一种能够在输入电压和输出电压之间具有较小压差的线性稳压器，适用于低功耗应用。　　3、Buck Converter：降压转换器，将较高的输入电压转换为较低的输出电压，效率较高，常用于移动设备和嵌入式系统。　　4、Boost Converter：升压转换器，将较低的输入电压转换为较高的输出电压，通常用于需要提高电压的应用，如LED驱动。　　5、Buck-Boost Converter：降升压转换器，能够在输入电压高于或低于输出电压时提供稳定的输出，广泛应用于不稳定电源的场景。　　6、DC-DC Converter：直流-直流转换器，将一个直流电压转换为另一个直流电压，常见的类型包括降压(Buck)、升压(Boost)和降升压(Buck-Boost)转换器。　　7、AC-DC Converter：交流-直流转换器，用于将交流电源(如家用电源)转换为直流电源，广泛应用于电源适配器和电池充电器中。　　8、Power Sequencing：电源顺序，指的是在多个电源电压轨中，确保各个电压轨按正确的顺序上电和断电，以保证系统正常启动和关闭。　　9、Overcurrent Protection (OCP)：过流保护，当电流超过芯片或电路设计的最大安全值时，保护电路将断开或限制电流，以防止损坏。　　10、Overvoltage Protection (OVP)：过压保护，当输入电压超过设定的安全阈值时，保护电路将切断电源或限制电压，以避免设备损坏。　　11、Undervoltage Lockout (UVLO)：欠压锁定，当电源电压低于某一设定值时，系统会自动停止工作，以防止不稳定的电源条件影响设备的正常工作。　　12、Thermal Shutdown：热关断，当芯片或电路的温度超过安全阈值时，芯片会自动关闭或限制输出，以避免因过热导致的损坏。　　13、Efficiency：效率，电源转换器将输入功率转换为输出功率的效率。高效率意味着更少的能量浪费，通常表现为较低的发热。　　14、Ripple：纹波，指电源输出中的高频波动，通常由开关电源(如DC-DC转换器)引起，过高的纹波可能影响系统性能。　　15、Quiescent Current (Iq)：静态电流，在没有负载的情况下，电源管理芯片消耗的电流。低静态电流对于延长电池寿命非常重要。　　16、Soft Start：软启动，通过逐渐增加输出电压或电流，避免系统在开机时产生大的冲击电流，减少对系统的损害。　　17、Load Regulation：负载调节，指电源输出电压在负载变化时的稳定性。良好的负载调节意味着电压在负载变化时波动较小。　　18、Line Regulation：输入调节，指电源输出电压在输入电压变化时的稳定性。优良的输入调节意味着电压波动较小。　　19Power Good (PG)：电源正常指示，表示电源电压在预设的正常范围内，常用于MCU等系统的电源健康监测。　　20、Battery Charger IC：电池充电管理芯片，专门用于充电电池，管理充电过程中的电压、电流调节、充电状态监控等功能。　　这些术语涵盖了电源管理芯片的工作原理、功能及保护机制，掌握这些概念对于FAE工程师在提供技术支持和解决客户问题时至关重要。
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　　随着电子科技的飞速发展，电子设备的复杂性不断提高，电源管理成为确保设备稳定、安全、高效运行的关键环节。电源管理芯片作为现代电子系统中的“核心调度者”，在各类电子设备中扮演着至关重要的角色。　　01电源管理芯片的定义　　电源管理芯片是一类专门设计用于控制和管理电子设备电源的集成电路。它集成了多种电源转换、调节和监控功能，旨在提供稳定的电压和电流，优化能耗，并保护设备免受电源相关问题的影响。它可以包括各种功能模块，如降压转换器、升压转换器、线性稳压器、电池充电管理、电压监控、电流监控等。　　02电源管理芯片的工作原理　　电源管理芯片通过内部的电路实现对电源的调控。具体来说，其主要工作原理包括：　　电压转换与调节：根据设备需求，将输入电压转换为不同的稳定电压输出，确保各个部分工作在合适的电压范围内。　　能量效率优化：采用高效的DC-DC转换技术，最大程度减少能量损耗，延长电池续航或降低功耗。　　监控保护：实时监测电压、电流，发出保护信号(如过压、欠压、过流保护)以保障设备安全。　　电池管理：包括充电控制、健康状态监测和电池保护等，确保电池安全、延长寿命。　　系统控制：实现设备启动、关闭、节能模式等功能，提升整机的智能化水平。　　03电源管理芯片的主要作用　　电源管理芯片的作用非常多样，主要可以归纳为以下几个方面：　　1. 提供稳定的电源输出　　电子设备的不同模块对供电电压和电流的要求不同，电源管理芯片通过多路电源输出(如多路降压转换器、线性稳压器等)，确保每个模块获得稳定的电压，从而提升设备的可靠性和性能。　　2. 提高能源利用效率，延长续航时间　　尤其是在移动设备如智能手机、平板电脑、便携式传感器等中，电源管理芯片通过高效的DC-DC转换技术降低能量浪费，延长电池的使用时间。例如，采用同步降压技术可以将能量利用率提高至90%以上。　　3. 保护设备安全　　电源管理芯片内置多种保护机制，包括过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护和热保护。当检测到异常时，自动关闭电源或调整输出参数，避免损坏电子元件。　　4. 实现智能节能控制　　现代电源管理芯片可以根据系统运行状态动态调整电源策略，例如进入省电模式、调节供电电压等，从而实现更高的能效比。这在无线通信设备、物联网设备中尤为重要。　　5. 管理充电过程　　对于便携式设备，电源管理芯片还负责电池的充电管理。它控制充电电流和电压，确保电池以最佳方式充电，防止过充、过放、温度异常等问题，延长电池寿命。　　6. 促进系统的集成化与小型化　　将多种电源调节与监控功能集成在单一芯片中，极大减小了电路板空间，提高了系统的集成度，有助于电子设备向更小、更轻、更强大的方向发展。　　04电源管理芯片的应用领域　　电源管理芯片的应用范围极为广泛，几乎涉及所有电子设备与系统中关键的电源环节，主要包括：　　移动设备：智能手机、平板电脑、智能手表等，提升续航和充电效率。　　消费电子：数码相机、便携音响、VR设备等，保障正常运行。　　通信设备：路由器、基站设备，提供稳定的电源供应。　　医疗设备：便携式监护仪、电子手术设备，保障设备安全。　　汽车电子：车载娱乐系统、辅助驾驶传感器、电池管理系统。　　物联网：传感器节点、智能家居设备、可穿戴设备等。　　电源管理芯片作为电子设备中的“电源大脑”，在保障设备稳定、高效、安全运行中扮演着不可替代的角色。
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　　电源管理集成电路(简称PMIC)是现代电子设备中不可或缺的组件，负责有效地管理电源分配、调节和监测。尽管PMIC设计得越来越先进，但在实际使用中，仍然可能因各种原因导致其损坏。以下是一些容易造成电源管理IC损坏的因素，希望对你有所帮助。　　1.电源过压　　定义　　电源过压是指输入电压超出PMIC的额定范围。这种情况通常发生在电源故障、瞬态浪涌或不当使用电源适配器时。影响　　绝缘击穿：过高的电压可能导致PMIC内部绝缘材料击穿，导致电路短路或永久性损坏。　　热损坏：过压条件下，PMIC内部会产生更多热量，可能导致过热并损坏组件。　　2.过载和短路　　定义　　过载指的是PMIC输出端口连接到超出其额定电流的负载，而短路则是电源输出端直接连接到接地，形成极低的电阻路径。　　影响　　高电流损伤：持续的过载会导致PMIC超出其设计能力，导致内部元器件发热及损坏。　　瞬间短路损坏：短路会瞬间产生大量电流，可能导致PMIC内部的融化和烧坏。　　3.温度过高　　定义　　PMIC在工作时产生热量，若环境温度过高或散热不良，会导致其温度超出设计极限。　　影响　　热失效：高温会使得PMIC的材料和连接结构发生变化，短时间内可能导致工作失效。　　加速老化：持续高温会加速半导体材料的老化，导致性能下降或完全失效。　　4.静电放电(ESD)　　定义　　静电放电是由于静电积聚并突然释放所致，PMIC在没有有效防护的情况下容易受到损坏。　　影响　　瞬时击穿：静电放电会在非常短的时间内施加高电压，可能导致PMIC中的绝缘层击穿或相邻电路损坏。　　性能劣化：即使没有立即致命的损坏，静电也可能导致PMIC工作性能的长期下降。　　5.反向电压　　定义　　反向电压是指电流按相反方向流动，这通常发生在电源接反或电池安装错误时。　　影响　　损坏内部电路：反向电压可能导致PMIC内部电路的失效，进而导致整体电源管理功能失常。　　长期效果：即使短时间的反向电压也可能导致潜在的长期损伤，从而降低PMIC的可靠性。　　6.设计错误与不当使用　　定义　　设计错误包括布线不当、缺乏必要的保护电路，以及忽视PMIC的电气特性。人为错误也可能导致不当连接或操作。　　影响　　识别失误：设计中如果忽略了输入和输出阻抗匹配，可能导致信号反射和过载。　　不稳定性：缺乏适当保护电路(如过压、过流和过温传感器)可能导致设备在异常条件下运行，影响功率管理的安全性。　　总结来说，电源管理IC在电子系统中发挥着关键作用，但其损坏可能会导致整个系统的故障。了解并预防潜在的损坏原因，包括电源过压、过载、温度过高、静电放电、反向电压及设计错误，将有助于提高PMIC的可靠性和耐用性。在设计和测试阶段考虑这些因素，对于确保电源管理IC的稳定性和性能至关重要。
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