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。
電子設備所具備的功能越多、性能越高,其結構、技術、系統(tǒng)就越復雜,傳統(tǒng)的模擬技術電源管理IC滿足系統(tǒng)整體電源管理要求的難度也就越大,價格也更加昂貴。數(shù)字控制器的核心主要由三個特殊模塊組成:抗混疊(anti-aliasing)濾波器、模數(shù)轉換器(ADC)和數(shù)字脈沖寬度調制器(DPWM)。為了達到與模擬控制架構同等的性能指標,必須具備高分辨率、高速和線性ADC以及高分辨率、高速PWM電路設計。ADC分辨率必須能夠滿足誤差小于輸出電壓允許變化的范圍,所需的輸出電壓紋波越小,則對ADC的分辨率要求越高。同時,由于抗混疊濾波器以及流水線式或SAR模數(shù)轉換器會引入環(huán)路延時,所以我們迫切需要高采樣速率的模數(shù)轉換器。模擬控制器對所產生的可能脈沖寬度存在固有的限制,而DPWM可以產生離散和有限的PWM寬度集。從穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出角度看,只可能有一組離散的輸出電壓。由于DPWM是反饋環(huán)路中的一部分,因此DPWM的分辨率必須足夠高才能使輸出不顯示眾所周知的極限周值。不顯示任何極限周值所需的最少位數(shù)取決于拓撲、輸出電壓和ADC分辨率。同時,系統(tǒng)的環(huán)路穩(wěn)定性由PI或者PID控制器來調整。
未來,電源管理芯片前景廣闊。通過開發(fā)新的工藝、封裝和電路設計技術,還會有性能更加出色的器件誕生,它們能提高電源功率密度、延長電池壽命、減少電磁干擾、增強電源和信號完整性以及提高系統(tǒng)的安全性,助力世界各地的工程師實現(xiàn)創(chuàng)新。