電源管理知識

【導讀】雖然電源管理對幾乎所有電子設備都非常重要，但它通常不是關注的重點。電源管理系統可以提高產品的可靠性和性能，通常可以支持眾多其他功能。

電源管理集成電路 (PMIC) 體積小、效率高、設計靈活，在電池供電的電子設備（包括智能手機和可穿戴設備）中尤為重要。

圖 1：電池可按不同方式連接，以提供不同的電流和電壓輸出。

DC 電池配置

電子設備使用哪種電源管理子系統，取決于電源類型。這些電源包括交流、直流或超低功耗直流電源，例如太陽能。許多設備都由單個電池或電池組（包含多個電池）提供直流電源。這些電池可按不同方式連接，以提供不同的電流和電壓輸出。在圖 1 示例中：

●   采用串聯電池可以提高電池組的峰值電壓和容量。

●   采用并聯電池不能提高電池組的電壓，但可以提高其整體電流能力和容量。

●   同時采用串聯和并聯電池可以提高電壓、電流和容量。

直流電壓穩壓器的類型

在一些電池供電應用中，系統組件可能無法直接使用電池電源，需要使用 DC-DC 轉換器來監測和穩定調節提供給系統的電壓。這些轉換器又稱穩壓器，可穩定調節提供的電壓。根據電壓轉換方法，穩壓器可分為兩種類型。

●   線性穩壓器使用線性（電阻）組件來穩定調節 Vout，將輸入電壓 (Vin) 轉換為不同的輸出電壓 (Vout)。它們通常用于低功率輸出應用。線性穩壓器可實現低噪聲輸出，適用于敏感的模擬組件，例如傳感器。但缺點是效率不高。

●   與之相比，開關穩壓器高效、靈活，且體積小，但會發出高頻噪聲。開關穩壓器使用場效應晶體管 (FET) 將直流輸入電壓轉換為交流波形，然后使用電容和電感將它轉換為不同的直流輸出電壓。

開關穩壓器

開關穩壓器根據其輸入和輸出電壓之間的關系進行分類。

●   降壓開關穩壓器：Vout 低于 Vin。

●   升壓開關穩壓器：Vout 高于 Vin。

●   降壓-升壓開關穩壓器：Vout 可變：可能低于、高于或等于 Vin。

下方圖 2 比較了 4 種常用的穩壓器拓撲：低壓降線性穩壓器 (LDO) 和三種開關穩壓器（降壓、升壓和降壓-升壓）。

現今的電源管理集成電路 (PMIC)

PMIC 是一種小型多功能集成電路，用于實施電壓轉換、電壓調節和電池管理（圖 3）。現今的 PMIC 可以處理電子設備中所需的多項甚至所有電壓調節功能。只需簡單更改固件或寄存器設置，即可用于不同應用，無需實施高成本的硬件變更。這有助于以更低的成本更快地開發新應用。

圖 3：PMIC 是一種小型多功能集成電路，用于實施電壓轉換、電壓調節和電池管理。

PMIC 可用于多種不同的行業和產品類型。它們可以提供多種功能，包括充電、功率損耗保護以及 DC-DC 電壓轉換和穩壓。PMIC 體積小巧，功耗低，可用于許多小型設備，例如可穿戴設備；可聽設備（例如耳塞）、移動設備、傳感器；以及物聯網 (IoT) 設備。它們可以充分改善產品的性能和效率，提高其設計靈活性，降低物料成本，從而幫助制造商降低總成本，并加快產品上市速度。