電源管理知識

【導(dǎo)讀】雖然電源管理對幾乎所有電子設(shè)備都非常重要，但它通常不是關(guān)注的重點。電源管理系統(tǒng)可以提高產(chǎn)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(shè)計靈活，在電池供電的電子設(shè)備（包括智能手機和可穿戴設(shè)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(shè)備使用哪種電源管理子系統(tǒng)，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(shè)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(lián)電池可以提高電池組的峰值電壓和容量。

●   采用并聯(lián)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(lián)和并聯(lián)電池可以提高電壓、電流和容量。

直流電壓穩(wěn)壓器的類型

在一些電池供電應(yīng)用中，系統(tǒng)組件可能無法直接使用電池電源，需要使用 DC-DC 轉(zhuǎn)換器來監(jiān)測和穩(wěn)定調(diào)節(jié)提供給系統(tǒng)的電壓。這些轉(zhuǎn)換器又稱穩(wěn)壓器，可穩(wěn)定調(diào)節(jié)提供的電壓。根據(jù)電壓轉(zhuǎn)換方法，穩(wěn)壓器可分為兩種類型。

●   線性穩(wěn)壓器使用線性（電阻）組件來穩(wěn)定調(diào)節(jié) Vout，將輸入電壓 (Vin) 轉(zhuǎn)換為不同的輸出電壓 (Vout)。它們通常用于低功率輸出應(yīng)用。線性穩(wěn)壓器可實現(xiàn)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(guān)穩(wěn)壓器高效、靈活，且體積小，但會發(fā)出高頻噪聲。開關(guān)穩(wěn)壓器使用場效應(yīng)晶體管 (FET) 將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為交流波形，然后使用電容和電感將它轉(zhuǎn)換為不同的直流輸出電壓。

開關(guān)穩(wěn)壓器

開關(guān)穩(wěn)壓器根據(jù)其輸入和輸出電壓之間的關(guān)系進(jìn)行分類。

●   降壓開關(guān)穩(wěn)壓器：Vout 低于 Vin。

●   升壓開關(guān)穩(wěn)壓器：Vout 高于 Vin。

●   降壓-升壓開關(guān)穩(wěn)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(wěn)壓器拓?fù)洌旱蛪航稻€性穩(wěn)壓器 (LDO) 和三種開關(guān)穩(wěn)壓器（降壓、升壓和降壓-升壓）。

現(xiàn)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(zhuǎn)換、電壓調(diào)節(jié)和電池管理（圖 3）。現(xiàn)今的 PMIC 可以處理電子設(shè)備中所需的多項甚至所有電壓調(diào)節(jié)功能。只需簡單更改固件或寄存器設(shè)置，即可用于不同應(yīng)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(fā)新應(yīng)用。

圖 3：PMIC 是一種小型多功能集成電路，用于實施電壓轉(zhuǎn)換、電壓調(diào)節(jié)和電池管理。

PMIC 可用于多種不同的行業(yè)和產(chǎn)品類型。它們可以提供多種功能，包括充電、功率損耗保護(hù)以及 DC-DC 電壓轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓。PMIC 體積小巧，功耗低，可用于許多小型設(shè)備，例如可穿戴設(shè)備；可聽設(shè)備（例如耳塞）、移動設(shè)備、傳感器；以及物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備。它們可以充分改善產(chǎn)品的性能和效率，提高其設(shè)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(chǎn)品上市速度。