電源管理IC——電子設備的能力管理大師（下）

在上期中，我們介紹了電源管理IC的基本知識和產品分類以及線性穩壓器工作原理等內容。今天我們繼續介紹其他幾種電源管理IC的工作原理和功能，重點介紹開關穩壓器、LDO以及負載開關。

開關穩壓器的工作原理

降壓型轉化器

圖1顯示了運動圖像。矩形波由MOSFET重復開關產生。該波作用于線圈。對矩形波進行平整（平均）可以得到所需的直流電壓。輸出電壓值由矩形波占空比決定。

升壓型轉化器

如圖2所示，當MOSFET接通時，電流主要流過線圈和MOSFET。此時，能量在線圈中積聚。線圈的工作旨在釋放積聚的能量并抑制電流的變化。當MOSFET關斷時，到此為止流過線圈的電流將失去方向。但由于線圈的持續電流特性，線圈端的電壓升高，電流流過二極管，電容器充電。這會導致超過輸入電壓的電壓產生。

圖1 降壓型轉化器

圖2 升壓型轉化器

LDO的功能

（1）欠壓鎖定（UVLO）
當輸入電壓降到規定的輸入電壓以下時，該功能使IC處于待機狀態，使得內部電路不會不穩定發生故障。
（2）電流限制
當輸出端子V_OUT進入非故意短路模式狀態時，該功能可防止由于器件本身發熱而導致的退化和破壞。過流保護有兩種類型：一種是同時降低輸出電流和輸出電壓的折疊型；另一種是在保持輸出電流恒定的情況下降低輸出電壓的限流型。
（3）熱關斷（TSD）
它是一種防止因顯著的環境溫升而導致器件劣化和破壞，以及防止因意外的大電流負載等而導致器件本身發熱的電路。當內部溫度檢測電路檢測到指定溫度時，輸出晶體管被關斷。
（4）輸出放電
當輸出晶體管關斷時，V_OUT的端子電壓可以根據連接到輸出端子的負載電容保持一定的時間。此電路將快速釋放積聚在負載側的電荷，并將V_OUT端子電壓降至IC GND左右。

圖3 LDO方框圖

負載開關IC

負載開關IC連接在電源和負載（IC或LSI）之間。它是一種根據系統的工作模式來控制提供給IC和LSI的電源線開／關以降低功耗的電源管理IC。類似的開關可以配置機械式繼電器或分立器件（MOSFET），但負載開關IC功耗低，內置多種保護功能，可以提高系統的可靠性。

圖4 負載開關IC示意圖

負載開關IC的功能

（1）欠壓鎖定（UVLO）
當輸入電壓降到規定的輸入電壓以下時，該功能使IC處于待機狀態，使得內部電路不會不穩定發生故障。
（2）熱關斷（TSD）
它是一種防止因顯著的環境溫升而導致器件劣化和破壞，以及防止因意外的大電流負載等而導致器件本身發熱的電路。當內部溫度檢測電路檢測到指定溫度時，輸出晶體管被關斷。
（3）真反向電流阻斷
當輸入電壓V_IN高于輸出電壓V_OUT時，電流從V_OUT引腳流回V_IN引腳。防止反向電流，保護連接到VIN端子的電源等免于退化和破壞。
（4）過流限制
當輸出端V_OUT無意間短路時，它可以防止因器件本身發熱而導致的退化和破壞。
（5）轉換率控制驅動電路
該電路將抑制開關瞬態過程中產生的浪涌電流。
（6）輸出放電
在一般負載開關電路中，當輸出晶體管關斷時，V_OUT的端子電壓可以根據連接到輸出端子的負載電容保持一定的時間。此電路將快速釋放積聚在負載側的電荷，并將V_OUT端子電壓降至IC GND左右。

圖5 負載開關IC方框圖

在兩期電源管理IC知識的介紹中，我們重點介紹了電源管理IC的基本分類和電源管理系統體系組成，并著重給大家介紹了線性穩壓器、開關穩壓器、LDO以及負載開關四大類產品的基本工作原理和相關功能。請大家繼續關注芝識課堂，我們帶給您最詳盡的半導體設計知識與技巧。