في هذا الفصل، ستتعرف على أساسيات إدارة الطاقة، بما في ذلك أنواع تصميمات الدوائر المطلوبة لمختلف التطبيقات. ستتعرف أيضًا على ماهية دائرة إدارة الطاقة المتكاملة (PMIC) ولماذا يمكن لدوائر إدارة الطاقة المتكاملة متعددة الاستخدامات اليوم أن تحل محل أنواع مختلفة من منظمات الجهد.

         
Master the basic knowledge of power supply
     

يعتمد نوع نظام إدارة طاقة التيار المستمر المطلوب لجهاز أو نظام إلكتروني معين على مصدر الطاقة الخاص به. تشمل مصادر الطاقة الممكنة التيار المتردد، والبطاريات، والتيار المستمر، والتيار المستمر منخفض الطاقة للغاية (تجميع الطاقة). تستخدم الغالبية العظمى من الأجهزة الإلكترونية التي تعمل بالبطاريات بطاريات الليثيوم أيون أو بطاريات الليثيوم بوليمر. قد تحتوي حزمة البطارية على عدة خلايا موصولة على التوالي أو التوازي. يوضح الشكل 1-1 بعض الأمثلة.

فيما يلي أداء الجهد والتيار لكل تكوين توصيل:

• خلايا متسلسلةيمكنه زيادة جهد حزمة البطارية وزيادة سعة حزمة البطارية بأكملها.

• البطاريات بالتوازيلا يمكنه زيادة جهد حزمة البطارية، ولكنه سيحسن قدرة التحكم في التيار وسعة التيار لحزمة البطارية بأكملها.

• Series and parallel batteriesيمكنه تحسين قدرات التحكم في الجهد والتيار وسعة التيار في آن واحد.

         

في بعض التطبيقات التي تعمل بالبطاريات، قد لا تتمكن مكونات النظام من استخدام طاقة البطارية مباشرةً. قد تتطلب هذه المكونات جهدًا أقل أو أعلى للتشغيل السليم. أثناء عمليتي الشحن والتفريغ، يتغير جهد البطارية أيضًا. يمكن استخدام محول تيار مستمر لمراقبة جهد دخل البطارية غير المنظم والحفاظ على استقراره. تُسمى هذه المحولات غالبًا بمنظمات الجهد لأنها قادرة على زيادة الجهد أو خفضه أو تنظيمه حسب الحاجة (كما هو موضح في الشكل 1-2)، ثم توفير الجهد المُعدَّل لمكونات النظام الفرعية.

تتوفر منظمات التيار المستمر إلى التيار المستمر بنسخ معزولة وغير معزولة، وذلك حسب ما إذا كان أرضي الإدخال متصلاً بأرضي الإخراج:

• محول معزولتُستخدم لعزل جهد الإدخال والإخراج، وعادةً ما تستخدم المحولات أو نقل الطاقة السعوي.

• محول غير معزوليوجد مسار تيار مستمر يربط بين أرضي الإدخال وأرضي الإخراج، ويتم مشاركة وصلات أرضي الإدخال والإخراج.

         

تصنيف منظمات الجهد DC-DC
     

DC voltage regulators are divided into two categories based on the voltage conversion method used: linear regulators and switching regulators. These are two basic types of voltage regulators used in electronic devices such as cameras, cell phones, wearables, and computers. Design engineers will select the appropriate DC regulator for their system design based on input voltage, output voltage, and required current loading.

منظم الخطية
   

تقوم منظمات الجهد الخطي بتحويل جهد الدخل (V_IN) converts to different output voltages (V_OUT، باستخدام مكون خطي (أي مكون مقاوم) لتنظيم جهد الخرج V_OUT. General characteristics of linear regulators:

• تبديد الطاقة الكهربائية.

• For use with low current and low power rails.

• غير فعال.

• لمزودات الطاقة منخفضة الضوضاء.

• The low ripple and low noise characteristics make it suitable for sensitive analog integrated circuits such as sensors, phase-locked loops, etc.

بالنسبة لمنظمات الجهد الخطي، يُعد منظم الجهد الخطي ذو التسرب المنخفض (LDO) أحد الأنواع المهمة. (بالفولت)_INو V_OUTWhen the difference is very small, LDO. Can continuously output stable V_OUT.

Switching voltage regulator
   

يقوم منظم التبديل بتحويل الجهد V عبر عنصر التبديل_INto a different V_OUTواستخدم محاثات ومكثفات خارجية لتثبيت جهد الخرج V_OUTتتميز منظمات الجهد التبديلية عمومًا بكفاءة أعلى وتدعم تيارات خرج أعلى من منظمات الجهد الخطية. مع ذلك، يبقى هناك تموج أو ضوضاء تبديل بعد تنظيم الخرج، حتى بعد الترشيح.

وفقًا للعلاقة بين جهد الدخل وجهد الخرج، يتم تصنيف منظمات التبديل على النحو التالي:

• منظم جهد التبديل الخافض: فولت_OUT below V_IN

• منظم تبديل التعزيز: فولت_OUT above V_IN

• منظم جهد تبديل باك-بوست: فولت_OUT متغير، يمكن أن يكون أقل من أو أعلى من أو يساوي V_IN

ما سبق ذكره هو أربعة أنواع من منظمات الجهد الكهربائي شائعة الاستخدام بين مهندسي التصميم، وهي: منظم الجهد الخطي المنخفض (LDO) وثلاثة منظمات جهد تبديلية (خافض، رافع، خافض-رافع). سنتناول هذه المنظمات الأربعة بالتفصيل في الأقسام التالية.

منظم جهد LDO
   

منظم الجهد الخطي ذو الانخفاض المنخفض هو منظم جهد خطي يعمل بالتيار المستمر، ويقوم بتنظيم مستوى جهد الخرج عندما يكون جهد التغذية وجهد الخرج متقاربين للغاية. بالنسبة لمنظمات الجهد الخطي ذات الانخفاض المنخفض، يجب أن يكون جهد الانخفاض في أدنى حد ممكن لتقليل فقد الطاقة وزيادة كفاءة النظام إلى أقصى حد (كما هو موضح في الشكل 1-3).

         

تتميز منظمات الجهد الخطي المنخفض (LDOs) عادةً بنسبة رفض أعلى لضوضاء مصدر الطاقة (PSRR) مقارنةً بمنظمات الجهد التبديلية، مما يعني قدرتها على توليد جهد خرج منخفض الضوضاء. ولا تُنتج منظمات الجهد الخطي المنخفض أي تموجات، وهي مفيدة جدًا في تقليل ضوضاء مصدر الطاقة أو تموجاته. كما أن استهلاكها المنخفض للتيار في وضع الاستعداد يجعلها حلاً ممتازًا للتطبيقات المحمولة واللاسلكية.

محول باك
   

اضغط هنا Buckmeans "to lower" or "to weaken". The buck converter is a reduced switching regulator that efficiently outputs less than V_IN "V_OUT. A buck circuit contains an inductor, a switching field-effect transistor (FET) or diode, a capacitor, and an error amplifier with a switching control circuit (shown in Figure 1-4). The buck converter changes the turn-on time of a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) and then applies power to the sensor. Buck converters have high efficiency because the MOSFET is either fully on or fully off. Between the on and off (impedance) states, a buck converter does not operate, unlike a linear regulator.

         

يقوم محول الجهد الخافض بتوليد أشكال موجية تبديلية في وضع تعديل عرض النبضة (PWM) أو وضع تعديل تردد النبضة (PFM)، والتي يتم ترشيحها بعد ذلك باستخدام مكونات ترشيح خارجية من المحاثة والمكثف لإنتاج جهد خرج سلس V_خارج.تُعد طريقة تحويل الجهد هذه فعالة للغاية ويمكنها إطالة عمر البطارية وتقليل حرارة النظام وتقليل حجم المنتج.

Buck converters are used in many applications that draw power from USB and other computer peripherals. It is also used in smartphones, tablets, mobile devices, and many other electronic devices.

دفعة تحويل
   

زيادة هنا تعني "محسّن". يقوم محول الرفع بتحويل V_INيرتفع، مما ينتج V_OUTعلى سبيل المثال، عندما تريد تحويل جهد دخل تيار مستمر مقداره 3.3 فولت إلى جهد خرج مقداره 5.0 فولت_OUTسيكون محول رفع الجهد مفيدًا. وتُعدّ عملية رفع الجهد هذه شائعة في العديد من تطبيقات بطاريات الليثيوم أيون أو الليثيوم بوليمر.

A boost circuit contains the same components as a buck circuit (inductor, switching field-effect transistor [FET] or diode, capacitor, error amplifier with switching control circuitry) but has different connections. The boost circuit also works by controlling the turn-on time of the MOSFET to apply power to the inductor. (As shown in Figure 1-5).

         

محول باك بوست
   

A buck-boost converter is a switch-mode converter that combines buck and boost in a single regulator. It can handle a wide range of input and output voltages. The control circuit adjusts the switching time of the MOSFET, reduces or increases the input voltage, and generates V as needed._OUT(كما هو موضح في الشكل 1-6).

         

بالإضافة إلى النوع القياسي من محولات رفع وخفض الجهد الموضح في الشكل 1-6، توجد أنواع أخرى من محولات رفع وخفض الجهد مثل Sepic وCuk وZeta. يمكن لهذه المحولات تنظيم الجهد V_OUTمما يجعلها أقل من أو أعلى من أو تساوي V_IN.

مقدمة في الدوائر المتكاملة لإدارة الطاقة
     

دائرة إدارة الطاقة المتكاملة (PMIC) هي دائرة متكاملة تُستخدم لتحويل الجهد، وتثبيت الجهد، وإدارة البطارية. يمكنها التعامل مع تسلسل نظام الطاقة، وتزويد مجموعة متنوعة من الأحمال بالطاقة، وتوفير الحماية ضد الجهد الزائد، والجهد المنخفض، والتيار الزائد، والأعطال الحرارية، وغير ذلك.

يمكن لدائرة إدارة الطاقة المتكاملة (PMIC) إدارة مصادر طاقة خارجية متعددة، حيث تربط متطلبات النظام المختلفة بجهد خرج منظم الجهد المناسب. كما يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من المعالجات ووحدات التحكم في النظام والتطبيقات النهائية بمجرد تغيير إعدادات السجلات أو البرامج الثابتة ذات الصلة دون الحاجة إلى إعادة تصميم دائرة متكاملة جديدة.

يشهد سوق دوائر إدارة الطاقة المتكاملة (PMIC) نموًا سريعًا نتيجةً لعدة اتجاهات حالية. أحد هذه الاتجاهات هو سعي المستهلكين نحو التنقل اللاسلكي، مما أدى إلى زيادة الطلب على الأجهزة الصغيرة التي تعمل بالبطاريات، الأمر الذي يتطلب بدوره حلولًا أكثر تكاملًا لإدارة الطاقة، كما هو موضح في الشكل 1-7. يُبين هذا الشكل كيف يُساهم حل Qorvo لدوائر إدارة الطاقة المتكاملة (PMIC) في تقليل عدد المكونات وحجم الحل الإجمالي بشكل ملحوظ.

         

في الوقت نفسه، يتزايد طلب المستهلكين والمصنعين على المنتجات الموفرة للطاقة والصديقة للبيئة والتي تقلل من انبعاثات الكربون. وقد أدى التوجه العالمي نحو المنتجات الصديقة للبيئة إلى زيادة الطلب على المنتجات الإلكترونية المزودة بأنظمة إدارة طاقة فعالة، مما جعل إدارة الطاقة ميزة بالغة الأهمية وشائعة الاستخدام.

All-in-one PMIC
     

من أهم أسباب انتشار استخدام دوائر إدارة الطاقة المتكاملة (PMICs) اليوم قدرتها على تلبية العديد من وظائف تنظيم الجهد، بل وجميعها، في التطبيقات المختلفة (كما هو موضح في الشكل 1-8). ويمكن تخصيص هذه الدوائر متعددة الاستخدامات عبر البرامج الثابتة لتناسب تطبيقات متنوعة، مما يُغني عن التكلفة الباهظة لتغييرات الدوائر الإلكترونية. وتتيح هذه الميزات إمكانية التبديل السلس بين التطبيقات، وبالتالي تسريع طرح المنتج في السوق.

         

تنويه: هذه المقالة مقتبسة من مجلة "شينكونشي"، التي تدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة النشر. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.

رقم هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي

ف ف: 332496225 مدير تشيو

العنوان: الغرفة 809، المبنى ج، مبنى زانتاو للتكنولوجيا، رقم 1079 شارع مينزي، منطقة لونغهوا الجديدة، شنتشن