Dans ce chapitre, vous découvrirez les principes fondamentaux de la gestion de l'alimentation, notamment les types de circuits nécessaires pour différentes applications. Vous apprendrez également ce qu'est un circuit intégré de gestion de l'alimentation (PMIC) et pourquoi les PMIC actuels, très polyvalents, peuvent remplacer divers types de régulateurs de tension.

         
Maîtriser les connaissances de base en alimentation électrique
     

Le type de sous-système de gestion de l'alimentation CC requis par un appareil ou un système électronique donné dépend de sa source d'alimentation. Les sources d'alimentation possibles incluent le courant alternatif, les batteries, le courant continu et le courant continu à très faible puissance (récupération d'énergie). La grande majorité des appareils électroniques alimentés par batterie utilisent des batteries lithium-ion (Li-ion) ou lithium-polymère (LiPo). Un bloc-batterie peut contenir plusieurs cellules connectées en série ou en parallèle. La figure 1-1 en donne quelques exemples.

Here are the voltage and current performance for each connection configuration:

• Series cellsIt can increase the voltage of the battery pack and increase the capacity of the entire battery pack.

• Batteries en parallèleIt cannot increase the battery pack voltage, but it will improve the current control capability and current capacity of the entire battery pack.

• Batteries en série et en parallèleIt can simultaneously improve voltage and current control capabilities and current capacity.

         

In some battery-powered applications, system components may not be able to use battery power directly. These components may require a lower or higher voltage to operate properly. During the charging and discharging process, the voltage of the battery will also change. A DC-DC converter can be used to monitor this unregulated battery input voltage and keep it stable. These converters are often called voltage regulators because they can increase, decrease, or regulate the voltage as needed (shown in Figure 1-2) and then provide the adjusted voltage to the system subcomponents.

Les régulateurs CC-CC sont disponibles en versions isolées et non isolées, selon que la masse d'entrée est connectée à la masse de sortie :

• Convertisseur isoléUsed to isolate input and output voltages, typically using transformers or capacitive power transmission.

• Non-isolated converterThere is a DC path connecting input ground and output ground, and the input and output ground connections are shared.

         

classification des régulateurs de tension CC-CC
     

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.

Régulateur linéaire
   

Linear regulators convert the input voltage (V_IN) converts to different output voltages (V_ARCHIVER), en utilisant un composant linéaire (c'est-à-dire un composant résistif) pour réguler la tension de sortie V_ARCHIVERCaractéristiques générales des régulateurs linéaires :

• Dissiper l'énergie électrique.

• À utiliser avec des rails d'alimentation à faible courant et à faible puissance.

• Not efficient.

• Pour les alimentations à faible bruit.

• Ses caractéristiques de faible ondulation et de faible bruit le rendent adapté aux circuits intégrés analogiques sensibles tels que les capteurs, les boucles à verrouillage de phase, etc.

For linear regulators, one important type is the low dropout (LDO) linear regulator. in V_INEt V_ARCHIVERWhen the difference is very small, LDO. Can continuously output stable V_ARCHIVER.

Switching voltage regulator
   

Un régulateur à découpage convertit V via un élément de commutation_INto a different V_ARCHIVER, and use external inductors and capacitors to stabilize the output voltage V_ARCHIVER. Switching regulators are generally more efficient and support higher output currents than linear regulators. But there is still ripple or switching noise after the output is regulated, even after filtering.

En fonction du rapport entre la tension d'entrée et la tension de sortie, les régulateurs à découpage sont classés comme suit :

• Régulateur à découpage Buck : V_ARCHIVER below V_IN

• Boost switching regulator: V_ARCHIVER above V_IN

• Buck-Boost Switching Regulator: V_ARCHIVER Variable, can be below, above, or equal to V_IN

Les quatre topologies de régulateurs de tension les plus couramment utilisées par les ingénieurs concepteurs sont présentées ci-dessus : le régulateur LDO et trois régulateurs à découpage (buck, boost et buck-boost). Nous les détaillerons dans les sections suivantes.

LDO voltage regulator
   

A low dropout linear regulator is a DC linear regulator that regulates the output voltage level when the supply voltage and output voltage are very close. For LDOs, the drop voltage should be as small as possible to minimize power dissipation and maximize system efficiency (as shown in Figure 1-3).

         

LDOs typically have a higher power supply rejection ratio (PSRR) than switching regulators, meaning the LDO can generate a low-noise output voltage. LDOs generally do not produce any ripple and are very useful in reducing input supply noise or ripple. The LDO's low standby current consumption makes it an excellent solution for portable and wireless applications.

convertisseur Buck
   

ici Buckmeans "to lower" or "to weaken". The buck converter is a reduced switching regulator that efficiently outputs less than V_IN 的 V_ARCHIVER. 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.

         

The buck converter generates switching waveforms in pulse width modulation (PWM) mode or pulse frequency modulation (PFM) mode, which are then filtered using external inductor and capacitor filter components to produce a smooth output voltage V_DEHORS.This voltage conversion method is very efficient and can extend battery life, reduce system heat, and reduce product size.

Les convertisseurs abaisseurs sont utilisés dans de nombreuses applications qui tirent leur alimentation de ports USB et d'autres périphériques informatiques. On les retrouve également dans les smartphones, les tablettes, les appareils mobiles et de nombreux autres appareils électroniques.

Convertisseur boost
   

Booster Here it means "enhanced". The boost converter turns V_INrises, producing V_ARCHIVERPar exemple, lorsque vous souhaitez convertir une tension d'entrée CC de 3.3 volts en une tension de sortie de 5.0 volts V_ARCHIVERUn convertisseur élévateur serait bien pratique. Ce type d'élévation de tension est courant dans de nombreuses applications de batteries lithium-ion ou lithium-polymère.

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).

         

Convertisseur Buck-Boost
   

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._ARCHIVER(Comme le montre la figure 1-6).

         

Outre le convertisseur buck-boost standard illustré à la figure 1-6, il existe d'autres types de convertisseurs buck-boost tels que les convertisseurs Sepic, Cuk et Zeta. Ces convertisseurs peuvent réguler la tension V._ARCHIVER, ce qui le rend inférieur, supérieur ou égal à V_IN.

Introduction to power management integrated circuits
     

PMIC is an integrated circuit used for voltage conversion, voltage stabilization, and battery management. They can handle power system sequencing, power a variety of loads, and provide protection against overvoltage, undervoltage, overcurrent, thermal faults, and more.

A single PMIC can manage multiple external power supplies, mapping different system requirements to the appropriate regulator output voltage. They can also be used on a variety of processors, system controllers, and end applications by simply changing the relevant register settings or firmware without redesigning a new integrated circuit (IC).

Le marché des circuits intégrés de gestion de l'alimentation (PMIC) connaît une croissance rapide, portée par plusieurs tendances actuelles. L'une d'elles est la recherche de mobilité sans fil par les consommateurs, qui a engendré une forte demande pour des appareils compacts alimentés par batterie. Cette demande nécessite des solutions de gestion de l'alimentation plus intégrées, comme illustré dans la figure 1-7. Cette figure montre comment la solution PMIC de Qorvo permet de réduire considérablement le nombre de composants et la taille globale de la solution.

         

Parallèlement, consommateurs et fabricants exigent de plus en plus des produits économes en énergie, respectueux de l'environnement et à faibles émissions de carbone. La tendance mondiale au développement durable a accru la demande de produits électroniques dotés d'une gestion efficace de l'énergie, faisant de cette dernière une caractéristique essentielle et très recherchée.

All-in-one PMIC
     

An important reason why today's PMICs are widely used is that they can satisfy many or even all voltage regulation functions in an application (as shown in Figure 1-8). These versatile PMICs can be customized through firmware for many different applications, eliminating the high cost of hardware circuit changes. These features allow them to switch smoothly between applications, thereby shortening time to market.

         

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