Pada bab ini, Anda akan mempelajari dasar-dasar manajemen daya, termasuk jenis desain sirkuit yang dibutuhkan untuk berbagai aplikasi. Anda juga akan mempelajari apa itu sirkuit terpadu manajemen daya (PMIC) dan mengapa PMIC serbaguna saat ini dapat menggantikan berbagai jenis regulator tegangan.

         
Kuasai pengetahuan dasar tentang catu daya.
     

Jenis subsistem manajemen daya DC yang dibutuhkan oleh perangkat atau sistem elektronik tertentu bergantung pada sumber daya perangkat atau sistem tersebut. Sumber daya yang mungkin meliputi AC, baterai, DC, dan DC daya ultra rendah (pemanenan energi). Sebagian besar elektronik bertenaga baterai menggunakan baterai lithium-ion (Li-ion) atau lithium polimer (LiPo). Satu paket baterai dapat berisi beberapa sel yang dihubungkan secara seri atau paralel. Gambar 1-1 adalah beberapa contohnya.

Berikut adalah performa tegangan dan arus untuk setiap konfigurasi koneksi:

• Sel seriHal ini dapat meningkatkan tegangan paket baterai dan meningkatkan kapasitas keseluruhan paket baterai.

• Baterai yang disusun paralelHal ini tidak dapat meningkatkan tegangan paket baterai, tetapi akan meningkatkan kemampuan kontrol arus dan kapasitas arus dari seluruh paket baterai.

• Baterai seri dan paralelHal ini dapat secara bersamaan meningkatkan kemampuan kontrol tegangan dan arus serta kapasitas arus.

         

Dalam beberapa aplikasi yang menggunakan daya baterai, komponen sistem mungkin tidak dapat menggunakan daya baterai secara langsung. Komponen-komponen ini mungkin memerlukan tegangan yang lebih rendah atau lebih tinggi agar dapat beroperasi dengan benar. Selama proses pengisian dan pengosongan, tegangan baterai juga akan berubah. Konverter DC-DC dapat digunakan untuk memantau tegangan input baterai yang tidak diatur ini dan menjaganya tetap stabil. Konverter ini sering disebut regulator tegangan karena dapat meningkatkan, menurunkan, atau mengatur tegangan sesuai kebutuhan (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1-2) dan kemudian memberikan tegangan yang telah disesuaikan ke subkomponen sistem.

Regulator DC-DC tersedia dalam versi terisolasi dan tidak terisolasi, tergantung pada apakah ground input terhubung ke ground output:

• Konverter terisolasiDigunakan untuk mengisolasi tegangan input dan output, biasanya menggunakan transformator atau transmisi daya kapasitif.

• Konverter non-terisolasiTerdapat jalur DC yang menghubungkan ground input dan ground output, dan koneksi ground input dan output tersebut digunakan bersama.

         

Klasifikasi regulator tegangan DC-DC
     

Regulator tegangan DC dibagi menjadi dua kategori berdasarkan metode konversi tegangan yang digunakan: regulator linier dan regulator switching. Ini adalah dua jenis dasar regulator tegangan yang digunakan dalam perangkat elektronik seperti kamera, telepon seluler, perangkat wearable, dan komputer. Insinyur desain akan memilih regulator DC yang sesuai untuk desain sistem mereka berdasarkan tegangan input, tegangan output, dan beban arus yang dibutuhkan.

Linear regulator
   

Regulator linier mengubah tegangan masukan (V)_IN) dikonversi menjadi tegangan keluaran yang berbeda (V_OUT), menggunakan komponen linier (yaitu komponen resistif) untuk mengatur tegangan keluaran V._OUTKarakteristik umum regulator linier:

• Menghilangkan energi listrik.

• Untuk digunakan dengan jalur arus rendah dan daya rendah.

• Tidak efisien.

• Untuk catu daya dengan tingkat kebisingan rendah.

• Karakteristik riak rendah dan kebisingan rendah membuatnya cocok untuk sirkuit terpadu analog yang sensitif seperti sensor, loop terkunci fasa, dll.

Untuk regulator linier, salah satu jenis yang penting adalah regulator linier low dropout (LDO). dalam V_INDan V_OUTKetika perbedaannya sangat kecil, LDO dapat terus menerus menghasilkan tegangan V yang stabil._OUT.

Regulator tegangan switching
   

Regulator switching mengubah V melalui elemen switching._INke V yang berbeda_OUT, dan menggunakan induktor dan kapasitor eksternal untuk menstabilkan tegangan keluaran V._OUTRegulator switching umumnya lebih efisien dan mendukung arus keluaran yang lebih tinggi daripada regulator linier. Namun, masih ada riak atau noise switching setelah output diatur, bahkan setelah penyaringan.

Berdasarkan hubungan antara tegangan input dan output, regulator switching diklasifikasikan sebagai berikut:

• Regulator switching Buck: V_OUT di bawah V_IN

• Regulator switching penguat: V_OUT di atas V_IN

• Regulator Pengalih Buck-Boost: V_OUT Variabel, bisa di bawah, di atas, atau sama dengan V_IN

Di atas adalah empat topologi regulator tegangan yang umum digunakan oleh para insinyur desain: LDO dan tiga regulator switching (buck, boost, buck-boost). Pada bagian selanjutnya, kita akan membahas keempat regulator tegangan ini secara detail.

Regulator tegangan LDO
   

Regulator linier tegangan rendah (low dropout linear regulator/LDO) adalah regulator linier DC yang mengatur tingkat tegangan keluaran ketika tegangan suplai dan tegangan keluaran sangat berdekatan. Untuk LDO, tegangan jatuh harus sekecil mungkin untuk meminimalkan disipasi daya dan memaksimalkan efisiensi sistem (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1-3).

         

LDO (Low-Domain Output Regulator) biasanya memiliki rasio penolakan catu daya (PSRR) yang lebih tinggi daripada regulator switching, artinya LDO dapat menghasilkan tegangan keluaran dengan noise rendah. LDO umumnya tidak menghasilkan riak dan sangat berguna dalam mengurangi noise atau riak catu daya masukan. Konsumsi arus siaga LDO yang rendah menjadikannya solusi yang sangat baik untuk aplikasi portabel dan nirkabel.

Konverter Buck
   

di sini DolarBerarti "menurunkan" atau "melemahkan". Konverter buck adalah regulator switching yang disederhanakan yang secara efisien menghasilkan output kurang dari V._IN 的 V_OUTRangkaian buck berisi induktor, transistor efek medan (FET) atau dioda switching, kapasitor, dan penguat kesalahan dengan rangkaian kontrol switching (ditunjukkan pada Gambar 1-4). Konverter buck mengubah waktu pengaktifan transistor efek medan semikonduktor oksida logam (MOSFET) dan kemudian memberikan daya ke sensor. Konverter buck memiliki efisiensi tinggi karena MOSFET sepenuhnya aktif atau sepenuhnya nonaktif. Di antara keadaan aktif dan nonaktif (impedansi), konverter buck tidak beroperasi, tidak seperti regulator linier.

         

Konverter buck menghasilkan bentuk gelombang switching dalam mode modulasi lebar pulsa (PWM) atau mode modulasi frekuensi pulsa (PFM), yang kemudian difilter menggunakan komponen filter induktor dan kapasitor eksternal untuk menghasilkan tegangan keluaran V yang halus._KELUAR.Metode konversi tegangan ini sangat efisien dan dapat memperpanjang masa pakai baterai, mengurangi panas sistem, dan mengurangi ukuran produk.

Konverter buck digunakan dalam banyak aplikasi yang mengambil daya dari USB dan periferal komputer lainnya. Konverter ini juga digunakan di ponsel pintar, tablet, perangkat seluler, dan banyak perangkat elektronik lainnya.

Tingkatkan konverter
   

Mendorong Di sini artinya "ditingkatkan". Konverter penguat mengubah V_INnaik, menghasilkan V_OUTSebagai contoh, ketika Anda ingin mengubah tegangan input DC 3.3 volt menjadi tegangan output 5.0 volt V._OUTKonverter penguat (boost converter) akan sangat berguna. Operasi penguatan ini umum dilakukan pada banyak aplikasi baterai lithium-ion atau lithium-polymer.

Rangkaian penguat (boost circuit) mengandung komponen yang sama dengan rangkaian penurun (buck circuit) (induktor, transistor efek medan [FET] atau dioda switching, kapasitor, penguat kesalahan dengan rangkaian kontrol switching) tetapi memiliki koneksi yang berbeda. Rangkaian penguat juga bekerja dengan mengontrol waktu pengaktifan MOSFET untuk memberikan daya ke induktor. (Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1-5).

         

Konverter Buck-Boost
   

Konverter buck-boost adalah konverter mode sakelar yang menggabungkan buck dan boost dalam satu regulator. Konverter ini dapat menangani berbagai rentang tegangan input dan output. Sirkuit kontrol menyesuaikan waktu switching MOSFET, mengurangi atau meningkatkan tegangan input, dan menghasilkan V sesuai kebutuhan._OUT(Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1-6).

         

Selain tipe buck-boost standar yang ditunjukkan pada Gambar 1-6, terdapat tipe konverter buck-boost lainnya seperti Sepic, Cuk, dan Zeta. Konverter ini dapat mengatur V_OUT, sehingga nilainya lebih rendah dari, lebih tinggi dari, atau sama dengan V_IN.

Pengantar sirkuit terpadu manajemen daya
     

PMIC adalah sirkuit terpadu yang digunakan untuk konversi tegangan, stabilisasi tegangan, dan manajemen baterai. PMIC dapat menangani pengaturan urutan sistem daya, memberi daya pada berbagai beban, dan memberikan perlindungan terhadap tegangan berlebih, tegangan kurang, arus berlebih, gangguan termal, dan banyak lagi.

Sebuah PMIC tunggal dapat mengelola beberapa catu daya eksternal, memetakan berbagai kebutuhan sistem ke tegangan keluaran regulator yang sesuai. PMIC juga dapat digunakan pada berbagai prosesor, pengontrol sistem, dan aplikasi akhir hanya dengan mengubah pengaturan register atau firmware yang relevan tanpa mendesain ulang sirkuit terpadu (IC) baru.

Pasar PMIC berkembang pesat karena beberapa tren saat ini. Salah satu tren tersebut adalah keinginan konsumen akan mobilitas nirkabel, yang telah menimbulkan permintaan besar untuk perangkat kecil bertenaga baterai, yang pada gilirannya membutuhkan solusi manajemen daya yang lebih terintegrasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1-7. Gambar ini menunjukkan bagaimana solusi PMIC Qorvo secara signifikan mengurangi jumlah komponen dan ukuran solusi secara keseluruhan.

         

Pada saat yang sama, konsumen dan produsen semakin menuntut produk yang hemat energi, ramah lingkungan, dan mengurangi emisi karbon. Tren "hijau" global telah meningkatkan permintaan akan produk elektronik yang dilengkapi dengan manajemen daya yang efisien, menjadikan manajemen daya sebagai fitur yang sangat penting dan populer.

PMIC serba guna
     

Alasan penting mengapa PMIC saat ini banyak digunakan adalah karena PMIC dapat memenuhi banyak atau bahkan semua fungsi pengaturan tegangan dalam suatu aplikasi (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1-8). PMIC serbaguna ini dapat dikustomisasi melalui firmware untuk berbagai aplikasi, sehingga menghilangkan biaya tinggi perubahan sirkuit perangkat keras. Fitur-fitur ini memungkinkan PMIC untuk beralih dengan lancar antar aplikasi, sehingga mempersingkat waktu pemasaran.

         

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "Xincunshe", yang mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber dan penulis asli saat mencetak ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.

Nomor telepon perusahaan: +86-0755-83044319
Faks/FAX: +86-0755-83975897
Surel: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Manajer Li

QQ: 332496225 Manajer Qiu

Alamat: Ruang 809, Gedung C, Gedung Teknologi Zhantao, No. 1079 Jalan Minzhi, Distrik Baru Longhua, Shenzhen