이 장에서는 다양한 응용 분야에 필요한 회로 설계 유형을 포함하여 전력 관리의 기본 사항을 학습합니다. 또한 전력 관리 집적 회로(PMIC)가 무엇이며 오늘날의 다재다능한 PMIC가 다양한 유형의 전압 조정기를 대체할 수 있는 이유에 대해서도 알아봅니다.

         
Master the basic knowledge of power supply
     

The type of DC power management subsystem required by a certain device or electronic system depends on the power source of the device or system. Possible power sources include AC, batteries, DC, and ultra-low power DC (energy harvesting). The vast majority of battery-powered electronics use lithium-ion (Li-ion) or lithium polymer (LiPo) batteries. A battery pack may contain several cells connected in series or parallel. Figure 1-1 are some examples.

다음은 각 연결 구성에 대한 전압 및 전류 성능입니다.

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

• 배터리 병렬 연결It cannot increase the battery pack voltage, but it will improve the current control capability and current capacity of the entire battery pack.

• Series and parallel batteriesIt can simultaneously improve voltage and current control capabilities and current capacity.

         

배터리 구동 방식의 일부 시스템에서는 구성 요소가 배터리 전원을 직접 사용할 수 없는 경우가 있습니다. 이러한 구성 요소는 정상 작동을 위해 더 낮거나 더 높은 전압이 필요할 수 있습니다. 충전 및 방전 과정 중에도 배터리 전압은 변동합니다. DC-DC 컨버터는 이러한 불안정한 배터리 입력 전압을 모니터링하고 안정적으로 유지하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 컨버터는 필요에 따라 전압을 높이거나 낮추거나 조절할 수 있기 때문에(그림 1-2 참조) 전압 조정기라고도 불립니다. 조정된 전압은 시스템의 하위 구성 요소에 공급됩니다.

DC-DC 레귤레이터는 입력 접지가 출력 접지에 연결되는지 여부에 따라 절연형과 비절연형으로 제공됩니다.

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

• 비절연 변환기입력 접지와 출력 접지를 연결하는 DC 경로가 있으며, 입력 및 출력 접지 연결은 공유됩니다.

         

DC-DC voltage regulator classification
     

직류 전압 조정기는 전압 변환 방식에 따라 선형 조정기와 스위칭 조정기 두 가지 범주로 나뉩니다. 이 두 가지는 카메라, 휴대폰, 웨어러블 기기, 컴퓨터와 같은 전자 장치에 사용되는 기본적인 전압 조정기 유형입니다. 설계 엔지니어는 입력 전압, 출력 전압 및 필요한 전류 부하를 고려하여 시스템 설계에 적합한 직류 조정기를 선택합니다.

리니어 레귤레이터
   

선형 레귤레이터는 입력 전압(V)을 변환합니다._IN)는 다양한 출력 전압(V)으로 변환합니다._OUT선형 성분(즉, 저항 성분)을 사용하여 출력 전압 V를 조절합니다._OUT. General characteristics of linear regulators:

• 전기 에너지를 소산시키다.

• For use with low current and low power rails.

• Not efficient.

• For low noise power supplies.

• 낮은 리플과 낮은 노이즈 특성 덕분에 센서, 위상 고정 루프 등과 같은 민감한 아날로그 집적 회로에 적합합니다.

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

스위칭 전압 조정기
   

스위칭 레귤레이터는 스위칭 소자를 통해 전압(V)을 변환합니다._IN다른 V로_OUT또한 외부 인덕터와 커패시터를 사용하여 출력 전압 V를 안정화합니다._OUT스위칭 레귤레이터는 일반적으로 선형 레귤레이터보다 효율이 높고 더 높은 출력 전류를 지원합니다. 하지만 출력 전압을 조정한 후에도, 심지어 필터링을 거친 후에도 리플이나 스위칭 노이즈가 여전히 존재합니다.

입력 전압과 출력 전압의 관계에 따라 스위칭 레귤레이터는 다음과 같이 분류됩니다.

• 벅 스위칭 레귤레이터: V_OUT below V_IN

• Boost switching regulator: V_OUT above V_IN

• 벅-부스트 스위칭 레귤레이터: V_OUT 변수는 V보다 낮거나, 높거나, 같을 수 있습니다._IN

위 그림은 설계 엔지니어들이 일반적으로 사용하는 네 가지 전압 레귤레이터 토폴로지입니다. LDO와 세 가지 스위칭 레귤레이터(벅, 부스트, 벅-부스트)가 그것입니다. 다음 절에서는 이 네 가지 전압 레귤레이터를 자세히 소개하겠습니다.

LDO 전압 조정기
   

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.

벅 컨버터
   

여기에서 확인하세요 책임"낮추다" 또는 "약화시키다"라는 뜻입니다. 벅 컨버터는 V보다 낮은 전압을 효율적으로 출력하는 스위칭 전압 감소형 레귤레이터입니다._IN 의 V_OUT벅 회로는 인덕터, 스위칭 전계 효과 트랜지스터(FET) 또는 다이오드, 커패시터, 그리고 스위칭 제어 회로가 있는 오차 증폭기로 구성됩니다(그림 1-4 참조). 벅 컨버터는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)의 턴온 시간을 변경하여 센서에 전원을 공급합니다. 벅 컨버터는 MOSFET이 완전히 켜지거나 완전히 꺼지는 두 가지 상태만 존재하기 때문에 효율이 높습니다. 선형 레귤레이터와 달리, 벅 컨버터는 켜짐 상태와 꺼짐 상태(임피던스 상태) 사이에는 동작하지 않습니다.

         

벅 컨버터는 펄스 폭 변조(PWM) 모드 또는 펄스 주파수 변조(PFM) 모드로 스위칭 파형을 생성하고, 외부 인덕터 및 커패시터 필터 부품을 사용하여 이를 필터링함으로써 평활한 출력 전압 V를 생성합니다._밖으로.이 전압 변환 방식은 매우 효율적이며 배터리 수명을 연장하고 시스템 발열을 줄이며 제품 크기를 축소할 수 있습니다.

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.

부스트 컨버터
   

상승 여기서 "향상된"이라는 뜻입니다. 부스트 컨버터는 V를 변환합니다._INrises, producing V_OUT. For example, when you want to convert a 3.3 volt DC input voltage to an output voltage of 5.0 volts V_OUT, a boost converter would be handy. This boost operation is common in many lithium-ion or lithium-polymer battery applications.

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).

         

벅-부스트 컨버터
   

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(그림 1-6 참조).

         

In addition to the standard buck-boost type shown in Figure 1-6, there are other types of buck-boost converters such as Sepic, Cuk, and Zeta. These converters can regulate V_OUTV보다 낮거나, 높거나, 같게 만드는 것입니다._IN.

전력 관리 집적 회로 소개
     

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.

하나의 PMIC로 여러 개의 외부 전원 공급 장치를 관리하고, 다양한 시스템 요구 사항에 맞춰 적절한 레귤레이터 출력 전압을 설정할 수 있습니다. 또한, 새로운 집적 회로(IC)를 재설계할 필요 없이 관련 레지스터 설정이나 펌웨어만 변경하면 다양한 프로세서, 시스템 컨트롤러 및 최종 응용 프로그램에 사용할 수 있습니다.

The PMIC market is growing rapidly because of several current trends. One trend is consumers' pursuit of wireless mobility, which has brought about a large demand for small, battery-operated devices, which in turn requires more highly integrated power management solutions, as shown in Figure 1-7. This figure shows how Qorvo's PMIC solution significantly reduces component count and overall solution size.

         

동시에 소비자와 제조업체는 에너지 절약, 환경 친화성, 탄소 배출량 감소 등의 장점을 갖춘 제품을 점점 더 요구하고 있습니다. 세계적인 "친환경" 트렌드는 효율적인 전력 관리 기능을 갖춘 전자 제품에 대한 수요를 증가시켜 전력 관리를 매우 중요하고 인기 있는 기능으로 만들었습니다.

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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