Dalam bab ini, anda akan mempelajari asas-asas pengurusan kuasa, termasuk jenis reka bentuk litar yang diperlukan untuk aplikasi yang berbeza. Anda juga akan mempelajari apa itu litar bersepadu pengurusan kuasa (PMIC) dan mengapa PMIC serba boleh hari ini boleh menggantikan pelbagai jenis pengawal selia voltan.

         
Menguasai pengetahuan asas tentang bekalan kuasa
     

Jenis subsistem pengurusan kuasa DC yang diperlukan oleh peranti atau sistem elektronik tertentu bergantung pada sumber kuasa peranti atau sistem tersebut. Sumber kuasa yang mungkin termasuk AC, bateri, DC dan kuasa ultra rendah DC (penuaian tenaga). Sebahagian besar elektronik berkuasa bateri menggunakan bateri litium-ion (Li-ion) atau polimer litium (LiPo). Pek bateri mungkin mengandungi beberapa sel yang disambungkan secara siri atau selari. Rajah 1-1 adalah beberapa contoh.

Berikut adalah prestasi voltan dan arus untuk setiap konfigurasi sambungan:

• Sel siriIa boleh meningkatkan voltan pek bateri dan meningkatkan kapasiti keseluruhan pek bateri.

• Bateri secara selariIa tidak boleh meningkatkan voltan pek bateri, tetapi ia akan meningkatkan keupayaan kawalan arus dan kapasiti arus keseluruhan pek bateri.

• Bateri siri dan selariIa secara serentak boleh meningkatkan keupayaan kawalan voltan dan arus serta kapasiti arus.

         

Dalam sesetengah aplikasi berkuasa bateri, komponen sistem mungkin tidak dapat menggunakan kuasa bateri secara langsung. Komponen ini mungkin memerlukan voltan yang lebih rendah atau lebih tinggi untuk beroperasi dengan betul. Semasa proses pengecasan dan penyahcasan, voltan bateri juga akan berubah. Penukar DC-DC boleh digunakan untuk memantau voltan input bateri yang tidak dikawal selia ini dan memastikannya stabil. Penukar ini sering dipanggil pengawal selia voltan kerana ia boleh meningkatkan, mengurangkan atau mengawal selia voltan mengikut keperluan (ditunjukkan dalam Rajah 1-2) dan kemudian membekalkan voltan yang diselaraskan kepada subkomponen sistem.

Pengawal selia DC-DC tersedia dalam versi terpencil dan tidak terpencil, bergantung pada sama ada pembumian input disambungkan ke pembumian output:

• Penukar terpencilDigunakan untuk mengasingkan voltan input dan output, biasanya menggunakan transformer atau penghantaran kuasa kapasitif.

• Penukar tidak terasingTerdapat laluan DC yang menghubungkan pembumian input dan pembumian output, dan sambungan pembumian input dan output dikongsi.

         

Pengelasan pengatur voltan DC-DC
     

Pengawal selia voltan DC dibahagikan kepada dua kategori berdasarkan kaedah penukaran voltan yang digunakan: pengawal selia linear dan pengawal selia pensuisan. Ini adalah dua jenis asas pengawal selia voltan yang digunakan dalam peranti elektronik seperti kamera, telefon bimbit, peranti boleh pakai dan komputer. Jurutera reka bentuk akan memilih pengawal selia DC yang sesuai untuk reka bentuk sistem mereka berdasarkan voltan input, voltan output dan beban arus yang diperlukan.

Pengatur linear
   

Pengawal selia linear menukar voltan input (V_IN) menukar kepada voltan keluaran yang berbeza (V_OUT), menggunakan komponen linear (iaitu komponen resistif) untuk mengawal voltan keluaran V_OUTCiri-ciri umum pengawal selia linear:

• Melesapkan tenaga elektrik.

• Untuk digunakan dengan rel arus rendah dan kuasa rendah.

• Tidak cekap.

• Untuk bekalan kuasa bunyi bising yang rendah.

• Ciri-ciri riak rendah dan hingar rendah menjadikannya sesuai untuk litar bersepadu analog sensitif seperti sensor, gelung terkunci fasa, dsb.

Bagi pengawal selia linear, satu jenis penting ialah pengawal selia linear putus sekolah rendah (LDO). dalam V_INdan V_OUTApabila perbezaannya sangat kecil, LDO. Boleh mengeluarkan V yang stabil secara berterusan_OUT.

Pengatur voltan pensuisan
   

Pengatur pensuisan menukar V melalui elemen pensuisan_INkepada V yang berbeza_OUT, dan gunakan induktor dan kapasitor luaran untuk menstabilkan voltan keluaran V_OUTPengawal selia pensuisan pada amnya lebih cekap dan menyokong arus output yang lebih tinggi daripada pengatur linear. Tetapi masih terdapat riak atau hingar pensuisan selepas output dikawal selia, walaupun selepas ditapis.

Mengikut hubungan antara voltan input dan output, pengawal selia pensuisan dikelaskan seperti berikut:

• Pengatur pensuisan Buck: V_OUT di bawah V_IN

• Pengatur pensuisan rangsangan: V_OUT di atas V_IN

• Pengawal Selia Pensuisan Buck-Boost: V_OUT Pembolehubah, boleh berada di bawah, di atas, atau sama dengan V_IN

Di atas merupakan empat topologi pengatur voltan yang biasa digunakan oleh jurutera reka bentuk? LDO dan tiga pengatur pensuisan (buck, boost, buck-boost). Dalam bahagian berikut, kami akan memperkenalkan empat pengatur voltan ini secara terperinci.

Pengatur voltan LDO
   

Pengatur linear putus-putus rendah ialah pengatur linear DC yang mengawal selia aras voltan keluaran apabila voltan bekalan dan voltan keluaran sangat hampir. Bagi LDO, voltan jatuh hendaklah sekecil mungkin untuk meminimumkan pelesapan kuasa dan memaksimumkan kecekapan sistem (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1-3).

         

LDO biasanya mempunyai nisbah penolakan bekalan kuasa (PSRR) yang lebih tinggi daripada pengawal selia pensuisan, bermakna LDO boleh menjana voltan keluaran hingar rendah. LDO secara amnya tidak menghasilkan sebarang riak dan sangat berguna dalam mengurangkan hingar atau riak bekalan input. Penggunaan arus siap sedia LDO yang rendah menjadikannya penyelesaian yang sangat baik untuk aplikasi mudah alih dan tanpa wayar.

Penukar Buck
   

di sini Buckbermaksud "menurunkan" atau "melemahkan". Penukar buck ialah pengatur pensuisan terkurang yang menghasilkan output kurang daripada V dengan cekap_IN 的 V_OUTLitar buck mengandungi induktor, transistor kesan medan pensuisan (FET) atau diod, kapasitor dan penguat ralat dengan litar kawalan pensuisan (ditunjukkan dalam Rajah 1-4). Penukar buck mengubah masa menghidupkan transistor kesan medan logam-oksida-semikonduktor (MOSFET) dan kemudian menggunakan kuasa kepada sensor. Penukar buck mempunyai kecekapan yang tinggi kerana MOSFET sama ada hidup sepenuhnya atau mati sepenuhnya. Antara keadaan hidup dan mati (impedans), penukar buck tidak beroperasi, tidak seperti pengatur linear.

         

Penukar buck menjana bentuk gelombang pensuisan dalam mod modulasi lebar denyut (PWM) atau mod modulasi frekuensi denyut (PFM), yang kemudiannya ditapis menggunakan komponen penapis induktor dan kapasitor luaran untuk menghasilkan voltan keluaran yang lancar V_KELUAR.Kaedah penukaran voltan ini sangat cekap dan boleh memanjangkan hayat bateri, mengurangkan haba sistem dan mengurangkan saiz produk.

Penukar Buck digunakan dalam banyak aplikasi yang menggunakan kuasa daripada USB dan peranti komputer lain. Ia juga digunakan dalam telefon pintar, tablet, peranti mudah alih dan banyak peranti elektronik lain.

Penukar rangsangan
   

Tingkatkan Di sini ia bermaksud "dipertingkatkan". Penukar rangsangan bertukar menjadi V_INnaik, menghasilkan V_OUTContohnya, apabila anda ingin menukar voltan input DC 3.3 volt kepada voltan output 5.0 volt V_OUT, penukar rangsangan akan berguna. Operasi rangsangan ini adalah perkara biasa dalam banyak aplikasi bateri litium-ion atau litium-polimer.

Litar rangsangan mengandungi komponen yang sama seperti litar buck (induktor, transistor kesan medan pensuisan [FET] atau diod, kapasitor, penguat ralat dengan litar kawalan pensuisan) tetapi mempunyai sambungan yang berbeza. Litar rangsangan juga berfungsi dengan mengawal masa hidup MOSFET untuk menggunakan kuasa kepada induktor. (Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1-5).

         

Penukar Buck-Boost
   

Penukar buck-boost ialah penukar mod suis yang menggabungkan buck dan boost dalam satu pengatur. Ia boleh mengendalikan pelbagai voltan input dan output. Litar kawalan melaraskan masa pensuisan MOSFET, mengurangkan atau meningkatkan voltan input dan menjana V mengikut keperluan._OUT(Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1-6).

         

Selain jenis buck-boost standard yang ditunjukkan dalam Rajah 1-6, terdapat jenis penukar buck-boost lain seperti Sepic, Cuk dan Zeta. Penukar ini boleh mengawal selia V_OUT, menjadikannya lebih rendah daripada, lebih tinggi daripada atau sama dengan V_IN.

Pengenalan kepada litar bersepadu pengurusan kuasa
     

PMIC ialah litar bersepadu yang digunakan untuk penukaran voltan, penstabilan voltan dan pengurusan bateri. Ia boleh mengendalikan penjujukan sistem kuasa, menguasakan pelbagai beban dan memberikan perlindungan terhadap voltan lampau, voltan bawah, arus lampau, kerosakan haba dan banyak lagi.

Satu PMIC boleh mengurus pelbagai bekalan kuasa luaran, memetakan keperluan sistem yang berbeza kepada voltan keluaran pengawal selia yang sesuai. Ia juga boleh digunakan pada pelbagai pemproses, pengawal sistem dan aplikasi akhir dengan hanya menukar tetapan daftar atau firmware yang berkaitan tanpa mereka bentuk semula litar bersepadu (IC) baharu.

Pasaran PMIC berkembang pesat disebabkan oleh beberapa trend semasa. Satu trend ialah usaha pengguna untuk mendapatkan mobiliti tanpa wayar, yang telah membawa permintaan yang besar untuk peranti kecil yang dikendalikan oleh bateri, yang seterusnya memerlukan penyelesaian pengurusan kuasa yang lebih bersepadu, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1-7. Rajah ini menunjukkan bagaimana penyelesaian PMIC Qorvo mengurangkan bilangan komponen dan saiz penyelesaian keseluruhan dengan ketara.

         

Pada masa yang sama, pengguna dan pengeluar semakin menuntut produk yang menjimatkan tenaga, mesra alam dan mengurangkan pelepasan karbon. Trend "hijau" global telah meningkatkan permintaan untuk produk elektronik yang dilengkapi dengan pengurusan kuasa yang cekap, menjadikan pengurusan kuasa sebagai ciri yang sangat penting dan popular.

PMIC semua-dalam-satu
     

Satu sebab penting mengapa PMIC hari ini digunakan secara meluas adalah kerana ia boleh memenuhi banyak atau semua fungsi pengawalaturan voltan dalam sesuatu aplikasi (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1-8). PMIC serba boleh ini boleh disesuaikan melalui perisian tegar untuk pelbagai aplikasi yang berbeza, sekali gus menghapuskan kos perubahan litar perkakasan yang tinggi. Ciri-ciri ini membolehkannya bertukar dengan lancar antara aplikasi, sekali gus memendekkan masa ke pasaran.

         

Penafian: Artikel ini diterbitkan semula daripada "Xincunshe", yang menyokong perlindungan hak harta intelek. Sila nyatakan sumber asal dan pengarang semasa mencetak semula. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadamkannya.

Nombor telefon syarikat: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mel: 1615456225@qq.com
SQ: 3518641314 Pengurus Li

QQ: 332496225 Pengurus Qiu

Alamat: Bilik 809, Bangunan C, Bangunan Teknologi Zhantao, No. 1079 Minzhi Avenue, Daerah Baharu Longhua, Shenzhen