Neste capítulo, você aprenderá os conceitos básicos de gerenciamento de energia, incluindo os tipos de projetos de circuitos necessários para diferentes aplicações. Você também aprenderá o que é um circuito integrado de gerenciamento de energia (PMIC) e por que os versáteis PMICs atuais podem substituir vários tipos de reguladores de tensão.

         
Domine os conhecimentos básicos sobre fontes de alimentação.
     

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.

A seguir, apresentamos o desempenho de tensão e corrente para cada configuração de conexão:

• Células em sérieIsso pode aumentar a voltagem da bateria e, consequentemente, a capacidade total da bateria.

• Baterias em paraleloNão aumenta a tensão da bateria, mas melhora a capacidade de controle de corrente e a capacidade de corrente de toda a bateria.

• Baterias em série e em paraleloEle pode melhorar simultaneamente as capacidades de controle de tensão e corrente, bem como a capacidade de corrente.

         

Em algumas aplicações alimentadas por bateria, os componentes do sistema podem não ser capazes de usar a energia da bateria diretamente. Esses componentes podem exigir uma tensão mais baixa ou mais alta para operar corretamente. Durante o processo de carga e descarga, a tensão da bateria também varia. Um conversor CC-CC pode ser usado para monitorar essa tensão de entrada não regulada da bateria e mantê-la estável. Esses conversores são frequentemente chamados de reguladores de tensão porque podem aumentar, diminuir ou regular a tensão conforme necessário (mostrado na Figura 1-2) e, em seguida, fornecer a tensão ajustada aos subcomponentes do sistema.

Os reguladores DC-DC estão disponíveis em versões isoladas e não isoladas, dependendo se o terra de entrada está conectado ao terra de saída:

• Conversor isoladoUtilizado para isolar as tensões de entrada e saída, normalmente por meio de transformadores ou transmissão de energia capacitiva.

• Conversor não isoladoThere is a DC path connecting input ground and output ground, and the input and output ground connections are shared.

         

Classificação de reguladores de tensão CC-CC
     

Os reguladores de tensão CC são divididos em duas categorias com base no método de conversão de tensão utilizado: reguladores lineares e reguladores de comutação. Esses são os dois tipos básicos de reguladores de tensão usados ​​em dispositivos eletrônicos como câmeras, celulares, wearables e computadores. Os engenheiros de projeto selecionarão o regulador CC apropriado para o projeto do sistema com base na tensão de entrada, na tensão de saída e na corrente necessária.

Regulador linear
   

Os reguladores lineares convertem a tensão de entrada (V)._IN) converte em diferentes tensões de saída (V_OUT), usando um componente linear (ou seja, um componente resistivo) para regular a tensão de saída V_OUTCaracterísticas gerais dos reguladores lineares:

• Dissipar energia elétrica.

• Para uso com trilhos de baixa corrente e baixa potência.

• Não é eficiente.

• Para fontes de alimentação de baixo ruído.

• As características de baixa ondulação e baixo ruído tornam-no adequado para circuitos integrados analógicos sensíveis, como sensores, PLLs (Phase-Locked Loops), etc.

Para reguladores lineares, um tipo importante é o regulador linear de baixa queda de tensão (LDO). em V_INe V_OUTQuando a diferença é muito pequena, o LDO pode fornecer continuamente uma saída estável de V._OUT.

Regulador de tensão de comutação
   

Um regulador de comutação converte V através de um elemento de comutação._INpara um V diferente_OUTe utilizam indutores e capacitores externos para estabilizar a tensão de saída V._OUTOs reguladores de comutação são geralmente mais eficientes e suportam correntes de saída mais altas do que os reguladores lineares. No entanto, ainda há ondulação ou ruído de comutação após a regulação da saída, mesmo após a filtragem.

De acordo com a relação entre a tensão de entrada e a tensão de saída, os reguladores de comutação são classificados da seguinte forma:

• Buck switching regulator: V_OUT abaixo de V_IN

• Regulador de comutação boost: V_OUT acima de V_IN

• Regulador de comutação Buck-Boost: V_OUT Variável, pode ser menor, maior ou igual a V._IN

As topologias de reguladores de tensão acima são as quatro mais comumente usadas por engenheiros de projeto: LDO e três reguladores de comutação (buck, boost e buck-boost). Nas seções seguintes, apresentaremos esses quatro reguladores de tensão em detalhes.

regulador de tensão LDO
   

Um regulador linear de baixa queda de tensão (LDO) é um regulador linear CC que regula o nível de tensão de saída quando a tensão de alimentação e a tensão de saída estão muito próximas. Para LDOs, a queda de tensão deve ser a menor possível para minimizar a dissipação de energia e maximizar a eficiência do sistema (como mostrado na Figura 1-3).

         

Os reguladores LDO geralmente possuem uma taxa de rejeição de ruído da fonte de alimentação (PSRR) maior do que os reguladores de comutação, o que significa que o LDO pode gerar uma tensão de saída com baixo ruído. Os LDOs geralmente não produzem ondulação e são muito úteis para reduzir o ruído ou a ondulação da fonte de alimentação de entrada. O baixo consumo de corrente em modo de espera do LDO o torna uma excelente solução para aplicações portáteis e sem fio.

Conversor de moedas
   

aqui. PinoteSignifica "diminuir" ou "enfraquecer". O conversor buck é um regulador de comutação reduzido que emite com eficiência menos de V._IN V_OUTUm circuito buck contém um indutor, um transistor de efeito de campo (FET) ou diodo de comutação, um capacitor e um amplificador de erro com um circuito de controle de comutação (mostrado na Figura 1-4). O conversor buck altera o tempo de ativação de um transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFET) e, em seguida, aplica energia ao sensor. Os conversores buck têm alta eficiência porque o MOSFET está totalmente ligado ou totalmente desligado. Entre os estados ligado e desligado (impedância), um conversor buck não opera, diferentemente de um regulador linear.

         

O conversor buck gera formas de onda de comutação no modo de modulação por largura de pulso (PWM) ou no modo de modulação por frequência de pulso (PFM), que são então filtradas usando componentes de filtro externos, como indutores e capacitores, para produzir uma tensão de saída suave V._FORA.Este método de conversão de voltagem é muito eficiente e pode prolongar a vida útil da bateria, reduzir o calor do sistema e diminuir o tamanho do produto.

Os conversores buck são usados ​​em muitas aplicações que obtêm energia de portas USB e outros periféricos de computador. Também são usados ​​em smartphones, tablets, dispositivos móveis e muitos outros aparelhos eletrônicos.

Conversor de impulso
   

Boost  Aqui significa "aprimorado". O conversor boost aumenta a tensão em V._INaumenta, produzindo 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_OUTUm conversor elevador seria útil. Essa operação de elevação de tensão é comum em muitas aplicações de baterias de íon-lítio ou polímero de lítio.

Um circuito boost contém os mesmos componentes que um circuito buck (indutor, transistor de efeito de campo [FET] ou diodo de comutação, capacitor, amplificador de erro com circuito de controle de comutação), mas possui conexões diferentes. O circuito boost também funciona controlando o tempo de ativação do MOSFET para fornecer energia ao indutor (conforme mostrado na Figura 1-5).

         

Conversor Buck-Boost
   

Um conversor buck-boost é um conversor de modo de comutação que combina as características buck e boost em um único regulador. Ele pode lidar com uma ampla gama de tensões de entrada e saída. O circuito de controle ajusta o tempo de comutação do MOSFET, reduzindo ou aumentando a tensão de entrada e gerando a tensão V conforme necessário._OUT(Conforme mostrado na Figura 1-6).

         

Além do tipo buck-boost padrão mostrado na Figura 1-6, existem outros tipos de conversores buck-boost, como Sepic, Cuk e Zeta. Esses conversores podem regular V_OUT, tornando-o menor que, maior que ou igual a V_IN.

Introdução aos circuitos integrados de gerenciamento de energia
     

O PMIC é um circuito integrado usado para conversão de tensão, estabilização de tensão e gerenciamento de baterias. Ele pode lidar com o sequenciamento do sistema de energia, alimentar uma variedade de cargas e fornecer proteção contra sobretensão, subtensão, sobrecorrente, falhas térmicas e muito mais.

Um único PMIC pode gerenciar múltiplas fontes de alimentação externas, mapeando diferentes requisitos do sistema para a tensão de saída do regulador apropriada. Eles também podem ser usados ​​em uma variedade de processadores, controladores de sistema e aplicações finais, simplesmente alterando as configurações de registro ou o firmware relevantes, sem a necessidade de redesenhar um novo circuito integrado (CI).

O mercado de PMICs está crescendo rapidamente devido a diversas tendências atuais. Uma delas é a busca dos consumidores por mobilidade sem fio, o que gerou uma grande demanda por dispositivos pequenos e alimentados por bateria, exigindo, por sua vez, soluções de gerenciamento de energia mais integradas, como mostrado na Figura 1-7. Esta figura demonstra como a solução de PMIC da Qorvo reduz significativamente a quantidade de componentes e o tamanho geral da solução.

         

At the same time, consumers and manufacturers are increasingly demanding products that are energy-saving, environmentally friendly, and reduce carbon emissions. The global "green" trend has increased the demand for electronic products equipped with efficient power management, making power management a very important and popular feature.

PMIC tudo-em-um
     

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.

         

Aviso: Este artigo foi reproduzido de "Xincunshe", que apoia a proteção dos direitos de propriedade intelectual. Ao republicá-lo, indique a fonte original e o autor. Caso haja alguma violação de direitos autorais, entre em contato conosco para que possamos removê-lo.

Número de telefone da empresa: +86-0755-83044319
Fax: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Gerente Li

QQ: 332496225 Gerente Qiu

Endereço: Sala 809, Edifício C, Edifício de Tecnologia Zhantao, nº 1079 Avenida Minzhi, Novo Distrito de Longhua, Shenzhen