Bu bölümde, farklı uygulamalar için gerekli devre tasarımları türleri de dahil olmak üzere güç yönetiminin temellerini öğreneceksiniz. Ayrıca, güç yönetimi entegre devresinin (PMIC) ne olduğunu ve günümüzün çok yönlü PMIC'lerinin neden çeşitli voltaj regülatörlerinin yerini alabileceğini de öğreneceksiniz.

         
Güç kaynağının temel bilgilerini öğrenin.
     

Belirli bir cihaz veya elektronik sistemin ihtiyaç duyduğu DC güç yönetim alt sisteminin türü, cihazın veya sistemin güç kaynağına bağlıdır. Olası güç kaynakları arasında AC, piller, DC ve ultra düşük güçlü DC (enerji hasadı) bulunur. Pille çalışan elektronik cihazların büyük çoğunluğu lityum iyon (Li-ion) veya lityum polimer (LiPo) piller kullanır. Bir pil paketi, seri veya paralel olarak bağlanmış birkaç hücre içerebilir. Şekil 1-1'de bazı örnekler verilmiştir.

İşte her bağlantı konfigürasyonu için voltaj ve akım performans değerleri:

• Seri hücrelerBu, batarya paketinin voltajını artırabilir ve tüm batarya paketinin kapasitesini yükseltebilir.

• Piller paralelBu, batarya paketinin voltajını artırmaz, ancak tüm batarya paketinin akım kontrol kabiliyetini ve akım kapasitesini iyileştirir.

• Seri ve paralel pillerBu cihaz, aynı anda voltaj ve akım kontrol yeteneklerini ve akım kapasitesini iyileştirebilir.

         

Bazı batarya ile çalışan uygulamalarda, sistem bileşenleri batarya gücünü doğrudan kullanamayabilir. Bu bileşenlerin düzgün çalışması için daha düşük veya daha yüksek bir voltaj gerekebilir. Şarj ve deşarj işlemi sırasında bataryanın voltajı da değişecektir. Bu düzenlenmemiş batarya giriş voltajını izlemek ve sabit tutmak için bir DC-DC dönüştürücü kullanılabilir. Bu dönüştürücülere genellikle voltaj regülatörü denir çünkü gerektiğinde voltajı artırabilir, azaltabilir veya düzenleyebilir (Şekil 1-2'de gösterilmiştir) ve ardından ayarlanmış voltajı sistem alt bileşenlerine sağlayabilirler.

DC-DC regülatörleri, giriş topraklamasının çıkış topraklamasına bağlanıp bağlanmamasına bağlı olarak, izoleli ve izolesiz versiyonlarda mevcuttur:

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

• İzole edilmemiş dönüştürücüGiriş topraklaması ile çıkış topraklaması arasında bir DC yolu bulunur ve giriş ve çıkış topraklama bağlantıları ortaktır.

         

DC-DC voltaj regülatörü sınıflandırması
     

DC voltaj regülatörleri, kullanılan voltaj dönüştürme yöntemine göre iki kategoriye ayrılır: doğrusal regülatörler ve anahtarlamalı regülatörler. Bunlar, kameralar, cep telefonları, giyilebilir cihazlar ve bilgisayarlar gibi elektronik cihazlarda kullanılan iki temel voltaj regülatörü türüdür. Tasarım mühendisleri, giriş voltajı, çıkış voltajı ve gerekli akım yüküne bağlı olarak sistem tasarımları için uygun DC regülatörünü seçeceklerdir.

Lineer regülatör
   

Doğrusal regülatörler giriş voltajını (V) dönüştürür._IN) farklı çıkış voltajlarına (V) dönüştürür_OUTÇıkış gerilimi V'yi düzenlemek için doğrusal bir bileşen (yani dirençli bileşen) kullanılarak gerçekleştirilir._OUTDoğrusal regülatörlerin genel özellikleri:

• Elektrik enerjisini dağıtmak.

• Düşük akım ve düşük güç raylarında kullanım içindir.

• Verimli değil.

• Düşük gürültülü güç kaynakları için.

• Düşük dalgalanma ve düşük gürültü özellikleri, sensörler, faz kilitlemeli devreler vb. gibi hassas analog entegre devreler için uygun hale getirir.

Doğrusal regülatörler için önemli bir tür, düşük voltaj düşüşlü (LDO) doğrusal regülatördür. V cinsinden_INve V_OUTFark çok küçük olduğunda, LDO sürekli olarak kararlı V çıkışı sağlayabilir._OUT.

Anahtarlamalı voltaj regülatörü
   

A switching regulator converts V via a switching element_INfarklı bir V'ye_OUTÇıkış voltajı V'yi stabilize etmek için harici indüktörler ve kapasitörler kullanılır._OUTAnahtarlamalı regülatörler genellikle doğrusal regülatörlerden daha verimlidir ve daha yüksek çıkış akımlarını destekler. Ancak, filtrelemeden sonra bile, çıkış düzenlendikten sonra hala dalgalanma veya anahtarlama gürültüsü mevcuttur.

Giriş ve çıkış voltajı arasındaki ilişkiye göre, anahtarlamalı voltaj regülatörleri aşağıdaki gibi sınıflandırılır:

• Buck anahtarlamalı regülatör: V_OUT V'nin altında_IN

• Yükseltici anahtarlamalı regülatör: V_OUT above V_IN

• Buck-Boost Anahtarlamalı Regülatör: V_OUT Değişken, V'nin altında, üstünde veya ona eşit olabilir._IN

Yukarıda tasarım mühendisleri tarafından yaygın olarak kullanılan dört voltaj regülatörü topolojisi verilmiştir: LDO ve üç anahtarlamalı regülatör (buck, boost, buck-boost). Aşağıdaki bölümlerde bu dört voltaj regülatörünü ayrıntılı olarak tanıtacağız.

LDO voltaj regülatörü
   

Düşük düşüşlü doğrusal regülatör, besleme gerilimi ve çıkış gerilimi birbirine çok yakın olduğunda çıkış gerilim seviyesini düzenleyen bir DC doğrusal regülatördür. LDO'lar için, güç kaybını en aza indirmek ve sistem verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için düşüş gerilimi mümkün olduğunca küçük olmalıdır (Şekil 1-3'te gösterildiği gibi).

         

LDO'lar genellikle anahtarlamalı regülatörlerden daha yüksek güç kaynağı reddetme oranına (PSRR) sahiptir, bu da LDO'nun düşük gürültülü bir çıkış voltajı üretebileceği anlamına gelir. LDO'lar genellikle dalgalanma üretmez ve giriş besleme gürültüsünü veya dalgalanmasını azaltmada çok kullanışlıdır. LDO'nun düşük bekleme akımı tüketimi, onu taşınabilir ve kablosuz uygulamalar için mükemmel bir çözüm haline getirir.

Buck dönüştürücü
   

okuyun Dolar"Düşürmek" veya "zayıflatmak" anlamına gelir. Buck dönüştürücü, V'den daha düşük bir çıkış sağlayan, verimli bir şekilde azaltılmış anahtarlamalı bir regülatördür._IN V_OUTBir buck devresi, bir indüktör, bir anahtarlamalı alan etkili transistör (FET) veya diyot, bir kapasitör ve bir anahtarlamalı kontrol devresine sahip bir hata yükseltici içerir (Şekil 1-4'te gösterilmiştir). Buck dönüştürücü, metal oksit yarı iletken alan etkili transistörün (MOSFET) açılma süresini değiştirir ve ardından sensöre güç uygular. Buck dönüştürücüler yüksek verimliliğe sahiptir çünkü MOSFET ya tamamen açık ya da tamamen kapalıdır. Açık ve kapalı (empedans) durumları arasında, doğrusal bir regülatörün aksine, bir buck dönüştürücü çalışmaz.

         

Buck dönüştürücü, darbe genişliği modülasyonu (PWM) veya darbe frekansı modülasyonu (PFM) modunda anahtarlama dalga biçimleri üretir; bu dalga biçimleri daha sonra harici indüktör ve kapasitör filtre bileşenleri kullanılarak filtrelenerek düzgün bir çıkış gerilimi V elde edilir._DIŞARI.Bu voltaj dönüştürme yöntemi oldukça verimlidir ve pil ömrünü uzatabilir, sistem ısısını azaltabilir ve ürün boyutunu küçültebilir.

Buck dönüştürücüler, USB ve diğer bilgisayar çevre birimlerinden güç çeken birçok uygulamada kullanılır. Ayrıca akıllı telefonlarda, tabletlerde, mobil cihazlarda ve diğer birçok elektronik cihazda da kullanılır.

Yükseltici dönüştürücü
   

Artırmak Burada "geliştirilmiş" anlamına geliyor. Yükseltici dönüştürücü V'yi artırır._INyükselir, V üretir_OUTÖrneğin, 3.3 volt DC giriş voltajını 5.0 volt çıkış voltajına dönüştürmek istediğinizde..._OUTBu durumda bir yükseltici dönüştürücü işe yarayacaktır. Bu yükseltme işlemi, birçok lityum iyon veya lityum polimer pil uygulamasında yaygındır.

Yükseltme devresi, düşürme devresiyle aynı bileşenleri (indüktör, anahtarlamalı alan etkili transistör [FET] veya diyot, kapasitör, anahtarlamalı kontrol devresine sahip hata yükseltici) içerir ancak bağlantıları farklıdır. Yükseltme devresi ayrıca, indüktöre güç uygulamak için MOSFET'in açılma süresini kontrol ederek çalışır (Şekil 1-5'te gösterildiği gibi).

         

Buck-Boost Dönüştürücü
   

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(Şekil 1-6'da gösterildiği gibi).

         

Şekil 1-6'da gösterilen standart buck-boost tipine ek olarak, Sepic, Cuk ve Zeta gibi diğer buck-boost dönüştürücü türleri de mevcuttur. Bu dönüştürücüler V'yi düzenleyebilir._OUTBu da onu V'den daha düşük, daha yüksek veya V'ye eşit hale getiriyor._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.

Tek bir PMIC, birden fazla harici güç kaynağını yönetebilir ve farklı sistem gereksinimlerini uygun regülatör çıkış voltajına eşleyebilir. Ayrıca, yeni bir entegre devre (IC) tasarlamaya gerek kalmadan, ilgili kayıt ayarlarını veya bellenimi değiştirerek çeşitli işlemcilerde, sistem denetleyicilerinde ve son uygulamalarda kullanılabilirler.

PMIC pazarı, çeşitli güncel trendler nedeniyle hızla büyüyor. Bu trendlerden biri, tüketicilerin kablosuz mobilite arayışıdır; bu da küçük, pille çalışan cihazlara olan talebi artırmış ve Şekil 1-7'de gösterildiği gibi daha yüksek düzeyde entegre güç yönetimi çözümlerine olan ihtiyacı doğurmuştur. Bu şekil, Qorvo'nun PMIC çözümünün bileşen sayısını ve genel çözüm boyutunu nasıl önemli ölçüde azalttığını göstermektedir.

         

Aynı zamanda, tüketiciler ve üreticiler giderek daha fazla enerji tasarruflu, çevre dostu ve karbon emisyonlarını azaltan ürünler talep ediyor. Küresel "yeşil" trend, verimli güç yönetimiyle donatılmış elektronik ürünlere olan talebi artırarak güç yönetimini çok önemli ve popüler bir özellik haline getirmiştir.

Hepsi bir arada PMIC
     

Günümüzde PMIC'lerin yaygın olarak kullanılmasının önemli bir nedeni, bir uygulamadaki birçok hatta tüm voltaj düzenleme fonksiyonlarını karşılayabilmeleridir (Şekil 1-8'de gösterildiği gibi). Bu çok yönlü PMIC'ler, donanım devre değişikliklerinin yüksek maliyetini ortadan kaldırarak, birçok farklı uygulama için yazılım aracılığıyla özelleştirilebilir. Bu özellikler, uygulamalar arasında sorunsuz geçiş yapmalarını sağlayarak pazara sunma süresini kısaltır.

         

Yasal Uyarı: Bu makale, fikri mülkiyet haklarının korunmasını destekleyen "Xincunshe"den alınmıştır. Yeniden yayınlarken lütfen orijinal kaynağı ve yazarı belirtin. Herhangi bir telif hakkı ihlali durumunda, lütfen silinmesi için bizimle iletişime geçin.

Şirket telefon numarası: +86-0755-83044319
Faks: +86-0755-83975897
E-posta: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Yönetici Li

QQ: 332496225 Yönetici Qiu

Adres: Shenzhen, Longhua Yeni Bölgesi, Minzhi Caddesi No. 1079, Zhantao Teknoloji Binası, C Binası, Oda 809