Trong chương này, bạn sẽ tìm hiểu những kiến ​​thức cơ bản về quản lý nguồn điện, bao gồm các loại thiết kế mạch cần thiết cho các ứng dụng khác nhau. Bạn cũng sẽ tìm hiểu mạch tích hợp quản lý nguồn (PMIC) là gì và tại sao các PMIC đa năng hiện nay có thể thay thế nhiều loại bộ điều chỉnh điện áp khác nhau.

         
Nắm vững kiến ​​thức cơ bản về nguồn điện
     

Loại hệ thống quản lý nguồn DC cần thiết cho một thiết bị hoặc hệ thống điện tử cụ thể phụ thuộc vào nguồn điện của thiết bị hoặc hệ thống đó. Các nguồn điện khả thi bao gồm AC, pin, DC và DC công suất cực thấp (thu năng lượng). Phần lớn các thiết bị điện tử chạy bằng pin sử dụng pin lithium-ion (Li-ion) hoặc lithium polymer (LiPo). Một bộ pin có thể chứa nhiều cell được kết nối nối tiếp hoặc song song. Hình 1-1 là một số ví dụ.

Dưới đây là thông số điện áp và dòng điện cho từng cấu hình kết nối:

• Các tế bào mắc nối tiếpNó có thể tăng điện áp của bộ pin và tăng dung lượng của toàn bộ bộ pin.

• Pin song songNó không thể làm tăng điện áp của bộ pin, nhưng sẽ cải thiện khả năng điều khiển dòng điện và dung lượng dòng điện của toàn bộ bộ pin.

• Pin mắc nối tiếp và song songIt can simultaneously improve voltage and current control capabilities and current capacity.

         

In some battery-powered applications, system components may not be able to use battery power directly. These components may require a lower or higher voltage to operate properly. During the charging and discharging process, the voltage of the battery will also change. A DC-DC converter can be used to monitor this unregulated battery input voltage and keep it stable. These converters are often called voltage regulators because they can increase, decrease, or regulate the voltage as needed (shown in Figure 1-2) and then provide the adjusted voltage to the system subcomponents.

Bộ điều chỉnh DC-DC có các phiên bản cách ly và không cách ly, tùy thuộc vào việc cực nối đất đầu vào có được kết nối với cực nối đất đầu ra hay không:

• Bộ chuyển đổi cách lyĐược sử dụng để cách ly điện áp đầu vào và đầu ra, thường bằng cách sử dụng máy biến áp hoặc truyền tải điện dung.

• Non-isolated converterThere is a DC path connecting input ground and output ground, and the input and output ground connections are shared.

         

Phân loại bộ điều chỉnh điện áp DC-DC
     

DC voltage regulators are divided into two categories based on the voltage conversion method used: linear regulators and switching regulators. These are two basic types of voltage regulators used in electronic devices such as cameras, cell phones, wearables, and computers. Design engineers will select the appropriate DC regulator for their system design based on input voltage, output voltage, and required current loading.

Tuyến tính điều chỉnh
   

Bộ điều chỉnh tuyến tính chuyển đổi điện áp đầu vào (V)_IN) chuyển đổi thành các điện áp đầu ra khác nhau (V)_OUT), using a linear component (i.e. resistive component) to regulate the output voltage V_OUTĐặc điểm chung của bộ điều chỉnh tuyến tính:

• Dissipate electrical energy.

• For use with low current and low power rails.

• Not efficient.

• Dành cho các bộ nguồn có độ ồn thấp.

• The low ripple and low noise characteristics make it suitable for sensitive analog integrated circuits such as sensors, phase-locked loops, etc.

For linear regulators, one important type is the low dropout (LDO) linear regulator. in V_INvà V_OUTKhi chênh lệch rất nhỏ, LDO có thể liên tục xuất ra điện áp V ổn định._OUT.

Switching voltage regulator
   

Bộ điều chỉnh chuyển mạch chuyển đổi V thông qua một phần tử chuyển mạch._INto a different V_OUTvà sử dụng cuộn cảm và tụ điện bên ngoài để ổn định điện áp đầu ra V._OUTCác bộ điều chỉnh chuyển mạch thường hiệu quả hơn và hỗ trợ dòng điện đầu ra cao hơn so với các bộ điều chỉnh tuyến tính. Tuy nhiên, vẫn còn gợn sóng hoặc nhiễu chuyển mạch sau khi đầu ra được điều chỉnh, ngay cả sau khi đã lọc.

Theo mối quan hệ giữa điện áp đầu vào và đầu ra, bộ điều chỉnh chuyển mạch được phân loại như sau:

• Buck switching regulator: V_OUT dưới V_IN

• Boost switching regulator: V_OUT trên V_IN

• Buck-Boost Switching Regulator: V_OUT Biến số, có thể nhỏ hơn, lớn hơn hoặc bằng V._IN

Trên đây là bốn cấu trúc mạch điều chỉnh điện áp thường được các kỹ sư thiết kế sử dụng: LDO và ba mạch điều chỉnh chuyển mạch (buck, boost, buck-boost). Trong các phần tiếp theo, chúng ta sẽ giới thiệu chi tiết về bốn mạch điều chỉnh điện áp này.

LDO voltage regulator
   

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).

         

Các bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính (LDO) thường có tỷ lệ loại bỏ nhiễu nguồn (PSRR) cao hơn so với các bộ điều chỉnh chuyển mạch, nghĩa là LDO có thể tạo ra điện áp đầu ra ít nhiễu. LDO nói chung không tạo ra gợn sóng và rất hữu ích trong việc giảm nhiễu hoặc gợn sóng nguồn đầu vào. Mức tiêu thụ dòng điện chờ thấp của LDO làm cho nó trở thành một giải pháp tuyệt vời cho các ứng dụng di động và không dây.

dụng cụ đổi tiền
   

đây Mau lênmeans "to lower" or "to weaken". The buck converter is a reduced switching regulator that efficiently outputs less than V_IN 的 V_OUTMạch buck bao gồm một cuộn cảm, một transistor hiệu ứng trường chuyển mạch (FET) hoặc diode, một tụ điện và một bộ khuếch đại lỗi với mạch điều khiển chuyển mạch (như thể hiện trong Hình 1-4). Bộ chuyển đổi buck thay đổi thời gian bật của transistor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại (MOSFET) và sau đó cấp nguồn cho cảm biến. Bộ chuyển đổi buck có hiệu suất cao vì MOSFET chỉ có hai trạng thái: bật hoàn toàn hoặc tắt hoàn toàn. Giữa trạng thái bật và tắt (trở kháng), bộ chuyển đổi buck không hoạt động, không giống như bộ điều chỉnh tuyến tính.

         

Bộ chuyển đổi buck tạo ra các dạng sóng chuyển mạch ở chế độ điều chế độ rộng xung (PWM) hoặc chế độ điều chế tần số xung (PFM), sau đó được lọc bằng các thành phần lọc cuộn cảm và tụ điện bên ngoài để tạo ra điện áp đầu ra V mượt mà._NGOÀI.Phương pháp chuyển đổi điện áp này rất hiệu quả, có thể kéo dài tuổi thọ pin, giảm nhiệt độ hệ thống và giảm kích thước sản phẩm.

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.

Bộ chuyển đổi tăng cường
   

Tăng Ở đây nó có nghĩa là "được nâng cấp". Bộ chuyển đổi tăng áp chuyển đổi V_INtăng lên, tạo ra V_OUTVí dụ, khi bạn muốn chuyển đổi điện áp đầu vào DC 3.3 volt thành điện áp đầu ra 5.0 volt V._OUT, a boost converter would be handy. This boost operation is common in many lithium-ion or lithium-polymer battery applications.

Mạch tăng áp chứa các thành phần tương tự như mạch giảm áp (cuộn cảm, transistor hiệu ứng trường chuyển mạch [FET] hoặc diode, tụ điện, bộ khuếch đại lỗi với mạch điều khiển chuyển mạch) nhưng có cách đấu nối khác. Mạch tăng áp cũng hoạt động bằng cách điều khiển thời điểm bật của MOSFET để cấp nguồn cho cuộn cảm. (Như thể hiện trong Hình 1-5).

         

Bộ chuyển đổi Buck-Boost
   

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(Như minh họa trong Hình 1-6).

         

Ngoài loại buck-boost tiêu chuẩn được thể hiện trong Hình 1-6, còn có các loại bộ chuyển đổi buck-boost khác như Sepic, Cuk và Zeta. Các bộ chuyển đổi này có thể điều chỉnh V_OUT, khiến nó nhỏ hơn, lớn hơn hoặc bằng V_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.

A single PMIC can manage multiple external power supplies, mapping different system requirements to the appropriate regulator output voltage. They can also be used on a variety of processors, system controllers, and end applications by simply changing the relevant register settings or firmware without redesigning a new integrated circuit (IC).

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.

         

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.

All-in-one PMIC
     

Một lý do quan trọng khiến các PMIC hiện nay được sử dụng rộng rãi là chúng có thể đáp ứng nhiều hoặc thậm chí tất cả các chức năng điều chỉnh điện áp trong một ứng dụng (như thể hiện trong Hình 1-8). Các PMIC đa năng này có thể được tùy chỉnh thông qua phần mềm nhúng cho nhiều ứng dụng khác nhau, loại bỏ chi phí cao của việc thay đổi mạch phần cứng. Những tính năng này cho phép chúng chuyển đổi mượt mà giữa các ứng dụng, do đó rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.

         

Disclaimer: This article is reproduced from "Xincunshe", which supports the protection of intellectual property rights. Please indicate the original source and author when reprinting. If there is any infringement, please contact us to delete it.

Số điện thoại công ty: +86-0755-83044319
Số fax: +86-0755-83975897
Email: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Quản lý Li

QQ: 332496225 Quản lý Qiu

Địa chỉ: Phòng 809, Tòa nhà C, Tòa nhà Công nghệ Zhantao, Số 1079 Đại lộ Minzhi, Khu Longhua Mới, Thâm Quyến