本章將介紹電源管理的基礎知識，包括不同應用所需的電路設計類型。您還將了解什麼是電源管理積體電路 (PMIC)，以及為什麼如今功能多樣的 PMIC 可以取代各種類型的穩壓器。

特定設備或電子系統所需的直流電源管理子系統類型取決於該設備或系統的電源。可能的電源包括交流電、電池、直流電和超低功耗直流電（能量採集）。絕大多數電池供電的電子設備使用鋰離子 (Li-ion) 或鋰聚合物 (LiPo) 電池。電池組可能包含多個串聯或並聯的電池單元。圖 1-1 展示了一些範例。

以下是每種連接配置的電壓和電流性能：

• 串聯電池它可以提高電池組的電壓，並增加整個電池組的容量。

• 並聯電池它不能提高電池組的電壓，但可以提高整個電池組的電流控制能力和電流容量。

• 串聯和並聯電池它可以同時提高電壓和電流控制能力以及電流容量。

在某些電池供電的應用中，系統組件可能無法直接使用電池供電。這些組件可能需要較低或較高的電壓才能正常運作。在充電和放電過程中，電池電壓也會改變。可以使用直流-直流轉換器來監測這種不穩定的電池輸入電壓並使其保持穩定。這些轉換器通常被稱為電壓調節器，因為它們可以根據需要升高、降低或調節電壓（如圖 1-2 所示），然後將調節後的電壓提供給系統子組件。

DC-DC穩壓器依輸入接地是否連接到輸出地而分為隔離式和非隔離式兩種：

• 隔離式轉換器Used to isolate input and output voltages, typically using transformers or capacitive power transmission.

• 非隔離式轉換器輸入地和輸出接地之間有一條直流通路，輸入地和輸出地共用一個接地連接。

直流穩壓器依其電壓轉換方式可分為兩大類：線性穩壓器和開關穩壓器。這兩種基本類型的穩壓器廣泛應用於相機、手機、穿戴式裝置和電腦等電子設備。設計工程師會根據輸入電壓、輸出電壓和所需的電流負載，為系統設計選擇合適的直流穩壓器。

線性穩壓器轉換輸入電壓（V）。_IN) 轉換為不同的輸出電壓 (V_輸出使用線性元件（即電阻元件）來調整輸出電壓 V_輸出線性穩壓器的一般特性：

• 耗散電能。

• 適用於低電流、低功率的電源軌。

• 效率不高。

• 適用於低雜訊電源。

• 低漣波和低雜訊特性使其適用於對靈敏度要求較高的類比積體電路，例如感測器、鎖相環等。

對於線性穩壓器而言，一種重要的類型是低壓差（LDO）線性穩壓器。_IN和V._輸出當差異很小時，LDO可以持續輸出穩定的電壓。_輸出。

開關穩壓器透過開關元件轉換電壓。_IN到不同的V_輸出, and use external inductors and capacitors to stabilize the output voltage V_輸出開關穩壓器通常比線性穩壓器效率更高，並且支援更高的輸出電流。但是，即使經過過濾波，輸出穩壓後仍存在漣波或開關雜訊。

根據輸入電壓和輸出電壓的關係，開關穩壓器可分為以下幾類：

• Buck switching regulator: V_輸出 低於 V_IN

• 升壓開關穩壓器：V_輸出 上方 V_IN

• 升降壓開關穩壓器：V_輸出 變量，可以低於、高於或等於 V。_IN

以上是設計工程師常用的四種電壓調節器拓樸結構：低壓差線性穩壓器 (LDO) 和三種開關穩壓器（降壓、升壓、升降壓）。以下章節將詳細介紹這四種電壓調節器。

低壓差線性穩壓器（LDO）是一種直流線性穩壓器，用於在電源電壓和輸出電壓非常接近時調節輸出電壓。對於LDO而言，壓差應盡可能小，以最大限度地降低功耗並提高系統效率（如圖1-3所示）。

低壓差線性穩壓器 (LDO) 通常比開關穩壓器具有更高的電源抑制比 (PSRR)，這意味著 LDO 可以產生低雜訊輸出電壓。 LDO 通常不會產生漣波，因此非常適合降低輸入電源雜訊或漣波。 LDO 的低待機電流消耗使其成為便攜式和無線應用的理想選擇。

此處 巴克意思是「降低」或「減弱」。降壓轉換器是一種降壓開關穩壓器，其輸出功率低於V。_IN 的V_輸出降壓電路包含一個電感器、一個開關場效電晶體 (FET) 或二極體、一個電容器以及一個帶有開關控制電路的誤差放大器（如圖 1-4 所示）。降壓轉換器透過改變金屬氧化物半導體場效電晶體 (MOSFET) 的導通時間來為感測器供電。降壓轉換器具有高效率，因為 MOSFET 要么完全導通，要么完全關斷。與線性穩壓器不同，降壓轉換器在導通和關斷（阻抗）狀態之間不工作。

降壓轉換器以脈衝寬度調變 (PWM) 或脈衝頻率調變 (PFM) 模式產生開關波形，然後使用外部電感和電容濾波器元件進行濾波，以產生平滑的輸出電壓 V。_出去。這種電壓轉換方法非常高效，可以延長電池壽命，降低系統發熱量，並減少產品尺寸。

降壓轉換器廣泛應用於從 USB 和其他電腦週邊設備取電的應用。它也用於智慧型手機、平板電腦、行動裝置和許多其他電子設備。

促進 這裡指的是「增強型」。升壓轉換器將電壓變為V。_INrises, producing V_輸出例如，當您想要將 3.3 伏特直流輸入電壓轉換為 5.0 伏特輸出電壓時。_輸出, a boost converter would be handy. This boost operation is common in many lithium-ion or lithium-polymer battery applications.

升壓電路包含與降壓電路相同的元件（電感器、開關場效電晶體[FET]或二極體、電容器、帶開關控制電路的誤差放大器），但連接方式不同。升壓電路的工作原理也是透過控制MOSFET的導通時間來供電給電感器。 （如圖1-5）。

升降壓轉換器是一種開關模式轉換器，它將降壓和升壓功能整合在一個穩壓器中。它可以處理很寬的輸入和輸出電壓。控制電路調節 MOSFET 的開關時間，降低或升高輸入電壓，並根據需要產生 V_in。_輸出（如圖 1-6 所示）。

除了圖 1-6 所示的標準升降壓型轉換器之外，還有其他類型的升降壓轉換器，例如 Sepic、Cuk 和 Zeta 型。這些轉換器可以調節電壓 V_輸出使其低於、高於或等於 V_IN。

電源管理積體電路（PMIC）是一種用於電壓轉換、電壓穩定和電池管理的積體電路。它們可以處理電源系統時序控制，為各種負載供電，並提供過壓、欠壓、過流、過熱故障等保護。

單一電源管理積體電路 (PMIC) 可以管理多個外部電源，將不同的系統需求對應到相應的穩壓器輸出電壓。此外，只需變更相關的暫存器設定或韌體，無需重新設計新的積體電路 (IC)，即可用於各種處理器、系統控制器和終端應用。

由於多種當前趨勢的影響，PMIC市場正在快速成長。其中一個趨勢是消費者對無線行動性的追求，這帶來了對小型電池供電設備的巨大需求，進而需要更高整合度的電源管理解決方案，如圖1-7所示。此圖展示了Qorvo的PMIC解決方案如何顯著減少元件數量和整體解決方案尺寸。

同時，消費者和製造商對節能、環保、低碳排放產品的需求日益增長。全球「綠色」趨勢提升了對配備高效電源管理功能的電子產品的需求，使電源管理成為非常重要且廣受歡迎的功能。

如今，電源管理積體電路（PMIC）之所以被廣泛應用，一個重要原因是它們能夠滿足應用中許多甚至所有電壓調節功能（如圖1-8所示）。這些功能強大的PMIC可以透過韌體進行定制，以適應各種不同的應用，從而避免了硬體電路變更帶來的高昂成本。這些特性使得它們能夠在不同應用之間平滑切換，進而縮短產品上市時間。

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