虽然电源管理对几乎所有电子设备都非常重要,但它通常不是关注的重点。电源管理系统可以提高产品的可靠性和性能,通常可以支持众多其他功能。
电源管理集成电路 (PMIC) 体积小、效率高、设计灵活,在电池供电的电子设备(包括智能手机和可穿戴设备)中尤为重要。
图1:电池可按不同方式连接,以提供不同的电流和电压输出。
DC 电池配置
电子设备使用哪种电源管理子系统,取决于电源类型。这些电源包括交流、直流或超低功耗直流电源,例如太阳能。许多设备都由单个电池或电池组(包含多个电池)提供直流电源。这些电池可按不同方式连接,以提供不同的电流和电压输出。在图1示例中:
采用串联电池可以提高电池组的峰值电压和容量。
采用并联电池不能提高电池组的电压,但可以提高其整体电流能力和容量。
同时采用串联和并联电池可以提高电压、电流和容量。
直流电压稳压器的类型
在一些电池供电应用中,系统组件可能无法直接使用电池电源,需要使用 DC-DC 转换器来监测和稳定调节提供给系统的电压。这些转换器又称稳压器,可稳定调节提供的电压。根据电压转换方法,稳压器可分为两种类型。
线性稳压器使用线性(电阻)组件来稳定调节 Vout,将输入电压 (Vin) 转换为不同的输出电压 (Vout)。它们通常用于低功率输出应用。线性稳压器可实现低噪声输出,适用于敏感的模拟组件,例如传感器。但缺点是效率不高。
与之相比,开关稳压器高效、灵活,且体积小,但会发出高频噪声。开关稳压器使用场效应晶体管 (FET) 将直流输入电压转换为交流波形,然后使用电容和电感将它转换为不同的直流输出电压。
开关稳压器
开关稳压器根据其输入和输出电压之间的关系进行分类。
降压开关稳压器:Vout低于 Vin。
升压开关稳压器:Vout高于 Vin。
降压-升压开关稳压器:Vout可变:可能低于、高于或等于 Vin。
下方图2比较了 4 种常用的稳压器拓扑:低压降线性稳压器 (LDO) 和三种开关稳压器(降压、升压和降压-升压)。
图 2:四种常用稳压器技术比较。
现今的 PMIC 可以处理电子设备中所需的多项甚至所有电压调节功能。
现今的电源管理集成电路 (PMIC)
PMIC 是一种小型多功能集成电路,用于实施电压转换、电压调节和电池管理(图3)。现今的 PMIC 可以处理电子设备中所需的多项甚至所有电压调节功能。只需简单更改固件或寄存器设置,即可用于不同应用,无需实施高成本的硬件变更。这有助于以更低的成本更快地开发新应用。
图3:PMIC 是一种小型多功能集成电路,用于实施电压转换、电压调节和电池管理。
PMIC 可用于多种不同的行业和产品类型。它们可以提供多种功能,包括充电、功率损耗保护以及 DC-DC 电压转换和稳压。PMIC 体积小巧,功耗低,可用于许多小型设备,例如可穿戴设备;可听设备(例如耳塞)、移动设备、传感器;以及物联网 (IoT) 设备。它们可以充分改善产品的性能和效率,提高其设计灵活性,降低物料成本,从而帮助制造商降低总成本,并加快产品上市速度。
审核编辑 :李倩
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原文标题:科普|电源管理知识
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