电源管理单元(PMU)作为便携设备电源管理的集大成者,通过高度集成多种功能于紧凑封装中,极大提升了系统效率与能效,顺应了微型化、高密PCB设计的潮流。作为电力系统的核心,PMU的PCB设计直接关乎电子系统性能与稳定性,尤其在复杂应用与严格性能要求下,设计的精确严谨性更显关键。
因此,探索并应用先进的PCB设计技术以增强PMU的可靠性,是应对设计挑战、促进设备性能跃升、延长产品寿命及满足用户期望的必由之路。这一过程涵盖从精选材料、热管理策略、信号与电源完整性的优化,到电磁兼容性(EMC)设计等多方面精细考量,每一项优化均对系统鲁棒性和可靠性有着根本影响。深入这些综合技术的研究与实践,旨在推动PMU设计的革新进步,强化其在现代电子技术领域不可动摇的基础地位。
01
PMU的主要功能
PMU作为智能电源管家,确保设备各部分获得稳定适当的电压和电流,维持设备正常运转,并能实时检测并调整电源状态,满足设备不同工作场景的电源需求。
无缝电源切换
PMU具有出色的电源切换功能。当设备需要在电池供电和外部电源供电之间进行切换时,例如插入或拔出电源适配器,PMU能够自动进行无缝切换,确保设备的连续工作,避免因电源切换导致的设备中断或重启。
精细电池管理
PMU精细管理电池,实时监测电量并提供实时信息。智能充电策略根据电池类型和状态充电,延长使用寿命。PMU具备过充和过放保护,确保电池安全使用。
智能功耗优化
PMU智能调整设备功耗以适应工作状态和用户设置。在待机或休眠时降低功耗延长电池时间,高负载时调整策略保持出色性能。
全方位硬件保护
PMU提供全方位硬件保护,实时监测温度、电流和电压,发现异常时采取保护措施,如降低功耗、关闭功能或切断电源,降低设备故障风险,确保设备和用户安全。
02
PMU一般组成部分
这些组成部分共同协作,为电子设备提供稳定、可靠的电源供应,确保设备的正常运行。
负责将输入的直流电压转换为不同电压等级的直流电压输出,以满足不同电路和芯片的需求。
LDO低压差线性稳压电源
为电路提供稳定的直流电压,具有较小的电压波动和噪声。
负责监控和管理电源模块的工作状态,包括电压、电流、温度等参数的检测和保护。
包括过压保护、欠压保护、过温保护等,确保电源模块在异常情况下能够安全关闭或采取其他保护措施。
滤波电路
用于滤除电源噪声和干扰,提高电源的质量和稳定性。
其他辅助电路
如电池管理电路、充电控制电路等,用于管理电池充电和放电过程,以及与其他外设的连接和通信。
03
PMU模块布局
1、在布局时,首要任务是处理DCDC部分。为了确保最佳性能和效率,应使电感与焊盘管脚之间的连接线路尽可能短。这有助于减少电阻和电感对电流的影响,从而提高电源转换效率。
2、相邻电感之间需要垂直摆放,以确保磁场互不干扰,降低电磁干扰(EMI)的风险。
3、根据电路原理图和实际空间需求,将DCDC对应的其他电路组件合理摆放,确保整体布局的紧凑与和谐。
4、布局时需注意电感与芯片之间保持适当的间距,以防止电感产生的磁场对芯片工作造成干扰。同时,还要确保其他关键信号线路能够顺利连接至外部接口。
5、在处理DCDC部分后,接下来是LDO电源模块。小电容可以放置在背面,但应注意与散热焊盘保持足够的间距。这是因为散热焊盘在最后阶段需要进行打孔处理,以确保模块的散热性能。
6、为了避免电感底部产生的磁场对其他组件造成干扰,电感底下不应放置任何元器件。
7、器件与芯片之间应保持适当的间距,以便留出足够的空间用于散热孔的设置,确保模块在高负荷运行时能够有效散热。
8、最后,将剩余的控制部分器件摆放在模块中,并在整体布局完成后进行细致的优化调整。这包括检查信号完整性、电源完整性、热设计等方面的问题,以确保整个PMU模块的性能和稳定性达到预期水平。
04
PMU模块布线
1、优先对DCDC电源部分进行扇孔处理。确保电源输出线路短而粗,以满足电源载流要求。这有助于降低电阻和电感,提高电源转换效率。
2、由于电源需要给其他电路模块供电,因此在输出的最后一个滤波电容后方进行打孔处理。同时,GND部分也需要进行相同的打孔处理。通常,电源打孔的数量应与GND打孔数量保持一致。
3、从左上角的管脚开始,按照从左到右、从上到下的顺序进行顺时针或逆时针的扇孔处理。注意,PMU的处理顺序需要按照PCB管脚位置来确定,而非原理图的顺序。
4、反馈元器件应靠近芯片管脚摆放,以确保反馈信号的准确性和稳定性。同时,反馈线路应避免经过大电流功率平面,以防止干扰。
5、根据电源输入的电流大小,计算并打上相应数量的过孔,以满足载流要求。这有助于确保模块的稳定性和可靠性。
6、完成整体扇出后,在散热焊盘上打上GND过孔以辅助散热。这有助于将模块产生的热量迅速导散,提高模块的散热性能。
7、所有带有网络的焊盘都需要进行扇出处理,以确保信号的完整性和稳定性。这有助于降低信号损失和提高模块性能。
8、对整体布线进行检测,确保满足载流要求和设计合理性。这包括检查信号完整性、电源完整性、热设计等方面的问题,以确保整个PMU模块的性能和稳定性达到预期水平。
深入分析PMU模块的布局与布线揭示了优化设计对性能提升的关键作用。细枝末节的精益求精是产品在激烈市场竞争中稳固地位的保证。展望未来,技术演进与创新将持续为PMU设计开辟新径与挑战。让我们共同努力,挖掘电力管理的广阔潜能,为电子设备的可靠运行和长效续航提供强大支持。
华秋DFM软件能够对PMU的PCB设计进行前期检查,包括设计规则检查(DRC)、制造规则检查(MRC)等,有助于提前发现并修正潜在的设计错误,如间距过小、走线宽度不足等问题,从而优化设计,确保PMU的高效稳定工作。并且通过分析PCB设计的可制造性,帮助设计师了解设计是否符合生产要求,比如是否有利于自动化组装、是否存在难以焊接的元件布局等,这对于集成度高、空间紧凑的PMU设计也尤为重要。
还能评估设计的成本效益,通过优化板材利用率、减少特殊工艺需求等手段,有效控制PMU模块的生产成本,使产品更具市场竞争力。华秋DFM软件是PMU电源管理模块PCB设计中不可或缺的辅助工具,它通过一系列的分析、验证和优化功能,确保设计的高质量与高效率,加速产品从设计到生产的全过程。
华秋DFM软件是国内首款免费PCB可制造性和装配分析软件,拥有500万+元件库,可轻松高效完成装配分析。其PCB裸板的分析功能,开发了19大项,52+细项检查规则,PCBA组装的分析功能,开发了12大项,600+细项检查规则。
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原文标题:PMU电源管理模块如何精妙布局与高效供电?
文章出处:【微信公众号:华秋DFM】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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