典型案例中电源管理解决方案应用探讨

电源管理遍及很多市场和工业领域。电源管理集成电路(PMIC)已应用到多种类型的产品中，执行一系列不同的功能，其中包括智能电机控制、电源保护电路以及直流到直流转换器 / 稳压器应用等等。

电源管理集成电路(PMIC)体积小、效率高、功耗低，可用于许多小型设备，如可穿戴设备、耳塞等可听戴设备、移动设备、传感器以及物联网设备等等。这些体积小性能高的电源管理集成电路(PMIC)可最大限度地提高系统效率和性能，同时提高设计灵活性、降低物料成本。

如今的电源管理集成电路非常灵活。在许多不同的应用中，只需更改寄存器设置或固件，它们即可运行。这提高了它们的通用性，缩短了制造商的产品上市时间。

在本章中，我们来看看这些正在不断发展的市场，并就电源管理解决方案在一些典型案例中的应用进行探讨。

汽车应用

随着创新型新电子设备在车辆中的应用，汽车电源管理半导体市场正呈指数级增长。这些设备正从根本上改变汽车和其他车辆的方方面面，包括驾驶体验。无限畅联、远程信息处理、电机控制以及安全功能等应用正在不断增长，它们都需要利用电源管理来实现高效可靠的运行。

混合动力汽车和纯电动汽车的日益普及进一步推动了功率半导体市场的发展。在混合动力和纯电动汽车中，有许多不同的电源电压，它们的输出电压、输出电流、效率水平和热额定值各不相同。

图 3-1 中显示的用于电动或混合动力汽车的许多应用需要不同程度的电压调节。这些应用中的大多数负载都利用 12 伏或 24 伏电源电压，但有些牵引电机应用需要更高的电压。所有这些应用都需要有效的降压、升压或降压 - 升压转换器，以便在整个车辆中都能获得很多不同的稳定电压。

图 3-1：电源管理集成电路(PMIC)的汽车电源管理应用

可穿戴设备应用

当今的可穿戴设备需要高度集成的高级电源管理。它们必须利用小型低电压电池提供较长的电池续航时间。只有有效管理系统负载 , 才能延长设备的续航时间。高效率和低待机电流至关重要。电源管理子系统还必须处理电池充电，包括某些设备的无线充电。

单个可配置的电源管理集成电路可用于同一设备中的多个应用，如图 3-2 所示。许多可穿戴设备具有嵌入式处理器、显示屏、触摸屏、传感器、声音或触觉反馈、健康监测器、GPS 系统、麦克风、蓝牙、Wi-Fi 以及用于传送和接收数据的蜂窝无线功能。所有这些功能都会大量消耗小型电池的电量。

图 3-2：可穿戴设备电源管理集成电路

为延长电池寿命，电源管理集成电路(PMIC)对所有电压功能进行管理。例如，当某个应用程序未被使用时，PMIC 可启动休眠模式，并对必须保持开启的组件进行管理，以便为其他应用程序提供支持。PMIC 在管理设备低功耗状态、开启状态、关闭状态和待机模式中起着不可或缺的作用。

大多数可穿戴设备都有严格的尺寸限制。为最大限度地减小电源管理集成电路的尺寸，高密度的设备引脚布置和先进的封装技术至关重要。此外，将高工作频率用于开关式稳压器可减少开关式稳压器所需要的外部滤波。使用电源管理集成电路(PMIC)可最大限度地减少外部组件的数量，并将进一步缩减电路的尺寸。

企业和计算机应用

企业和消费类设备收集、存储、处理和传输不断增长的大量数据。所有这些活动都会消耗电量，有效的电源管理令其受益颇多。

服务器设备、云存储、基于网络的存储和台式计算机构成计算机和存储设备市场的主体。该市场有特定需求，其中包括 :

用于大功率处理器的高达数十安培的大电流稳压器

用于支持高输出电流并提高系统效率的多相稳压器

用于提高效率的小型电感器

改善有大电流负载需求和电压尖刺干扰的瞬间动态响应

高开关频率

高压应用，如 12 伏、24 伏或 48 伏输入电源

快速动态响应、严格准确的输出电压调节、高输出功率和电流以及高效率是企业和计算机市场对产品的关键性要求。

便携式设备应用

便携式产品(如笔记本电脑、平板电脑和便携式扬声器)对电源管理的要求非常复杂。全部使用比线性稳压器更高效、体积更小的开关式稳压器。

此外，这些应用需要为电池充电，同时还需要系统电源，也就是说，它们必须具有独立的电源路径来为系统供电、为电池充电。为此，电源管理模块由一个开关充电器和一个电池开关组成。开关充电器为整个系统供电，同时还可独立管理电池充电；电池开关则对充电进行管理。电源管理集成电路可管理所有这些功能。

断电保护

计算机和存储市场上的许多产品都具有内置断电保护功能。这些设备在输入电源出现故障时提供备用存储电源。

如果没有断电保护，断电可能导致数据丢失或损坏。例如，写入操作可能在数据安全存储之前中断。

电源管理集成电路(PMIC)断电保护(PLP)装置可储存电量，然后在输入电源断开时将这些电量提供给输出端。集成降压转换器将存储电压调节为固定输出，这样系统便可继续正常运行。电容在正常运行期间储存电能，发生断电时将电能传递到系统。这种电能储存过程称为补充模式，因为断电保护装置为系统补充电量，使系统有时间备份关键数据并以受控方式关闭，如图 3-3 所示。这种关闭方式可降低操作未完成、数据丢失和损坏的风险。

嵌入在固态硬盘(SSD)中的断电保护技术大大降低了发生断电时数据丢失的可能性。断电保护技术一直在为意外断电做准备，从而能够避免数据受到破坏和损毁。内置断电保护技术的固态硬盘含有储能电容器。存储电容器充当驱动器的备用电源，提供足够的电能，确保在电量耗尽之前将临时缓冲区中的所有数据保存到固态硬盘中。

图 3-3：内嵌断电保护技术的电路。

集成升压电路将存储电容器充电至高压，以便最大限度地减小存储电容器的尺寸。电压越高，存储的电能越高(因为存储的电能由公式 E = 0.5CV2 确定，其中 C 为电容，V 为电压)。集成降压转换器将存储电压重新调节成系统可使用并能正常运行的电压值。

典型的断电保护 PMIC 具有一个健康状态自动监测集成电路，该电路会经常检查存储电容器的状况，确保安全运行。它还能提供相关信息，使主机能够估算电容器的剩余寿命。有些断电保护 PMIC 还配备了多通道 A/D 转化器(ADC)，帮助监测输入电源、存储电容器电压以及核心温度等电源系统参数。

除了在固态硬盘(SSD)中使用外，这些断电保护 PMIC 还用于备用电源、计算机、热插拔设备、网络存储以及其他应用，在这些应用中，探测出设备即将断电并在完全断电之前将数据写入永久存储，这一点至关重要。

原文标题：科普丨电源管理应用案例

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