電源管理芯片作用及選擇詳解

主要負(fù)責(zé)識(shí)別CPU供電幅值，產(chǎn)生相應(yīng)的短矩波，推動(dòng)后級(jí)電路進(jìn)行功率輸出。常用電源管理芯片的瑾有HIP6301、IS6537、RT9237、ADP3168、KA7500、TL494等。

電源管理芯片類型

主要電源管理芯片有的是雙列直插芯片，而有的是表面貼裝式封裝，其中HIP630x系列芯片是比較經(jīng)典的電源管理芯片，由著名芯片設(shè)計(jì)公司Intersil設(shè)計(jì)。它支持兩/三/四相供電，支持VRM9.0規(guī)范，電壓輸出范圍是1.1V-1.85V，能為0.025V的間隔調(diào)整輸出，開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)80KHz，具有電源大、紋波小、內(nèi)阻小等特點(diǎn)，能精密調(diào)整CPU供電電壓。下面以HIP6301為例，講解電源管理芯片各個(gè)引腳的功能。

電源管理芯片應(yīng)用范圍

電源管理芯片的應(yīng)用范圍十分廣泛，發(fā)展電源管理芯片對(duì)于提高整機(jī)性能具有重要意義，對(duì)電源管理芯片的選擇與系統(tǒng)的需求直接相關(guān)，而數(shù)字電源管理芯片的發(fā)展還需跨越成本難關(guān)。

當(dāng)今世界，人們的生活已是片刻也離不開(kāi)電子設(shè)備。電源管理芯片在電子設(shè)備系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)起對(duì)電能的變換、分配、檢測(cè)及其他電能管理的職責(zé)。電源管理芯片對(duì)電子系統(tǒng)而言是不可或缺的，其性能的優(yōu)劣對(duì)整機(jī)的性能有著直接的影響。

電源管理提高整機(jī)性能

所有電子設(shè)備都有電源，但是不同的系統(tǒng)對(duì)電源的要求不同。為了發(fā)揮電子系統(tǒng)的最佳性能，需要選擇最適合的電源管理方式。

首先，電子設(shè)備的核心是半導(dǎo)體芯片。而為了提高電路的密度，芯片的特征尺寸始終朝著減小的趨勢(shì)發(fā)展，從最初的幾十微米發(fā)展到目前的0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米乃至90納米。由于在相同的電壓下，電場(chǎng)強(qiáng)度隨距離的減小而線性增加，如果電源電壓還是原來(lái)的5V，產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度足以把芯片擊穿。所以，目前的芯片工作電壓已經(jīng)從以前的5V降低到3.3V、2.5V、1.8V，甚至更低。這樣，電子系統(tǒng)對(duì)電源電壓的要求就發(fā)生了變化，也就是需要不同的降壓型電源。為了在降壓的同時(shí)保持高效率，一般會(huì)采用降壓型開(kāi)關(guān)電源。

同時(shí)，許多電子系統(tǒng)還需要高于供電電壓的電源，比如在電池供電設(shè)備中，驅(qū)動(dòng)液晶顯示的背光電源，普通的白光LED驅(qū)動(dòng)等，都需要對(duì)系統(tǒng)電源進(jìn)行升壓，這就需要用到升壓型開(kāi)關(guān)電源。

此外，現(xiàn)代電子系統(tǒng)正在向高速、高增益、高可靠性方向發(fā)展，電源上的微小干擾都對(duì)電子設(shè)備的性能有影響，這就需要在噪聲、紋波等方面有優(yōu)勢(shì)的電源，需要對(duì)系統(tǒng)電源進(jìn)行穩(wěn)壓、濾波等處理，這就需要用到線性電源。

上述不同的電源管理方式，可以通過(guò)相應(yīng)的電源芯片，結(jié)合極少的外圍元件，就能夠?qū)崿F(xiàn)。可見(jiàn)，發(fā)展電源管理芯片是提高整機(jī)性能的必不可少的手段。

芯片選擇因事而異

電源管理的范疇比較廣，既包括單獨(dú)的電能變換(主要是直流到直流，即DC/DC)，單獨(dú)的電能分配和檢測(cè)，也包括電能變換和電能管理相結(jié)合的系統(tǒng)。相應(yīng)的，電源管理芯片的分類也包括這些方面，比如線性電源芯片、電壓基準(zhǔn)芯片、開(kāi)關(guān)電源芯片、LCD驅(qū)動(dòng)芯片、LED驅(qū)動(dòng)芯片、電壓檢測(cè)芯片、電池充電管理芯片等。下面簡(jiǎn)要介紹一下電源管理芯片的主要類型和應(yīng)用情況。

如果所設(shè)計(jì)的電路要求電源有高的噪音和紋波抑制，要求占用PCB板面積小(如手機(jī)等手持電子產(chǎn)品)，電路電源不允許使用電感器(如手機(jī))，電源需要具有瞬時(shí)校準(zhǔn)和輸出狀態(tài)自檢功能，要求穩(wěn)壓器壓降及自身功耗低,線路成本低且方案簡(jiǎn)單，那么線性電源是最恰當(dāng)?shù)倪x擇。這種電源包括如下的技術(shù)：精密的電壓基準(zhǔn)，高性能、低噪音的運(yùn)放，低壓降調(diào)整管，低靜態(tài)電流。

在小功率供電、運(yùn)放負(fù)電源、LCD/LED驅(qū)動(dòng)等場(chǎng)合，常應(yīng)用基于電容的開(kāi)關(guān)電源芯片，也就是通常所說(shuō)的電荷泵(Charge Pump)。基于電荷泵工作原理的芯片產(chǎn)品很多，比如AAT3113。這是一種由低噪聲、恒定頻率的電荷泵DC/DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的白光LED驅(qū)動(dòng)芯片。AAT3113采用分?jǐn)?shù)倍(1.5×)轉(zhuǎn)換以提高效率。該器件采用并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)4路LED。輸入電壓范圍為2.7V～5.5V，可為每路輸出提供約20mA的電流。該器件還具備熱管理系統(tǒng)特性，以保護(hù)任何輸出引腳所出現(xiàn)的短路。其嵌入的軟啟動(dòng)電路可防止啟動(dòng)時(shí)的電流過(guò)沖。AAT3113利用簡(jiǎn)單串行控制接口對(duì)芯片進(jìn)行使能、關(guān)斷和32級(jí)對(duì)數(shù)刻度亮度控制。

而基于電感的DC/DC芯片的應(yīng)用范圍最廣泛，應(yīng)用包括掌上電腦、相機(jī)、備用電池、便攜式儀器、微型電話、電動(dòng)機(jī)速度控制、顯示偏置和顏色調(diào)整器等。主要的技術(shù)包括：BOOST結(jié)構(gòu)電流模式環(huán)路穩(wěn)定性分析，BUCK結(jié)構(gòu)電壓模式環(huán)路穩(wěn)定性分析，BUCK結(jié)構(gòu)電流模式環(huán)路穩(wěn)定性分析，過(guò)流、過(guò)溫、過(guò)壓和軟啟動(dòng)保護(hù)功能，同步整流技術(shù)分析，基準(zhǔn)電壓技術(shù)分析。

除了基本的電源變換芯片，電源管理芯片還包括以合理利用電源為目的的電源控制類芯片。如NiH電池智能快速充電芯片，鋰離子電池充電、放電管理芯片，鋰離子電池過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫、短路保護(hù)芯片;在線路供電和備用電池之間進(jìn)行切換管理的芯片，USB電源管理芯片;電荷泵，多路LDO供電，加電時(shí)序控制，多種保護(hù)，電池充放電管理的復(fù)雜電源芯片等。

目前的很多產(chǎn)品都在朝這個(gè)方向發(fā)展，因?yàn)檫@類產(chǎn)品的應(yīng)用更加廣泛，特別是在消費(fèi)類電子方面。比如便攜式DVD、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等，幾乎用1塊-2塊電源管理芯片就能夠提供復(fù)雜的多路電源，使系統(tǒng)的性能發(fā)揮到最佳。