電源管理芯片（Power Management Integrated Circuit），又稱電源管理IC，是在智能手機(jī)系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)對電能的變換、分配、檢測及其他電能管理職責(zé)的芯片。同時(shí)，還可以對電池充電進(jìn)行管理控制。電源管理芯片主要功能為控制電量、電源流量及流向以配合主系統(tǒng)的需要。
電源管理芯片主要負(fù)責(zé)識別CPU供電幅值，產(chǎn)生相應(yīng)的短矩波，推動后級電路進(jìn)行功率輸出。常用電源管理芯片的型號有HIP6301、HIP6502、ISL6537、RT9222、ADP3168、KA7500、RT9241等。
基本定義
電源管理集成電路（IC）是一種芯片，負(fù)責(zé)電子設(shè)備系統(tǒng)中電能的轉(zhuǎn)換、配電、檢測和其他電源管理。其主要負(fù)責(zé)將源電壓和電流轉(zhuǎn)換為可由微處理器、傳感器等負(fù)載使用的電源。
1958年，德州儀器（TI）的工程師杰克·基爾比發(fā)明了集成電路，這種被叫做芯片的電子部件，開啟了處理信號和電力電子設(shè)備的新時(shí)代，基爾比也在2000年憑借該發(fā)明榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。
基本特點(diǎn)
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。
產(chǎn)品類別
電源管理的范圍相對較廣，包括電源轉(zhuǎn)換（DC-DC、AC-DC和DC-AC）、電源分配和檢測，以及結(jié)合了電源轉(zhuǎn)換和電源管理的系統(tǒng)。相應(yīng)地，電源管理芯片的分類也包括這些方面，例如線性電源芯片、電壓基準(zhǔn)芯片、開關(guān)電源芯片、LCD驅(qū)動芯片、LED驅(qū)動芯片、電壓檢測芯片、電池充電管理芯片、柵極驅(qū)動器、負(fù)載開關(guān)、寬帶隙開關(guān)等。
應(yīng)用范圍
電源管理芯片的應(yīng)用范圍十分廣泛，發(fā)展電源管理芯片對于提高整機(jī)性能具有重要意義，對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)起對電能的變換、分配、檢測及其它電能管理的職責(zé)。電源管理芯片對電子系統(tǒng)而言是不可或缺的，其性能的優(yōu)劣對整機(jī)的性能有著直接的影響。
未來趨勢
未來，電源管理芯片前景廣闊。通過開發(fā)新的工藝、封裝和電路設(shè)計(jì)技術(shù)，還會有性能更加出色的器件誕生，它們能提高電源功率密度、延長電池壽命、減少電磁干擾、增強(qiáng)電源和信號完整性以及提高系統(tǒng)的安全性，助力世界各地的工程師實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。
提高性能
所有電子設(shè)備都有電源，但是不同的系統(tǒng)對電源的要求不同。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發(fā)展，電場強(qiáng)度隨距離的減小而線性增加，如果電源電壓還是原來的5V，產(chǎn)生的電場強(qiáng)度足以把芯片擊穿。所以，這樣，電子系統(tǒng)對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，一般會采用降壓型開關(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)動液晶顯示的背光電源，普通的白光LED驅(qū)動等，都需要對系統(tǒng)電源進(jìn)行升壓，這就需要用到升壓型開關(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)勢的電源，需要對系統(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，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。
選擇因素
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，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、開關(guān)電源芯片、LCD驅(qū)動芯片、LED驅(qū)動芯片、電壓檢測芯片、電池充電管理芯片等。下面簡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)算放大器，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)動等場合，常應(yīng)用基于電容的開關(guān)電源芯片，也就是通常所說的電荷泵(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。其嵌入的軟啟動電路可防止啟動時(shí)的電流過沖。AAT3113利用簡單串行控制接口對芯片進(jìn)行使能、關(guān)斷和32級對數(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，過流、過溫、過壓和軟啟動保護(hù)功能，同步整流技術(shù)分析，參考電壓技術(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，鋰離子電池過壓、過流、過溫、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。
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。
優(yōu)勢
汽車傳感器所具備的功能越多、性能越高，其結(jié)構(gòu)、技術(shù)、系統(tǒng)就越復(fù)雜，傳統(tǒng)的模擬技術(shù)電源管理IC滿足系統(tǒng)整體電源管理要求的難度也就越大，價(jià)格也更加昂貴。數(shù)字控制器的核心主要由三個(gè)特殊模塊組成：抗混疊(anti-aliasing)濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器(DPWM)。為了達(dá)到與模擬控制架構(gòu)同等的性能指標(biāo)，必須具備高分辨率、高速和線性ADC以及高分辨率、高速PWM電路設(shè)計(jì)。ADC分辨率必須能夠滿足誤差小于輸出電壓允許變化的范圍，所需的輸出電壓紋波越小，則對ADC的分辨率要求越高。同時(shí)，由于抗混疊濾波器以及流水線式或SAR模數(shù)轉(zhuǎn)換器會引入環(huán)路延時(shí)，所以我們迫切需要高采樣速率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模擬控制器對所產(chǎn)生的可能脈沖寬度存在固有的限制，而DPWM可以產(chǎn)生離散和有限的PWM寬度集。從穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出角度看，只可能有一組離散的輸出電壓。由于DPWM是反饋環(huán)路中的一部分，因此DPWM的分辨率必須足夠高才能使輸出不顯示眾所周知的極限周值。不顯示任何極限周值所需的最少位數(shù)取決于拓?fù)洹⑤敵鲭妷汉虯DC分辨率。同時(shí)，系統(tǒng)的環(huán)路穩(wěn)定性由PI或者PID控制器來調(diào)整。
參考資料 >
電源管理芯片在小負(fù)載電流時(shí)效率不高 該怎么解決？.半導(dǎo)體器件應(yīng)用網(wǎng).2016-11-03