Chip de administración de energía

Los Circuitos Integrados de Administración de Energía (Circuitos Integrados de Administración de Energía) es un chip que se encarga de la conversión, distribución, detección y otras responsabilidades de administración de energía de la energía eléctrica en el sistema de equipos electrónicos. Es el principal responsable de identificar la amplitud de la fuente de alimentación del CPU y generando las ondas de momento corto correspondientes Promover el circuito posterior para la salida de potencia. Los chips de administración de energía más utilizados incluyen LMG3410R050 [1], UCC12050 [2], BQ25790 [3], HIP6301, IS6537, RT9237, ADP3168, KA7500, TL494, etc.
Para usar
Identificar la amplitud de la fuente de alimentación de la CPU
Chips de uso común
LMG3410R050, UCC12050, BQ25790, HIP6301, IS6537, RT9237, etc.
tipo básico
Algunos de los principales chips de administración de energía son chips duales en línea, y algunos son paquetes de montaje en superficie La serie de chips HIP630x son chips de administración de energía más clásicos, diseñados por la famosa compañía de diseño de chips Intersil. Admite una fuente de alimentación de dos / tres / cuatro fases, admite la especificación VRM9.0, el rango de salida de voltaje es de 1.1V-1.85V, la salida se puede ajustar a intervalos de 0.025V, la frecuencia de conmutación es de hasta 80KHz, con gran potencia suministro, pequeña ondulación y resistencia interna Las características pequeñas y de otro tipo pueden ajustar con precisión el voltaje de la fuente de alimentación de la CPU.
Definición básica
Un circuito integrado de administración de energía (IC) es un chip que es responsable de la conversión, distribución de energía, detección y otra administración de energía de la energía eléctrica en el sistema de equipos electrónicos. Es principalmente responsable de convertir el voltaje y la corriente de la fuente en energía que puede ser utilizada por cargas como microprocesadores y sensores.
En 1958, el ingeniero de Texas Instruments (TI) Jack Kilby inventó el circuito integrado. Este componente electrónico llamado chip abrió una nueva era de procesamiento de señales y equipos electrónicos de potencia. Kilby también confió en esto en 2000. La invención ganó el Premio Nobel de Física . [7]
tipo de producto
El alcance de la administración de energía es relativamente amplio e incluye conversión de energía (CC-CC, CA-CC y CC-CA), distribución y detección de energía y sistemas que combinan conversión de energía y administración de energía. En consecuencia, la clasificación de los chips de gestión de energía también incluye estos aspectos, como chips de potencia lineal, chips de referencia de voltaje, chips de fuente de alimentación de conmutación, chips de unidad LCD, chips de unidad LED, chips de detección de voltaje, chips de gestión de carga de batería, controladores de puerta, interruptores de carga. , Interruptor de banda ancha ancha, etc.
Ámbito de aplicación
La gama de aplicaciones de chips de administración de energía es muy amplia. El desarrollo de chips de administración de energía es de gran importancia para mejorar el rendimiento de toda la máquina. La elección de chips de administración de energía está directamente relacionada con las necesidades del sistema y el desarrollo de Los chips de administración de energía digital deben superar las dificultades de costos.
En el mundo actual, la vida de las personas ya es un momento y no puede prescindir de los equipos electrónicos. El chip de administración de energía es responsable de la conversión, distribución, detección y otra administración de energía de la energía eléctrica en el sistema de equipos electrónicos. El chip de administración de energía es indispensable para el sistema electrónico y su rendimiento tiene un impacto directo en el rendimiento de toda la máquina.
Mejorar el rendimiento
Todos los dispositivos electrónicos tienen fuentes de energía, pero los diferentes sistemas tienen diferentes requisitos para las fuentes de energía. Para aprovechar el mejor rendimiento del sistema electrónico, es necesario seleccionar el método de gestión de energía más adecuado.
En primer lugar, el núcleo del equipo electrónico es un chip semiconductor. Para aumentar la densidad del circuito, el tamaño de la característica del chip siempre se ha desarrollado hacia una tendencia decreciente. La intensidad del campo eléctrico aumenta linealmente con la disminución de la distancia. Si el voltaje de la fuente de alimentación sigue siendo el 5V original, el La intensidad del campo eléctrico generado es suficiente para romper el chip. Por lo tanto, de esta manera, los requisitos del sistema electrónico para el voltaje de la fuente de alimentación han cambiado, es decir, se requieren diferentes fuentes de alimentación reductoras. Para mantener una alta eficiencia mientras se reduce, generalmente se utilizan fuentes de alimentación de conmutación reductoras.
Al mismo tiempo, muchos sistemas electrónicos también requieren una fuente de alimentación más alta que el voltaje de la fuente de alimentación. Por ejemplo, en equipos que funcionan con baterías, la fuente de alimentación de retroiluminación para conducir pantallas de cristal líquido, controladores de LED blancos comunes, etc. Aumente la fuente de alimentación del sistema, que requiere el uso de una fuente de alimentación conmutada del tipo de presión de refuerzo.
Además, los sistemas electrónicos modernos se están desarrollando en la dirección de alta velocidad, alta ganancia y alta confiabilidad. Una pequeña interferencia en la fuente de alimentación tiene un impacto en el rendimiento de los equipos electrónicos. Esto requiere una fuente de alimentación con ventajas en términos de ruido y La fuente de alimentación realiza procesos tales como estabilización de voltaje y filtrado, lo que requiere el uso de una fuente de alimentación lineal.
Los diferentes métodos de administración de energía mencionados anteriormente se pueden realizar a través del chip de energía correspondiente combinado con muy pocos componentes periféricos. Puede verse que el desarrollo de chips de gestión de energía es un medio indispensable para mejorar el rendimiento de toda la máquina. [8]
Factor de seleccion
El alcance de la gestión de energía es relativamente amplio, incluida la conversión de energía eléctrica por separado (principalmente CC a CC, es decir, CC / CC), distribución y detección de energía eléctrica por separado y un sistema que combina conversión de energía eléctrica y gestión de energía eléctrica. En consecuencia, la clasificación de los chips de administración de energía también incluye estos aspectos, como chips de fuente de alimentación lineal, chips de referencia de voltaje, chips de fuente de alimentación de conmutación, chips de unidad LCD, chips de unidad LED, chips de detección de voltaje, chips de gestión de carga de la batería, etc. A continuación se presentan brevemente los principales tipos y aplicaciones de chips de administración de energía.
Si el circuito diseñado requiere que la fuente de alimentación tenga un alto nivel de ruido y supresión de ondulación, y requiere un área de placa PCB pequeña (como teléfonos móviles y otros productos electrónicos portátiles), la fuente de alimentación del circuito no permite el uso de inductores (como dispositivos móviles). teléfonos), y la fuente de alimentación debe tener una calibración y salida instantáneas.La función de autocomprobación del estado requiere una baja caída de voltaje del regulador de voltaje y bajo consumo de energía, bajo costo del circuito y una solución simple, por lo que la fuente de alimentación lineal es la opción más adecuada. . Esta fuente de alimentación incluye las siguientes tecnologías: referencia de voltaje precisa, amplificador operacional de alto rendimiento y bajo ruido, regulador de baja caída y baja corriente de reposo.
En ocasiones como la fuente de alimentación de baja potencia, la fuente de alimentación negativa del amplificador operacional, la unidad LCD / LED, etc., a menudo se utilizan chips de fuente de alimentación de conmutación basados ​​en condensadores, que se conocen comúnmente como bomba de carga (bomba de carga). Hay muchos productos de chips basados ​​en el principio de funcionamiento de la bomba de carga, como AAT3113. Este es un chip controlador de LED blanco compuesto por un convertidor CC / CC de bomba de carga de frecuencia constante y bajo ruido. AAT3113 utiliza la conversión de tiempos fraccionarios (1,5 ×) para mejorar la eficiencia. El dispositivo impulsa 4 LED en paralelo. El rango de voltaje de entrada es de 2,7 V ～ 5,5 V, lo que puede proporcionar aproximadamente 20 mA de corriente para cada salida. El dispositivo también tiene una función de sistema de gestión térmica para proteger cualquier cortocircuito que ocurra en los pines de salida. Su circuito de arranque suave integrado evita que la corriente se sobrepase durante el arranque. AAT3113 utiliza una interfaz de control en serie simple para habilitar, apagar y controlar el brillo de la escala logarítmica de 32 niveles del chip.
Los chips CC / CC basados ​​en inductancia tienen la más amplia gama de aplicaciones, entre las que se incluyen computadoras de mano, cámaras, baterías de repuesto, instrumentos portátiles, micrófonos, control de velocidad del motor, polarización de la pantalla y ajustadores de color. Las tecnologías principales incluyen: análisis de estabilidad de bucle de modo de corriente de estructura BOOST, análisis de estabilidad de bucle de modo de voltaje de estructura BUCK, análisis de estabilidad de bucle de modo de corriente de estructura BUCK, funciones de protección de sobrecorriente, sobrecalentamiento, sobretensión y arranque suave, tecnología de rectificación de sincronización análisis, análisis de tecnología de voltaje de referencia.
Además de los chips básicos de conversión de energía, los chips de administración de energía también incluyen chips de control de energía con el propósito de hacer un uso racional de la energía. Como el chip de carga rápida inteligente de la batería NiH, el chip de gestión de carga y descarga de la batería de iones de litio, el chip de protección contra cortocircuitos, sobretensión, sobrecorriente, sobretemperatura y sobretensión de la batería de iones de litio; chip para la gestión de conmutación entre la fuente de alimentación de línea y la batería de respaldo, chip de gestión de energía USB; carga bomba, fuente de alimentación LDO múltiple, control de secuencia de encendido, protecciones múltiples, chip de fuente de alimentación complejo para la gestión de carga y descarga de la batería, etc.
Especialmente en electrónica de consumo. Por ejemplo, los DVD portátiles, los teléfonos móviles, las cámaras digitales, etc., pueden proporcionar complejas fuentes de alimentación multicanal con casi uno o dos chips de administración de energía para maximizar el rendimiento del sistema.
Ventajas relacionadas
Cuantas más funciones y rendimiento de los equipos electrónicos, más complejos son su estructura, tecnología y sistema. Cuanto más difícil es para los circuitos integrados de administración de energía analógicos tradicionales cumplir con los requisitos generales de administración de energía del sistema, y ​​más costoso es. El núcleo del controlador digital se compone principalmente de tres módulos especiales: filtro anti-aliasing, convertidor de analógico a digital (ADC) y modulador de ancho de pulso digital (DPWM). Para lograr los mismos indicadores de rendimiento que la arquitectura de control analógico, es necesario tener un ADC lineal de alta resolución, alta velocidad y un diseño de circuito PWM de alta resolución y alta velocidad. La resolución del ADC debe ser capaz de cumplir con el rango donde el error es menor que la variación permitida del voltaje de salida. Cuanto menor sea la ondulación del voltaje de salida requerido, mayor será el requisito de resolución del ADC. Al mismo tiempo, debido a que los filtros anti-aliasing y los convertidores de analógico a digital canalizados o SAR introducirán retrasos de bucle, necesitamos con urgencia convertidores de analógico a digital de alta frecuencia de muestreo. Los controladores analógicos tienen limitaciones inherentes sobre los posibles anchos de pulso que se pueden generar, mientras que DPWM puede generar conjuntos discretos y limitados de anchos de PWM. Desde la perspectiva de la salida en estado estable, solo es posible un conjunto de voltajes de salida discretos. Dado que DPWM es parte del ciclo de retroalimentación, la resolución de DPWM debe ser lo suficientemente alta para que la salida no muestre el valor del ciclo límite conocido. El número mínimo de dígitos necesarios para no mostrar ningún valor límite depende de la topología, el voltaje de salida y la resolución del ADC. Al mismo tiempo, la estabilidad del lazo del sistema se ajusta mediante un controlador PI o PID.
Tendencia futura
En el futuro, los chips de administración de energía tienen amplias perspectivas. A través del desarrollo de nuevos procesos, empaquetado y tecnologías de diseño de circuitos, habrá dispositivos más sobresalientes que pueden aumentar la densidad de energía, extender la vida útil de la batería, reducir la interferencia electromagnética, mejorar la integridad de la energía y la señal y mejorar la seguridad del sistema. Ayude a los ingenieros de todo el mundo a lograr innovación.