Chip quản lý nguồn

Các mạch tích hợp quản lý nguồn (Power Management Integrated Circuits) là một chip chịu trách nhiệm chuyển đổi, phân phối, phát hiện và các trách nhiệm quản lý năng lượng khác của năng lượng điện trong hệ thống thiết bị điện tử. Nó chịu trách nhiệm chính trong việc xác định biên độ cung cấp điện của CPU và tạo ra các sóng thời điểm ngắn tương ứng. Thúc đẩy mạch tiếp theo cho công suất đầu ra. Các chip quản lý nguồn thường được sử dụng bao gồm LMG3410R050 [1], UCC12050 [2], BQ25790 [3], HIP6301, IS6537, RT9237, ADP3168, KA7500, TL494, v.v.
Để sử dụng
Xác định biên độ cung cấp điện của CPU
Chip thường được sử dụng
LMG3410R050, UCC12050, BQ25790, HIP6301, IS6537, RT9237, v.v.
loại cơ bản
Một số chip quản lý năng lượng chính là chip nội dòng kép và một số là gói gắn kết bề mặt. Dòng chip HIP630x là loại chip quản lý năng lượng cổ điển hơn, được thiết kế bởi công ty thiết kế chip nổi tiếng Intersil. Nó hỗ trợ nguồn điện hai / ba / bốn pha, hỗ trợ đặc điểm kỹ thuật VRM9.0, phạm vi đầu ra điện áp là 1.1V-1.85V, đầu ra có thể được điều chỉnh ở khoảng thời gian 0,025V, tần số chuyển đổi lên đến 80KHz, với công suất lớn nguồn cung cấp, gợn sóng nhỏ và điện trở bên trong Các đặc điểm nhỏ và khác, có thể điều chỉnh chính xác điện áp nguồn cung cấp cho CPU.
Định nghĩa cơ bản
Mạch tích hợp quản lý điện năng (IC) là một con chip chịu trách nhiệm chuyển đổi, phân phối điện năng, phát hiện và quản lý công suất khác của năng lượng điện trong hệ thống thiết bị điện tử. Nó chịu trách nhiệm chính trong việc chuyển đổi điện áp nguồn và dòng điện thành điện năng có thể được sử dụng bởi các tải như bộ vi xử lý và cảm biến.
Năm 1958, kỹ sư Jack Kilby của Texas Instruments (TI) đã phát minh ra mạch tích hợp, linh kiện điện tử được gọi là chip này đã mở ra một kỷ nguyên mới về xử lý tín hiệu và thiết bị điện tử công suất. Kilby cũng dựa vào điều này vào năm 2000. Phát minh này đã giành được giải Nobel Vật lý . [7]
Loại sản phẩm
Phạm vi quản lý nguồn tương đối rộng, bao gồm chuyển đổi nguồn (DC-DC, AC-DC và DC-AC), phân phối và phát hiện nguồn, và các hệ thống kết hợp giữa chuyển đổi nguồn và quản lý nguồn. Tương ứng, việc phân loại chip quản lý nguồn cũng bao gồm các khía cạnh này, chẳng hạn như chip nguồn tuyến tính, chip tham chiếu điện áp, chip cung cấp điện chuyển mạch, chip ổ đĩa LCD, chip ổ đĩa LED, chip phát hiện điện áp, chip quản lý sạc pin, trình điều khiển cổng, công tắc tải , Chuyển đổi khoảng cách băng tần rộng, v.v.
Phạm vi áp dụng
Phạm vi ứng dụng của chip quản lý điện năng rất rộng. Sự phát triển của chip quản lý điện năng có ý nghĩa to lớn đối với việc cải thiện hiệu suất của toàn bộ máy. Việc lựa chọn chip quản lý điện năng liên quan trực tiếp đến nhu cầu của hệ thống và sự phát triển của chip quản lý năng lượng kỹ thuật số cần phải vượt qua khó khăn về chi phí.
Trong thế giới ngày nay, cuộc sống của con người đã mang tính thời điểm và không thể thiếu thiết bị điện tử. Chip quản lý nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi, phân phối, phát hiện và quản lý nguồn năng lượng khác của năng lượng điện trong hệ thống thiết bị điện tử. Chip quản lý điện năng không thể thiếu trong hệ thống điện tử, và hiệu suất của nó có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của toàn bộ máy.
Cải thiện hiệu quả làm việc
Tất cả các thiết bị điện tử đều có nguồn điện, nhưng các hệ thống khác nhau có những yêu cầu khác nhau về nguồn điện. Để phát huy hiệu suất tốt nhất của hệ thống điện tử, cần phải lựa chọn phương pháp quản lý điện năng phù hợp nhất.
Trước hết, cốt lõi của thiết bị điện tử là một con chip bán dẫn. Để tăng mật độ của mạch, kích thước tính năng của chip luôn phát triển theo xu hướng giảm dần, cường độ điện trường tăng tuyến tính khi giảm khoảng cách, nếu điện áp nguồn vẫn là 5V ban đầu thì cường độ điện trường tạo ra đủ để phá vỡ chip. Do đó, theo cách này, các yêu cầu của hệ thống điện tử đối với điện áp cung cấp điện đã thay đổi, tức là cần phải có các bộ cấp nguồn khác nhau. Để duy trì hiệu suất cao trong khi bước xuống, các bộ cấp nguồn chuyển đổi bước xuống thường được sử dụng.
Đồng thời, nhiều hệ thống điện tử cũng yêu cầu nguồn điện cao hơn điện áp nguồn. Ví dụ, trong thiết bị chạy bằng pin, bộ nguồn đèn nền cho màn hình tinh thể lỏng, trình điều khiển đèn LED trắng thông thường, v.v., tất cả đều cần tăng cường cung cấp điện hệ thống, yêu cầu sử dụng tăng cấp nguồn chuyển đổi loại áp suất.
Ngoài ra, các hệ thống điện tử hiện đại đang phát triển theo hướng tốc độ cao, độ lợi cao và độ tin cậy cao. Sự can thiệp nhỏ vào nguồn điện có ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị điện tử. Điều này đòi hỏi một nguồn điện có ưu điểm về độ ồn và gợn sóng. Nguồn cung cấp thực hiện xử lý như ổn định điện áp và lọc, yêu cầu sử dụng nguồn tuyến tính.
Các phương pháp quản lý điện năng khác nhau nêu trên có thể được thực hiện thông qua chip nguồn tương ứng kết hợp với rất ít thành phần ngoại vi. Có thể thấy, sự phát triển của chip quản lý điện năng là phương tiện không thể thiếu để nâng cao hiệu suất hoạt động của toàn bộ máy. [số 8] 
Yếu tố lựa chọn
Phạm vi quản lý điện năng tương đối rộng, bao gồm chuyển đổi năng lượng điện riêng biệt (chủ yếu là DC sang DC, nghĩa là DC / DC), phân phối và phát hiện năng lượng điện riêng biệt, và một hệ thống kết hợp giữa chuyển đổi năng lượng điện và quản lý năng lượng điện. Tương ứng, việc phân loại chip quản lý nguồn cũng bao gồm các khía cạnh này, chẳng hạn như chip cấp nguồn tuyến tính, chip tham chiếu điện áp, chip cung cấp điện chuyển mạch, chip ổ đĩa LCD, chip ổ đĩa LED, chip phát hiện điện áp, chip quản lý sạc pin, v.v. Sau đây giới thiệu sơ lược về các loại và ứng dụng chính của chip quản lý nguồn.
Nếu mạch được thiết kế yêu cầu nguồn điện có độ nhiễu cao và triệt tiêu gợn sóng, đồng thời yêu cầu diện tích bảng mạch PCB nhỏ (chẳng hạn như điện thoại di động và các sản phẩm điện tử cầm tay khác), thì mạch cung cấp điện không cho phép sử dụng cuộn cảm (chẳng hạn như điện thoại di động điện thoại), và nguồn điện cần phải có hiệu chuẩn và đầu ra tức thời Chức năng tự kiểm tra trạng thái yêu cầu giảm điện áp thấp của bộ điều chỉnh điện áp và tiêu thụ điện năng thấp, chi phí mạch thấp và giải pháp đơn giản, vì vậy nguồn điện tuyến tính là lựa chọn thích hợp nhất . Bộ nguồn này bao gồm các công nghệ sau: tham chiếu điện áp chính xác, bộ khuếch đại hoạt động hiệu suất cao, tiếng ồn thấp, bộ điều chỉnh độ trễ thấp và dòng điện tĩnh thấp.
Trong các trường hợp như nguồn điện thấp, nguồn điện âm op amp, ổ đĩa LCD / LED, v.v., chip cung cấp điện chuyển mạch dựa trên tụ điện thường được sử dụng, thường được gọi là bơm sạc (Charge Pump). Có nhiều sản phẩm chip dựa trên nguyên lý hoạt động của bơm tích điện, chẳng hạn như AAT3113. Đây là một chip điều khiển LED màu trắng bao gồm một bộ chuyển đổi DC / DC bơm sạc tần số không đổi, độ ồn thấp. AAT3113 sử dụng chuyển đổi thời gian phân đoạn (1,5 ×) để cải thiện hiệu quả. Thiết bị dẫn động 4 đèn LED song song. Dải điện áp đầu vào là 2,7V ～ 5,5V, có thể cung cấp dòng điện khoảng 20mA cho mỗi đầu ra. Thiết bị cũng có tính năng hệ thống quản lý nhiệt để bảo vệ bất kỳ hiện tượng đoản mạch nào xảy ra trên các chân đầu ra. Mạch khởi động mềm được nhúng của nó ngăn chặn hiện tượng quá tải trong quá trình khởi động. AAT3113 sử dụng giao diện điều khiển nối tiếp đơn giản để bật, tắt và điều khiển độ sáng theo thang logarit 32 mức của chip.
Các chip DC / DC dựa trên điện cảm có phạm vi ứng dụng rộng nhất. Các ứng dụng bao gồm máy tính cầm tay, máy ảnh, pin dự phòng, dụng cụ cầm tay, micrô, điều khiển tốc độ động cơ, độ lệch hiển thị và bộ điều chỉnh màu sắc. Các công nghệ chính bao gồm: phân tích ổn định vòng lặp chế độ cấu trúc BOOST, phân tích ổn định vòng lặp chế độ cấu trúc BUCK, phân tích ổn định vòng lặp chế độ cấu trúc BUCK, chức năng bảo vệ quá dòng, quá nhiệt, quá áp và khởi động mềm, công nghệ chỉnh lưu đồng bộ phân tích, phân tích công nghệ điện áp tham chiếu.
Ngoài chip chuyển đổi nguồn cơ bản, chip quản lý nguồn còn bao gồm chip điều khiển công suất nhằm mục đích sử dụng hợp lý nguồn điện. Chẳng hạn như chip sạc nhanh thông minh pin NiH, chip quản lý sạc và xả pin lithium ion, quá áp, quá dòng, quá nhiệt, chip bảo vệ ngắn mạch; chip quản lý chuyển đổi giữa nguồn điện và pin dự phòng, Chip quản lý nguồn USB; sạc máy bơm, nhiều nguồn cấp điện LDO, điều khiển trình tự bật nguồn, nhiều biện pháp bảo vệ, chip cung cấp năng lượng phức tạp để quản lý sạc và xả pin, v.v.
Đặc biệt là trong lĩnh vực điện tử gia dụng. Ví dụ, DVD di động, điện thoại di động, máy ảnh kỹ thuật số, v.v., có thể cung cấp nguồn điện đa kênh phức tạp với hầu hết một hoặc hai chip quản lý nguồn để tối đa hóa hiệu suất của hệ thống.
Lợi thế liên quan
Thiết bị điện tử càng có nhiều chức năng và hiệu suất thì cấu trúc, công nghệ và hệ thống của nó càng phức tạp. IC quản lý nguồn tương tự truyền thống càng khó đáp ứng các yêu cầu quản lý điện tổng thể của hệ thống và nó càng đắt tiền. Lõi của bộ điều khiển kỹ thuật số chủ yếu bao gồm ba mô-đun đặc biệt: bộ lọc khử răng cưa, bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số (ADC) và bộ điều chế độ rộng xung kỹ thuật số (DPWM). Để đạt được các chỉ số hiệu suất tương tự như kiến ​​trúc điều khiển tương tự, cần có thiết kế mạch PWM có độ phân giải cao, tốc độ cao và tuyến tính và độ phân giải cao, thiết kế mạch PWM tốc độ cao. Độ phân giải ADC phải có thể đáp ứng phạm vi mà sai số nhỏ hơn sự biến đổi cho phép của điện áp đầu ra. Độ gợn sóng điện áp đầu ra yêu cầu càng nhỏ thì yêu cầu độ phân giải của ADC càng cao. Đồng thời, vì các bộ lọc khử răng cưa và các bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số dạng pipelined hoặc SAR sẽ gây ra độ trễ vòng lặp, chúng tôi khẩn cấp cần các bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số tốc độ lấy mẫu cao. Bộ điều khiển tương tự có những hạn chế cố hữu về độ rộng xung khả dĩ có thể được tạo ra, trong khi DPWM có thể tạo ra các bộ độ rộng PWM rời rạc và giới hạn. Từ quan điểm của đầu ra ở trạng thái ổn định, chỉ có thể có một bộ điện áp đầu ra rời rạc. Vì DPWM là một phần của vòng phản hồi, độ phân giải của DPWM phải đủ cao để đầu ra không hiển thị giá trị chu kỳ giới hạn đã biết. Số lượng chữ số tối thiểu cần thiết để không hiển thị bất kỳ giá trị giới hạn nào phụ thuộc vào cấu trúc liên kết, điện áp đầu ra và độ phân giải ADC. Đồng thời, độ ổn định vòng lặp của hệ thống được điều chỉnh bằng bộ điều khiển PI hoặc PID.
Xu hướng tương lai
Trong tương lai, chip quản lý năng lượng có triển vọng rộng lớn. Thông qua sự phát triển của các quy trình, công nghệ đóng gói và thiết kế mạch mới, sẽ có nhiều thiết bị nổi bật hơn có thể tăng mật độ năng lượng, kéo dài tuổi thọ pin, giảm nhiễu điện từ, tăng cường tính toàn vẹn của tín hiệu và nguồn, và cải thiện an toàn hệ thống. Giúp các kỹ sư trên toàn thế giới đạt được. sự đổi mới.