Güç yönetimi çipi

Güç Yönetimi Entegre Devreleri (Güç Yönetimi Entegre Devreleri), elektronik ekipman sistemindeki elektrik enerjisinin dönüştürülmesi, dağıtılması, tespiti ve diğer güç yönetimi sorumluluklarından sorumlu olan bir çiptir.Temel olarak güç kaynağı genliğinin tanımlanmasından sorumludur. CPU ve karşılık gelen kısa moment dalgalarını üretme Güç çıkışı için sonraki devreyi ilerletin. Yaygın olarak kullanılan güç yönetimi yongaları arasında LMG3410R050[1], UCC12050[2], BQ25790[3], HIP6301, IS6537, RT9237, ADP3168, KA7500, TL494, vb. bulunur.
Kullanmak için
CPU güç kaynağı genliğini tanımlayın
Yaygın olarak kullanılan cipsler
LMG3410R050, UCC12050, BQ25790, HIP6301, IS6537, RT9237, vb.
temel tip
Ana güç yönetimi yongalarından bazıları çift hat içi yongalardır ve bazıları yüzeye monte paketlerdir.HIP630x serisi yongalar, ünlü yonga tasarım şirketi Intersil tarafından tasarlanan daha klasik güç yönetimi yongalarıdır. İki/üç/dört fazlı güç kaynağını destekler, VRM9.0 spesifikasyonunu destekler, voltaj çıkış aralığı 1.1V-1.85V'dir, çıkış 0.025V aralıklarla ayarlanabilir, anahtarlama frekansı 80KHz'e kadar, büyük güçle kaynağı, küçük dalgalanma ve iç direnç Küçük ve diğer özellikler, CPU güç kaynağı voltajını tam olarak ayarlayabilir.
Temel tanım
Güç yönetimi entegre devresi (IC), elektronik ekipman sistemindeki elektrik enerjisinin dönüştürülmesinden, güç dağıtımından, algılanmasından ve diğer güç yönetiminden sorumlu olan bir çiptir. Temel olarak kaynak voltajını ve akımı mikroişlemciler ve sensörler gibi yükler tarafından kullanılabilecek güce dönüştürmekten sorumludur.
1958'de Texas Instruments (TI) mühendisi Jack Kilby entegre devreyi icat etti.Çip adı verilen bu elektronik bileşen, sinyal işleme ve güç elektroniği ekipmanlarında yeni bir çağ açtı.Kilby de 2000 yılında buna güvendi.Bu buluş Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı. . [7]
ürün tipi
Güç yönetiminin kapsamı, güç dönüştürme (DC-DC, AC-DC ve DC-AC), güç dağıtımı ve algılama ve güç dönüştürme ile güç yönetimini birleştiren sistemler dahil olmak üzere nispeten geniştir. Buna uygun olarak, güç yönetimi yongalarının sınıflandırması, doğrusal güç yongaları, voltaj referans yongaları, anahtarlamalı güç kaynağı yongaları, LCD sürücü yongaları, LED sürücü yongaları, voltaj algılama yongaları, pil şarj yönetimi yongaları, kapı sürücüleri, yük anahtarları gibi bu yönleri de içerir. , Geniş bant boşluk anahtarı, vb.
Uygulama kapsamı
Güç yönetimi çiplerinin uygulama aralığı çok geniştir.Güç yönetimi çiplerinin geliştirilmesi, tüm makinenin performansının iyileştirilmesi için büyük önem taşımaktadır.Güç yönetimi çiplerinin seçimi, doğrudan sistemin ihtiyaçları ve geliştirilmesi ile ilgilidir. dijital güç yönetimi yongalarının maliyet zorluklarının üstesinden gelmesi gerekiyor.
Günümüz dünyasında insanların yaşamları zaten bir andır ve elektronik ekipman olmadan yapamazlar. Güç yönetimi çipi, elektronik ekipman sistemindeki elektrik enerjisinin dönüştürülmesi, dağıtımı, tespiti ve diğer güç yönetiminden sorumludur. Güç yönetimi çipi elektronik sistem için vazgeçilmezdir ve performansının tüm makinenin performansı üzerinde doğrudan etkisi vardır.
Performans geliştirme
Tüm elektronik cihazların güç kaynakları vardır, ancak farklı sistemlerin güç kaynakları için farklı gereksinimleri vardır. Elektronik sistemden en iyi performansı alabilmek için en uygun güç yönetimi yönteminin seçilmesi gerekmektedir.
Her şeyden önce, elektronik ekipmanın çekirdeği yarı iletken bir çiptir. Devrenin yoğunluğunu arttırmak için çipin özellik boyutu sürekli azalan bir eğilime doğru gelişmektedir.Mesafe azaldıkça elektrik alan şiddeti lineer olarak artar.Güç kaynağı voltajı hala orijinal 5V ise, üretilen elektrik alan gücü çipi kırmak için yeterlidir. Bu nedenle, bu şekilde, elektronik sistemin güç kaynağı voltajı gereksinimleri değişmiştir, yani farklı kademeli güç kaynakları gereklidir. Düşürme sırasında yüksek verimliliği korumak için genellikle kademeli anahtarlamalı güç kaynakları kullanılır.
Aynı zamanda, birçok elektronik sistem de güç kaynağı voltajından daha yüksek bir güç kaynağı gerektirir.Örneğin, pille çalışan ekipmanlarda, sıvı kristal ekranları çalıştırmak için arkadan aydınlatmalı güç kaynağı, sıradan beyaz LED sürücüleri vb. Boost Basınç tipi anahtarlamalı güç kaynağının kullanılmasını gerektiren sistem güç kaynağını artırın.
Ayrıca modern elektronik sistemler yüksek hız, yüksek kazanç ve yüksek güvenilirlik yönünde gelişmektedir.Güç kaynağındaki küçük parazitlerin elektronik ekipmanların performansı üzerinde etkisi vardır.Bu, gürültü ve gürültü açısından avantajları olan bir güç kaynağı gerektirir. dalgalanma Güç kaynağı, doğrusal bir güç kaynağının kullanılmasını gerektiren voltaj stabilizasyonu ve filtreleme gibi işlemleri gerçekleştirir.
Yukarıda bahsedilen farklı güç yönetimi yöntemleri, çok az çevresel bileşenle birleştirilmiş ilgili güç çipi aracılığıyla gerçekleştirilebilir. Güç yönetimi çiplerinin geliştirilmesinin, tüm makinenin performansını iyileştirmek için vazgeçilmez bir araç olduğu görülebilir. [8]
seçim faktörü
Güç yönetiminin kapsamı, ayrı elektrik enerjisi dönüşümü (esas olarak DC'den DC'ye, yani DC/DC), ayrı elektrik enerjisi dağıtımı ve tespiti ve elektrik enerjisi dönüşümü ile elektrik enerjisi yönetimini birleştiren bir sistem dahil olmak üzere nispeten geniştir. Buna uygun olarak, güç yönetimi yongalarının sınıflandırması, lineer güç kaynağı yongaları, voltaj referans yongaları, anahtarlamalı güç kaynağı yongaları, LCD sürücü yongaları, LED sürücü yongaları, voltaj algılama yongaları, pil şarj yönetimi yongaları vb. gibi bu yönleri de içerir. Aşağıda, güç yönetimi yongalarının ana türleri ve uygulamaları kısaca tanıtılmaktadır.
Tasarlanan devre, güç kaynağının yüksek gürültü ve dalgalanma bastırma özelliğine sahip olmasını gerektiriyorsa ve küçük bir PCB kartı alanı gerektiriyorsa (cep telefonları ve diğer el tipi elektronik ürünler gibi), devre güç kaynağı indüktörlerin (cep telefonu gibi) kullanımına izin vermez. telefonlar) ve güç kaynağının anlık kalibrasyon ve çıkışa sahip olması gerekir Durum kendi kendini kontrol etme işlevi, voltaj regülatörünün düşük voltaj düşüşü ve düşük güç tüketimi, düşük devre maliyeti ve basit bir çözüm gerektirir, bu nedenle doğrusal güç kaynağı en uygun seçimdir . Bu güç kaynağı şu teknolojileri içerir: hassas voltaj referansı, yüksek performans, düşük gürültülü işlemsel yükselteç, düşük çıkışlı regülatör ve düşük hareketsiz akım.
Düşük güç kaynağı, op amp negatif güç kaynağı, LCD/LED sürücü vb. gibi durumlarda, genellikle şarj pompası (Şarj Pompası) olarak adlandırılan kapasitör tabanlı anahtarlamalı güç kaynağı yongaları kullanılır. AAT3113 gibi şarj pompasının çalışma prensibine dayalı birçok chip ürünü bulunmaktadır. Bu, düşük gürültülü, sabit frekanslı bir şarj pompası DC/DC dönüştürücüden oluşan beyaz bir LED sürücü çipidir. AAT3113, verimliliği artırmak için kesirli kez (1,5×) dönüşüm kullanır. Cihaz 4 LED'i paralel olarak çalıştırır. Giriş voltajı aralığı, her çıkış için yaklaşık 20mA akım sağlayabilen 2.7V~5.5V'dir. Cihaz ayrıca çıkış pinlerinde oluşabilecek kısa devreleri korumak için termal yönetim sistemi özelliğine sahiptir. Dahili yumuşak başlatma devresi, başlatma sırasında akım aşımını önler. AAT3113, çipin 32 seviyeli logaritmik ölçek parlaklık kontrolünü etkinleştirmek, kapatmak ve kapatmak için basit bir seri kontrol arayüzü kullanır.
Endüktans tabanlı DC/DC yongaları en geniş uygulama yelpazesine sahiptir.Uygulamalar arasında el bilgisayarları, kameralar, yedek piller, taşınabilir aletler, mikrofonlar, motor hız kontrolü, ekran önyargısı ve renk ayarlayıcılar bulunur. Ana teknolojiler şunları içerir: BOOST yapısı akım modu döngü kararlılığı analizi, BUCK yapısı voltaj modu döngü kararlılığı analizi, BUCK yapısı akım modu döngü kararlılığı analizi, aşırı akım, aşırı sıcaklık, aşırı voltaj ve yumuşak başlatma koruma fonksiyonları, senkronizasyon Düzeltme teknolojisi analiz, referans voltaj teknolojisi analizi.
Temel güç dönüştürme yongalarına ek olarak, güç yönetimi yongaları, gücün rasyonel kullanımı amacıyla güç kontrol yongalarını da içerir. NiH pil akıllı hızlı şarj çipi, lityum iyon pil şarj ve deşarj yönetimi çipi, lityum iyon pil aşırı gerilimi, aşırı akım, aşırı sıcaklık, kısa devre koruma çipi gibi; hat güç kaynağı ve yedek pil arasında geçiş yönetimi için çip, USB güç yönetimi çipi; şarj pompa, çoklu LDO güç kaynağı, açılış sırası kontrolü, çoklu korumalar, pil şarjı ve deşarj yönetimi için karmaşık güç kaynağı çipi vb.
Özellikle tüketici elektroniğinde. Örneğin, taşınabilir DVD'ler, cep telefonları, dijital kameralar, vb., sistemin performansını en üst düzeye çıkarmak için neredeyse bir veya iki güç yönetim yongasıyla karmaşık çok kanallı güç kaynakları sağlayabilir.
İlgili avantajlar
Elektronik ekipmanın daha fazla işlevi ve performansı, yapısı, teknolojisi ve sistemi daha karmaşıktır.Geleneksel analog güç yönetimi IC'lerinin sistemin genel güç yönetimi gereksinimlerini karşılaması ne kadar zorsa ve o kadar pahalıdır. Dijital denetleyicinin çekirdeği temel olarak üç özel modülden oluşur: kenar yumuşatma filtresi, analogdan dijitale dönüştürücü (ADC) ve dijital darbe genişlik modülatörü (DPWM). Analog kontrol mimarisi ile aynı performans göstergelerini elde edebilmek için yüksek çözünürlüklü, yüksek hızlı ve lineer ADC ile yüksek çözünürlüklü, yüksek hızlı PWM devre tasarımına sahip olmak gerekmektedir. ADC çözünürlüğü, hatanın çıkış voltajının izin verilen varyasyonundan daha az olduğu aralığı karşılayabilmelidir.Gerekli çıkış voltajı dalgalanması ne kadar küçükse, ADC'nin çözünürlük gereksinimi o kadar yüksek olur. Aynı zamanda, kenar yumuşatma filtreleri ve ardışık düzen veya SAR analogdan dijitale dönüştürücüler döngü gecikmelerine neden olacağından, acilen yüksek örnekleme oranlı analogdan dijitale dönüştürücülere ihtiyacımız var. DPWM ayrık ve sınırlı PWM genişlik setleri üretebilirken, analog kontrolörlerin üretilebilecek olası darbe genişlikleri üzerinde doğal sınırlamaları vardır. Kararlı durumda çıkış açısından bakıldığında, yalnızca bir dizi ayrık çıkış gerilimi mümkündür. DPWM, geri besleme döngüsünün bir parçası olduğundan, DPWM'nin çözünürlüğü, çıkışın iyi bilinen limit çevrim değerini görüntülememesi için yeterince yüksek olmalıdır. Herhangi bir sınır değeri göstermemek için gereken minimum basamak sayısı topolojiye, çıkış voltajına ve ADC çözünürlüğüne bağlıdır. Aynı zamanda sistemin döngü kararlılığı PI veya PID kontrolör ile ayarlanır.
Gelecek trendi
Gelecekte, güç yönetimi çiplerinin geniş beklentileri var. Yeni süreçlerin, paketleme ve devre tasarım teknolojilerinin geliştirilmesi yoluyla, güç yoğunluğunu artırabilecek, pil ömrünü uzatabilecek, elektromanyetik paraziti azaltabilecek, güç ve sinyal bütünlüğünü iyileştirebilecek ve sistem güvenliğini iyileştirebilecek daha üstün cihazlar olacaktır. yenilik.