什么是pmic芯片？

PMIC芯片是指Power Management Integrated Circuit（電源管理集成電路）芯片，它是一種專門用于管理和控制電源的集成電路。它集成了多種電源管理功能，包括電源供應(yīng)、電池管理、充電管理、功耗管理等，為電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電源，并對(duì)電池進(jìn)行管理和控制。

PMIC芯片通常由多個(gè)功能模塊組成，例如DC-DC轉(zhuǎn)換器、LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器）、充電管理器、溫度傳感器、電池保護(hù)電路等。每個(gè)功能模塊都有自己的特定功能，集成在同一芯片上以實(shí)現(xiàn)全面的電源管理。

通過(guò)PMIC芯片，可以根據(jù)不同的設(shè)備需求和工作狀態(tài)來(lái)管理電源供應(yīng)，提供不同的電壓和電流輸出。它還可以監(jiān)測(cè)和控制電池的狀態(tài)，包括充電狀態(tài)、剩余電量等，并在需要時(shí)執(zhí)行充電和保護(hù)措施。此外，PMIC芯片還具備溫度監(jiān)測(cè)和控制功能，以防止設(shè)備過(guò)熱損壞。

總而言之，PMIC芯片是一種專門用于電源管理的集成電路，通過(guò)集成多種功能模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源供應(yīng)、電池管理、充電管理和溫度管理等方面的全面控制和管理。它在電子設(shè)備中起著至關(guān)重要的作用，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行和高效的能源利用。

pmic芯片作用

PMIC（Power Management Integrated Circuit）芯片是一種集成電路，主要用于電源管理和功耗管理。它在電子設(shè)備中起著關(guān)鍵的作用，具有以下幾個(gè)主要功能：

1. 電源管理：PMIC芯片負(fù)責(zé)管理和傳輸電源供電。它可以轉(zhuǎn)換電壓和電流以適應(yīng)不同的電子元件和電路的要求，同時(shí)提供穩(wěn)定的電源輸出。

2. 充電管理：PMIC芯片可以監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備電池的充電狀態(tài)。它能夠識(shí)別電池的類型和充電需求，并根據(jù)需要提供恰當(dāng)?shù)碾娫闯潆婋娏骱碗妷骸?/p>

3. 電池管理：PMIC芯片監(jiān)測(cè)和管理設(shè)備電池的電量。它可以提供電池充電狀態(tài)、剩余電量等信息，并在需要時(shí)提供低電量警告或執(zhí)行電池保護(hù)措施。

4. 溫度管理：PMIC芯片可以監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)部溫度，并采取措施來(lái)控制和調(diào)節(jié)溫度。這對(duì)于防止過(guò)熱和保護(hù)設(shè)備和電池非常重要。

5. 系統(tǒng)控制：PMIC芯片可以執(zhí)行一些系統(tǒng)控制功能，如電源開(kāi)關(guān)控制、系統(tǒng)復(fù)位和時(shí)鐘管理等。它能夠與其他芯片和外設(shè)進(jìn)行通信，確保設(shè)備的正常工作。

總之，PMIC芯片在電子設(shè)備中的作用是管理電源供電、監(jiān)測(cè)和控制電池充電狀態(tài)和電量、管理溫度，并執(zhí)行一些系統(tǒng)控制功能，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和有效管理功耗。

電源管理通過(guò)一定的電路拓?fù)?，將不同的電源輸入轉(zhuǎn)換成滿足系統(tǒng)工作需要的輸出電壓。電源直接影響著系統(tǒng)性能，而決定電源性能的關(guān)鍵元件是電源管理芯片（PMIC），了解電源管理芯片（PMIC）的選擇準(zhǔn)則非常有必要。

了解電源使用環(huán)境

要選擇適當(dāng)?shù)碾娫垂芾碓紫葢?yīng)了解應(yīng)用環(huán)境條件，如系統(tǒng)的輸入和輸出參數(shù)等，這些考慮因素包括：

電源輸入是交流（AC）、直流（DC）？

直接電源時(shí)，是USB供電，還是電池供電？

輸入電壓是高于或低于所需的輸出電壓？

所需的負(fù)載電流是多少？

負(fù)載是否對(duì)噪聲敏感，或需恒流（如LED的應(yīng)用），又或是變化較大的電流？

安裝空間？在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更大的功率。

不同的應(yīng)用有各自特殊需求，需要采用對(duì)應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換方案和相匹配的電源管理IC，這些常見(jiàn)的IC有低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）、DC/DC開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器等。其中，DC/DC開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器包括降壓轉(zhuǎn)換器（Buck）、升壓轉(zhuǎn)換器（Boost）、升/降壓轉(zhuǎn)換器（Buck-boost）三種。

不同應(yīng)用的電源轉(zhuǎn)換方案和IC考慮

電路設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮的是輸入 - 輸出的電壓差（VIN - VOUT）。其次，根據(jù)應(yīng)用的特殊需求，如效率、散熱限制、噪聲、復(fù)雜度和成本等都必要條件，選擇最適合的電源管理芯片（IC）。

當(dāng)VOUT小于VIN時(shí)的選擇考慮

當(dāng)VOUT小于VIN，所需輸出電流和VIN / VOUT比是考慮選擇LDO或Buck的重要因素。

（1）低VIN / VOUT應(yīng)用選擇LDO

LDO線性穩(wěn)壓器（Low Dropout Linera Regulator）以線性方式控制導(dǎo)通元件的導(dǎo)通，以調(diào)節(jié)輸出電壓，提供準(zhǔn)確且無(wú)噪聲的輸出電壓，能快速因應(yīng)輸出端的負(fù)載變化。因此，非常適合需要低噪聲、低電流及低VIN / VOUT應(yīng)用。

在選擇LDO時(shí)，須考慮輸入和輸出電壓的范圍、LDO的電流大小和封裝的散熱能力。LDO電壓差是指在可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，VIN - VOUT的最小電壓。

在微功率應(yīng)用中，如需靠單一電池供電很多年之應(yīng)用，LDO靜態(tài)電流IQ必須夠低，以減少電池不必要的消耗；而這類應(yīng)用就需要特殊的、具低靜態(tài)電流IQ之低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）。

然而，線性調(diào)節(jié)意謂著輸入輸出的電壓差乘上平均負(fù)載電流就是線性穩(wěn)壓器導(dǎo)通元件所消耗的功率。高VIN / VOUT比與高負(fù)載電流都會(huì)導(dǎo)致過(guò)多額外的功率損耗。而功率消耗較高的低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）需要較大的封裝尺寸，這會(huì)增加成本、PCB板空間和熱能消耗。

LDO基本電路示意圖

當(dāng)LDO功耗超過(guò)~0.8W時(shí)，較明智的作法是改采Buck降壓轉(zhuǎn)換器作為替代方案。

（2）VIN / VOUT較高時(shí)選擇Buck降壓轉(zhuǎn)換器

Buck降壓轉(zhuǎn)換器（buck regulator）是一種開(kāi)關(guān)式降壓轉(zhuǎn)換器，可在較高的VIN / VOUT比和較高的負(fù)載電流之下，提供高效率和高彈性的輸出。由于用途廣泛，降壓轉(zhuǎn)換器（Buck）還有降壓穩(wěn)壓器（buck regulator）、步降開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器（DC-DC step-down switching regulator）兩個(gè)別稱，三者本質(zhì)上指的是同一產(chǎn)品。

大多數(shù)降壓轉(zhuǎn)換器包含一個(gè)內(nèi)部高側(cè)MOSFET和一個(gè)低側(cè)作為同步整流器的MOSFET，借著內(nèi)部占空比控制電路來(lái)控制兩者的交替開(kāi)、關(guān)（ON/OFF）以調(diào)節(jié)平均輸出電壓。切換造成的噪聲可由外部LC濾波器來(lái)過(guò)濾。

Buck轉(zhuǎn)換器基本電路示意圖

由于兩個(gè)MOSFET是交替開(kāi)關(guān)（ON或OFF），功率消耗非常小。通過(guò)控制占空比，可以產(chǎn)生較大VIN / VOUT比的輸出。內(nèi)部MOSFET的導(dǎo)通電阻RDS（ON）決定了降壓轉(zhuǎn)換器的電流處理能力，而MOSFET的額定電壓決定最大輸入電壓。開(kāi)關(guān)切換頻率與外部LC濾波器元件共同決定輸出端的紋波電壓大??；較高開(kāi)關(guān)切換頻率之降壓轉(zhuǎn)換器所用之濾波元件可較小，但開(kāi)關(guān)切換造成的功耗則會(huì)增加。

具脈沖跳躍模式（PSM）的降壓轉(zhuǎn)換器會(huì)在輕載時(shí)降低其開(kāi)關(guān)切換頻率，從而提高輕載時(shí)的效率，此特性對(duì)需低功耗待機(jī)模式之應(yīng)用是非常重要的。

有些特殊降壓型架構(gòu)，如ACOT具有非?？斓幕芈讽憫?yīng)，非常適合需要非?？焖俚呢?fù)載瞬態(tài)反應(yīng)，如DDR、Core SoC、FPGA和SIC等的電源應(yīng)用。

VOUT高于VIN時(shí)選擇升壓轉(zhuǎn)換器

升壓轉(zhuǎn)換器是用于VOUT高于VIN應(yīng)用。升壓轉(zhuǎn)換器（boost regulator）將輸入電壓升至較高的輸出電壓。其操作原理是經(jīng)由內(nèi)部MOSFET對(duì)電感器充電，而當(dāng)MOSFET斷路時(shí)，透過(guò)至負(fù)載端之整流器將電感放電。電感充電轉(zhuǎn)為放電會(huì)使電感電壓變?yōu)榉聪颍瑥亩咻敵鲭妷菏怪哂赩IN。

MOSFET開(kāi)關(guān)的ON/OFF占空比將決定升壓比VOUT / VIN，并且反饋回路也控制占空比以維持穩(wěn)定的輸出電壓。輸出電容是緩沖元件，用來(lái)減小輸出電壓紋波。MOSFET電流絕對(duì)最大額定值和升壓比一起決定最大負(fù)載電流，而MOSFET電壓絕對(duì)最大額定值決定最大輸出電壓。有些升壓轉(zhuǎn)換器則會(huì)將整流器以MOSFET整合于內(nèi)部，達(dá)到同步整流之功效。

升壓轉(zhuǎn)換器基本電路示意圖

輸入電壓不確定時(shí)選擇升-降壓轉(zhuǎn)換器

升-降壓轉(zhuǎn)換器（boost-buck regulator）用于輸入電壓可能會(huì)改變，可低于或高于輸出電壓之應(yīng)用。當(dāng)VIN高于VOUT時(shí)，四個(gè)內(nèi)部的MOSFET開(kāi)關(guān)將自動(dòng)配置成降壓轉(zhuǎn)換器，而當(dāng)VIN低于VOUT時(shí)則轉(zhuǎn)為升壓操作模式。這使得升-降壓轉(zhuǎn)換器非常適合以電池作為供電之應(yīng)用，特別是當(dāng)電池電壓低于調(diào)節(jié)輸出電壓值時(shí)，得以延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。因?yàn)樗拈_(kāi)關(guān)升-降壓轉(zhuǎn)換器是完全同步的操作模式，故可達(dá)較高的效率。降壓模式時(shí)的輸出電流能力比升壓模式時(shí)高；因?yàn)樵谙嗤呢?fù)載條件下，升壓模式需要較高的開(kāi)關(guān)電流。

MOSFET的電壓絕對(duì)最大額定值將決定最大輸入和輸出電壓范圍。在輸出電壓不需要參考接地的應(yīng)用中，如LED驅(qū)動(dòng)器，可使用只有單開(kāi)關(guān)和整流器的升-降壓轉(zhuǎn)換器。在大多數(shù)情況下，輸出電壓參考VIN。

有四個(gè)內(nèi)部開(kāi)關(guān)的升降壓轉(zhuǎn)換器

多數(shù)電源管理元件都是使用上述四個(gè)轉(zhuǎn)換器架構(gòu)其中一種。針對(duì)一些特殊應(yīng)用，如需要非常大開(kāi)關(guān)電流（如》10A），可考慮外部MOSFET模式。如需要監(jiān)控電源過(guò)壓或欠壓等情形，可使用專用電源監(jiān)控IC。

編輯：黃飛