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揭秘电源管理芯片,电子设备心脏,七大行业推
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摘要:电源管理芯片(Power Management Integrated Circuits),是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片.主要负责识别CPU供电幅值,产生相应的短矩波,推动
电源管理芯片(Power Management Integrated Circuits),是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片.主要负责识别CPU供电幅值,产生相应的短矩波,推动后级电路进行功率输出。
电源管理芯片广泛应用于手机与通讯、消费类电子、工业控制、医疗仪器、汽车电子等应用领域,同时随着物联网、新能源、人工智能、机器人等新兴应用领域的发展,电源管理芯片下游市场持续发展。
本期的智能内参,我们推荐方正证券的报告《电源管理芯片研究框架》, 从电源管理芯片的技术特点、产业链现状和增长逻辑等方面还原电源管理行业。
本期内参来源:方正证券
《电源管理芯片研究框架》
作者: 陈杭
一、电源管理芯片,电子设备的心脏
电源管理芯片属于模拟芯片,是电子设备的电能供应心脏,负责电子设备所需的电能变换、分配、检测等管控功能。
电源管理芯片是电子设备中的关键器件,其性能优劣对电子产品的性能和可靠性有着直接影响,广泛应用于各类电子产品和设备中,是模拟芯片最大的细分市场之一。
电源管理芯片在半导体行业中的位置
电源管理芯片可划分为AC/DC(交流转直流)、 DC/DC(直流转直流)、驱动IC、保护芯片、 LDO、负载开关、 PMIC等。
常见的电源主要分为车载与通讯系列、通用工业与消费系列,前者的使用的电压一般为48V、 36V、 24V等,后者使用的电源电压一般在24V以下。
不同应用领域规律不同,如PC中常用的是12V、 5V、 3.3V,模拟电路电源常用5V、 15V,数字电路常用3.3V、 2.5V等,现在的FPGA、 DSP还用2V以下的电压,诸如1.8V、 1.5V、 1.2V等。
根据电能转换过程中是否使用隔离器件(变压器),将电路拓扑结构分为隔离型和非隔离型。
隔离型电源使用变压器将输入电压与输出电压进行隔离,提高电路安全性。隔离器件能增加电路的安全性,大电压场景一般需要隔离器件。 如用市电供电,人接触电源的输出端或地端可能会有触电危险。在下雨天打雷的时候, 没有隔离可能导致电路烧毁。
电路拓扑结构
隔离电源一般有两种形式,分为线性电源和开关电源。 线性电源先经过变压器降压再整流, 变压器体积难以做小;开关电源先整流, 再通过开关管来增加输入电压频率, 变压器体积小,电源体积可以做小。两种电源都需要多颗电源芯片来实现功能。
非隔离型电源输入输出端没有使用隔离器件(主要是变压器)进行隔离。通过控制开关管占空比(D, 0
电源的开关管主要使用的是MOSFET, 功率MOSFET能输出较大的工作电流(几安到几十安培)。MOSFET有两种类型: N沟道和P沟道。
N沟道主要 用于AC/DC电源、 DC/DC转换器、逆变器设备。 P沟道主要用于负载开关、高边开关等。
根据交流输入转直流输出过程中,是否经过变压器进行隔离, AC/DC芯片分为隔离和非隔离两种形式:非隔离交直流转换器/控制器;隔离的SR、 PSR、 SSR。
按是否集成MOSFET分为:转换器和控制器, 前者集成,后者需要外置MOSFET搭配使用。 大功率场景,一般选择控制器与外置MOSFET。 隔离型AC/DC芯片:次级同步整流器(SR)、原边反馈交直流转换器(PSR)、副边反馈交直流转换器(SSR)。
DC/DC芯片方面,主流的DC/DC芯片有Buck、Boost、 Buck-Boost,其他隔离型DC/DC拓扑结构有: ?uk、Sepic、 Zeta。 DC/DC按是否集成MOSFET分为转换器和控制器,前者有集成,后者需要外挂。
手机快充是近年来手机电源管理芯片的一大发展方向,传统快充方案有高电压小电流和高电流小电压, 高电压简单易行,对配件要求低,但因为需要降压, 效率偏低,功率难以提升;高电流转化率高,但对配件要求高,尤其是线材,电流太大线材要么成本直线上升,要么无法承受,导致出现瓶颈。 高电压高电流是快充技术演变的必然趋势,如何高效降压为电池充电成为关键。
这里需要的一个关键器件称为电荷泵,电荷泵也叫无电感式DC-DC转换器,利用电容作为储能元件。可以使输出电压减半或倍增,根据能量守恒,电压倍增会使电流减半,电压减半会使电流倍增。 转换效率可以达到95%以上。
降压电荷泵应用于华为40W快充方案应用
文章来源:《电子设计工程》 网址: http://www.dzsjgc.cn/zonghexinwen/2021/0620/1386.html