電源管理的應用:技術的趨勢和IC的分類
電源管理半導體從所包含的器件來說,明確強調電源管理集成電路(電源管理IC,簡稱電源管理芯片)的位置和作用。電源管理半導體包括兩部分,即電源管理集成電路和電源管理分立式半導體器件。
電源管理集成電路包括很多種類別,大致又分成電壓調整和接口電路兩方面。電壓凋整器包含線性低壓降穩(wěn)壓器(即 LOD),以及正、負輸出系列電路,此外不有脈寬調制(PWM)型的開關型電路等。因技術進步,集成電路芯片內數字電路的物理尺寸越來越小,因而工作電源向低電壓發(fā)展,一系列新型電壓調整器應運而生。電源管理用接口電路主要有接口驅動器、馬達驅動器、功率場效應晶體管(MOSFET)驅動器以及高電壓/大電流的顯示驅動器等等。
電源管理分立式半導體器件則包括一些傳統的功率半導體器件,可將它分為兩大類,一類包含整流器和晶閘管;另一類是三極管型,包含功率雙極性晶體管,含有MOS結構的功率場效應晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等。
在某種程度上來說,正是因為電源管理IC的大量發(fā)展,功率半導體才改稱為電源管理半導體。也正是因為這么多的集成電路 (IC)進入電源領域,人們才更多地以電源管理來稱呼現階段的電源技術。
電源管理半導體本中的主導部分是電源管理IC,大致可歸納為下述8種。
1. AC/DC調制IC。內含低電壓控制電路及高壓開關晶體管。
2. DC/DC調制IC。包括升壓/降壓調節(jié)器,以及電荷泵。
3. 功率因數控制PFC預調制 IC。提供具有功率因數校正功能的電源輸入電路。
4. 脈沖調制或脈幅調制PWM/ PFM控制IC。為脈沖頻率調制和/或脈沖寬度調制控制器,用于驅動外部開關。
5. 線性調制IC(如線性低壓降穩(wěn)壓器LDO等)。包括正向和負向調節(jié)器,以及低壓降LDO調制管。
6. 電池充電和管理IC。包括電池充電、保護及電量顯示IC,以及可進行電池數據通訊“智能”電池 IC。
7. 熱插板控制IC(免除從工作系統中插入或拔除另一接口的影響)。
8. MOSFET或IGBT的驅動 IC。
在這些電源管理IC中,電壓調節(jié)IC是發(fā)展最快、產量最大的一部分。各種電源管理IC基本上和一些相關的應用相聯系,所以針對不同應用,還可以列出更多類型的器件。
電源管理的技術趨勢是高效能、低功耗、智能化。
提高效能涉及兩個不同方面的內容:一方面想要保持能量轉換的綜合效率,同時還希望減小設備的尺寸;另一方面是保護尺寸不變,大幅度提高效能。
在交流/直流(AC/DC)變換中,低的通態(tài)電阻,符合計算機和電信應用中更加高效適配器和電源的需要。在電源電路設計方面,一般待機能耗已經降到1W以下,并可將電源效率提高至90%以上。要進一步降低現有待機能耗,則需要有新的IC制造工藝技術及在低功耗電路設計方面的突破。
越來越多的系統會需要多輸出穩(wěn)壓器。例如帶多輸出和電源通路控制的鋰離子充電電池,多輸出 DC/DC轉換器和具有動態(tài)可調輸出電壓的開關穩(wěn)壓器等。
電源管理IC的智能化,包括從電源控制到電量監(jiān)測與電池管理。
電源管理IC應用在便攜式產品(手機、數碼相機、筆記本電腦、MP3播放器、移動硬盤等)、數字消費類電子產品(高清晰度電視機、LCD電視機和面板、DVD播放機)、計算機、通信網絡設備、工業(yè)設備和汽車電子。其中消費類電子產品是電源管理芯片的最大應用領域。
所有這些應用和產品都需要相應的電源管理技術才能充分發(fā)揮它們的功能。IC方案需要解決產品差異化,電源管理效率,產品尺寸極小型化以及產品功能多樣化。