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電源管理IC（PMIC）的選擇標準

發(fā)布時間：2022-11-21 17:16:47

一了解用電環(huán)境
要選擇正確的電源管理組件，您必須首先了解應用程序的環(huán)境條件，如系統(tǒng)的輸入和輸出特性等。以下是需要考慮的一些因素：
它是交流電源還是直流電源？

使用直接電源時是USB供電還是電池供電？
輸入電壓是高于還是低于您想要的輸出電壓？
所需的負載電流是多少？
負載噪聲是否敏感，是否需要恒定電流（如LED應用），還是需要可變電流？

有足夠的安裝空間嗎？更小的封裝提供更大的功率。
不同的應用具有獨特的需求，需要專門的功率轉換系統(tǒng)和功率管理IC。低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）、DC/DC開關轉換器和其他無處不在的IC都在其中。降壓轉換器（buck）、升壓轉換器（boost）和升壓/降壓轉換器是三種類型的DC/DC開關轉換器（buck-boost）。

在構建電路（VIN-VOUT）時，首先要考慮輸入輸出電壓差。其次，根據(jù)應用程序的特定需求，如效率、熱限制、噪聲、復雜性和成本，選擇最佳的電源管理芯片（IC）。

二VOUT小于VIN時有一個選項
當VOUT小于VIN時，在選擇LDO或Buck時，所需的輸出電流和VIN/VOUT比是需要考慮的關鍵參數(shù)。
（1）為低VIN/VOUT應用程序選擇LDO
LDO線性穩(wěn)壓器（Low Dropout Linera Regulator）通過以線性方式控制通過元件的導通來調(diào)節(jié)輸出電壓。它提供了精確且無噪聲的輸出電壓，并且可以快速響應輸出端的負載變化。因此，它非常適合低噪聲、低電流和低VIN/VOUT應用。
在選擇LDO時，請考慮輸入和輸出電壓范圍、LDO的電流水平以及封裝的散熱能力。VIN-VOUT在可配置范圍內(nèi)的最小電壓稱為LDO電壓差。
在微功率應用中，LDO靜態(tài)電流IQ必須足夠低，以避免不必要的電池消耗；這樣的應用需要特定的低靜態(tài)電流IQ低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）。
然而，線性調(diào)節(jié)意味著由線性調(diào)節(jié)器的通過元件耗散的功率等于輸入和輸出之間的電壓差乘以平均負載電流。過高的額外功率損耗是由高VIN/VOUT比和高負載電流引起的。功耗增加的低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）需要更大的封裝尺寸，這增加了成本、PCB空間和熱能消耗。

圖.1 LDO基本電路圖
當LDO功耗超過~0.8W時，明智的做法是改用降壓轉換器作為替代方案。

（2） VIN/VOUT為高時選擇降壓轉換器

降壓調(diào)節(jié)器是開關降壓轉換器，當VIN/VOUT比和負載電流都高時，它可以提供高效率和靈活性的輸出。降壓轉換器（Bucks）也被稱為降壓調(diào)節(jié)器（降壓調(diào)節(jié)器）和降壓開關調(diào)節(jié)器，因為它們的應用范圍很廣（DC-DC降壓開關穩(wěn)壓器）。這三個術語都指同一項目。
在大多數(shù)降壓轉換器中，內(nèi)部高側MOSFET和低側MOSFET用作同步整流器，并且內(nèi)部占空比控制電路交替地導通和截止（on/off）以調(diào)節(jié)平均輸出電壓。可以使用外部LC濾波器來過濾由切換產(chǎn)生的噪聲。

圖2降壓轉換器基本電路圖
由于兩個MOSFET交替導通和截止，因此功耗較低。可以控制占空比以提供具有更高VIN/VOUT比的輸出。內(nèi)部MOSFET的導通電阻RDS（on）決定降壓轉換器的電流處理能力，而MOSFET的額定電壓決定最大輸入電壓。輸出處的紋波電壓的量由開關頻率和外部LC濾波器組件確定；在具有較高開關頻率的降壓轉換器中使用的濾波器組件可以更小，但是由開關引起的功耗將增加。

在輕負載情況下，具有脈沖跳躍模式（PSM）的降壓轉換器降低了其開關頻率，從而提高了效率。對于需要低功耗待機狀態(tài)的應用程序，此功能至關重要。
一些特定的降壓拓撲，如ACOT，提供了非常快速的環(huán)路響應，非常適合需要非常快速的負載瞬態(tài)響應的電源應用，如DDR、Core SoC、FPGA和SIC。

三當VOUT高于VIN時，選擇升壓轉換器
在VOUT大于VIN的情況下，使用升壓調(diào)節(jié)器將輸入電壓升壓到更高的輸出值。電感器通過內(nèi)部MOSFET充電，當MOSFET關閉時，電感器會通過整流器放電到負載。當電感器充電和放電時，電感器電壓反轉，使輸出電壓升高到VIN以上。
升壓轉換器的常用電路包括電感器、功率MOSFET、整流二極管、控制IC以及輸入和輸出電容器。典型的改造設置包括兩個MOSFET，其中一個取代整流二極管，并在電源開關關閉時打開。
MOSFET具有降低的電壓降，這在提高調(diào)節(jié)器效率的同時最大限度地減少了功耗。
升壓比VOUT/VIN由MOSFET開關的ON/OFF占空比決定，占空比也由反饋回路控制，以保持恒定的輸出電壓。輸出電容器充當緩沖器，減少輸出電壓紋波。最大負載電流由MOSFET電流絕對最大額定值和升壓比確定，而最大輸出電壓由MOSFET電壓絕對最大額定值來確定。為了實現(xiàn)同步整流的效果，某些升壓轉換器將整流器與MOSFET合并。

圖3升壓轉換器基本電路示意圖

四當輸入電壓不確定時選擇降壓-升壓轉換器
在輸入電壓變化（低于或高于輸出電壓）的應用中，使用升壓-降壓調(diào)節(jié)器。當VIN大于VOUT時，四個內(nèi)部MOSFET開關自動設置為降壓轉換器，當VIN小于VOUT時它們轉換為升壓操作。這使得降壓-升壓轉換器適用于電池供電的應用，特別是當電池電壓低于調(diào)節(jié)輸出電壓時，這有助于延長電池壽命。由于四開關降壓-升壓轉換器在完全同步模式下操作，因此獲得了更高的效率。降壓模式比升壓模式具有更高的輸出電流能力，因為升壓模式在相同的負載條件下需要更多的開關電流。

最大輸入和輸出電壓范圍由MOSFET的絕對最大額定電壓決定。在輸出電壓不需要參考地的情況下，例如LED驅動器，可以使用僅具有單個開關和整流器的降壓-升壓轉換器。輸出電壓通常與VIN有關。