科普｜电源管理知识

兰博

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虽然电源管理对几乎所有电子设备都非常重要，但它通常不是关注的重点。电源管理系统可以提高产品的可靠性和性能，通常可以支持众多其他功能。

电源管理集成电路 (PMIC) 体积小、效率高、设计灵活，在电池供电的电子设备（包括智能手机和可穿戴设备）中尤为重要。

图 1：电池可按不同方式连接，以提供不同的电流和电压输出。

 

DC 电池配置

电子设备使用哪种电源管理子系统，取决于电源类型。这些电源包括交流、直流或超低功耗直流电源，例如太阳能。许多设备都由单个电池或电池组（包含多个电池）提供直流电源。这些电池可按不同方式连接，以提供不同的电流和电压输出。在图 1 示例中：

 

采用串联电池可以提高电池组的峰值电压和容量。

采用并联电池不能提高电池组的电压，但可以提高其整体电流能力和容量。

同时采用串联和并联电池可以提高电压、电流和容量。

 

直流电压稳压器的类型

在一些电池供电应用中，系统组件可能无法直接使用电池电源，需要使用 DC-DC 转换器来监测和稳定调节提供给系统的电压。这些转换器又称稳压器，可稳定调节提供的电压。根据电压转换方法，稳压器可分为两种类型。

线性稳压器使用线性（电阻）组件来稳定调节 Vout，将输入电压 (Vin) 转换为不同的输出电压 (Vout)。它们通常用于低功率输出应用。线性稳压器可实现低噪声输出，适用于敏感的模拟组件，例如传感器。但缺点是效率不高。

与之相比，开关稳压器高效、灵活，且体积小，但会发出高频噪声。开关稳压器使用场效应晶体管 (FET) 将直流输入电压转换为交流波形，然后使用电容和电感将它转换为不同的直流输出电压。

 

开关稳压器

开关稳压器根据其输入和输出电压之间的关系进行分类。

降压开关稳压器：Vout 低于 Vin。

升压开关稳压器：Vout 高于 Vin。

降压-升压开关稳压器：Vout 可变：可能低于、高于或等于 Vin。

图 2：四种常用稳压器技术比较。

 

现今的电源管理集成电路 (PMIC)

PMIC 是一种小型多功能集成电路，用于实施电压转换、电压调节和电池管理（图 3）。现今的 PMIC 可以处理电子设备中所需的多项甚至所有电压调节功能。只需简单更改固件或寄存器设置，即可用于不同应用，无需实施高成本的硬件变更。这有助于以更低的成本更快地开发新应用。

图 3：PMIC 是一种小型多功能集成电路，用于实施电压转换、电压调节和电池管理。

PMIC 可用于多种不同的行业和产品类型。它们可以提供多种功能，包括充电、功率损耗保护以及 DC-DC 电压转换和稳压。PMIC 体积小巧，功耗低，可用于许多小型设备，例如可穿戴设备；可听设备（例如耳塞）、移动设备、传感器；以及物联网 (IoT) 设备。它们可以充分改善产品的性能和效率，提高其设计灵活性，降低物料成本，从而帮助制造商降低总成本，并加快产品上市速度。