電源管理IC

在日常生活中，人們對電子設(shè)備的依賴越來越嚴(yán)重，電子技術(shù)的更新?lián)Q代，也同時意味著人們對電源的技術(shù)發(fā)展寄予厚望，下面就為大家介紹電源管理技術(shù)的主要分類。

電源管理半導(dǎo)體從所包含的器件來說，明確強(qiáng)調(diào)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(dǎo)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(dǎo)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(diào)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(fù)輸出系列電路，此外不有脈寬調(diào)制（PWM）型的開關(guān)型電路等。因技術(shù)進(jìn)步，集成電路芯片內(nèi)數(shù)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(diào)整器應(yīng)運而生。電源管理用接口電路主要有接口驅(qū)動器、馬達(dá)驅(qū)動器、功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET）驅(qū)動器以及高電壓/大電流的顯示驅(qū)動器等等。

電源管理分立式半導(dǎo)體器件則包括一些傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)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(jié)構(gòu)的功率場效應(yīng)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(dǎo)體才改稱為電源管理半導(dǎo)體。也正是因為這么多的集成電路（IC）進(jìn)入電源領(lǐng)域，人們才更多地以電源管理來稱呼現(xiàn)階段的電源技術(shù)。

電源管理IC 8種類型簡介

1、AC/DC調(diào)制IC。內(nèi)含低電壓控制電路及高壓開關(guān)晶體管。

2、DC/DC調(diào)制IC。包括升壓/降壓調(diào)節(jié)器，以及電荷泵。

3、功率因數(shù)控制PFC預(yù)調(diào)制IC。提供具有功率因數(shù)校正功能的電源輸入電路。

4、脈沖調(diào)制或脈幅調(diào)制PWM/PFM控制IC。為脈沖頻率調(diào)制和/或脈沖寬度調(diào)制控制器，用于驅(qū)動外部開關(guān)。

5、線性調(diào)制IC（如線性低壓降穩(wěn)壓器LDO等）。包括正向和負(fù)向調(diào)節(jié)器，以及低壓降LDO調(diào)制管。

6、電池充電和管理IC。包括電池充電、保護(hù)及電量顯示IC，以及可進(jìn)行電池數(shù)據(jù)通訊“智能”電池IC。

7、熱插板控制IC（免除從工作系統(tǒng)中插入或拔除另一接口的影響）。

8、MOSFET或IGBT的開關(guān)功能ic。

在這些電源管理IC中，電壓調(diào)節(jié)IC是發(fā)展最快、產(chǎn)量最大的一部分。各種電源管理IC基本上和一些相關(guān)的應(yīng)用相聯(lián)系，所以針對不同應(yīng)用，還可以列出更多類型的器件。

電源管理的技術(shù)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(nèi)容：一方面想要保持能量轉(zhuǎn)換的綜合效率，同時還希望減小設(shè)備的尺寸;另一方面是保護(hù)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(jī)和電信應(yīng)用中更加高效適配器和電源的需要。在電源電路設(shè)計方面，一般待機(jī)能耗已經(jīng)降到1W以下，并可將電源效率提高至90%以上。要進(jìn)一步降低現(xiàn)有待機(jī)能耗，則需要有新的IC制造工藝技術(shù)及在低功耗電路設(shè)計方面的突破。

電源管理ic發(fā)展趨勢

隨著可穿戴產(chǎn)品、智能產(chǎn)品、中小家電等各種電器產(chǎn)品的發(fā)展需求，對電源管理IC提出了更高的要求。針對更高的應(yīng)用需求，電源管理IC技術(shù)將有怎樣的發(fā)展。

對于電子產(chǎn)品而言，電源是其生命力的重要保障。沒有電源，電子產(chǎn)品無法正常運行。而高效地電源管理，則使得電子產(chǎn)品的性能更加突出，這也正是電源管理芯片的價值所在。

隨著可穿戴產(chǎn)品、智能產(chǎn)品、中小家電等各種電器產(chǎn)品的發(fā)展需求，對電源管理IC提出了更高的要求。針對更高的應(yīng)用需求，電源管理IC技術(shù)將有怎樣的發(fā)展。對此，《智慧產(chǎn)品圈》記者采訪了意法半導(dǎo)體大中華與南亞區(qū)工業(yè)及功率轉(zhuǎn)換產(chǎn)品部市場應(yīng)用總監(jiān)David Lucchetti。David Lucchetti重點圍繞三個方面進(jìn)行了分享：新型接口技術(shù)、快速充電、智能化管理。

新型接口技術(shù)：USB Type-C實現(xiàn)雙向傳輸

老款USB充電的應(yīng)用主要集中在手機(jī)上，而且由于USB接口上下不一致，幾乎無法一次插準(zhǔn)。此外，USB協(xié)議接口只能是5V、500mA的電流能力，且功率只能單向傳輸。隨著，越來越多的設(shè)備有USB接口的需求，新型標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)應(yīng)運而生，完全克服了傳統(tǒng)USB充電的局限性。

David Lucchetti指出，USB Type-C具有以下特點：1.最大數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到10Gbit/秒，也是USB 3.1的標(biāo)準(zhǔn)；2.支持從正反兩面均可插入的“正反插”功能；3.配備Type-C連接器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格連接線可通過3A電流，同時還支持超出現(xiàn)有USB供電能力的“USB PD”，可以提供最大100W 的電力。

USB Type-C端口有USB3.1這里和3.0兩種，USB3.1的傳輸速度更快。新接口技術(shù)的功率傳輸是雙向的，可以擁有兩種發(fā)送功率方式。用戶不僅可以用筆記本為移動設(shè)備充電，也可以利用其它設(shè)備或移動電源為筆記本充電。即：之前被充電設(shè)備也可以作為可充電設(shè)備。此外，USB-TypeC具備后向兼容，USB-TypeC可以與舊版的USB標(biāo)準(zhǔn)兼容，但用戶需要額外購買適配器才能完成兼容。

“USB Type-C總共有5種協(xié)議，之前的協(xié)議是5V、2A、10W左右，最主要應(yīng)用在手持設(shè)備。再大一點功率的有5V、2A或者12V、1.5A，可以到18W。如果大功率36W，Pad以及Tablet或其他設(shè)備都可以采用這樣的USB Type-C協(xié)議。針對大功率，已經(jīng)可以達(dá)到60W的功率范圍。對于協(xié)議5來說，可以達(dá)到100W、20V、5A這樣的范圍?！?David Lucchetti表示。

據(jù)了解，在電源管理IC上，目前意法半導(dǎo)體采用Combo芯片，集成(PFC+LLC)于一體的STCMB1，另外加DC-DC，還有其USB3.0接口技術(shù)。

業(yè)界預(yù)計，配備USB Type-C技術(shù)USB3.0\3.1接口的設(shè)備將達(dá)到21億臺。2016年之后，將有12%的手機(jī)終端會用到像這樣的Type-C的接口。

快速充電方案：10分鐘充40%的電量

隨著用電設(shè)備越來越多，手機(jī)及其他用電設(shè)備擁有更長的待機(jī)時間，則顯得十分必要。

針對于高通Quick Charge的標(biāo)準(zhǔn)，最初是10分鐘充10%的電，后來2.0標(biāo)準(zhǔn)是在10分鐘充30%左右的電量，現(xiàn)在基本上高通3.0是10分鐘充40%的電量。高通3.0的協(xié)議，可以節(jié)約充電時間進(jìn)行快速充電。

對應(yīng)的是高通Quick Charge3.0協(xié)議，David Lucchetti指出，意法半導(dǎo)體推出STQC30快速的充電方案。STQC30元器件外圍組件少、功能全、封裝小、集成泄放電阻，可設(shè)置電流分布，低待機(jī)功耗，自適應(yīng)過壓保護(hù)，Vcc電壓范圍擴(kuò)大(支持小于3V的工作電壓)。

智能化管理：技術(shù)方案和材料工藝上實現(xiàn)

智能化管理是電源管理IC的另一個新動向，主要通過智能開關(guān)的方式來實現(xiàn)。其智能開關(guān)實現(xiàn)的途徑有兩個：一個是技術(shù)上有智能技術(shù)方案，有智能的核;另一個是從材料、半導(dǎo)體工藝技術(shù)上，讓產(chǎn)品智能。

目前，從數(shù)據(jù)通信/電信服務(wù)器的小規(guī)模市場到消費電子的大規(guī)模市場，電源呈現(xiàn)數(shù)字化趨勢。

對于大功率工業(yè)電源而言，其廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心處理器以及工業(yè)大功率電源方面，這就是數(shù)字電源Smart Power Supply。在數(shù)字電源方面，據(jù)David Lucchetti介紹，目前智能電的解決方案表現(xiàn)在兩個方面：一是有數(shù)字化的核做處理，加上主要控制的元器件，產(chǎn)生集成的方案。二是設(shè)計、應(yīng)用時有交互的設(shè)計GUI界面，可以縮短Time to market設(shè)計時間、設(shè)計周期，使得方案更快速地響應(yīng)這個市場需求。

對于小功率電源而言，主要針對消費類電子的解決方案。其解決方案是，通過半導(dǎo)體工藝，對于隔離的產(chǎn)品會有磁隔離技術(shù);還有線性Linear的處理器等等，這也是智能的表現(xiàn)之一。

智能電源重點集中在照明上，據(jù)悉，當(dāng)前ST擁有STLUX平臺，在LED的應(yīng)用、HID應(yīng)用、熒光燈的應(yīng)用都可以采用，具有PWM的調(diào)光功能，0-10V或Triac可控硅的調(diào)光都可以實現(xiàn)。STLUX平臺的智能表現(xiàn)在，里面有一個STM8的核，這個數(shù)字核讓設(shè)計可以有更好的靈活度和快速的響應(yīng)度。如果是模擬方案，工程師則需要重新做個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或重新做一些設(shè)計。而數(shù)字方案，由于有Graphic user interface的交互，工程師對硬件不需要做大的改動，只需要做軟件的調(diào)整就可以獲得很好的方式實踐，迅速完成新的數(shù)字方案設(shè)計。

在照明的智能的表現(xiàn)上，更加地滿足了人文方面的需求，比如對燈的調(diào)光、調(diào)光的感受、對燈具的多路控制、多路的調(diào)光控制等等。同時，還將智能變得更加便利，例如通過電力載波還可以對路燈做一些控制。因此，這種智能照明不僅僅在民用上，也可以應(yīng)用在商用和工業(yè)類照明上。

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