電源管理芯片設計

主要電源管理芯片有的是雙列直插芯片，而有的是表面貼裝式封裝，其中HIP630x系列芯片是比較經(jīng)典的電源管理芯片，由著名芯片設計公司Intersil設計。它支持兩/三/四相供電，支持VRM9.0規(guī)范，電壓輸出范圍是1.1V-1.85V，能為0.025V的間隔調(diào)整輸出，開關頻率高達80KHz，具有電源大、紋波小、內(nèi)阻小等特點，能精密調(diào)整CPU供電電壓。

電源管理集成電路(IC)是一種芯片，負責電子設備系統(tǒng)中電能的轉(zhuǎn)換、配電、檢測和其他電源管理。其主要負責將源電壓和電流轉(zhuǎn)換為可由微處理器、傳感器等負載使用的電源。1958年，德州儀器(TI)的工程師杰克·基爾比發(fā)明了集成電路，這種被叫做芯片的電子部件，開啟了處理信號和電力電子設備的新時代，基爾比也在2000年憑借該發(fā)明榮獲諾貝爾物理學獎。

電源管理的范圍相對較廣，包括電源轉(zhuǎn)換(DC-DC、AC-DC和DC-AC)、電源分配和檢測，以及結合了電源轉(zhuǎn)換和電源管理的系統(tǒng)。相應地，電源管理芯片的分類也包括這些方面，例如線性電源芯片、電壓基準芯片、開關電源芯片、LCD驅(qū)動芯片、LED驅(qū)動芯片、電壓檢測芯片、電池充電管理芯片、柵極驅(qū)動器、負載開關、寬帶隙開關等。

電源管理芯片的應用范圍十分廣泛，發(fā)展電源管理芯片對于提高整機性能具有重要意義，對電源管理芯片的選擇與系統(tǒng)的需求直接相關，而數(shù)字電源管理芯片的發(fā)展還需跨越成本難關。當今世界，人們的生活已是片刻也離不開電子設備。電源管理芯片在電子設備系統(tǒng)中擔負起對電能的變換、分配、檢測及其它電能管理的職責。電源管理芯片對電子系統(tǒng)而言是不可或缺的，其性能的優(yōu)劣對整機的性能有著直接的影響。

所有電子設備都有電源，但是不同的系統(tǒng)對電源的要求不同。為了發(fā)揮電子系統(tǒng)的最佳性能，需要選擇最適合的電源管理方式。首先，電子設備的核心是半導體芯片。而為了提高電路的密度，芯片的特征尺寸始終朝著減小的趨勢發(fā)展，電場強度隨距離的減小而線性增加，如果電源電壓還是原來的5V，產(chǎn)生的電場強度足以把芯片擊穿。所以，這樣，電子系統(tǒng)對電源電壓的要求就發(fā)生了變化，也就是需要不同的降壓型電源。為了在降壓的同時保持高效率，一般會采用降壓型開關電源。同時，許多電子系統(tǒng)還需要高于供電電壓的電源，比如在電池供電設備中，驅(qū)動液晶顯示的背光電源，普通的白光LED驅(qū)動等，都需要對系統(tǒng)電源進行升壓，這就需要用到升壓型開關電源。此外，現(xiàn)代電子系統(tǒng)正在向高速、高增益、高可靠性方向發(fā)展，電源上的微小干擾都對電子設備的性能有影響，這就需要在噪聲、紋波等方面有優(yōu)勢的電源，需要對系統(tǒng)電源進行穩(wěn)壓、濾波等處理，這就需要用到線性電源。上述不同的電源管理方式，可以通過相應的電源芯片，結合極少的外圍元件，就能夠?qū)崿F(xiàn)?？梢?，發(fā)展電源管理芯片是提高整機性能的必不可少的手段。

電子設備所具備的功能越多、性能越高，其結構、技術、系統(tǒng)就越復雜，傳統(tǒng)的模擬技術電源管理IC滿足系統(tǒng)整體電源管理要求的難度也就越大，價格也更加昂貴。數(shù)字控制器的核心主要由三個特殊模塊組成：抗混疊(anti-aliasing)濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器(DPWM)。為了達到與模擬控制架構同等的性能指標，必須具備高分辨率、高速和線性ADC以及高分辨率、高速PWM電路設計。ADC分辨率必須能夠滿足誤差小于輸出電壓允許變化的范圍，所需的輸出電壓紋波越小，則對ADC的分辨率要求越高。同時，由于抗混疊濾波器以及流水線式或SAR模數(shù)轉(zhuǎn)換器會引入環(huán)路延時，所以我們迫切需要高采樣速率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模擬控制器對所產(chǎn)生的可能脈沖寬度存在固有的限制，而DPWM可以產(chǎn)生離散和有限的PWM寬度集。從穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出角度看，只可能有一組離散的輸出電壓。由于DPWM是反饋環(huán)路中的一部分，因此DPWM的分辨率必須足夠高才能使輸出不顯示眾所周知的極限周值。不顯示任何極限周值所需的最少位數(shù)取決于拓撲、輸出電壓和ADC分辨率。同時，系統(tǒng)的環(huán)路穩(wěn)定性由PI或者PID控制器來調(diào)整。