使用 PMIC，獲得更寬的輸入電壓范圍產(chǎn)生更好的設(shè)計(jì)

在一個(gè)有時(shí)似乎專注于使用名義上的 12V 和 24V 電池組等所謂的嚴(yán)格限制電源運(yùn)行的設(shè)計(jì)世界中，很高興知道仍然需要能夠處理更寬輸入擺幅的穩(wěn)壓器。

當(dāng)我看到最近的一篇文章時(shí)，這一點(diǎn)變得清晰起來。德州儀器討論了設(shè)計(jì)人員使用能夠處理更寬 V IN 跨度的輸入穩(wěn)壓器的持續(xù)需求，盡管在許多情況下穩(wěn)壓器的直流輸入范圍明顯有限。事實(shí)證明，在通信、工業(yè)和汽車應(yīng)用等現(xiàn)實(shí)世界領(lǐng)域，許多直流電源的范圍畢竟不是那么窄，即使它們被認(rèn)為“表現(xiàn)良好”。

PMIC就是電源管理單元，一種高集成的、針對(duì)便攜式應(yīng)用的電源管理方案，即將傳統(tǒng)分立的若干類電源管理芯片，如低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)、直流直流轉(zhuǎn)換器(DC/DC)，但現(xiàn)在它們都被集成到手機(jī)的電源管理單元(PMU)中，這樣可實(shí)現(xiàn)更高的電源轉(zhuǎn)換效率和更低功耗，及更少的組件數(shù)以適應(yīng)縮小的板級(jí)空間，成本更低。

PMIC一般是和主芯片綁定定制的。因?yàn)樗浜螩PU的上電時(shí)序。某些電壓的上電順序和之間的時(shí)間間隔有先后關(guān)系和時(shí)間要求。這個(gè)是掩模好的。PMU其實(shí)是帶有掩模程序的專用電源控制器。要32.768KHZ的晶體和19.2M的晶體.待機(jī)狀態(tài)是32.768KHZ的晶體工作，正常工作是19.2M的主晶體工作。

靠上電池后PMIC進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，PMU由32.768KHZ的晶體提供時(shí)鐘，按POWER按鍵觸發(fā)開機(jī)后，安裝定制的開機(jī)順序?qū)?duì)應(yīng)的LDO,DC-DC打開，19.2M的主時(shí)鐘工作，CPU電源正常后，輸出設(shè)置給CPU，輸出復(fù)位信號(hào)給CPU，釋放復(fù)位信號(hào)，CPU開始啟動(dòng)。CPU輸出PS_HOLD信號(hào)將PMIC的狀態(tài)處于工作狀態(tài)。(關(guān)機(jī)的時(shí)候CPU將PS_HOLD拉低電，PMIC關(guān)閉進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài))

CPU工作正常后，可以通過I2C接口對(duì)PMIC的各個(gè)模塊進(jìn)行控制。比如系統(tǒng)變頻的時(shí)候，不同的工作頻率要調(diào)整core電壓到對(duì)應(yīng)的電壓。RTC時(shí)間的設(shè)置和ALARM的時(shí)鐘。同時(shí)PMIC可以將異常事件產(chǎn)生中斷信號(hào)給CPU，CPU再進(jìn)行中斷處理。

PMIC的電源越多，對(duì)系統(tǒng)的模塊供電就越細(xì)，各個(gè)模塊的電源受牽連就小，所以就越省電。

為了證實(shí)這一點(diǎn)并超越軼事，TI 引用了Databeans Inc. 2012 年的一項(xiàng)研究結(jié)果，該研究表明 35% 的 PMIC(電源管理 IC — 控制器和穩(wěn)壓器)的額定電壓高于 20V。雖然沒有這么說，但我懷疑這些結(jié)果是基于單位體積的，因此由于真正的低電壓/低輸入跨度應(yīng)用手持設(shè)備的體積很大，因此會(huì)有很大的權(quán)重。我認(rèn)為如果從應(yīng)用領(lǐng)域來看，超過 20V 的 PMIC 的比例會(huì)高得多。

為什么要使用輸入范圍更廣的 PMIC?TI 文章列舉了幾個(gè)原因：根據(jù)定義，允許輸入軌具有更寬跨度的應(yīng)用(例如 PoE);瞬變很常見的那些(工業(yè)和醫(yī)療);那些是罕見的瞬態(tài)可能會(huì)發(fā)生并導(dǎo)致系統(tǒng)損壞(系統(tǒng)可能會(huì)看到零星的 EMI 引起的瞬態(tài))。對(duì)于某些設(shè)計(jì)，它主要是為了設(shè)計(jì)保險(xiǎn)和安心，通常會(huì)帶來長(zhǎng)期的整體可靠性。

雖然可以使用一個(gè)或多個(gè)浪涌保護(hù)器和鉗位元件為 PMIC 添加外部保護(hù)，但這增加了設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)以及 BOM 復(fù)雜性和成本。使用更寬的 V IN PMIC 還可以讓設(shè)計(jì)人員在多個(gè)地方重復(fù)使用具有已知特性和特性的選定 PMIC(少了一件讓工程師“驚喜”的事情);這樣做也將簡(jiǎn)化 BOM。

您是否曾希望使用 V IN范圍更廣的 PMIC ?相反，您是否曾在設(shè)計(jì)審查或 BOM 審查中證明這樣做的決定是正確的?

還有一個(gè)有點(diǎn)相關(guān)的問題：推動(dòng)在汽車中使用 24V 直流電軌發(fā)生了什么事情，這種做法開始引起很多關(guān)注，然后在大約 10 年前就失敗了?很明顯，標(biāo)準(zhǔn)的 12V 電源軌無法提供當(dāng)今汽車所需的所有放大器，無論是基本操作還是所有這些附加的安全和娛樂子系統(tǒng)。

結(jié)果，推動(dòng)通過兩節(jié)電池達(dá)到 24V，標(biāo)準(zhǔn)被定義，許多領(lǐng)先供應(yīng)商發(fā)布了用于更高電壓軌的關(guān)鍵部件(例如，PMIC、FET、開關(guān))。然而，今天的汽車仍然使用 12V 來滿足所有基本的直流電軌需求。是否存在 24V 從未流行起來的單一主導(dǎo)原因，還是由于多種原因的組合(例如，空間、成本、通用性、由于低功率電子設(shè)備而減少了所需的安培數(shù))?