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電源管理IC——電子設備的能力管理大師(下)

發布人:芝識課堂 時間:2023-04-23 來源:工程師 發布文章
電源管理的范圍相對較廣,包括電源轉換(DC-DC、AC-DC和DC-AC)、電源分配和檢測,以及結合了電源轉換和電源管理的系統。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驅動芯片、LED驅動芯片、電壓檢測芯片、電池充電管理芯片、柵極驅動器、負載開關、寬帶隙開關等。

在上期中,我們介紹了電源管理IC的基本知識和產品分類以及線性穩壓器工作原理等內容。今天我們繼續介紹其他幾種電源管理IC的工作原理和功能,重點介紹開關穩壓器、LDO以及負載開關。

 

開關穩壓器的工作原理

降壓型轉化器

圖1顯示了運動圖像。矩形波由MOSFET重復開關產生。該波作用于線圈。對矩形波進行平整(平均)可以得到所需的直流電壓。輸出電壓值由矩形波占空比決定。

升壓型轉化器

如圖2所示,當MOSFET接通時,電流主要流過線圈和MOSFET。此時,能量在線圈中積聚。線圈的工作旨在釋放積聚的能量并抑制電流的變化。當MOSFET關斷時,到此為止流過線圈的電流將失去方向。但由于線圈的持續電流特性,線圈端的電壓升高,電流流過二極管,電容器充電。這會導致超過輸入電壓的電壓產生。

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圖1 降壓型轉化器

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圖2 升壓型轉化器

 

LDO的功能

(1)欠壓鎖定(UVLO)
當輸入電壓降到規定的輸入電壓以下時,該功能使IC處于待機狀態,使得內部電路不會不穩定發生故障。
(2)電流限制
當輸出端子VOUT進入非故意短路模式狀態時,該功能可防止由于器件本身發熱而導致的退化和破壞。過流保護有兩種類型:一種是同時降低輸出電流和輸出電壓的折疊型;另一種是在保持輸出電流恒定的情況下降低輸出電壓的限流型。
(3)熱關斷(TSD)
它是一種防止因顯著的環境溫升而導致器件劣化和破壞,以及防止因意外的大電流負載等而導致器件本身發熱的電路。當內部溫度檢測電路檢測到指定溫度時,輸出晶體管被關斷。
(4)輸出放電
當輸出晶體管關斷時,VOUT的端子電壓可以根據連接到輸出端子的負載電容保持一定的時間。此電路將快速釋放積聚在負載側的電荷,并將VOUT端子電壓降至IC GND左右。

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圖3 LDO方框圖

 

負載開關IC

 

負載開關IC連接在電源和負載(IC或LSI)之間。它是一種根據系統的工作模式來控制提供給IC和LSI的電源線開/關以降低功耗的電源管理IC。類似的開關可以配置機械式繼電器或分立器件(MOSFET),但負載開關IC功耗低,內置多種保護功能,可以提高系統的可靠性。

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圖4 負載開關IC示意圖

 

負載開關IC的功能

(1)欠壓鎖定(UVLO)
當輸入電壓降到規定的輸入電壓以下時,該功能使IC處于待機狀態,使得內部電路不會不穩定發生故障。
(2)熱關斷(TSD)
它是一種防止因顯著的環境溫升而導致器件劣化和破壞,以及防止因意外的大電流負載等而導致器件本身發熱的電路。當內部溫度檢測電路檢測到指定溫度時,輸出晶體管被關斷。
(3)真反向電流阻斷
當輸入電壓VIN高于輸出電壓VOUT時,電流從VOUT引腳流回VIN引腳。防止反向電流,保護連接到VIN端子的電源等免于退化和破壞。
(4)過流限制
當輸出端VOUT無意間短路時,它可以防止因器件本身發熱而導致的退化和破壞。
(5)轉換率控制驅動電路
該電路將抑制開關瞬態過程中產生的浪涌電流。
(6)輸出放電
在一般負載開關電路中,當輸出晶體管關斷時,VOUT的端子電壓可以根據連接到輸出端子的負載電容保持一定的時間。此電路將快速釋放積聚在負載側的電荷,并將VOUT端子電壓降至IC GND左右。

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圖5 負載開關IC方框圖

 

在兩期電源管理IC知識的介紹中,我們重點介紹了電源管理IC的基本分類和電源管理系統體系組成,并著重給大家介紹了線性穩壓器、開關穩壓器、LDO以及負載開關四大類產品的基本工作原理和相關功能。請大家繼續關注芝識課堂,我們帶給您最詳盡的半導體設計知識與技巧。

 

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關鍵詞: 電源管理IC 東芝

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