电源管理-电源转换的基本概念是什么?

功率转换的基础知识:

电源管理组件的选择高度依赖于应用程序本身的电源输入和输出条件。选择合适的电源管理组件取决于应用程序的输入和输出条件。首先，确定输入和输出之间的电压差(VIN-VOUT)。其次，必须考虑具体的应用要求，如效率要求、热约束、噪声容限、系统复杂性、成本等，以确定最合适的电源解决方案。

输入电源是交流电源还是直流电源?期望输出电压比输入电压高还是低?负载电流是多少?系统是否需要动态调整负载电流?根据不同应用的特殊要求，会选用不同的功率转换元件。

电源管理ic (PMIC)选型标准:

PMIC (Power Management IC)，又称电源管理IC，是一种专用集成电路，其功能是对主系统进行电源管理。pmic常用于使用电池作为电源的设备中。由于这类设备通常有多个电源，系统需要多个不同电压的电源，并且需要控制电池的充放电，传统上满足这样的要求会占用大量的时间。减少了空间，同时增加了产品开发时间，从而产生了PMIC的出现。

PMIC的主要功能是控制电流的流量和方向，以满足系统的需要。从多个电源中选择并分配电源到系统的各个部分，如提供多个不同电压的电源，为内部电池充电。由于大多数系统使用的是电池供电，他们采用高转换效率的设计，以减少电力损失。设计时，首先要考虑的是输入输出电压差(VIN - VOUT)。在选择最佳电源解决方案时，必须考虑应用程序的特定需求，如效率、热约束、噪声、复杂性和成本。

电源管理IC (power management IC)是一种集成电路，在一个芯片中包含多个电源轨道和电源管理功能。pmic通常用于为小型电池驱动设备供电，因为将多个功能集成到一个芯片中可以更有效地利用空间和系统电源。通常集成到PMIC的功能包括电压转换器和稳压器，电池充电器，电池燃料计，LED驱动器，实时时钟，电源排序器和电源控制。低功耗pmic为空间受限的应用(如可穿戴设备、可穿戴设备、传感器和物联网设备)提供了高效和紧凑的形式因素。高性能pmic最大限度地提高了每瓦性能，同时提高了计算密集型平台(如soc、fpga和应用处理器)的系统效率。

当IC对象需要主体辅助操作时，需要电压提供稳定的电源。必须优先考虑电压的稳定性和电源是否需要降低或增加。然后把精力用在工作上。整个平台的运行来自于控制管理系统。

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当VOUT小于VIN时，所需的输出电流和VIN/VOUT比值是选择低损耗线性稳压器(LDO)或降压变换器(Buck)的重要因素。低损耗线性稳压器(ldo)是要求低噪声、低电流和低VIN/VOUT比的应用的理想选择。低降线性稳压器(LDOs)通过线性方式控制通元件的导通来调节输出电压。线性稳压器提供准确和无噪声的输出电压，响应快速的负载变化在输出。而线性调节是指输入输出电压差乘以平均负载电流为线性稳压器通元耗散的功率，即Pd = (VIN - VOUT) * ILOAD。高VIN/VOUT比和高负载电流都会导致过多的额外功率损耗。

功耗较高的低损耗线性稳压器(ldo)需要更大的封装尺寸，这增加了成本、PCB空间和热能消耗。当LDO功耗超过~0.8W时，明智的选择是切换到buck变换器。在选择LDO时，需要综合考虑输入输出电压范围、LDO的当前级别和封装的散热能力。LDO压降是指VIN - VOUT在可调节范围内的最小电压。在微功率应用中，如果应用需要使用单一电池供电多年，那么LDO静止电流IQ必须足够低，以减少不必要的电池损耗。这种应用需要特殊的低损耗线性稳压器(ldo)，具有低静态电流智商。buck变换器是一种开关buck变换器，在更高的VIN/VOUT比和更高的负载电流下提供高效率和灵活的输出。大多数降压变换器包含一个内部高侧MOSFET和一个作为同步整流器的低侧MOSFET，由一个内部占空比控制电路控制两者的交替开/关以调节平均输出电压。开关引起的噪声可以通过外部LC滤波器进行滤波。

由于两个mosfet交替开或关，功耗非常小。通过控制占空比，可以产生更大的VIN/VOUT比的输出。内部MOSFET的通阻RDS (ON)决定了降压变换器的电流处理能力，而MOSFET的电压额定值决定了最大输入电压。开关频率和外部LC滤波器组件共同决定了输出处纹波电压的大小。在开关频率较高的buck变换器中使用的滤波元件可以更小，但开关引起的功耗会增加。具有脉冲跳过模式(PSM)的Buck转换器降低了轻负载时的开关频率，从而提高了轻负载时的效率，这对于需要低功率待机模式的应用非常重要。

升压转换器用于VOUT高于VIN的应用。升压变换器将输入电压提升到更高的输出电压。工作原理是电感通过内部MOSFET充电。当MOSFET关闭时，电感通过整流器放电到负载。充电和放电电感反向电感电压，提高输出电压高于VIN。MOSFET开关的ON/OFF占空比将决定升压比VOUT/VIN，反馈回路也控制占空比以保持稳定的输出电压。输出电容是用来降低输出电压纹波的缓冲元件。MOSFET的额定电流和升压比共同决定了最大负载电流，而MOSFET的额定电压决定了最大输出电压。一些升压变流器将整流器与MOSFET集成，以达到同步整流的效果。

Buck-boost变换器用于输入电压可能变化的应用，或低于或高于输出电压。当VIN高于VOUT时，四个内部MOSFET开关自动配置为降压转换器，当VIN低于VOUT时切换为升压操作。这使得buck-boost变换器非常适合电池供电的应用，特别是当电池电压低于调节输出电压时，延长电池寿命。由于开关buck-boost变换器是一种完全同步的操作模式，因此实现了更高的效率。buck模式下的输出电流能力高于boost模式。因为在相同的负载条件下，升压模式和降压模式相比前者需要更高的开关电流。MOSFET的额定电压将决定最大输入和输出电压范围。在输出电压不需要参考地面的应用中，如LED驱动器，可以使用只有一个开关和整流器的buck-boost转换器。在大多数情况下，输出电压与VIN相关。

PMIC系统设计的挑战:

• 管理多输入电源、电池和负载之间的电源路径。
• 尽量减少热问题。
• 最大化效率(即为大容量电池充电)。
• 最大化USB端口的电流(2.5W可用)。
• 尽量减少溶液引脚的占地面积和高度。