电源IC基础知识

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今天我们要为大家介绍的是电源IC基础知识。在电子设备中，电源IC扮演着至关重要的角色，它们负责将输入的电源转换为设备所需的稳定电压，为各个电路和芯片提供可靠的电力供应。了解电源IC的基础知识，对于我们深入理解电子设备的工作原理，以及进行有效的电路设计和优化具有重要意义。

电源IC
电源管理是一种对电源进行管理，支持设备多功能化和实现节能的功能。该IC即所谓的电源管理IC。

除了简单的线性稳压器IC、开关稳压器IC和多功能系统电源IC之外，电源管理IC还包括负载开关IC，这种负载开关IC将在待机期间停止向负载供电并控制供电顺序。

系统中的电源线结构示例
根据系统要求的规格，器件电源采用各种电源管理IC。

为什么需要POL电源IC？
由于使用的LSI具有低电压和多功能性，因此需要具有低电压容限和低噪声的电源。同时，由于电路板布线较长，由串扰引起的电压降和电源噪声成为了需要解决的问题。对于这种应用，能在负载端（靠近待使用的电路块）附近产生和提供电压的POL（负载点）电源IC已引起了人们的广泛关注。

本地电源IC的类型

有两种本地电源IC：（1）线性型和（2）开关型。电路设计人员可以正确选择这些功率IC并将其放置在正确位置以最大限度提高设备的性能。


线性型包括串联稳压器（通常为LDO和3端稳压器）和并联稳压器。生产低噪声、高精度本地电源只需利用很少的外部零件，制作简单、成本较低。但是损耗很高（效率低），且只能使用降压型。特别是并联稳压器的效率非常低，目前往往不使用。

它通常被称为DC/DC转换器。根据电路配置，可以使用升压型或降压型。虽然损耗很低（效率高），但必须要使用线圈等外部零件，所以电路尺寸将变大，成本也增高。切换输入直流电压（~1MHz）以产生矩形波，该矩形波将被平整并转化为所需的直流电压。虽然我们公司提供的IC种类有限，但我们提供各种MOSFET，可用于DC/DC转换器应用。
线性稳压器的工作原理

串联稳压器
如左下图所示，不需要外部组件。（需要输入／输出电容器）MOSFET作为可变电阻进行工作，因此输出电压变为恒定电压。
MOSFET的漏极和源极之间的电位差（V(IN)－V(OUT)）×输入电流（I(IN)）将产生损耗。例如，如果输入是5V，输出是3V，则效率是60%。它用于要求低噪声和精确输出电压的电路电源。

并联稳压器
右下图中虚线所包围的区域是IC。它需要三个外部电阻。内置晶体管作为可变电阻进行工作，因此I(K)＋I(OUT)＝I(IN)＝常数。其结果是，在R(SD)处产生的电压变为恒定，并且输出电压变为恒定电压。但除了输出电流外，还需要通过晶体管的阴极电流。此外，在输入侧电阻R(SD)处存在电压降，这将降低效率。它用于低电流（~20mA）应用，比如开关电源参考电压和开关电源光耦驱动电路。

开关稳压器的工作原理
降压型转换器左下图显示了运动图像。矩形波由MOSFET重复开关产生。该波作用于线圈。对矩形波进行平整（平均）可以得到所需的直流电压。输出电压值由矩形波占空比决定。


升压型转换器如右下图所示，当MOSFET接通时，电流主要流过线圈和MOSFET。此时，能量在线圈中积聚。线圈的工作旨在释放积聚的能量并抑制电流的变化。当MOSFET关断时，到此为止流过线圈的电流将失去方向。但由于线圈的持续电流特性，线圈端的电压升高，电流流过二极管，电容器充电。这会导致超过输入电压的电压产生。

LDO的功能
（1）欠压锁定（UVLO）当输入电压降到规定的输入电压以下时，该功能使IC处于待机状态，使得内部电路不会不稳定发生故障。


（2）电流限制当输出端子V(OUT)进入非故意短路模式状态时，该功能可防止由于器件本身发热而导致的性能下降和损坏。过流保护有两种类型：一种是同时降低输出电流和输出电压的折叠型；另一种是在保持输出电流恒定的情况下降低输出电压的限流型。


（3）热关断（TSD）它是一种防止因显著的环境温升而导致器件性能下降和损坏，以及防止因意外的大电流负载等而导致器件本身发热的电路。当内部温度检测电路检测到指定温度时，输出晶体管被关断。（4）输出放电当输出晶体管关断时，V(OUT)的端子电压可以根据连接到输出端子的负载电容保持一定的时间。此电路将快速释放积聚在负载侧的电荷，并将V(OUT)端子电压降至IC GND左右。

负载开关IC
负载开关IC连接在电源和负载（IC或LSI）之间。它是一种根据系统的工作模式来控制提供给IC和LSI的电源线开／关以降低功耗的电源管理IC。类似的开关可以配置机械式继电器或分立器件（MOSFET），但负载开关IC功耗低，内置多种保护功能，可以提高系统的可靠性。

负载开关IC的功能
（1）欠压锁定（UVLO）当输入电压降到规定的输入电压以下时，该功能使IC处于待机状态，使得内部电路不会不稳定发生故障。


（2）热关断（TSD）它是一种防止因显著的环境温升而导致器件性能下降和损坏，以及防止因意外的大电流负载等而导致器件本身发热的电路。当内部温度检测电路检测到指定温度时，输出晶体管被关断。


（3）真反向电流阻断当输入电压V(IN)高于输出电压V(OUT)时，电流从V(OUT)引脚流回V(IN)引脚。防止反向电流，保护连接到VIN端子的电源等免于性能下降和损坏。


（4）过流限制当输出端V(OUT)意外短路时，它可以防止因器件本身发热而导致的性能下降和损坏。


（5）转换速率控制驱动电路该电路将抑制开关瞬态过程中产生的浪涌电流。


（6）输出放电在一般负载开关电路中，当输出晶体管关断时，V(OUT)的端子电压可以根据连接到输出端子的负载电容保持一定的时间。此电路将快速释放积聚在负载侧的电荷，并将V(OUT)端子电压降至IC GND左右。

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