電源管理IC——電子設備的能力管理大師（下）

在上期中，我們介紹了電源管理IC的基本知識和產(chǎn)品分類(lèi)以及線(xiàn)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(diǎn)介紹開(kāi)關(guān)穩壓器、LDO以及負載開(kāi)關(guān)。

開(kāi)關(guān)穩壓器的工作原理

降壓型轉化器

圖1顯示了運動(dòng)圖像。矩形波由MOSFET重復開(kāi)關(guān)產(chǎn)生。該波作用于線(xiàn)圈。對矩形波進(jìn)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(shí)，電流主要流過(guò)線(xiàn)圈和MOSFET。此時(shí)，能量在線(xiàn)圈中積聚。線(xiàn)圈的工作旨在釋放積聚的能量并抑制電流的變化。當MOSFET關(guān)斷時(shí)，到此為止流過(guò)線(xiàn)圈的電流將失去方向。但由于線(xiàn)圈的持續電流特性，線(xiàn)圈端的電壓升高，電流流過(guò)二極管，電容器充電。這會(huì )導致超過(guò)輸入電壓的電壓產(chǎn)生。

圖1 降壓型轉化器

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(shí)，該功能使IC處于待機狀態(tài)，使得內部電路不會(huì )不穩定發(fā)生故障。
（2）電流限制
當輸出端子V_OUT進(jìn)入非故意短路模式狀態(tài)時(shí)，該功能可防止由于器件本身發(fā)熱而導致的退化和破壞。過(guò)流保護有兩種類(lèi)型：一種是同時(shí)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(guān)斷（TSD）
它是一種防止因顯著(zhù)的環(huán)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(fā)熱的電路。當內部溫度檢測電路檢測到指定溫度時(shí)，輸出晶體管被關(guān)斷。
（4）輸出放電
當輸出晶體管關(guān)斷時(shí)，V_OUT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(shí)間。此電路將快速釋放積聚在負載側的電荷，并將V_OUT端子電壓降至IC GND左右。

圖3 LDO方框圖

負載開(kāi)關(guān)IC

負載開(kāi)關(guān)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(lái)控制提供給IC和LSI的電源線(xiàn)開(kāi)／關(guān)以降低功耗的電源管理IC。類(lèi)似的開(kāi)關(guān)可以配置機械式繼電器或分立器件（MOSFET），但負載開(kāi)關(guān)IC功耗低，內置多種保護功能，可以提高系統的可靠性。

圖4 負載開(kāi)關(guān)IC示意圖

負載開(kāi)關(guān)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(shí)，該功能使IC處于待機狀態(tài)，使得內部電路不會(huì )不穩定發(fā)生故障。
（2）熱關(guān)斷（TSD）
它是一種防止因顯著(zhù)的環(huán)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(fā)熱的電路。當內部溫度檢測電路檢測到指定溫度時(shí)，輸出晶體管被關(guān)斷。
（3）真反向電流阻斷
當輸入電壓V_IN高于輸出電壓V_OUT時(shí)，電流從V_OUT引腳流回V_IN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(guò)流限制
當輸出端V_OUT無(wú)意間短路時(shí)，它可以防止因器件本身發(fā)熱而導致的退化和破壞。
（5）轉換率控制驅動(dòng)電路
該電路將抑制開(kāi)關(guān)瞬態(tài)過(guò)程中產(chǎn)生的浪涌電流。
（6）輸出放電
在一般負載開(kāi)關(guān)電路中，當輸出晶體管關(guān)斷時(shí)，V_OUT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(shí)間。此電路將快速釋放積聚在負載側的電荷，并將V_OUT端子電壓降至IC GND左右。

圖5 負載開(kāi)關(guān)IC方框圖

在兩期電源管理IC知識的介紹中，我們重點(diǎn)介紹了電源管理IC的基本分類(lèi)和電源管理系統體系組成，并著(zhù)重給大家介紹了線(xiàn)性穩壓器、開(kāi)關(guān)穩壓器、LDO以及負載開(kāi)關(guān)四大類(lèi)產(chǎn)品的基本工作原理和相關(guān)功能。請大家繼續關(guān)注芝識課堂，我們帶給您最詳盡的半導體設計知識與技巧。