電源管理IC——電子設(shè)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)品分類以及線性穩(wěn)壓器工作原理等內(nèi)容。今天我們繼續(xù)介紹其他幾種電源管理IC的工作原理和功能，重點(diǎn)介紹開關(guān)穩(wěn)壓器、LDO以及負(fù)載開關(guān)。

開關(guān)穩(wěn)壓器的工作原理

降壓型轉(zhuǎn)化器

圖1顯示了運(yùn)動圖像。矩形波由MOSFET重復(fù)開關(guān)產(chǎn)生。該波作用于線圈。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(zhuǎn)化器

如圖2所示，當(dāng)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(dāng)MOSFET關(guān)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(xù)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(dǎo)致超過輸入電壓的電壓產(chǎn)生。

圖1 降壓型轉(zhuǎn)化器

圖2 升壓型轉(zhuǎn)化器

LDO的功能

（1）欠壓鎖定（UVLO）
當(dāng)輸入電壓降到規(guī)定的輸入電壓以下時，該功能使IC處于待機(jī)狀態(tài)，使得內(nèi)部電路不會不穩(wěn)定發(fā)生故障。
（2）電流限制
當(dāng)輸出端子V_OUT進(jìn)入非故意短路模式狀態(tài)時，該功能可防止由于器件本身發(fā)熱而導(dǎo)致的退化和破壞。過流保護(hù)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(guān)斷（TSD）
它是一種防止因顯著的環(huán)境溫升而導(dǎo)致器件劣化和破壞，以及防止因意外的大電流負(fù)載等而導(dǎo)致器件本身發(fā)熱的電路。當(dāng)內(nèi)部溫度檢測電路檢測到指定溫度時，輸出晶體管被關(guān)斷。
（4）輸出放電
當(dāng)輸出晶體管關(guān)斷時，V_OUT的端子電壓可以根據(jù)連接到輸出端子的負(fù)載電容保持一定的時間。此電路將快速釋放積聚在負(fù)載側(cè)的電荷，并將V_OUT端子電壓降至IC GND左右。

圖3 LDO方框圖

負(fù)載開關(guān)IC

負(fù)載開關(guān)IC連接在電源和負(fù)載（IC或LSI）之間。它是一種根據(jù)系統(tǒng)的工作模式來控制提供給IC和LSI的電源線開／關(guān)以降低功耗的電源管理IC。類似的開關(guān)可以配置機(jī)械式繼電器或分立器件（MOSFET），但負(fù)載開關(guān)IC功耗低，內(nèi)置多種保護(hù)功能，可以提高系統(tǒng)的可靠性。

圖4 負(fù)載開關(guān)IC示意圖

負(fù)載開關(guān)IC的功能

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

圖5 負(fù)載開關(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的基本分類和電源管理系統(tǒng)體系組成，并著重給大家介紹了線性穩(wěn)壓器、開關(guān)穩(wěn)壓器、LDO以及負(fù)載開關(guān)四大類產(chǎn)品的基本工作原理和相關(guān)功能。請大家繼續(xù)關(guān)注芝識課堂，我們帶給您最詳盡的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)知識與技巧。