电源管理概念、分类、工作方式详解-KIA MOS管

什么是电源管理

电源管理是指如何将电源有效分配给系统的不同组件。电源管理对于依赖电池电源的移动式设备至关重要（比如：手机、笔记本电脑）。

一个优秀的电源管理系统能够通过降低组件闲置时的能耗将电池寿命延长2~3倍，电源管理技术是集电力变换，现代电子，网络组建，自动控制等多学科于一体的边缘交叉技术，应用领域广泛涉及工业，交通，信息通讯，航天航空，国防教育，文化等。

电源管理的发展历程

上世纪40年代晶体管问世，不久后，作为电源管理技术的发展基础的晶闸管在晶体管渐趋成熟的基础上问世，从而揭开了电源管理技术长足发展序幕。

1979年发明了功率场效应晶体管 (MOSFET)，1986年高压集成电路(HVTC)开始出现，这就是最早的电源集成电路。

上世纪80年代，确定了集成化是电力电子技术未来发展方向，电源集成电路逐步成为功率半导体器件中的主导器件，开启了电源管理的新时代。自出现以来，电源管理技术发展势头迅猛，已经成为了涵盖生产生活大小方面的关键部分。

电源管理的分类

从一定意义上来说，“功率半导体”也称为“电源管理半导体”。也正是因为大量集成电路进入电源领域，大家普遍将电源技术统称为“电源管理”。

电源管理半导体从所包含的器件来说，明确强调电源管理集成电路（也称电源管理IC）的位置和作用。电源管理半导体包括两部分，即电源管理集成电路和电源管理分立式半导体器件。

电源管理集成电路可以分成电压调整器和接口电路两类。电压调整器包含线性低压降稳压器（即LDO），以及正、负极输出系列电路，此外有脉宽调制(PWM）型的开关型电路等。

随着技术的发展，集成电路芯片内集成的数字电路的物理尺寸日渐缩小，工作电源也随之向低电压发展，一系列新型电压调整器应运而生。

电源管理用接口电路主要有接口驱动器、马达驱动器、功率场效应晶体管（MOSFET）驱动器以及高电压/大电流的显示驱动器等等。

电源管理分立式半导体器件大致可以分成两大类，一类包含整流器和晶闸管；另一类是三极管型，包含功率双极性晶体管，含有MOS结构的功率场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。

电源管理IC分类

电源管理半导体中的主导部分是电源管理IC，大致可归纳为下述8种。

（1）AC/DC调制IC。内含低电压控制电路及高压开关晶体管。

（2）DC/DC调制IC。包括升压/降压调节器，以及电荷泵。

（3）功率因数控制PFC预调制 IC。提供具有功率因数校正功能的电源输入电路。

（4）脉冲调制或脉幅调制PWM/ PFM控制IC。为脉冲频率调制和/或脉冲宽度调制控制器，用于驱动外部开关。

（5）线性调制IC(如线性低压降稳压器LDO等)。包括正向和负向调节器，以及低压降LDO调制管。

（6）电池充电和管理IC。包括电池充电、保护及电量显示IC，以及可进行电池数据通讯“智能”电池 IC。

（7）热插板控制IC(免除从工作系统中插入或拔除另一接口的影响)。

（8）MOSFET或IGBT的驱动 IC。

以上电源管理IC中，电压调节IC是发展最快、产量最大的一类。各种电源管理IC基本上和一些相关的应用相联系，根据不同应用领域，还可以延伸出更多类型的器件。

电源管理IC应用领域

电源管理IC应用在便携式产品(手机、数码相机、笔记本电脑、MP3播放器、移动硬盘等)、数字消费类电子产品(高清晰度电视机、LCD电视机和面板、DVD播放机)、计算机、通信网络设备、工业设备和汽车电子。其中消费类电子产品是电源管理芯片的最大应用领域。

不管什么应用或产品都必须采用相应的电源管理技术才能充分发挥它们的功能。

电源管理IC如何工作

以移动通信终端为例，进一步说明电源管理IC是如何工作的。

移动通信终端普遍采用的都是锂离子电池，所以电池管理的设计主要是根据锂离子电池的特性展开的。

放电工作原理

我们都知道，电池过放会给电池带来灾难性的后果，特别是大电流过放或反复过放，对电池的影响更大。锂离子电源管理电路的功能之一就是为了保护锂电池不至于过放。

蓄电池放电时，贮存的电能逐步释放，电压缓慢下降，当电压降低到某一规定值时应停止放电，重新充电以恢复电池的贮能状态，低于此规定值继续放电，即为过度放电。过放电会破坏电极活性物质，导致电池寿命缩短。

充电工作原理

锂电池在充电时，充电管理电路是一个极其复杂的过程，既要保证锂电池能够充满，又要保证锂电池的性能，最重要的是要保证锂电池不能过充。

过充电主要是指电池在充电时，在达到充满状态后，还继续充电。这样的做法可能导致电池内压升高、电池变形、漏液等情况发生，电池的性能也会显著降低和损坏。

“整个充电电路应该具有以下几种充电模式：

低电压预充电模式;

全速充电模式;

涓流充电模式;

顶端截止、脉冲充电模式;

充电截止模式。”

不管是什么领域，技术的更迭换代是必然的，随着系统处理能力的增加、网络带宽的拓展，对电源器件和电源管理提出更多、更高的要求，越来越多的电子设备会内置数字信号处理器，SoC及其他数字电路，相应地，低输出电压、高电流的电源管理电路将会继续有强劲的市场需求。

电源管理IC也必须采用更先进的技术，以实现多输出和高集成度。而Type-C接口标准的大一统趋势，USB接口的高效率充电也已经成为相关芯片直面的问题。

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