一文读懂电源管理芯片

2019-08-14 12:44:53 来源:21ic
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PMIC是power management IC的缩写,中文是电源管理集成电路,主要特点是高集成度,将拥传统的多路输出电源封装在一颗芯片内,使得多电源应用场景高效率更高,体积更小。

 

在CPU系统中,我们经常用到的PMIC。如机顶盒设计,智能语音音箱设计,大型工控设备设计等。

 

机顶盒中的PMIC

下面通过芯片AXP152来介绍一下PMIC,这是一颗出自芯智汇的高集成度PMIC,主要应用于数码相机,机顶盒,网络设备,监控设备等产品。

 

XP152简介

AXP152是一款高度集成的电源管理IC,集成了一个自适应和usb兼容的PWM充电器,四个降压转换器(Buck DC-DC转换器),七个LDO。它还具有保护电路,如过压/欠压保护(OVP/UVP),过温保护,过流保护(OCP),保证电源系统的安全性和稳定性。

 

AXP152 的封装是5x5 40-pin QFN封装。如下图。

 

此外,AXP152还包括一个两线串行接口(TWSI),CPU通过它能够启用/禁用某些功率输出,编程电压以减少功率损耗,从而提供更加完善的电源管理。

 

AXP152内部框图

 

通过上面的结构框图,我们可以看到PMIC内部有个大的逻辑控制单元,所有的DC-DC和大部分LDO受逻辑模块控制,只需要通过配置TWSI接口,更改相应的配置寄存器即可控制DC-DC和LDO的输出,寄存器的配置手册我们可以参考datasheet。

 

另外AXP152的TWSI接口的SCK/SDA管脚在芯片内部已经都上拉了,所以主设备(CPU)可以通过这个接口灵活监控和配置。

 

4路DC-DC和7路LDO

 

下图是4路DC-DC的对比图。

 

4路DC-DC

可以看到4路DC-DC的输出电压都是可调的,可调区间在0.7到3.5V,能够满足大部分最小系统的供电需求,如CPU供电是3.3V,EMMC供3.3V或者1.8V电,DDR供1.25到1.35V的电。这几组DC-DC都是可以满足的。

 

DC-DC1和3的调压精度是50mV/step,DC-DC2和4的调压精度是25mV/step,若系统需要较高的电压精度调节,则可以用精度为25mV/step的DC-DC。

 

下图是7路LDO的对比图。

 

7组LDO

这7组LDO一般供给系统的外设用,如SRAM或PLL供电,WiFi蓝牙模块供电,控制电路供电,驱动电路供电,传感器供电,外围接口供电等,输出的电压是0.7V-5V之间,使用的时候主要注意输出电流的大小,功耗相对较大的外设若PMIC的LDO不能满足,应该外接DC-DC或者LDO提供供电。

 

这几组LDO中ALDO1/2和GPIOLDO都是低噪声的LDO,模拟电路供电应该接到这几路低噪声的LDO。

 

过载和限流保护

所有的DC-DC和LDO支持自监测和限流功能,当负载电流超过驱动能力时,为了保护内部的电路,所有的输出电压将会降低。当DC-DC输出电压低于85%的设定电压时,PMIC将会自动关闭。

 

典型应用

应用框图

应用中,我们通过CPU的I2C接口连接AXP152的TWSI接口,另外需要给使能信号和复位信号,可以看到,对于每一路DC-DC,使用时只需要看成是分立的DC-DC去配置就行了。

 

输出电容建议使用10uF X7R的低ESR陶瓷电容,当输出电压高于2.5V时,建议用一个3.3uH的功率电感。另外,选的电感的饱和电流应该比电路最大的需求电流大50%以上。

 
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