電源管理IC（PMIC）在單個芯片內提供完整的電源管理功能。PMIC通常用于小型電池供電的設備，集成多種功能可在尺寸和功耗方面提高效率。通常集成到PMIC中的功能包括電壓轉換器和穩壓器、電池充電器、電池電量指示器和LED驅動。

低功耗PMIC必須提供緊湊的外形尺寸和高效率，以在可穿戴設備中提供較長的電池續航能力。在系統級芯片（SoC）、FPGA和微控制器等計算密集型系統中，目標是將每瓦性能做到最大化，同時優化系統效率。

汽車應用中的直流（DC）電源管理是高級駕駛輔助系統（ADAS）設計人員不能忽略的一個議題。PMIC解決方案提供DC電源保護、低靜態電流和減少EMI，為車載能源管理提供了較好的環境。

各種設備中采用PMIC解決方案，有助于其高效地使用電源，從而延長了它們的使用壽命。隨著設計工程師將更多先進的技術和功能引入產品設計中，對PMIC的需求預計將在未來持續增長。

挑戰

隨著微電子元件尺寸不斷縮小和功耗要求越來越高，電源管理的復雜性和重要性都日益提高。可穿戴電子設備就是一個很好的例子。能量采集技術和最新一代超級電容器的應用可能是解決此挑戰的有效方法。

輕巧緊湊的可穿戴IoT設備需要極小的電池。工程師們一直在關注的一個設計重點就是如何延長設備的電池續航時間。為了高效地管理可穿戴IoT設計中的電壓總線，PMIC可以通過在必要時啟用和禁用電源塊來提供靈活性。PMIC可以使可穿戴IoT設備在兩次充電之間運行更長的時間。除了設計靈活性外，PMIC還可提供保護、監測和控制功能。

電源管理系統將DC/DC電源轉換為三種不同的形式，在物理尺寸、靈活性和效率上有所不同。線性穩壓器可以完全集成并提供電壓可擴展性，但效率不高。基于電容器的開關穩壓器可以完全集成且高效，但不支持電壓可擴展性。基于電感器的開關穩壓器非常高效，并且可以實現電壓可擴展性，但一般無法完全集成。

電源管理子系統的整體設計面臨著一些挑戰。設計中必須留出足夠的物理空間給電源和熱管理措施。當使用自然對流電源時，電源附近必須有足夠的空間以充分冷卻。如果在設計中使用強制風冷，那么設計人員必須確保電源周圍能夠有足夠的空氣流動。

Dialog半導體公司汽車業務部高級副總裁Tom Sandoval表示：“為大電流軌供電的散熱挑戰，主要與確保器件的內部溫度（結溫）不超過器件規定的溫度有關。更大的電流意味著更高的功率損耗，就會產生更多的熱量，要設計在系統指定環境溫度下提供大電流而又不超過其規定結溫的器件則更具挑戰性。”電路設計的整體效率對在給定電流水平下產生的熱量有重大影響。

“此外，器件所采用的封裝類型會影響器件在運行中產生熱的方式，” Sandoval說。“最后，在系統級別，使用各種技術來散熱，以確保器件持續在規定的結溫范圍內工作。”

設計通常會面臨很多困難和問題，因此需要對補償控制周期和特定電源管理IC的運行有充分的了解。使用輔助設計的仿真工具可以加速和簡化PMIC解決方案的開發。

在汽車應用中，PMIC必須解決的三個主要挑戰是溫度、合規性和安全性。汽車應用要求能在–40°C至105°C的環境溫度范圍中運行；因此，用于汽車平臺的所有半導體器件都必須能在更寬的溫度范圍內提供卓越的性能。

“汽車應用要求顯著更高的質量水平，以確保在長達十多年的使用中故障率接近于零。這涉及到元器件的設計、合規要求、以及測試和篩選，以確保在汽車的使用壽命內達到最高質量水平。” Sandoval說。

在汽車應用中，安全性的許多要素都集中在預防故障上。電子元器件必須具有管理電氣故障的能力，并在故障發生時提供可行的解決方案。“必須在器件中設計額外的電路來支持這種功能，因此設計復雜性和成本也隨之升高。” Sandoval說。

Dialog的集成式DA913X-A系列器件提供較低的系統BOM成本和較小的解決方案尺寸。該器件系列的效率水平在90％以上，從而減少了為ADAS等一系列系統中的大電流軌供電的散熱設計挑戰。

DA913X-A系列包含三個器件，分別配置為單或雙輸出降壓轉換器。DA9130-A為單通道、雙相降壓轉換器，提供最高10A輸出電流。DA9131-A集成了兩個單相降壓轉換器，各提供最高5A輸出電流。DA9132-A也集成了兩個單相降壓轉換器，各提供最高3A輸出電流。該系列所有器件的輸入電壓范圍為2.5V至5.5V，輸出電壓范圍為0.3V至1.9V，適合廣泛的低電壓系統。需要輸出電壓超過1.9V的，可以外接一顆電阻分壓器。

DA913X-A電路框圖（圖片來源：Dialog半導體公司）

責任編輯：lq