當今的電源管理集成電路可在電子系統中執行多種功能，例如 ：

直流到直流轉換和/或調節

提供多個電源軌

電池充電和管理

有選擇地管理輸送給系統組件的電力，以便優化電源使用

調節系統電源，以便降低功耗或延長電池壽命

電源選擇

電源軌排序

電源軌斜升或斜降定時

限制電流，保護組件免受過電壓或過電流故障的影響

向系統控制器發出電源故障警報

提供備用電源

電源管理功能正越來越多地與設計中的其他硬件組件結合在一起，以便保持效率并簡化整個系統層面的控制。本章介紹在為特定應用選擇和設計電源管理系統時需要考慮的一些關鍵事項。

線性穩壓器和開關式穩壓器對比

正如我們在之前的報道《科普丨電源管理的基礎知識》里講解的那樣，有兩種基本類型的穩壓器 ：線性穩壓器和開關式穩壓器。這兩種穩壓器各有優缺點。

性穩壓器提供無噪聲輸出，非常適合低功率輸出應用。但它們的效率不高，只能用于逐步降低輸出電壓。開關式穩壓器高效、靈活、體積小，但它們會發出高頻噪聲。

線性變壓器已經存在了相當長一段時間。它們最初在 5 伏邏輯電壓范圍內工作，但現在也支持 1 至 24 伏范圍內更高的電壓。它們的電流容量也從低毫安范圍增加到許多安培。

開關式穩壓器利用開關場效應晶體管（FET）將直流（接近恒定）輸入電壓轉換為交流波形（在兩個值之間切換），然后再用電容器和電感器重新轉換成輸出電壓不同的直流電。這樣，雖然這些開關式穩壓器在效率和尺寸方面具有優勢，但它們會產生噪聲和紋波。

噪聲和紋波處理

所有開關電源、穩壓器和控制器都會在輸出端發出一些紋波和噪聲。紋波和噪聲表現為疊加在直流輸出電壓上的交流波形。紋波和噪聲是系統開關拓撲、開關頻率及其外部濾波組件的產物。

開關電源的紋波波形表示開關頻率下輸出濾波電容的充電和放電。通過功率級開啟和關閉輸入電壓，從而控制和調節輸出電壓。輸出濾波用于減少因脈寬調制（PWM）或脈沖頻率調制（PFM）信號的開 / 關轉換動作而產生的交流紋波。對輸出波形進行濾波可大大減少紋波，但卻永遠無法徹底消除交流紋波。

開關式穩壓器中的電磁干擾控制

在開關式穩壓器中，直流電壓被轉換為斬波或脈沖波形。這種脈沖波形本質上是“有噪聲的”，某些情況下可產生電磁干擾（EMI）。電磁干擾出現在脈沖波形上升和下降時間電源開關頻率的基波和諧波上。

所有半導體和電容器都有與其構造相關的某些寄生電感。印刷電路板布局上的走線也具有寄生電感。當脈沖波形中的諧波頻率與這些寄生電感相互作用時，可產生潛在干擾通信信號或敏感的模擬功能的電磁干擾。

電源設計必須在電磁干擾、尺寸和效率之間進行權衡。對于任何特定的設計，一次只能使這些權衡因素中的兩項達到最優化。在犧牲尺寸和成本的情況下，可通過加快開關轉換并添加其他濾波組件來減少低頻噪聲。也可在犧牲效率的情況下，通過調整脈沖波形上升和下降時間來減少高頻噪聲。由于電源管理集成電路的電源組件是集成的，減小了布局和寄生電感，因此其自身即可減少噪聲。

此外，電源管理集成電路還可優化脈沖波形的上升和下降時間、開關頻率和占空比，從而生成各種輸出電壓，在最大限度地提高效率的同時使電磁干擾降到最低。

考慮效率和熱管理

在半導體器件設計中，效率是最重要的特性之一。效率是在輸入和輸出電壓條件已知的情況下，在給定負載電流下測得的輸出功率和輸入功率之比。效率較低會導致功耗更大、工作溫度更高。

效率與系統散熱、各個組件以及產品尺寸直接相關。隨著溫度升高，性能和效率會有所降低。應用或設備的熱特性還決定了組件和整個產品的可靠性。熱量較多會縮短產品壽命、降低可靠性。設計人員必須最大限度地減少部件的產熱量，否則可能導致熱失控，從而造成系統或部件損壞。

有多個因素會影響直流電源的效率和熱運行，其中包括 ：

傳導損耗：穩壓器和系統組件中的典型電阻損耗。

開關損耗：因電容充放電或穩壓器功率金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFETs）或二極管中電壓和電流轉換引起的損耗。

過電流：輸出負載電流大于規定值或期望值且電源過載的情況。

溫度過高：系統或電源的總體工作溫度高于期望值或最大額定值的情況。較高溫度下部件電阻增加，損耗更大。

過電壓：輸出電壓高于規定的直流電壓、系統中過剩功率浪費的情況。
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