用(yòng)于可(kě)穿戴设备和汽車(chē)的電(diàn)源设备

2021-04-29

用(yòng)于可(kě)穿戴设备和汽車(chē)的電(diàn)源设备

PMIC是小(xiǎo)型電(diàn)池供電(diàn)设备的最佳选择，因為(wèi)它们可(kě)以在单个芯片中提供完整的電(diàn)源解决方案，并包括電(diàn)压转换器，调节器，電(diàn)池電(diàn)量指示器，電(diàn)池充電(diàn)器和LED驱动器等功能(néng)。

低功率PMIC必须提供紧凑的外形尺寸和高效率，以在可(kě)穿戴设备中提供较長(cháng)的電(diàn)池寿命。在诸如SoC（片上系统），FPGA和微控制器之类的计算密集型系统中，目标是使每瓦性能(néng)最大化，从而提高整體(tǐ)系统效率。

尽管这是设计阶段的重要方面，但对于電(diàn)气关键环境的車(chē)辆，直流電(diàn)源管理(lǐ)对于ADAS系统设计人员而言却鲜為(wèi)人知，但至关重要。PMIC解决方案提供直流電(diàn)源保护，低静态電(diàn)流和EMI降低，為(wèi)車(chē)辆的能(néng)源管理(lǐ)提供了舒适的环境。

在各种设备中采用(yòng)PMIC解决方案有(yǒu)助于有(yǒu)效地使用(yòng)電(diàn)源并延長(cháng)了这些设备的使用(yòng)寿命。预计在不久的将来，对電(diàn)源管理(lǐ)IC的需求将会增加。

挑战性

電(diàn)源管理(lǐ)已成為(wèi)一个复杂的问题，随着微電(diàn)子系统在尺寸减小(xiǎo)和功耗要求不断提高方面的发展，开发人员应引起广泛关注：这是可(kě)穿戴電(diàn)子系统正在发生的事情。電(diàn)力收集技术和最新(xīn)一代的超级電(diàn)容器的应用(yòng)可(kě)能(néng)是有(yǒu)效解决此类问题的好策略。

轻巧紧凑的可(kě)穿戴式物(wù)联网设备需要體(tǐ)积小(xiǎo)巧的電(diàn)池，且运行时间短。電(diàn)源管理(lǐ)集成電(diàn)路（PMIC）可(kě)通过在需要时启用(yòng)/禁用(yòng)電(diàn)源块来有(yǒu)效管理(lǐ)可(kě)穿戴式IoT设计中的電(diàn)压总線(xiàn)，从而提供灵活性。PMIC实际上可(kě)以使可(kě)穿戴式IoT设备在两次充電(diàn)之间运行更長(cháng)的时间间隔。除设计灵活性外，PMIC还包括保护，监视和控制。

電(diàn)源管理(lǐ)系统将DC-DC電(diàn)源转换為(wèi)三种不同的形式，大小(xiǎo)，灵活性和效率都有(yǒu)所不同。線(xiàn)性稳压器可(kě)以完全集成并且具有(yǒu)電(diàn)压可(kě)扩展性，但是效率不高。基于電(diàn)容器的开关稳压器可(kě)以完全集成且高效，但没有(yǒu)電(diàn)压可(kě)扩展性。基于電(diàn)感的开关稳压器可(kě)能(néng)非常高效，并且電(diàn)压可(kě)扩展性无法完全集成。

電(diàn)源管理(lǐ)子系统的总體(tǐ)设计涉及多(duō)个挑战。電(diàn)源必须有(yǒu)足够的空间，它必须适合所提供的空间。使用(yòng)自然对流電(diàn)源时，電(diàn)源附近必须有(yǒu)足够的空间以进行冷却。如果使用(yòng)强制风冷，则電(diàn)源周围需要有(yǒu)足够的空气流通。

Dialog Semiconductor汽車(chē)事业部高级副总裁Tom Sandoval表示：“為(wèi)高電(diàn)流轨供電(diàn)的散热难题主要与试图使器件的内部温度（结温）不超过器件规定的温度有(yǒu)关。” 他(tā)补充说：“较高的電(diàn)流意味着较高的功耗会产生更多(duō)的热量，这使得设计一种在系统的指定环境温度下提供大電(diàn)流而不会超过该器件的规定结温的器件更具挑战性。電(diàn)路设计的整體(tǐ)效率对给定電(diàn)流水平下产生的热量有(yǒu)重大影响。另外，用(yòng)于设备的包装类型会影响设备在操作过程中的加热方式。最后，在系统级别，

设计通常可(kě)能(néng)很(hěn)困难且有(yǒu)问题，因此需要对补偿控制周期和特定電(diàn)源管理(lǐ)IC的操作有(yǒu)充分(fēn)的了解。拥有(yǒu)面向设计的仿真工具对于加速和简化PMIC解决方案的开发很(hěn)有(yǒu)用(yòng)。

解决方案

為(wèi)可(kě)穿戴设备配备微功耗SIMO降压-升压DC-DC转换器的電(diàn)源管理(lǐ)IC（PMIC）可(kě)以成為(wèi)延長(cháng)電(diàn)池寿命的有(yǒu)效工具。通过利用(yòng)整个電(diàn)池電(diàn)压范围，由于每个输出都具有(yǒu)降压-升压配置的优势，这些转换器可(kě)以产生高于，低于或等于输入電(diàn)压的输出電(diàn)压。利用(yòng)每个输出的可(kě)编程峰值電(diàn)感器電(diàn)流等功能(néng)，可(kě)以优化效率，输出纹波，電(diàn)磁干扰（EMI），PCB设计以及设计的负载能(néng)力之间的平衡。MAX77650和MAX77651 PMIC具有(yǒu)集成的150mA低压差稳压器（LDO），可(kě)為(wèi)噪声敏感型应用(yòng)提供纹波抑制功能(néng)。SIMO控制方案中的控制器可(kě)确保及时处理(lǐ)所有(yǒu)输出。

图1：MAX77650的框图

“我们在可(kě)穿戴设备，听觉设备和低功耗物(wù)联网领域的客户群处于高端技术与美學(xué)的交汇处。这些是适合日常生活方式的品牌。Maxim Integrated移动電(diàn)源产品線(xiàn)总监Karthi Gopalan表示，随着全球对智能(néng)AI助手，移动生物(wù)特征跟踪和精确位置跟踪的依赖性日益增强，这些市场正在获得巨大的吸引力。

她补充说：“借助Maxim Integrated的低功耗单電(diàn)感器，多(duō)输出（SIMO）PMIC，我们為(wèi)此类空间受限的设计提供了最小(xiǎo)尺寸的最高系统效率。现在，我们的PMIC可(kě)以将解决方案的尺寸减少一半。这样可(kě)以腾出板子空间来包装增值模块，例如语音命令，支付，GPS接收器，生物(wù)识别，手势控制，3D识别和摄像头模块。”

在汽車(chē)应用(yòng)中，PMIC面临三个主要挑战：温度，资格，安全性。汽車(chē)应用(yòng)必须在-40至至少105摄氏度的环境温度范围内运行。因此，半导體(tǐ)器件需要在更宽的温度范围内具有(yǒu)出色的性能(néng)。

汽車(chē)应用(yòng)要求更高的质量水平，以确保超过十年的使用(yòng)过程中几乎零故障率。这对设备的设计，资格要求以及设备的测试/筛选有(yǒu)影响，以确保在汽車(chē)的整个使用(yòng)寿命内都能(néng)达到最高的质量水平。”

在许多(duō)汽車(chē)应用(yòng)中，存在与安全相关的要素，即防止故障的能(néng)力。该设备必须能(néng)够管理(lǐ)電(diàn)气故障并提供可(kě)能(néng)的解决方案。“必须在设备中设计附加電(diàn)路以支持这种功能(néng)，从而导致更高的复杂性和成本，” Sandoval说。

Dialog的高度集成的DA913X-A设备可(kě)实现较低的系统BoM成本和较小(xiǎo)的解决方案占地面积。这些器件的效率水平超过90％，从而减少了在包括高级驾驶员辅助系统（ADAS）在内的各种系统中為(wèi)大電(diàn)流导轨供電(diàn)时的散热设计挑战。

DA913X-A系列由配置為(wèi)单输出或双输出降压转换器的三个器件组成。DA9130-A用(yòng)作单通道，两相降压转换器，可(kě)提供高达10A的输出電(diàn)流。DA9131-A集成了两个单相降压转换器，每个转换器可(kě)提供高达5 A的输出電(diàn)流。DA9132-A还集成了两个单相降压转换器，每个转换器可(kě)提供高达3 A的输出電(diàn)流。所有(yǒu)器件的输入電(diàn)压范围為(wèi)2.5 V至5.5 V，输出電(diàn)压范围為(wèi)0.3 V至1.9 V，使其适用(yòng)于各种低压系统。外部電(diàn)阻分(fēn)压器支持高于1.9 V的输出電(diàn)压。

图2：DA913X-A的框图