Управление питанием (PMIC)

Микросхемы управления питанием отвечают за то, чтобы каждый узел устройства получил свое напряжение с нужным током и стабильностью. Из них строят преобразователи, зарядные устройства, драйверы светодиодов и двигателей, схемы контроля и защиты питания. В разделе больше 80 тысяч позиций от Texas Instruments, Analog Devices, Infineon, STMicroelectronics, onsemi и других производителей.

Основные группы

• Линейные стабилизаторы и LDO: простые в применении, дают чистое напряжение без импульсных помех, но лишнее рассеивают в тепло.
• Импульсные преобразователи и контроллеры: понижающие, повышающие и универсальные, с КПД до 90 процентов и выше.
• Драйверы MOSFET: раскачивают затворы силовых ключей, обеспечивая быстрые фронты и меньший нагрев.
• Драйверы светодиодов: стабилизируют ток, а не напряжение, что критично для яркости и ресурса.
• Супервизоры и мониторы питания: следят за уровнями и удерживают процессор в сбросе, пока питание не вышло на режим.
• Контроллеры заряда батарей: ведут заряд по правильному профилю и защищают от перегрева и переразряда.
• Источники опорного напряжения: задают эталон для АЦП и измерительных цепей.

Линейный или импульсный: как решить

Разница видна на числах. Линейный стабилизатор с входом 12 В и выходом 5 В при токе 0,5 А рассеивает (12 − 5) × 0,5 = 3,5 Вт тепла, и без радиатора корпус уйдет в перегрев. Импульсный преобразователь на ту же задачу при КПД 90 процентов потеряет около 0,28 Вт, то есть в двенадцать раз меньше.

Зато линейный проще, дешевле, не создает высокочастотных помех и хорош там, где разница напряжений мала, а чистота питания важна: аналоговые тракты, опорные цепи, радиомодули. Импульсный выигрывает при большой разнице напряжений и заметных токах. Подробное сравнение с примерами расчета есть в статье Стабилизаторы напряжения: линейные и импульсные.

Ключевые параметры

У импульсного преобразователя половина успеха это обвязка. Дроссель должен держать пиковый ток без насыщения, конденсаторы на входе и выходе подбираются по току пульсаций и низкому ESR, а обратная связь разводится короткой дорожкой подальше от силовой части. Идеальная микросхема с плохой разводкой работает хуже средней, но собранной по рекомендациям производителя.

Частые вопросы

Почему преобразователь греется сильнее, чем обещано?
Чаще всего КПД смотрят по максимуму из паспорта, а он достигается в узком диапазоне тока. На малых нагрузках КПД падает, и потери растут. Вторая причина это отсутствие теплового полигона под корпусом.

Как задать нестандартное выходное напряжение?
У регулируемых моделей напряжение задается делителем из двух резисторов на выводе обратной связи. Точность делителя напрямую влияет на точность выхода, поэтому берут резисторы с допуском 1 процент из раздела чип-резисторов SMD.

Зачем нужен супервизор питания?
Он удерживает микроконтроллер в сбросе, пока напряжение не поднимется до рабочего уровня, и сбрасывает его при просадке. Без него возможны зависания и порча данных в памяти при нестабильном питании.

Чем драйвер светодиодов отличается от обычного стабилизатора?
Он стабилизирует ток, а не напряжение. Яркость и ресурс светодиода определяются именно током, а прямое напряжение зависит от температуры и разброса партии. Расчеты и схемы подключения разобраны в статье Светодиоды: характеристики, подключение и расчет резистора.

Для обвязки преобразователей пригодятся дроссели и конденсаторы, а для развязки управляющей и силовой части изоляторы и оптопары. Как устроено импульсное регулирование мощности, читайте в статье ШИМ: что это, как работает и где применяется, а подбор внешнего источника разобран в материале Как выбрать блок питания для устройства.