PMIC, czyli układy zarządzania zasilaniem

Rys. 1. Schemat funkcjonalny układu AS3677

Głównym zadaniem układów PMIC jest dystrybuowanie prawidłowych war tości napięć do urządzenia, wykrywa nie stanu podłączenia zasilania, konwersja napięć, ładowanie baterii, zasila nie poszczególnych bloków w określonej kolejności itp. Poprzez integrację wszystkich typów funkcjonalności w jednym chipie PMIC ma za zadanie zasilić poszczególne bloki układu, zabezpieczyć przed zmianami napięć lub wzrostem temperatury oraz zminimalizować liczbę komponentów, a także zredukować wymiary układu.

W urządzeniach mobilnych czas pracy systemu nie zależy tylko od sumarycznej energii zużywanej przez poszczególne elementy składowe oraz pojemności baterii zasilającej. Znaczącą kwestię mają również układy zarządzające zasilaniem, które przez wbudowane bloki regulacji, sterowania oraz zastosowane algorytmy mają na celu nadzorować oraz zmniejszyć zużycie energii.

W zależności od charakteru pracy urządzenia należy dokładnie określić funkcjonalność układu PMIC oraz wymagań napięciowych, aby sprostać oczekiwaniom aplikacji.

Rozwiązania Ams

Rys. 2. Schemat funkcjonalny układu AS3713

Austriacka firma Ams dostarcza szeroki wybór chipów z zakresu układów zarządzania zasilaniem oraz zarządzania funkcjami podświetlenia wyświetlaczy do urządzeń mobilnych z zakresu elektroniki użytkowej.

Układy z rodziny Lighting Management Units (rys. 1) charakteryzują się wbudowanymi konwerterami DC/DC, regulatorami LDO, pompami ładunkowymi, przetwornikami A/C, źródłami prądowymi. Mają zabezpieczenia temperaturowe oraz napięciowe. Przeznaczone są głównie do zastosowań w urządzeniach przenośnych multimedialnych, jak np. smartfony, przenośne odtwarzacze DVD, urządzenia nawigacyjne. Układy te mają za zadanie w optymalny sposób zarządzać zasilaniem podświetlenia w telefonach, tabletach oraz innych urządzeniach mobilnych wrażliwych na pobór energii.

Z kolei układy Power Management Units (rys. 2) mają zintegrowane konwertery DC/DC, regulatory LDO, źródła prądowe, pompy ładunkowe, przetworniki A/C, ładowarki oraz realizują programowalną sekwencje załączania napięć. Przeznaczone są dla aplikacji takich jak przenośne odtwarzacze multimedialne, urządzenia nawigacyjne, e-booki, tablety.

Układy z rodziny PMU mają zapewnić urządzeniom mobilnym prawidłowe warunki zasilania oraz zabezpieczyć pracę systemu przez nadzorowanie parametrów napięciowych oraz temperaturowych. Wbudowane bloki zarządzania i kontrolowania napięć w układzie pozwalają na zmniejszanie zużycia energii poprzez pracę w trybie standby, selekcję napięć, możliwość pracy z przerwania.

Rozwiązania Maxima

Rys. 3. Schemat funkcjonalny układu MAX14676

Drugi z producentów, firma Maxim Integrated, dostarcza układy dla rozwiązań urządzeń wearables, multimedialnych, elektroniki użytkowej oraz zarządzania podświetlenia w matrycach TFT/LCD. Układy firmy Maxim, pomimo tej samej rodziny produktu co opisane wcześniej rozwiązania firmy Ams, skoncentrowane są bardziej na konkretnych aplikacjach i mają mniejszą konfigurowalność oraz funkcjonalność niż np. AS3713.

PMIC dla rozwiązań elektroniki noszonej (rys. 3) mają zintegrowane konwertery DC/DC, regulatory liniowe LDO, bloki kontrolowania i monitorowania m.in. temperatury, zabezpieczenia wejściowe, wyjścia prądowe, układ sekwencyjnego załączania napięć oraz blok ładowarki baterii. Pasują do aplikacji takich jak smartwatch, przenośne urządzenia medyczne oraz fitness do monitoringu HRM.

Kolejnym przykładem rozwiązań układów PMIC dla zastosowań w aplikacjach multimedialnych jest układ MAX77829 (rys. 4). Poza podstawowymi blokami regulatorów liniowych oraz ładowarki ma on wbudowane bloki sterowania lampami błyskowymi oraz podświetleniem typu LED. Te dodatkowe funkcje definiują jego przydatność dla urządzeń mobilnych wyposażonych zarówno w podświetlenie ekranu, jak i diodę błyskową aparatu.

Ostatnim z przykładów rozwiązań dostępnych u tego producenta jest układ przeznaczony do zasilania wyświetlaczy TFT oraz LCD. Układ MAX17106 (rys. 5) integruje konwerter DC/DC, regulator z kompensacją temperaturową do zasilania wyświetlaczy TFT, LDO do zasilania układów logiki, wzmacniacze operacyjne, pamięć EEPROM na dane kalibracyjne. Jest przeznaczony do zastosowań w notebookach, laptopach, wyświetlaczach LCD dla branży automotive.

Rys. 4. Schemat funkcjonalny układu MAX77829

Opisane układy należą do rodziny PMU (Power Management Units), jednak ze względu na funkcjonalność oraz parametry pracy każdy z nich idealnie pasuje do konkretnych zastosowań. Na rynku istnieje również wiele innych firm produkujących rozwiązania tego typu, jednak podobnie jak z prostymi komponentami ich wykonanie oraz parametry są różne. Dlatego zarówno jak w przypadku doboru prostych elementów, takich jak konwertery DC/DC lub regulatory liniowe, należy zwrócić uwagę na kluczowe parametry oraz oferowaną funkcjonalność.

Stosowanie układów PMIC w większych systemach, wymagających funkcjonalności oferowanej przez nie, ma jeszcze jedną zaletę, a mianowicie zmniejsza liczbę potrzebnych komponentów oraz oszczędza miejsce w układzie. Często ten problem jest spotykany przy małych urządzeniach mobilnych, gdzie kładziony jest nacisk na wielkość PCB, wymagane są napięcia zasilające o kilku wartościach z ładowaniem baterii oraz nadzorowaniem parametrów zasilania.

Poszukiwania odpowiedniego rozwiązania dla konkretnej aplikacji są czasochłonne, dlatego też należy jak najdokładniej określić wymagania oraz aplikację dla danego układu. Przy dobrze sprecyzowanych założeniach projektanci mogą skorzystać z pomocy inżynierów aplikacyjnych, którzy mając wiedzę na temat funkcjonalności produktów, mogą w łatwy i szybki sposób zaproponować właściwe rozwiązanie.

Kamil Prus
inżynier aplikacyjny
Computer Controls
www.ccontrols.pl