电源管理IC——电子设备的能力管理大师（下）

在上期中，我们介绍了电源管理IC的基本知识和产品分类以及线性稳压器工作原理等内容。今天我们继续介绍其他几种电源管理IC的工作原理和功能，重点介绍开关稳压器、LDO以及负载开关。

开关稳压器的工作原理

降压型转化器

图1显示了运动图像。矩形波由MOSFET重复开关产生。该波作用于线圈。对矩形波进行平整（平均）可以得到所需的直流电压。输出电压值由矩形波占空比决定。

升压型转化器

如图2所示，当MOSFET接通时，电流主要流过线圈和MOSFET。此时，能量在线圈中积聚。线圈的工作旨在释放积聚的能量并抑制电流的变化。当MOSFET关断时，到此为止流过线圈的电流将失去方向。但由于线圈的持续电流特性，线圈端的电压升高，电流流过二极管，电容器充电。这会导致超过输入电压的电压产生。

图1 降压型转化器

图2 升压型转化器

LDO的功能

（1）欠压锁定（UVLO）
当输入电压降到规定的输入电压以下时，该功能使IC处于待机状态，使得内部电路不会不稳定发生故障。
（2）电流限制
当输出端子V_OUT进入非故意短路模式状态时，该功能可防止由于器件本身发热而导致的退化和破坏。过流保护有两种类型：一种是同时降低输出电流和输出电压的折叠型；另一种是在保持输出电流恒定的情况下降低输出电压的限流型。
（3）热关断（TSD）
它是一种防止因显著的环境温升而导致器件劣化和破坏，以及防止因意外的大电流负载等而导致器件本身发热的电路。当内部温度检测电路检测到指定温度时，输出晶体管被关断。
（4）输出放电
当输出晶体管关断时，V_OUT的端子电压可以根据连接到输出端子的负载电容保持一定的时间。此电路将快速释放积聚在负载侧的电荷，并将V_OUT端子电压降至IC GND左右。

图3 LDO方框图

负载开关IC

负载开关IC连接在电源和负载（IC或LSI）之间。它是一种根据系统的工作模式来控制提供给IC和LSI的电源线开／关以降低功耗的电源管理IC。类似的开关可以配置机械式继电器或分立器件（MOSFET），但负载开关IC功耗低，内置多种保护功能，可以提高系统的可靠性。

图4 负载开关IC示意图

负载开关IC的功能

（1）欠压锁定（UVLO）
当输入电压降到规定的输入电压以下时，该功能使IC处于待机状态，使得内部电路不会不稳定发生故障。
（2）热关断（TSD）
它是一种防止因显著的环境温升而导致器件劣化和破坏，以及防止因意外的大电流负载等而导致器件本身发热的电路。当内部温度检测电路检测到指定温度时，输出晶体管被关断。
（3）真反向电流阻断
当输入电压V_IN高于输出电压V_OUT时，电流从V_OUT引脚流回V_IN引脚。防止反向电流，保护连接到VIN端子的电源等免于退化和破坏。
（4）过流限制
当输出端V_OUT无意间短路时，它可以防止因器件本身发热而导致的退化和破坏。
（5）转换率控制驱动电路
该电路将抑制开关瞬态过程中产生的浪涌电流。
（6）输出放电
在一般负载开关电路中，当输出晶体管关断时，V_OUT的端子电压可以根据连接到输出端子的负载电容保持一定的时间。此电路将快速释放积聚在负载侧的电荷，并将V_OUT端子电压降至IC GND左右。

图5 负载开关IC方框图

在两期电源管理IC知识的介绍中，我们重点介绍了电源管理IC的基本分类和电源管理系统体系组成，并着重给大家介绍了线性稳压器、开关稳压器、LDO以及负载开关四大类产品的基本工作原理和相关功能。请大家继续关注芝识课堂，我们带给您最详尽的半导体设计知识与技巧。