Was sind PMICs?

PMICs setzen sich aus mehreren Elementen zusammen:

• Sie sichern die Spannungsregelung, da der PMIC dafür sorgt, dass der Prozessor immer die richtige Spannung erhält und es nicht zu einer Überlastung kommt.
• Einige PMICs beinhalten eine Energieverwaltung, mit der eine Batterie das System mit Strom versorgt. Dies ist wichtig für Laptops, Smartphones, Tablets und Peripheriegeräte.
• In einigen Fällen ist der PMIC auch in der Lage, die Taktfrequenz zu variieren, mit welcher der Prozessor oder Speicher arbeitet.
• Viele PMICs verwenden eine Echtzeituhr, um Spannungen und Taktfrequenzen aufrechtzuerhalten.

PMICs ermöglichen die Verwendung verschiedener Stromversorgungsarten. So könnte ein Laptop etwa einen USB-C-Anschluss sowohl für schnelles Laden als auch als normalen Anschluss verwenden. Darüber hinaus ist der PMIC auch für die Stromversorgung aller an den Computer angeschlossenen Peripheriegeräte unerlässlich.

Jeder PMIC enthält einen Mikrocontroller und damit einen autonomen Prozessor mit eigenem programmierbaren RAM- und ROM-Speicher mit rekursiver Ausführung. Der PMIC arbeitet völlig isoliert vom System, d.h. er ist kein Peripheriegerät und keine Komponente, die direkt mit der CPU verbunden ist. Daher führt er interne Programme in Abhängigkeit von Informationen aus, die von außerhalb des Systems kommen. Wenn beispielsweise ein interner Thermometer feststellt, dass ein Bauteil zu heiß ist, reagiert der PMIC-Mikrocontroller und senkt die Spannung, um die Taktrate zu verringern, ohne Input vom betreffenden Chip.

Der Bereich der Energieverwaltung ist relativ weit gefasst und umfasst neben der Stromüberwachung die separate Umwandlung elektrischer Energie (hauptsächlich DC/DC), die separate Verteilung und Erfassung elektrischer Energie sowie ein System, das die Umwandlung und Verwaltung elektrischer Energie kombiniert. Dementsprechend umfasst die Klassifizierung von PMICs auch Aspekte wie lineare Stromversorgungs-Chips, Spannungsreferenz-Chips, Schaltnetzteil-Chips, LCD-Ansteuerungs-Chips, LED-Ansteuerungs-Chips, Spannungsmessungs-Chips, Batterielade-Management-Chips usw. Einige PMIC sind zweiteilig, andere sind in oberflächen-montierbaren Gehäusen untergebracht. 

Es gibt viele Kategorien von PMICs. Im Allgemeinen unterscheiden sie sich voneinander durch zwei Kriterien: Spannungsregelung und Schnittstellenschaltungen. Der Spannungsregler umfasst einen linearen Low-Dropout-Regler (d.h. LDO) und eine Reihe von positiven und negativen Ausgangsschaltungen. Es gibt auch keine Schaltkreise mit Pulsweitenmodulation (PWM).

Aufgrund des technologischen Fortschritts werden Schaltungen auf integrierten Schaltkreis-Chips immer kleiner, so dass die Arbeitsstromversorgung auf Niederspannung umgestellt wird.

Die Art der Leistungsverwaltung eines PMICs lässt sich grob in 8 Typen zusammenfassen:

1. AC/DC-Modulation, die eine Niederspannungs-Steuerschaltung und einen Hochspannungs-Schalttransistor enthält;

2. DC/DC-Modulation, einschließlich eines Aufwärts-/Buck-Reglers und einer Ladungspumpe;

3. PFC (Pre-Modulation-Power Factor Control), die einen Leistungseingangsschaltkreis mit einer Leistungsfaktor-Korrekturfunktion bereitstellt;

4. Pulsmodulation oder PWM/PFM, d.h. eine Steuerung mit Pulsfrequenzmodulation und/oder Pulsbreitenmodulation, die zur Steuerung externer Schalter verwendet wird;

5. Integrierte Schaltungen mit linearer Modulation (wie der LDO-Linearregler usw.), einschließlich positiver und negativer Regler und verlustarmer LDO-Modulatorröhren;

6. Batterieladung und -verwaltung, einschließlich Leistungsschutz und Anzeige;

7. Kontrolle der Heizplatte, um den Einfluss des Einfügens oder Entfernens einer anderen Schnittstelle aus dem Arbeitssystem zu vermeiden;

8. MOSFET- oder IGBT-Schaltfunktion.

Der technische Trend bei der Energieverwaltung geht in Richtung hohe Effizienz, geringer Stromverbrauch und Intelligenz. Bei der Verbesserung des Wirkungsgrades geht es um zwei verschiedene Aspekte: Beibehaltung des Gesamtwirkungsgrades der Energieumwandlung bei gleichzeitiger Verringerung der Gerätegröße; zudem bleibt der Schutz unverändert, was den Wirkungsgrad erheblich verbessert.

PMICs sind vor allem dann sinnvoll, wenn die entworfene Schaltung ein hohes Maß an Rausch- und Welligkeitsunterdrückung erfordert, wenn die Leiterplattenfläche klein ist (wie bei Mobiltelefonen), wenn die Stromversorgung der Schaltung die Verwendung von Induktivitäten nicht zulässt (wie bei Mobiltelefonen) und wenn die Stromversorgung über eine Funktion zur sofortigen Kalibrierung und zum Selbsttest des Ausgangsstatus verfügen muss. Wenn ein geringer Spannungsabfall des Reglers, ein geringer Stromverbrauch, niedrige Schaltungskosten sowie eine einfache Lösung erforderlich sind, ist die lineare Stromversorgung die beste Wahl.

Batterielade-ICs sind integrierte Schaltungen, die zum Laden von Batterien verwendet werden. Es gibt mehrere Arten von Batterielade-ICs. Lineare Ladegeräte verwenden eine spannungsgesteuerte Quelle, um eine feste Spannung an der Ausgangsklemme zu erzeugen. Schaltladegeräte verwenden eine Spule, einen Transformator oder einen Kondensator, um die Energie vom Eingang zur Batterie in diskreten Paketen zu übertragen. Einige Batterielade-ICs sind für das Laden von Lithium-(Li-)Ionen- oder Bleibatterien ausgelegt, andere zum Laden von Nickel-Cadmium- (NiCd) oder Nickel-Metallhydrid- (NiMH) Batterien. Zu den wichtigsten Merkmalen von Batterielade-ICs gehören Überspannungsschutz und Überstromschutz. Geräte mit einer Soft-Start-Funktion konditionieren die Batterie für einige Minuten, bevor sie eine Schnellladung durchführen. Geräte mit einer Ladestatus-Anzeige verfügen über einen eingebauten Monitor, der die gelieferte Strommenge und/oder den Ladezustand anzeigt.

Zu den wichtigen Leistungsspezifikationen für Batterielade-ICs gehören die maximale Anzahl der Zellen, die Versorgungsspannung, der Ruhestrom (IQ), der maximale Ladestrom, die Spannungsgenauigkeit sowie die Betriebstemperatur. Batterien bestehen aus Einheiten, die Zellen genannt werden und die jeweils Elektroden enthalten. Bei der Verwendung einer Batterie werden Elektronen über einen leitenden Pfad von der Anode (-) zur Kathode (+) geschickt. Beim Laden einer Batterie ändert sich der Elektronenfluss, so dass der elektrochemische Prozess in umgekehrter Richtung abläuft. Batterielade-ICs mit relativ hohen Versorgungsspannungen und Ruheströmen eignen sich gut für Batterien, die eine relativ große Anzahl von Zellen enthalten. Sowohl bei Geräten mit geringer als auch bei Geräten mit hoher Ladung wird der maximale Ladestrom gewöhnlich in Ampere (M) angegeben. Die Spannungsgenauigkeit wird als prozentuale Abweichung von einem Nennwert angegeben. Die Betriebstemperatur ist ein vollständig vorgeschriebener Bereich.

In diesem Leitfaden haben Sie erfahren, wie PMICs den Strom in integrierten Schaltkreisen verwalten und dass sie vorrangig bei mobilen Geräten eine zentrale Rolle spielen. Elektronik-Projekte werden aufgrund der vielen Komponenten immer komplexer. Diese Komplexität macht auch vor der Stromversorgung nicht halt. PMCIs nehmen Ihnen diese Arbeit ab. Der technische Trend bei der Energieverwaltung geht in Richtung hohe Effizienz, geringer Stromverbrauch und Intelligenz.

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