時間:2023-09-12 17:07:48來源:潛力變實力
近年來,在下游電子產品整機產高速增長的帶動下,中國電源管理芯片市場保持穩定的增長。據SEMI數據,2019年中國電源管理芯片市場規模達到736億元,同比增長8%。2020年達790億元,2015-2020年復合增長率為7%。下游應用領域廣闊且相關應用終端發展繁榮,未來強勁的下游需求將是帶動整個電源管理芯片產業持續增長的強勁動力。
電源管理 IC(Power Management IC) 是一種用于管理電源的集成電路,它可以幫助減少功耗、提高系統可靠性和穩定性,并被廣泛應用于各種電子設備和系統中。在現代電子產品中,PMIC 已經成為必不可少的芯片之一。
電源管理 IC 芯片選型,主要是根據以下參數進行:
功耗:電源管理 IC 芯片的功耗是一個重要的參數,它反映了芯片的能源消耗。電源管理 IC芯片的功耗通常分為靜態功耗和動態功耗兩種。靜態功耗是指在芯片待機狀態下的功耗,而動態功耗是指在芯片運行狀態下的功耗。
轉換效率:轉換效率是電源管理 IC 芯片的另一個重要參數,它反映了芯片將輸入電能轉換為輸出電能的效率。電源管理 IC 芯片的轉換效率通常分為輸入效率、輸出效率和應用效率三種。
電壓調節精度:電壓調節精度是指電源管理 IC 芯片對輸入電壓的調節精度。電壓調節精度越高,芯片的輸出電壓就越穩定。
電流控制精度:電流控制精度是指電源管理 IC 芯片對輸出電流的控制精度。電流控制精度越高,芯片的輸出電流就越穩定。
溫度控制精度:溫度控制精度是指電源管理 IC 芯片對芯片溫度的控制精度。溫度控制精度越高,芯片的溫度就越穩定。
響應速度:響應速度是指電源管理 IC 芯片響應輸入信號的速度。響應速度越快,芯片的控制就越精準。
可靠性:可靠性是指電源管理 IC 芯片在長時間使用和頻繁開關時的性能表現。可靠性越高,芯片的使用壽命就越長。
電源管理芯片競爭格局
了解了選型參數指標后,認識電源管理芯片的生產廠家也很重要。
目前,中國電源管理芯片市場仍由歐美企業主導,中國廠商市占率較低。根據芯朋微招股書,截至2020年5月歐美企業在中國占據80%以上市場份額,中國企業尚無法在產銷規模上與TI、ADI、英飛凌等歐美廠商競爭。中國市場份額前五中國廠商為芯朋微、士蘭微、上海貝嶺、富滿電子、圣邦股份和晶豐明源,其中晶豐明源市占率最高達1.13%。 產品品類上,國內廠商的產品品類數均在1000上下,其中圣邦微電子以超過1000的產品數量小幅領先其他企業電源管理芯片。同步子產品技術和應用領域升級, 產品種類繁多,導致行業集中度較低。行業應用領域越多、產品品類越多的公司競爭力越強,如電源管理芯片市場份額最高的龍頭廠商德州儀器(15%),根據芯朋微招股說明書可以知道其產品品類超10萬,斷崖式領先中國廠商,中國電源管理芯片企業跨產品線及跨行業能力較為薄弱,所以產品品類和市場份額與歐美企業相比都相對較少。
什么是電源芯片?它有什么作用?在選擇電源芯片的時候,應該考慮那些地方?輸入電壓線性調整率、輸入電壓線性變化時對輸出電壓的相對影響?下面先來了解幾個概念問題:
1、輸出電壓負載調整率:負載電流變化時輸出電壓相對變化情況
2、輸出電壓精度:器件輸出電壓的誤差范圍
3、負載瞬態響應:負載電流從一個小值到最大流快速變化時,輸出電壓的波動。
4、電源芯片選擇DC/DC還是LDO?
這個取決于你的應用場合。比如用在升壓場合,當然只能用DC/DC,因為LDO是壓降型,不能升壓。
另外看下各自的主要特點:
DC/DC:效率高,噪聲大;
LDO:噪聲低,靜態電流小;
所以如果是用在壓降比較大的情況下,選擇DC/DC,因為其效率高,而LDO會因為壓降大而自身損耗很大部分效率;
如果壓降比較小,選擇LDO,因為其噪聲低,電源干凈,而且外圍電路簡單,成本低。
LDO是lowdropoutregulator,意為低壓差線性穩壓器,是相對于傳統的線性穩壓器來說的。傳統的線性穩壓器,如78xx系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2v~3V以上,否則就不能正常工作。但是在一些情況下,這樣的條件顯然是太苛刻了,如5v轉3.3v,輸入與輸出的壓差只有1.7v,顯然是不滿足條件的。針對這種情況,才有了LDO類的電源轉換芯片。
LDO線性降壓芯片:原理相當于一個電阻分壓來實現降壓,能量損耗大,降下的電壓轉化成了熱量,降壓的壓差和負載電流越大,芯片發熱越明顯。這類芯片的封裝比較大,便于散熱。
LDO線性降壓芯片如:2596,L78系列等。
DC/DC降壓芯片:在降壓過程中能量損耗比較小,芯片發熱不明顯。芯片封裝比較小,能實現PWM數字控制。
DC/DC降壓芯片如:TPS5430/31,TPS75003,MAX1599/61,TPS61040/41
LDO是lowdropoutregulator,意為低壓差線性穩壓器,是相對于傳統的線性穩壓器來說的。傳統的線性穩壓器,如78xx系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2v~3V以上,否則就不能正常工作。
但是在一些情況下,這樣的條件顯然是太苛刻了,如5v轉3.3v,輸入與輸出的壓差只有1.7v,顯然是不滿足條件的。針對這種情況,才有了LDO類的電源轉換芯片。生產LDO芯片的公司很多,常見的有ALPHA,Linear(LT),Micrel,Nationalsemiconductor,TI等。
電源管理芯片是電子產品中負責電源管理和保護的核心器件之一。選用適合的電源管理芯片能夠提高系統效率,延長電池壽命,并避免系統損壞。
1.電源管理芯片的選擇方法
1.1 確定功率需求:首先需要確定所需電源的電壓和電流值,以此來選擇適合的電源管理芯片。
1.2 芯片功耗:考慮芯片的功耗,從而避免選擇導致過熱、短壽命和穩定性差等問題的芯片。
1.3 封裝類型:封裝類型對于電源管理芯片的使用環境至關重要。常見的封裝類型有QFN、WLCSP和BGA,應根據實際情況選擇。
2.電源芯片發燙的原因及處理措施
2.1 原因:電源芯片發燙的原因主要是功率過大、散熱不良和環境溫度過高等。過高的溫度會導致電源芯片的性能下降或甚至損壞。
2.2 處理措施:可采用散熱設計或添加散熱片等方式來提高散熱效果,還可以通過調整輸入電壓或頻率等參數來減少功率消耗。
作為電子系統中必不可少的部分,電源模塊極最常見,同時也是極考驗硬件工程師功力的部分之一。電源模塊是電子系統中對電能實現轉換、分配、控制和監測等功能的子系統,整個電子系統的功耗、性能、成本和體積都與電源模塊設計直接相關。現代大型電子系統正在向高集成、高速、高增益、高可靠性方向發展,電源上的微小干擾都會對電子設備性能產生影響,這就需要設計出低噪聲、抗紋波能力強的電源模塊;而在便攜式設備中,電池供電情況越來越多,這就對續航時間提出了高要求,這通常對應著其電源模塊高效、高可靠和低靜態電流的極致要求。
總之,電源模塊設計是電子系統性能發揮的基礎,只有做好系統的電源模塊設計之后,才有機會去追求性能和穩健地實現系統的所有功能。而電源模塊設計極為重要的就是如何選合適的芯片和技術方案。通常,根據電源模塊中各個支路的情況,確定輸入和輸出電壓差,然后根據應用需求,在效率指標、散熱限制、噪聲要求、系統復雜性和成本等多個條件約束下,就能選出最合適的電源芯片,然后根據選定的電源芯片來實現相應的電源轉換與分配的功能。
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