PMIC چیست؟

مقدمه

PMIC، خلاصه شده‌ی عبارت Power Management Integrated Circuit است که وظیفه‌ی تبدیل، توزیع، تشخیص و مدیریت انرژی الکتریکی در یک دستگاه الکترونیکی را بر عهده دارد. بیش‌ترین کاربرد این قطعه، تبدیل ولتاژ و جریان به توان مورد نیاز برای بارهای مختلفی مانند ریزپردازنده‌ها، میکروکنترلرها، حسگرها و … می‌باشد. با اسکایتک همراه باشید.

اهمیت PMIC

مدیریت و توزیع هوشمندانه‌ی انرژی الکتریکی در یک دستگاه مستلزم بهینه سازی انرژی برای افزایش طول عمر باتری، کاهش توان حرارتی و اطمینان از عملکرد صحیح، است. گنجاندن این قطعه‌ی قدرتمند در دستگاه‌هایی مانند گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها، دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT)، ماشین آلات صنعتی و خودروها ضروری است.

وظایف PMIC

این تراشه‌ها برای انجام طیف گسترده‌ای از عملکردها طراحی شده‌اند که شامل موارد زیر است:

تنظیم ولتاژ:

تراشه‌های مدیریت توان می‌تواند مانند تنظیم کننده‌های معمولی، ولتاژهای متفاوتی را ایجاد کند و تغذیه‌ی اجزای سیستم را تأمین کند.

کنترل جریان:

این قطعه دارای قابلیت بهینه سازی جریان و تشخیص جریان اضافی است و می‌تواند از آسیب دیدن سایر قطعات جلوگیری کند.

مدیریت شارژ باتری:

این تراشه‌ها فرآیند شارژ باتری‌ها را کنترل می‌کنند و دارای قابلیت‌های تشخیص افزایش ولتاژ و جریان از حد مجاز و دمای باتری هستند. در واقع می‌توان گفت که این تراشه فرآیند شارژ باتری را با امنیت بالا کنترل می‌کند.

کنترل دما:

بعضی از این تراشه‌ها دارای قابلیت تشخیص دما هستند و ساختار آن‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با افزایش دما، تغذیه رسانی به مدارها را به صورت خودکار قطع کنند.

کنترل کارایی:

این قطعات می‌توانند مصرف انرژی سیستم را کنترل و تنظیم کنند. به این معنی است که اگر بخشی از سیستم در مدت زمانی مشخص قابل استفاده نباشد، این قطعه هوشمندانه عمل تغذیه رسانی به این بخش را قطع می‌کند تا مصرف توان کاهش یابد.

انواع PMIC

این تراشه‌ها بر اساس نوع تبدیل یعنی DC به DC و DC به AC و AC به DC دسته بندی می‌شود. بنابراین این تراشه‌ها می‌توانند شامل تراشه‌های منبع تغذیه‌ی خطی، مرجع ولتاژ، منبع تغذیه‌ی سوئیچینگ، راه‌انداز LED و LCD، تشخیص سطح ولتاژ، مدیریت شارژ باتری، راه‌انداز گیت و … به صورت واحدهای جداگانه یا ترکیبی باشند. انواع رایج آن‌ها عبارت‌اند از:

PMIC های تنظیم کننده‌ی ولتاژ

این قطعات در درجه‌ی اول به نظارت بر تنظیم ولتاژ برای اجزای مختلف اختصاص داده شده‌اند و نوسانات مخرب ولتاژ ناشی از نویزها را کنترل می‌کنند.

PMIC های مدیریت باتری

این قطعات به صورت سفارشی برای وسایل دارای باتری‌های قابل شارژ ساخته شده‌اند و بر شارژ و دشارژ باتری و کنترل دمای آن نظارت دارند.

PMIC های راه‌انداز LED و LCD

آن‌ها وظیفه‌ی نظارت بر روشنایی و تأمین انرژی LED ها و صفحه‌های نمایشگر LCD را بر عهده دارند.

ساختار PMIC

شکل زیر ساختار یک PMIC را نشان می‌دهد. اجزای اصلی آن عبارت‌اند از: چند تنظیم کننده‌ی ولتاژ (LDO، BUCK و BOOST)، چند محدود کننده‌ی جریان، واحد منطق کنترل، واحد مدیریت باتری و پروتکل‌های ارتباطی.

انتخاب یک PMIC مناسب

برای انتخاب یک PMIC باید چند عامل میزان ولتاژ و جریان مورد نیاز، بازده‌ی توان، قابلیت برنامه ریزی و سازگاری، قابلیت تشخیص خطاها و اندازه‌ی فیزیکی را در نظر گرفت.

آیا PMIC قابل برنامه ریزی است؟

این ویژگی به طراحان این اجازه را می‌دهد که این تراشه‌ها را مطابق پیش نیازهای پروژه پیکربندی و شخصی سازی کنند. با تغییر رجیسترها، می‌توان پارامترهایی مانند سطوح ولتاژ، بازده‌ی توان و موارد دیگر را تنظیم کرد.

مزایا و معایب PMIC

کارایی انرژی:

این قطعات با استفاده از الگوریتم‌ها و روش‌های پیشرفته، می‌توانند کارایی انرژی را بهبود بخشند. این موضوع باعث صرفه جویی در مصرف باتری و افزایش عمر آن می‌شود.

انعطاف پذیری:

آن‌ها قابلیت تنظیم و برنامه ریزی برای مدیریت چندین منبع تغذیه را دارند. این امکان به سیستم‌ها اجازه می‌دهد تا با توجه به نیازهای خاص خود، بهینه سازی و مدیریت منابع تغذیه را انجام دهند.

کاهش حجم و هزینه:

PMIC ها به عنوان یک تراشه‌ی یکپارچه، تعداد قطعات مورد نیاز برای مدیریت تغذیه را کاهش می‌دهند. این باعث کاهش حجم PCB و هزینه‌ی مواد مورد نیاز (BOM) سیستم می‌شود.

پیچیدگی طراحی:

طراحی این قطعه نیازمند دانش و تخصص مهندسی بالا است. برای دستیابی به کارایی و عملکرد بهینه، طراحان باید با چالش‌های مربوط به توزیع توان، حرارت و تداخل سیگنال‌ها آشنا باشند.

حساس به نویز:

آن‌ها در برابر نویزهای الکترومغناطیسی حساس هستند و در صورت طراحی نادرست، بین سیگنال‌های حساس تداخل ایجاد می‌شود و باعث خرابی سیستم خواهد شد.

توان محدود:

آن‌ها معمولاً برای مدیریت تغذیه‌ی سیستم‌ها با توان متوسط به پایین ​​طراحی شده‌اند و به ندرت  با دستگاه‌های توان بالا سازگار دارد.

نمونه‌ای از PMIC

MMPF0100NPAEP محصول شرکت NXP شامل 6 مبدل کاهنده، 6 تنظیم ‌کننده‌ی خطی، واحد تغذیه RTC و واحد شارژ باتری سکه‌ای است و می‌تواند تغذیه‌ی ریزپردازنده‌ها به ویژه IMX6 و انواع حافظه‌های DDR را تأمین کند. همچنین این تراشه دارای قابلیت برنامه ریزی است.

نتیجه گیری

ریزپردازنده‌ها  و میکروکنترلرها و سایر اجزای پیچیده به چندین منبع تغذیه نیاز دارند که باعث افزایش هزینه و پیچیدگی در طراحی می‌شود. بنابراین قطعه‌ی PMIC به صورت یک تراشه‌ی واحد با قیمت مناسب در بازار ارائه شده است که می‌تواند تغذیه‌ی اجزای دستگاه را کنترل و تأمین کند.

منبع

Embedded Within: What’s Driving Innovation in Power Management ICs