Zhrnutie

Integrovaný obvod 1216AP06 pre riadenie napájania (PMIC) je špecializované polovodičové zariadenie určené na riadenie a reguláciu napájania v elektronických systémoch. PMIC sú kľúčovými komponentmi v širokej škále aplikácií vrátane smartfónov, prenosných počítačov, automobilových systémov, priemyselných strojov a riešení pre obnoviteľné zdroje energie. Zabezpečujú efektívnu spotrebu energie vykonávaním rôznych funkcií, ako je regulácia napätia, sekvenčné napájanie, riadenie batérie a tepelné riadenie, čím predlžujú životnosť batérie a zvyšujú výkon a spoľahlivosť elektronických zariadení. PMIC sa vo všeobecnosti delia na lineárne regulátory a spínacie regulátory, pričom každý z nich ponúka odlišné výhody v závislosti od aplikácie. Lineárne regulátory, známe svojím nízkym šumom, sú ideálne pre prostredia citlivé na hluk, zatiaľ čo spínacie regulátory poskytujú vyššiu účinnosť tým, že využívajú spínací prvok na premenu vstupného napätia na požadované výstupné napätie. K významným pokrokom v technológii PMIC patria hysterézne regulátory, ktoré zabezpečujú účinnú reguláciu napätia bez potreby chladičov, a funkcie, ako je funkcia ECO, ktorá optimalizuje spotrebu energie prepínaním medzi režimami vysokého výkonu a nízkej spotreby. Najmä model 1216AP06 je optimalizovaný pre off-line spínané napájacie zdroje (SMPS) a aplikácie DC-DC konvertorov. Je vybavený regulátorom PWM s pevnou frekvenciou napäťového režimu, obmedzovaním prúdu po impulzoch, blokovaním podpätia a množstvom ochrán, ako je ochrana proti preťaženiu a prepätiu. Vďaka týmto vlastnostiam je 1216AP06 vhodný pre vysokoúčinné konštrukcie napájacích zdrojov, ktoré zabezpečujú stabilnú a spoľahlivú prevádzku v rôznych elektronických aplikáciách. S pokračujúcim technologickým pokrokom sa očakáva, že význam PMIC v polovodičovom priemysle bude rásť, čo je spôsobené rastúcim dopytom po menších, výkonnejších a energeticky účinnejších elektronických zariadeniach. Vývoj a zavádzanie PMIC významne ovplyvňuje aj potreba lepších riešení riadenia napájania v odvetviach, ako je automobilová elektronika a obnoviteľné zdroje energie. Napriek určitým výkyvom v dynamike trhu zostáva dlhodobý výhľad pre PMIC pozitívny, podporený prebiehajúcimi inováciami a rozširujúcimi sa aplikáciami v rôznych odvetviach.

Prehľad

Integrované obvody pre riadenie napájania (PMIC) sú špecializované elektronické komponenty určené na riadenie a reguláciu napájania v rámci širokej škály elektronických zariadení.

. Zohrávajú rozhodujúcu úlohu pri zabezpečovaní efektívnej spotreby energie vykonávaním rôznych funkcií, ako je regulácia napätia, sekvenčné napájanie, správa batérie a tepelný manažment. PMIC sú kľúčové v modernej elektronike a umožňujú zariadeniam, ako sú smartfóny, notebooky, nositeľné zariadenia a zariadenia internetu vecí, dosahovať optimálny výkon a zároveň predlžovať životnosť batérie. Vývoj PMIC bol spôsobený potrebou lepšieho sledovania a využívania zdrojov, najmä počas rozsiahlych incidentov. Spočiatku sa tieto procesy riadili pomocou základných nástrojov, ako sú suché tabuľky a metódy pero-papier, ktoré boli funkčné, ale neboli škálovateľné pre významnejšie núdzové situácie. S technologickým pokrokom boli vyvinuté sofistikovanejšie PMIC, ktoré spĺňali rastúce požiadavky na efektívnosť a spoľahlivosť riadenia energie. PMIC možno vo všeobecnosti rozdeliť na lineárne regulátory a spínacie regulátory. Lineárne regulátory, ako napríklad regulátory s nízkym úbytkom (LDO), poskytujú stabilné výstupné napätie tým, že odvádzajú prebytočný výkon vo forme tepla a sú známe svojou nízkou hlučnosťou, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie citlivé na hluk. Na druhej strane spínané regulátory využívajú spínací prvok na účinnejšiu konverziu vstupného napätia na požadované výstupné napätie, čím ponúkajú vyššiu účinnosť, ale v porovnaní s lineárnymi regulátormi sú zložitejšie. Jedným z významných typov spínacích regulátorov je hysterický regulátor, ktorý využíva komparátor so vstupnou hysterézou na udržiavanie výstupného napätia v určitom rozsahu. Tento prístup nielenže zabezpečuje účinnú reguláciu napätia, ale tiež rozdeľuje vnútorný rozptyl výkonu medzi viaceré výkonové zariadenia, čím potenciálne eliminuje potrebu chladiča. Ďalšou pokročilou funkciou, ktorá sa nachádza v niektorých PMIC, je funkcia ECO, ktorá umožňuje zariadeniu prepínať medzi režimami vysokého výkonu a nízkej spotreby energie s cieľom optimalizovať spotrebu energie na základe požiadaviek na používanie. PMIC sú neoddeliteľnou súčasťou funkčnosti a spoľahlivosti elektronických systémov, pretože chránia komponenty pred poškodením v dôsledku kolísania napätia. Techniky, ako je marginalizácia napájania, ktorá zahŕňa testovanie funkčnosti systému pri stanovených horných a dolných hraniciach napájacieho napätia, ďalej zvyšujú spoľahlivosť a životnosť elektronických zariadení. Keďže dopyt spotrebiteľov po menších, výkonnejších a energeticky úspornejších zariadeniach naďalej rastie, očakáva sa, že význam a možnosti PMIC sa budú rozširovať, čím sa upevní ich úloha ako nepostrádateľných komponentov v polovodičovom priemysle.

Kľúčové vlastnosti

Integrované obvody riadenia napájania (PMIC) sú základnými komponentmi moderných elektronických systémov, ktoré poskytujú celý rad funkcií na zabezpečenie efektívnej a spoľahlivej prevádzky rôznych zariadení.

Sekvencovanie napájania

V systémoch s viacerými zdrojmi zabezpečujú obvody PMIC s funkciou sekvenčného napájania, aby sa napätie na každom zdroji zapínalo a vypínalo v správnom poradí. Táto funkcia využíva interné alebo externé tranzistory MOSFET na predvídateľné a bezpečné prepínanie napájacích zdrojov, čím sa predchádza možnému poškodeniu a zabezpečuje stabilita systému.

.

Viacero výstupných kanálov

PMIC bežne zahŕňajú množstvo výstupných kanálov s rôznymi napäťovými a prúdovými podmienkami, čo uľahčuje napájanie viacerých komponentov v systéme. Táto všestrannosť umožňuje jedinému PMIC efektívne riadiť požiadavky na napájanie rôznych prvkov v rámci zariadenia

.

Programovateľnosť

Značný počet PMIC sa môže pochváliť programovateľnosťou, ktorá používateľom ponúka možnosť prispôsobiť parametre IC konkrétnym aplikáciám. Táto vlastnosť zvyšuje všestrannosť PMIC a umožňuje prispôsobenie podľa jedinečných potrieb riadenia napájania rôznych elektronických systémov.

.

Zvýšenie efektívnosti

Na zvýšenie celkovej účinnosti sú v PMIC integrované mechanizmy ako modulácia napätia, dynamické napäťovo-frekvenčné škálovanie (DVFS) a režimy šetrenia energie. Tieto techniky pomáhajú optimalizovať spotrebu energie a predĺžiť životnosť batérie v prenosných zariadeniach.

.

Komunikačné rozhrania

Niektoré PMIC sú vybavené komunikačnými rozhraniami, ako sú I2C alebo SPI, ktoré umožňujú používateľom konfigurovať a monitorovať výkon IC. To umožňuje lepšiu kontrolu a integráciu v rámci komplexných elektronických systémov a uľahčuje úpravy a diagnostiku v reálnom čase.

.

Stabilné výstupné napätie

Regulátory v obvodoch PMIC udržiavajú stabilné výstupné napätie bez ohľadu na výkyvy na vstupe, čím zabezpečujú stabilné napájanie citlivých komponentov. Táto stabilita je rozhodujúca pre spoľahlivú prevádzku procesorov a iných kritických prvkov v elektronických zariadeniach.

.

Regulátory s nízkym úbytkom napätia (LDO)

Regulátory LDO v rámci PMIC ponúkajú malý rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím, čo umožňuje prísne regulované výstupy. Poskytujú rýchlu prechodovú odozvu na zvládnutie dynamických záťaží a udržiavajú stabilitu výstupného napätia pri rôznych podmienkach, ako sú zmeny vstupného napätia, výstupného záťažového prúdu a teploty.

.

Technické špecifikácie

IC 1216AP06 pre riadenie napájania je vybavený regulátorom PWM s pevnou frekvenciou, ktorý je optimalizovaný pre off-line aplikácie SMPS (spínaný zdroj) a DC-DC konvertory vyžadujúce minimum externých komponentov.

. Tento integrovaný obvod obsahuje trimovaný oscilátor na presné riadenie pracovného cyklu, teplotne kompenzovanú referenciu, riadenie zapnutia/vypnutia, chybový zosilňovač s vysokým zosilnením, komparátor na snímanie prúdu a totemový výstup s vysokým prúdom. Medzi jeho pozoruhodné vlastnosti patrí obmedzenie prúdu po impulzoch, blokovanie pod napätím (UVLO), typický prevádzkový prúd 7 mA, mäkký štart, riadenie zapnutia/vypnutia, ochrana proti preťaženiu (OLP), nadprúdová ochrana (OCP) a prepäťová ochrana (OVP). Okrem toho obsahuje riadenie zapnutia/vypnutia a obvod mäkkého štartu, ktorý pri použití v spojení s komplementárnymi výkonovými tranzistormi MOSFET a vysoko výkonnými integrovanými obvodmi s účinníkom umožňuje realizovať návrhy SMPS, ktoré poskytujú vysokú účinnosť a sú v súlade s príslušnými normami pre emisie harmonických. 1216AP06 pracuje s architektúrou s konštantnou frekvenciou a rozprestretým spektrom, ktorá poskytuje regulovaný výstup a vstup s veľmi nízkym šumom. Táto architektúra využíva náhodné spínacie frekvencie medzi 1 MHz a 1,6 MHz, ktoré nastavujú rýchlosť nabíjania a vybíjania letiacich kondenzátorov, čím sa dosahuje extrémne nízky výstupný šum a výrazne znížený vstupný šum v porovnaní s bežnými nabíjacími čerpadlami. IC obsahuje dve spínané kondenzátorové nabíjacie čerpadlá na znižovanie VIN na dve regulované výstupné napätia, ktoré pracujú 180° mimo fázy na zníženie vstupného zvlnenia. Regulácia sa dosahuje snímaním každého výstupného napätia prostredníctvom externého odporového deliča a moduláciou výstupného prúdu nabíjacej pumpy na základe chybového signálu. Táto sofistikovaná konštrukcia zabezpečuje vysokú účinnosť a spoľahlivý výkon v rôznych aplikáciách vrátane nabíjačiek batérií a televíznych prijímačov, najmä keď nastavená hodnota prúdu klesne pod určitú hodnotu, čím sa spustí režim preskočenia cyklu na zvýšenie účinnosti.

Dizajn a architektúra

Návrh integrovaných obvodov pre riadenie napájania (PMIC) zahŕňa dôkladné zváženie viacerých faktorov na zabezpečenie účinnosti a spoľahlivosti. Základné stavebné prvky PMIC zvyčajne zahŕňajú regulátor napätia, menič výkonu a nabíjačku batérií, ktoré spoločne riadia a regulujú napájanie v elektronických zariadeniach.

. Každý z týchto komponentov zohráva kľúčovú úlohu pri udržiavaní stability napätia, riadení toku prúdu a dohľade nad funkciami batérie.

Proces návrhu PMIC

Proces návrhu PMIC integruje viacero stavebných blokov, ktoré sú nevyhnutné pre efektívne riadenie napájania. Konštruktéri musia zohľadniť rôzne kritické parametre, ako je energetická účinnosť, tepelné riadenie a ochranné obvody, aby vytvorili PMIC, ktorý spĺňa výkonnostné a spoľahlivé normy.

. Napríklad usporiadanie spínaného zdroja napájania, bežného prvku PMIC, musí byť starostlivo navrhnuté tak, aby sa zabránilo nestabilite a elektromagnetickému rušeniu (EMI). To zahŕňa použitie širokých a krátkych stôp pre hlavnú prúdovú cestu a napájacie uzemňovacie stopy a umiestnenie komponentov, ako sú vstupné a výstupné kondenzátory a induktory, čo najbližšie k IC.

Kľúčové komponenty

Regulátory napätia

Regulátory napätia majú zásadný význam pri zabezpečovaní stability napätia v rôznych uzloch zariadenia. Udržujú konštantné výstupné napätie bez ohľadu na zmeny vstupného napätia alebo podmienok zaťaženia

. Táto stabilita je nevyhnutná pre správne fungovanie všetkých elektronických komponentov v zariadení.

Prúdové obmedzovače

Prúdové chrániče zabraňujú nadmernému toku elektrického prúdu a chránia komponenty pred možným poškodením v dôsledku nadprúdu. Zohrávajú dôležitú úlohu v bezpečnosti a životnosti zariadenia

.

Riadiaca logika

Riadiaca logika v rámci PMIC dohliada na sekvenciu napájania, zisťuje anomálie a riadi ďalšie základné funkcie. Táto zložka je zodpovedná za inteligentnú prevádzku PMIC a zabezpečuje bezproblémové vykonávanie všetkých úloh súvisiacich s napájaním.

.

Obvody riadenia batérie

V prípade zariadení napájaných batériami sú v PMIC integrované špecializované obvody na nabíjanie a monitorovanie batérií. To zabezpečuje efektívne používanie a dlhú životnosť batérie riadením nabíjacích cyklov a predchádzaním stavu prebitia alebo hlbokého vybitia.

.

Úvahy o rozložení

Fyzické usporiadanie PMIC je rovnako dôležité ako jeho architektonický návrh. Napríklad v aplikáciách s vysokým špičkovým prúdom a vysokou spínacou frekvenciou musí usporiadanie zabezpečiť minimálny odpor a indukčnosť v hlavných prúdových cestách, aby sa zachovala stabilita a minimalizovalo EMI.

. To si vyžaduje strategické umiestnenie komponentov a starostlivé oddelenie riadiacich a napájacích uzemňovacích trás, aby sa optimalizoval výkon.

Výkon

V oblasti testovania veľkosériovej výroby je presnosť často menej dôležitá ako nákladová efektívnosť, ktorá sa riadi priepustnosťou a nákladmi na testovací systém. Efektívne tepelné riadenie zohráva dôležitú úlohu pri optimalizácii priepustnosti a ospravedlnení vyšších nákladov na systém, najmä keď rýchlosť nábehu systému môže výrazne zvýšiť výkon

. Napríklad systém tepelného manažmentu s rýchlosťou nábehu 5 °C/s alebo vyššou môže výrazne zvýšiť priepustnosť v porovnaní so systémami s pomalšou rýchlosťou nábehu, čím sa pre mnohé veľkoobjemové aplikácie oplatí vyššia počiatočná investícia. Rôzne metódy tepelného manažmentu možno hodnotiť z hľadiska ich výkonnostnej účinnosti. Kombinovaný termoelektrický chladič (TEC) a systém kvapalinového chladenia vyniká rýchlou odozvou, presnosťou a stabilitou. Tento hybridný prístup zmierňuje nízku účinnosť samotného TEC začlenením výhod kvapalinového chladenia, čím ponúka univerzálne riešenie, ktoré spĺňa požiadavky širokého spektra testovacích aplikácií . Alternatívna metóda zahŕňa použitie chladiaceho systému, ktorý poskytuje vynikajúcu odozvu chladenia, presnosť a stabilitu. Tieto systémy sú však často nákladovo neúnosné, majú veľké rozmery a sú náročné na životné prostredie kvôli freónu používanému v procese chladenia. Chladiace systémy sú zvyčajne obmedzené na chladiace aplikácie a vyžadujú sekundárny vykurovací okruh na komplexné riadenie tepla . Výber materiálu je tiež významným faktorom výkonu chladičov. Najčastejšie používanými materiálmi sú hliník a meď. Nízka hmotnosť a nízka cena hliníka ho predurčujú na konvekčné chladenie, zatiaľ čo vysoká vodivosť medi a jej nízky odpor proti šíreniu umožňujú efektívnejšie zvládnuť veľké tepelné zaťaženie, aj keď pri vyšších nákladoch a hmotnosti . Simulácia vysokého výkonu, charakterizácia teploty a testovanie veľkosériovej výroby majú odlišné požiadavky na systémy tepelného riadenia. Pri vysokovýkonnej simulácii vo fáze vývoja je rozhodujúca presnosť a stabilita v celom teplotnom rozsahu, pretože tieto údaje sú základom prevádzkových špecifikácií zariadenia . Integrované regulátory napätia (IVR) EP7037C a novšia séria EP71xxx spoločnosti Empower Semiconductor sú príkladom pokroku v oblasti integrovaných obvodov riadenia výkonu. Tieto produkty ponúkajú viacero výstupov regulovaného napätia, čím zvyšujú výkon a účinnosť zariadenia. Spoločnosť Empower tvrdí, že ich technológia IVR umožňuje 10x zmenšiť veľkosť a 1000x zrýchliť prevádzku, čo znamená podstatné zlepšenie oproti tradičným regulátorom napätia .

Aplikácie

IC 1216AP06 pre riadenie napájania sa široko využíva v moduloch elektroniky automobilových karosérií, kde inteligentné výkonové spínače riadia rôzne záťaže, ako sú lampy, LED diódy, solenoidy a motory.

. Tieto inteligentné spínače ponúkajú oproti mechanickým relé významné výhody vrátane zníženého mechanického hluku, menšej veľkosti modulu a rozšírenej funkčnosti. Tento integrovaný obvod je obzvlášť schopný splniť prísne požiadavky 24 V systémov, ako aj 12 V systémov, a to vďaka využitiu dlhoročného pokroku v technológii polovodičových spínačov. Výsledkom týchto pokrokov sú nízkonákladové zariadenia, ktoré sú efektívne, bezpečné, flexibilné, spoľahlivé, robustné a odolné voči poruchám. Jednou z kľúčových vlastností zariadenia 1216AP06 je jeho trojvodičové sériové rozhranie kompatibilné s I2C, ktoré je plne softvérovo konfigurovateľné a programovateľné. Toto rozhranie poskytuje okamžité čítanie prúdu a napätia na porte, čo zvyšuje jeho využiteľnosť v dynamických systémoch. Okrem toho IC obsahuje funkcie, ako je blokovanie vstupného podpätia (UVLO), blokovanie vstupného prepätia (OVLO), ochrana proti prehriatiu a obmedzenie rýchlosti posuvu výstupného napätia počas spúšťania, vďaka čomu je vysoko spoľahlivý v rôznych prevádzkových podmienkach. 1216AP06 pracuje v štyroch rôznych režimoch, aby vyhovel rôznym požiadavkám systému. Medzi tieto režimy patrí automatický režim, ktorý umožňuje automatické fungovanie zariadenia pri jeho predvolených nastaveniach bez akéhokoľvek softvérového zásahu; poloautomatický režim, ktorý detekuje a klasifikuje pripojené zariadenia, ale vyžaduje softvérové pokyny na napájanie portu; manuálny režim, ktorý ponúka úplné softvérové ovládanie a je ideálny na diagnostiku systému; a režim vypnutia, ktorý bezpečne ukončí všetky činnosti a vypne napájanie zariadenia.

Porovnanie s inými integrovanými obvodmi

Integrované obvody pre správu napájania (PMIC) sa od ostatných integrovaných obvodov odlišujú tým, že obsahujú viacero funkcií v jednom čipe, čím optimalizujú priestor a nákladovú efektívnosť elektronických systémov.

. Na rozdiel od jednofunkčných integrovaných obvodov, ako sú lineárne regulátory, DC/DC meniče a resetovacie integrované obvody, ktoré slúžia na špecifické účely, môžu PMIC vykonávať rôzne úlohy súvisiace s napájaním vrátane dohľadu nad napätím a podpäťovej ochrany, čím sa zvyšuje účinnosť konverzie, rozptyl tepla a znižuje celková veľkosť riešenia. Typický PMIC môže napríklad integrovať riadenie napájania pomocou pulzno-šírkovej modulácie (PWM) pre nabíjanie batérie aj reguláciu napätia, čo mu umožňuje súčasne nabíjať batériu a napájať systémovú záťaž z neregulovaného sieťového adaptéra. Táto integrácia znižuje potrebu viacerých diskrétnych komponentov, čím sa šetrí miesto na doske plošných spojov a minimalizujú náklady v porovnaní s riešeniami s dvoma regulátormi. Okrem toho PMIC často obsahujú pokročilé funkcie, ako je topológia flyback s prúdovým režimom pre vysokú účinnosť a vynikajúcu prechodovú odozvu. Voliteľná prevádzka v režime Burst Mode a režim vypnutia ďalej zvyšujú hustotu výkonu, účinnosť a zvlnenie výstupu, čo umožňuje prispôsobiť tieto parametre konkrétnym aplikáciám. Okrem toho sú integrované obvody ovládačov hradiel, ktoré sú podmnožinou PMIC, navrhnuté na efektívne riadenie výkonových MOSFETov pri vysokých spínacích frekvenciách. Tieto ovládače využívajú logické úrovne z integrovaných obvodov PWM a poskytujú pohon s jedným alebo dvoma synchrónnymi usmerňovačmi, čím zabezpečujú efektívnu prevádzku a znížený rozptyl energie. Integrácia funkcií, ako sú rozhrania SPI, do integrovaných obvodov ovládačov hradiel zjednodušuje smerovanie, minimalizuje režijné náklady MCU a šetrí plochu PCB, čím ďalej znižuje náklady na systém. V porovnaní s tým si IC s tepelným riadením vyžadujú ďalšie úvahy, ako napríklad integráciu s účinnými chladičmi, ako sú systémy kvapalinového chladenia, aby sa prekonala nízka účinnosť termoelektrických chladičov (TEC). Tieto systémy, hoci sú veľmi presné a stabilné, sú zvyčajne väčšie a drahšie ako PMIC a majú špecifické environmentálne problémy.

Priemyselné normy a dodržiavanie predpisov

Opatrenia na kontrolu kvality sú pri výrobe integrovaných obvodov riadenia napájania (PMIC) veľmi dôležité, aby sa zabezpečilo, že sa budú vyrábať na vysokej úrovni. Tieto opatrenia zahŕňajú prísne testovacie a kontrolné procesy, ktorých cieľom je overiť, či PMIC spĺňajú požadované špecifikácie

. Proces testovania zahŕňa funkčné, spoľahlivé a environmentálne testy, ktoré zabezpečujú, že PMIC fungujú správne v rôznych prevádzkových podmienkach. Proces kontroly zahŕňa vizuálnu kontrolu, elektrické testovanie a testovanie na úrovni matrice s cieľom identifikovať akékoľvek chyby alebo poruchy v PMIC. Validačné riešenia zohrávajú kľúčovú úlohu vo fázach návrhu a realizácie vývoja PMIC. Tieto riešenia pomáhajú identifikovať chyby v návrhu a výrobné chyby už v ranom štádiu vývojového procesu, čím zabezpečujú, že PMIC spĺňajú potrebné špecifikácie pre spoľahlivosť a výkon. Riešenie problémov vo fáze validácie je podstatne nákladovo efektívnejšie ako riešenie problémov po začatí výroby, čím sa znižuje riziko nákladného stiahnutia z trhu a prepracovania. Validačné riešenia umožňujú inžinierom vďaka simulácii reálnych prevádzkových podmienok doladiť návrhy PMIC na dosiahnutie optimálneho výkonu. Okrem toho výrobcovia PMIC dodržiavajú rôzne priemyselné normy, aby zabezpečili bezpečnosť a účinnosť svojich výrobkov. Napríklad norma ISO 26262 je relevantná pre bezpečnosť elektrických a elektronických systémov v rámci automobilových aplikácií, zabezpečuje správnu prevádzku automobilových systémov situačného povedomia a rieši otázky kybernetickej bezpečnosti v automobilovom priemysle. Tieto normy majú zásadný význam v odvetviach, ktoré si vyžadujú vysokú spoľahlivosť a bezpečnosť, ako sú automobilové a priemyselné aplikácie. Dodržiavanie týchto prísnych opatrení na kontrolu kvality a priemyselných noriem zabezpečuje, že PMIC nielenže spĺňajú, ale často aj prekonávajú očakávania rôznych cieľových trhov vrátane inteligentných meračov, mobilných telefónov, televízorov, bezpečnostných systémov, počítačových periférií, zdravotníckych zariadení a priemyselných riadiacich zariadení. Toto dodržiavanie je nevyhnutné na zachovanie výkonu a spoľahlivosti PMIC v širokom spektre výrobkov spotrebnej a priemyselnej elektroniky.

História a vývoj

Moderné integrované obvody pre riadenie napájania (PMIC) sa výrazne vyvinuli, aby spĺňali rastúce požiadavky na efektívne a spoľahlivé riadenie napájania v elektronických zariadeniach. Korene PMIC možno vystopovať v snahe riešiť problémy napájania a riadenia v zložitých systémoch. Spočiatku boli PMIC vyvinuté na zabezpečenie potrebnej konverzie a regulácie napájania z externého zdroja alebo batérie na požadované napájacie napätie pre rôzne zariadenia.

. Technológia PMIC v posledných rokoch pokročila míľovými krokmi. Tento pokrok je spôsobený potrebou vyššej energetickej účinnosti, najmä v odvetviach, ako je automobilová elektronika, kde PMIC pomáhajú riadiť a regulovať energiu v batériách a nabíjacích systémoch automobilov. Tieto PMIC optimalizujú energetickú účinnosť, znižujú uhlíkovú stopu a zvyšujú celkový výkon tým, že ponúkajú monitorovanie, riadenie a ochranu batérie v reálnom čase. Okrem toho sa PMIC stali kľúčovými v informačno-zábavných systémoch, ktoré poskytujú efektívne riadenie energie a lepší užívateľský zážitok vďaka monitorovaniu v reálnom čase a ochrane systému. Vývoj PMIC zaznamenal významný skok s prechodom na sofistikovanejšie výrobné procesy. Spočiatku sa väčšina PMIC vyrábala pomocou 8-palcového 0,18-0,11 mikrónového procesu. V súvislosti s nedostatkom čipov PMIC však mnohé spoločnosti začali uvažovať o prechode na 12-palcové PMIC. Tento prechod bol spôsobený potrebou rozšíriť výrobu a zmierniť nedostatok dodávok, pričom niektorí výrobcovia presunuli výrobné linky na 300 mm (12-palcové) plátky.

Použitie v rôznych odvetviach

Integrované obvody pre správu napájania (PMIC) zohrávajú kľúčovú úlohu v rôznych odvetviach tým, že účinne riadia a distribuujú elektrickú energiu v elektronických zariadeniach a systémoch. Ich všestranné využitie sa rozširuje do viacerých odvetví vrátane spotrebnej elektroniky, automobilového priemyslu, priemyselných strojov a obnoviteľných zdrojov energie.

Spotrebná elektronika

V spotrebnej elektronike sú PMIC nepostrádateľné pre zariadenia, ako sú smartfóny, notebooky a gadgety internetu vecí. Optimalizujú spotrebu energie, predlžujú životnosť batérie a zabezpečujú spoľahlivý výkon.

. Napríklad smartfóny sa vo veľkej miere spoliehajú na PMIC na riadenie napájania viacerých komponentov, pričom každé zariadenie vyžaduje 1-2 čipy na riadenie napájania a telefóny 5G vyžadujú až 10 čipov. Tým sa zabezpečuje energeticky efektívna prevádzka a zlepšuje sa používateľský zážitok.

Automobilový priemysel

V automobilovom priemysle sa PMIC používajú na reguláciu napájania rôznych elektronických komponentov vrátane informačných a zábavných systémov a bezpečnostných prvkov.

. Spoločnosti ako Yachuang Electronics vyvinuli PMIC pre automobilový priemysel, ktoré spĺňajú prísne regulačné certifikáty, ako napríklad AEC-Q100, čo umožňuje ich integráciu do vozidiel renomovaných výrobcov, ako sú Hyundai a Chrysler. Táto integrácia je kľúčová pre rozvoj elektrických a hybridných vozidiel, v ktorých je nevyhnutné efektívne riadenie napájania.

Priemyselné stroje

V priemyselnom prostredí zabezpečujú PMIC spoľahlivú distribúciu energie medzi strojmi a riadiacimi systémami, čím uľahčujú stabilnú prevádzku.

. Patria sem aplikácie v odvetviach, ako sú priemyselné riadiace zariadenia, kde PMIC prispievajú k energeticky efektívnemu fungovaniu komplexných systémov. Spoločnosti ako Shanghai Belling a BPS boli na čele a poskytovali riešenia PMIC pre priemyselné riadiace polovodiče a čipy na riadenie motorov.

Obnoviteľná energia

PMIC sú tiež neoddeliteľnou súčasťou projektov obnoviteľných zdrojov energie, kde riadia konverziu a distribúciu energie v systémoch, ako sú fotovoltaické striedače a veterné turbíny.

. Tieto integrované obvody umožňujú efektívne využívanie obnoviteľnej energie a podporujú prechod na udržateľné zdroje energie. Pokroky v technológii PMIC sú preto nevyhnutné pre vývoj a rozšíriteľnosť riešení obnoviteľnej energie.

Zdravotnícke vybavenie

Špičkové a prenosné zdravotnícke zariadenia výrazne profitujú z používania PMIC, ktoré zabezpečujú spoľahlivú a efektívnu prevádzku týchto zariadení.

. Presné riadenie spotreby, ktoré umožňujú PMIC, je rozhodujúce pre výkon lekárskych nástrojov, najmä v scenároch, kde je životnosť batérie a minimálne tepelné emisie mimoriadne dôležité.

Prijatie na trhu

Trh s integrovanými obvodmi pre riadenie napájania (PMIC) vykazuje v posledných rokoch značnú odolnosť a rast. V roku 2021 dosiahla veľkosť globálneho trhu s PMIC približne 146,942 miliardy juanov a predpokladá sa, že sa bude naďalej rozširovať a do roku 2027 môže dosiahnuť 201,031 miliardy juanov.

. Očakáva sa, že celkový trh s výkonovými integrovanými obvodmi do roku 2026 presiahne $25,5 miliardy USD a v rokoch 2020 až 2026 bude rásť zloženou ročnou mierou rastu (CAGR) 3%. Tento rast však nie je rovnomerný vo všetkých segmentoch trhu výkonových integrovaných obvodov. Napríklad viackanálové PMIC predstavovali v roku 2020 21% trhu a predpokladá sa, že do roku 2026 porastú o 2,6% a dosiahnu približne $5,3 miliardy USD. Čína sa stala dominantným hráčom na trhu PMIC, pričom veľkosť jej trhu dosiahne v roku 2021 približne 36,736 miliardy jüanov, čo predstavuje približne 23% globálneho trhu. V minulosti mali v čínskom sektore PMIC väčšinový podiel na trhu taiwanskí výrobcovia ako Richtek, GMT a Novatek spolu s európskymi a americkými spoločnosťami ako Texas Instruments. Táto dynamika sa však postupne mení, pretože čínske spoločnosti z pevninskej Číny zvyšujú svoj vplyv a schopnosti. Trhové prostredie formovalo aj niekoľko kľúčových akvizícií a fúzií. Najmä spoločnosť Analog Devices (ADI) získala v roku 2020 spoločnosť Maxim Integrated za $20,9 miliardy USD, čím vznikol spojený subjekt s trhovou hodnotou presahujúcou $68 miliárd USD. Tieto konsolidácie odrážajú konkurenčnú povahu a strategický význam integrovaných obvodov pre riadenie napájania v polovodičovom priemysle. Automobilový sektor je ďalšou významnou hnacou silou zavádzania PMIC. S nástupom elektrických vozidiel (EV) prudko vzrástol dopyt po čipoch na riadenie napájania pre automobilový priemysel. Podľa spoločnosti STMicroelectronics je počet čipov na riadenie napájania potrebných pre nové energetické vozidlá takmer 20% vyšší ako pre tradičné automobily, celkovo približne 50 na jedno vozidlo. Spoločnosti ako Yachuang Electronics využili tento trend a vyvinuli PMIC, ktoré boli zabudované do vozidiel veľkých výrobcov automobilov, ako sú Hyundai a Chrysler. Napriek celkovému pozitívnemu vývoju zaznamenal trh s PMIC určité výkyvy. Napríklad vo štvrtom štvrťroku 2022 došlo k poklesu cien PMIC v dôsledku zníženého dopytu po spotrebnej elektronike a zvýšeného tlaku na zásoby, pričom ceny klesli približne o 4-9%. Napriek tomu zostáva dlhodobý výhľad pozitívny, a to vďaka rastúcim požiadavkám v automobilovom priemysle a ďalších rozvíjajúcich sa odvetviach.

Vyhliadky do budúcnosti

Budúce vyhliadky integrovaných obvodov pre riadenie napájania (PMIC) vrátane modelu 1216AP06 sú výrazne ovplyvnené prebiehajúcim technologickým pokrokom a trhovými trendmi. Predpokladá sa, že celkový trh s výkonovými integrovanými obvodmi do roku 2026 presiahne $25,5 miliardy USD, pričom v rokoch 2020 až 2026 dosiahne zloženú ročnú mieru rastu (CAGR) 3%

. Táto trajektória rastu podčiarkuje rastúci dopyt po riešeniach riadenia spotreby v rôznych aplikáciách. Pozoruhodným segmentom v rámci tohto trhu sú viackanálové PMIC, ktorých hodnota v roku 2020 predstavovala viac ako $4,5 miliardy USD a očakáva sa, že do roku 2026 dosiahne približne $5,3 miliardy USD, pričom v tomto období dosiahne CAGR 2,6%. Tieto komponenty sú nevyhnutné v aplikáciách, kde je rozhodujúca veľkosť a účinnosť, ako sú smartfóny a pokročilé asistenčné systémy vodiča (ADAS). Vedúce spoločnosti v tomto segmente, vrátane spoločností Apple, Qualcomm, Intel a Samsung S.LSI, zásobujú predovšetkým výrobcov smartfónov, čo poukazuje na robustnosť a potenciál rastu tohto sektora. Okrem toho technologický pokrok mení schopnosti veliteľov zásahových jednotiek (IC) v núdzových scenároch. Nové technológie poskytujú rozsiahle súbory údajov a umožňujú informovanejšie rozhodovanie, čím zvyšujú efektívnosť hasičských a záchranných operácií. Integrácia týchto technologických vymožeností však musí byť vyvážená, aby sa predišlo preťaženiu IC príliš veľkým množstvom úloh, čo by mohlo obmedziť ich kritické rozhodovacie schopnosti. Tento vyvážený prístup je kľúčový na zabezpečenie toho, aby technológie slúžili ako doplnok, a nie ako prekážka schopností IC v prvých líniách záchranných prác. Odolnosť trhu s výkonovými integrovanými obvodmi napriek globálnym výzvam, ktoré predstavuje COVID-19, ďalej zdôrazňuje jeho robustný charakter. Trh zaznamenal v rokoch 2019 až 2020 medziročný nárast o takmer 1,51 TP3T v dôsledku zvýšeného dopytu spotrebiteľov. Táto odolnosť naznačuje silný základ pre budúci rast a inovácie v oblasti technológií riadenia napájania.