摘要

1216AP06 电源管理集成电路 (PMIC) 是一种专用半导体器件，设计用于管理和调节电子系统内的电源。PMIC 是智能手机、笔记本电脑、汽车系统、工业机械和可再生能源解决方案等广泛应用中的关键元件。它们通过执行电压调节、电源排序、电池管理和热管理等各种功能来确保高效的功耗，从而延长电池寿命，提高电子设备的性能和可靠性。PMIC 大致分为线性稳压器和开关稳压器，根据应用的不同，各自具有不同的优势。线性稳压器以低噪声著称，是噪声敏感环境的理想选择，而开关稳压器则利用开关元件将输入电压转换为所需的输出电压，从而提供更高的效率。PMIC 技术的显著进步包括无需散热器即可确保高效电压调节的滞后稳压器，以及通过在高性能和低功耗模式之间切换优化能耗的 ECO 功能等特性。1216AP06 型号尤其针对离线开关模式电源 (SMPS) 和 DC-DC 转换器应用进行了优化。它具有固定频率电压模式 PWM 控制器、逐脉冲电流限制、欠压锁定以及过载和过压保护等一系列保护功能。这些特性使 1216AP06 适用于高效电源设计，确保在各种电子应用中稳定可靠地运行。随着技术的不断进步，对体积更小、功能更强、能效更高的电子设备的需求日益增长，PMIC 在半导体行业中的重要性预计也将随之增加。此外，汽车电子和可再生能源等行业对改进电源管理解决方案的需求也对 PMIC 的开发和采用产生了重大影响。尽管市场动态有所波动，但在不断创新和各行各业应用不断扩大的支撑下，PMIC 的长期前景依然乐观。

概述

电源管理集成电路 (PMIC) 是专门设计用于管理和调节各种电子设备电源的电子元件

.它们通过执行电压调节、电源排序、电池管理和热管理等各种功能，在确保高效耗电方面发挥着至关重要的作用。PMIC 在现代电子产品中举足轻重，可使智能手机、笔记本电脑、可穿戴设备和物联网设备等设备在延长电池寿命的同时实现最佳性能。PMIC 的发展是由改善资源跟踪和利用的需求驱动的，尤其是在大规模事故期间。最初，这些流程是使用干擦板和纸笔等基本工具进行管理的，这些工具虽然功能强大，但无法扩展以应对更重大的突发事件。随着技术的进步，人们开发出了更先进的 PMIC，以满足对电源管理效率和可靠性日益增长的需求。PMIC 大致可分为线性稳压器和开关稳压器。线性稳压器（如低压差（LDO）稳压器）通过将多余的功率作为热量耗散来提供稳定的输出电压，并以低噪声著称，因此适用于对噪声敏感的应用。另一方面，开关稳压器利用开关元件更有效地将输入电压转换为所需的输出电压，与线性稳压器相比，效率更高，但复杂性也更高。滞后稳压器是开关稳压器中的一种，它采用一个具有输入滞后功能的比较器，将输出电压保持在特定范围内。这种方法不仅能确保有效的电压调节，还能将内部功率耗散分配给多个功率器件，从而可能消除对散热器的需求。某些 PMIC 的另一项先进功能是 ECO 功能，它允许器件在高性能和低功耗模式之间切换，从而根据使用要求优化能耗。PMIC 对电子系统的功能性和可靠性至关重要，因为它们能保护元件免受电压波动造成的损坏。电源裕度等技术，包括在指定的电源电压上限和下限下测试系统功能，进一步提高了电子设备的可靠性和使用寿命。随着消费者对体积更小、功能更强大、能效更高的设备的需求不断增长，PMIC 的重要性和功能有望进一步扩大，从而巩固其在半导体行业中不可或缺的地位。

主要特點

电源管理集成电路（PMIC）是现代电子系统中的重要元件，可提供一系列功能，确保各种设备高效可靠地运行。

电源排序

在多电源系统中，具有电源排序功能的 PMIC 可确保每个电源的电压以正确的顺序开启和关闭。该功能使用内部或外部 MOSFET，以可预测的安全方式开关电源，防止潜在的损坏并确保系统稳定性。

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多种输出通道

PMIC 通常包含多个具有不同电压和电流规定的输出通道，便于为系统内的多个元件提供电源。这种多功能性使单个 PMIC 能够有效管理设备内不同元件的电源要求

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可编程性

许多 PMIC 都具有可编程性，使用户能够根据特定应用定制集成电路参数。这一特性增强了 PMIC 的多功能性，使其能够根据不同电子系统的独特电源管理需求进行定制。

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提高效率

为了提高整体效率，PMIC 集成了电压调制、动态电压频率缩放 (DVFS) 和节能模式等机制。这些技术有助于优化电源使用，延长便携式设备的电池寿命。

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通信接口

某些 PMIC 具有 I2C 或 SPI 等通信接口，使用户能够配置和监控集成电路的性能。这样就能在复杂的电子系统中实现更好的控制和集成，便于实时调整和诊断。

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稳定输出电压

无论输入电压如何波动，PMIC 内的稳压器都能保持稳定的输出电压，确保敏感元件获得稳定的电源。这种稳定性对于电子设备中的处理器和其他关键元件的可靠运行至关重要

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低压差 (LDO) 稳压器

PMIC 中的 LDO 稳压器在输入电压和输出电压之间的差值很小，因此可以实现严格稳压的输出。它们具有快速瞬态响应能力，可处理动态负载，在输入电压、输出负载电流和温度变化等不同条件下保持输出电压稳定

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技术规格

1216AP06 电源管理 IC 采用固定频率电压模式 PWM 控制器，专为离线 SMPS（开关模式电源）和 DC-DC 转换器应用而优化，只需极少的外部元件

.这款集成电路包括一个用于精确占空比控制的微调振荡器、一个温度补偿基准、开/关控制、一个高增益误差放大器、一个电流检测比较器和一个大电流图腾柱输出。其显著特点包括逐脉冲电流限制、欠压锁定（UVLO）、7mA 典型工作电流、软启动、开/关控制、过载保护（OLP）、过流保护（OCP）和过压保护（OVP）。此外，它还集成了开/关控制和软启动电路，与互补型功率 MOSFET 和高性能功率因数 IC 配合使用时，可实现高效率的 SMPS 设计，并符合相关的谐波发射标准。1216AP06 采用恒定频率、扩频架构，可提供极低噪声的稳压输出和输入。该架构采用 1MHz 至 1.6MHz 的随机开关频率，可设定飞行电容器的充电和放电速率，与传统充电泵相比，输出噪声极低，输入噪声显著降低。集成电路包括两个开关电容充电泵，用于将 VIN 降压至两个稳压输出电压，工作时相位相差 180°，以降低输入纹波。通过外部电阻分压器检测每个输出电压，并根据误差信号调制电荷泵输出电流，从而实现稳压。这种精密的设计确保了各种应用（包括电池充电器和电视机）的高效率和可靠性能，特别是当电流设定值低于特定值时，会触发跳过循环模式，从而提高效率。

 

设计与建筑

在设计电源管理集成电路（PMIC）时，需要仔细考虑多个因素，以确保效率和可靠性。PMIC 的基本构件通常包括电压调节器、电源转换器和电池充电器，它们共同管理和调节电子设备中的电源。

.这些组件中的每一个都在维持电压稳定、控制电流流动和监督电池功能方面发挥着关键作用。

 

PMIC 设计流程

PMIC 设计流程集成了对高效电源管理至关重要的多个构件。设计人员必须考虑各种关键参数，如电源效率、热管理和保护电路，以设计出符合性能和可靠性标准的 PMIC。

.例如，开关电源是一种常见的 PMIC 元件，其布局必须经过精心设计，以避免不稳定性和电磁干扰 (EMI)。这就需要在主电流路径和电源接地轨道上使用宽而短的迹线，并将输入和输出电容器及电感器等元件尽可能靠近集成电路。

 

主要组成部分

电压调节器

电压调节器对于确保设备各节点的电压稳定性至关重要。无论输入电压或负载条件如何变化，它们都能维持恒定的输出电压。

.这种稳定性对设备内所有电子元件的正常运行至关重要。

 

电流限制器

限流器可防止电流过大，保护元件免受过流可能造成的损坏。它们对设备的安全性和耐用性起着至关重要的作用

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控制邏輯

PMIC 中的控制逻辑负责监督电源排序、检测异常并管理其他基本功能。该组件负责 PMIC 的智能运行，确保无缝执行所有与电源相关的任务。

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电池管理电路

对于电池供电的设备，PMIC 集成了电池充电和监控的专用电路。这可通过管理充电周期和防止过度充电或深度放电情况，确保电池的有效使用和使用寿命。

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布局考虑因素

PMIC 的物理布局与其架构设计同样重要。例如，在高峰值电流和高开关频率应用中，布局必须确保主电流路径中的电阻和电感最小，以保持稳定并最大限度地减少 EMI。

.这就需要战略性地放置元件，并仔细分离控制和电源接地线，以优化性能。

 

性能

在大批量生产测试领域，准确性往往不如成本效益重要，而成本效益是由产量和测试系统费用驱动的。有效的热管理在优化产量和证明较高系统成本的合理性方面起着至关重要的作用，特别是当系统的斜率能显著提高性能时更是如此

.例如，与升温速率较慢的系统相比，升温速率为 5°C/s 或更高的热管理系统可以显著提高产量，因此对于许多大批量应用而言，较高的初始投资是值得的。可以对各种热管理方法的性能效率进行评估。热电冷却器 (TEC) 和液体冷却系统的组合因其快速响应、准确性和稳定性而脱颖而出。这种混合方法结合了液体冷却的优点，缓解了单独使用热电半导体制冷片效率低的问题，从而提供了一种多功能解决方案，可满足各种测试应用的需求。另一种方法是使用制冷系统，它能提供出色的冷却响应、精度和稳定性。但是，这些系统通常成本高、体积大，而且由于冷却过程中使用氟利昂，对环境造成挑战。制冷系统通常仅限于冷却应用，需要辅助加热回路来实现全面的热管理。材料选择也是影响散热器性能的一个重要因素。铝和铜是最常用的材料。铝重量轻、成本低，是对流冷却的理想材料，而铜的高传导性和低扩散阻力使其能够更有效地处理较重的热负荷，尽管成本和重量较高。大功率模拟、温度特性分析和大批量生产测试对热管理系统各有不同的要求。对于开发阶段的大功率仿真，整个温度范围内的准确性和稳定性至关重要，因为这些数据将为器件的工作规格提供依据。Empower Semiconductor 的 EP7037C 和较新的 EP71xxx 系列集成电压调节器 (IVR) 充分体现了电源管理 IC 的先进性。这些产品提供多种稳压输出，提高了器件的性能和效率。Empower 声称，他们的 IVR 技术使产品尺寸缩小了 10 倍，运行速度提高了 1000 倍，与传统的电压调节器相比有了实质性的改进。

應用領域

1216AP06 电源管理 IC 广泛应用于汽车车身电子模块，其中的智能电源开关可控制各种负载，如灯具、LED、电磁阀和电机等

.与机械继电器相比，这些智能开关具有显著优势，包括降低机械噪音、缩小模块尺寸和增强功能。凭借多年来在固态开关技术方面取得的进步，集成电路尤其能够满足 24V 系统和 12V 系统的严格要求。这些进步造就了高效、安全、灵活、可靠、坚固和容错的低成本器件。1216AP06 的主要特点之一是其兼容 I2C 的三线串行接口，完全可通过软件进行配置和编程。该接口可提供端口电流和电压的瞬时读数，提高了其在动态系统中的实用性。此外，该 IC 还具有输入欠压锁定 (UVLO)、输入过压锁定 (OVLO)、过热保护和启动期间输出电压压摆率限制等功能，使其在各种工作条件下都具有很高的可靠性。1216AP06 可在四种不同的模式下运行，以适应不同的系统要求。这些模式包括自动模式（允许设备在默认设置下自动运行，无需任何软件干预）、半自动模式（可检测连接设备并对其进行分类，但需要软件指令才能为端口供电）、手动模式（提供完整的软件控制，是系统诊断的理想选择）和关机模式（安全终止所有活动并关闭设备电源）。

 

与其他集成电路的比较

电源管理集成电路（PMIC）有别于其他集成电路，它将多种功能集成到一个芯片中，从而优化了电子系统的空间和成本效益

.与线性稳压器、DC/DC 转换器和复位集成电路等单功能集成电路（用于特定用途）不同，PMIC 可以执行各种与电源相关的任务，包括电压监控和欠压保护，从而提高转换效率、散热并缩小整体解决方案的尺寸。例如，典型的 PMIC 可集成用于电池充电和电压调节的脉宽调制 (PWM) 电源控制功能，使其能够同时为电池充电，并通过未调节的交流壁式适配器为系统负载供电。与双控制器解决方案相比，这种集成减少了对多个分立元件的需求，从而节省了 PCB 空间并最大限度地降低了成本。此外，PMIC 通常具有先进的功能，如电流模式反激拓扑，可实现高效率和出色的瞬态响应。可选的突发模式操作和掉电模式可进一步提高功率密度、效率和输出纹波，从而使这些参数可针对特定应用进行定制。此外，作为 PMIC 子集的栅极驱动器 IC 设计用于在高开关频率下高效驱动功率 MOSFET。这些驱动器利用 PWM 集成电路的逻辑电平，提供单端或双同步整流器驱动，确保高效运行并降低功耗。在栅极驱动器集成电路中集成 SPI 接口等功能简化了布线，最大限度地减少了 MCU 的开销，节省了 PCB 面积，从而进一步降低了系统成本。相比之下，热管理集成电路需要考虑更多因素，如与液体冷却系统等高效散热器集成，以克服热电冷却器（TEC）效率低的问题。这些系统虽然精度高、稳定性好，但通常比 PMIC 更大、更贵，而且有特定的环境问题。

 

行业标准与合规性

质量控制措施对 PMIC 制造至关重要，可确保以高标准生产电源管理集成电路 (PMIC)。这些措施包括严格的测试和检验流程，旨在验证 PMIC 是否符合所需规格

.测试过程包括功能测试、可靠性测试和环境测试，确保 PMIC 在各种工作条件下正常运行。检查过程包括目视检查、电气测试和芯片级测试，以确定 PMIC 中的任何缺陷或故障。验证解决方案在 PMIC 开发的设计和实施阶段发挥着至关重要的作用。这些解决方案有助于在开发过程的早期发现设计缺陷和制造缺陷，确保 PMIC 符合可靠性和性能方面的必要规范。在验证阶段解决问题比在生产开始后解决问题的成本效益要高得多，从而降低了代价高昂的召回和返工风险。通过模拟真实世界的工作条件，验证解决方案使工程师能够对 PMIC 设计进行微调，以获得最佳性能。此外，PMIC 制造商遵守各种行业标准，以确保其产品的安全性和效率。例如，ISO 26262 标准涉及汽车应用中电气和电子系统的安全、确保汽车态势感知系统的正常运行以及解决汽车网络安全问题。这些标准对于汽车和工业应用等要求高可靠性和安全性的行业至关重要。遵守这些严格的质量控制措施和行业标准，可确保 PMIC 不仅能满足而且往往能超越智能电表、手机、电视、安全系统、计算机外设、医疗设备和工业控制设备等各种目标市场的期望。这种坚持对于在各种消费和工业电子产品中保持 PMIC 的性能和可靠性至关重要。

 

历史与发展

现代电源管理集成电路（PMIC）得到了长足发展，以满足电子设备对高效、可靠电源管理日益增长的需求。PMIC 的起源可以追溯到人们为应对复杂系统中的电源供应和管理挑战而做出的努力。最初，开发 PMIC 的目的是为各种设备提供必要的电源转换和调节，将外部电源或电池转换为所需的电源电压。

.近年来，PMIC 技术突飞猛进。推动这一进步的是对更高能效的需求，特别是在汽车电子等领域，PMIC 帮助管理和调节汽车电池和充电系统中的电能。这些 PMIC 通过提供实时监测、控制和电池保护，优化了能源效率，减少了碳足迹，并提高了整体性能。此外，PMIC 已成为信息娱乐系统的关键，通过实时监控和系统保护，提供高效的能源管理和更好的用户体验。随着向更复杂的制造工艺过渡，PMIC 的发展出现了重大飞跃。最初，大多数 PMIC 采用 8 英寸 0.18-0.11 微米工艺生产。然而，由于 PMIC 芯片短缺，许多公司开始考虑改用 12 英寸 PMIC。这种转变是出于扩大生产和缓解供应紧张的需要，一些制造商将生产线迁移到 300 毫米（12 英寸）晶圆上。

 

在不同行业的应用

电源管理集成电路（PMIC）通过有效管理和分配电子设备和系统中的电能，在各行各业发挥着至关重要的作用。它们的广泛应用涉及多个行业，包括消费电子、汽车、工业机械和可再生能源。

消費性電子產品

在消费电子产品中，PMIC 是智能手机、笔记本电脑和物联网小工具等设备不可或缺的部件。它们能优化能源使用、延长电池寿命并确保性能可靠

.例如，智能手机在很大程度上依赖 PMIC 来管理多个组件的电源，每个设备需要 1-2 个电源管理芯片，而 5G 手机则需要多达 10 个芯片。这确保了高能效运行，并提升了用户体验。

 

汽車

汽车行业使用 PMIC 调节各种电子元件的电源，包括信息娱乐系统和安全功能

.亚创电子等公司已开发出符合 AEC-Q100 等严格监管认证的汽车级 PMIC，可将其集成到现代和克莱斯勒等知名制造商的汽车中。这种集成对于电动汽车和混合动力汽车的发展至关重要，因为高效的电源管理是必不可少的。

 

工业机械

在工业环境中，永磁集成电路可确保机械和控制系统的可靠配电，促进稳定运行

.这包括在工业控制设备等领域的应用，在这些领域，永磁集成电路有助于复杂系统的节能运行。上海贝岭和 BPS 等公司一直走在前列，分别为工业控制半导体和电机控制芯片提供 PMIC 解决方案。

 

可再生能源

PMIC 也是可再生能源项目不可或缺的一部分，它们在光伏逆变器和风力涡轮机等系统中管理电力转换和分配。

.这些集成电路能够有效利用可再生能源，支持向可持续能源过渡。因此，永磁集成电路技术的进步对于开发和推广可再生能源解决方案至关重要。

 

医疗设备

使用 PMIC 可使高端和便携式医疗设备受益匪浅，因为 PMIC 可确保这些设备可靠高效地运行

.PMIC 提供的精确电源管理对医疗工具的性能至关重要，尤其是在电池寿命和最小热辐射至关重要的情况下。

 

市场采用

近年来，电源管理集成电路（PMIC）市场呈现出显著的恢复性增长。2021 年，全球 PMIC 市场规模约达 1,469.42 亿元，预计将继续扩大，到 2027 年可能达到 2,010.31 亿元。

.到 2026 年，功率集成电路市场的总体规模预计将超过 125 亿美元，从 2020 年到 2026 年的复合年增长率 (CAGR) 将达到 31TP3。然而，功率集成电路市场各细分市场的增长并不一致。例如，多通道 PMIC 在 2020 年的市场份额为 21%，预计年复合增长率为 2.6%，到 2026 年将达到约 $53 亿美元。中国已成为 PMIC 市场的主导者，其市场规模在 2021 年将达到约 367.36 亿元，约占全球市场的 23%。一直以来，台湾制造商（如丽台科技、GMT 和诺瓦泰克）以及欧美公司（如德州仪器）占据着中国 PMIC 行业的大部分市场份额。然而，随着中国大陆公司的影响力和实力不断增强，这种态势正在逐渐发生变化。一些重要的收购和兼并也塑造了市场格局。其中，美国模拟器件公司（ADI）于 2020 年以 1209 亿美元的价格收购了 Maxim Integrated 公司，合并后的公司市值超过 680 亿美元。这些合并反映了电源管理集成电路在半导体行业中的竞争性质和战略重要性。汽车行业是采用 PMIC 的另一个重要推动力。随着电动汽车（EV）的出现，汽车级电源管理芯片的需求激增。根据意法半导体的数据，新能源汽车所需的电源管理芯片数量比传统汽车高出近 20%，每辆车约需 50 个。亚创电子等公司抓住了这一趋势，开发出 PMIC，并已应用于现代和克莱斯勒等大型汽车制造商的汽车中。尽管总体发展态势良好，但 PMIC 市场也经历了一些波动。例如，2022 年第四季度，由于消费电子产品需求减少和库存压力增大，PMIC 价格下降，降幅约为 4-9%。不过，在汽车和其他新兴行业需求增长的推动下，长期前景依然乐观。

未来展望

包括 1216AP06 型号在内的电源管理集成电路 (PMIC) 的未来前景受到当前技术进步和市场趋势的重大影响。预计到 2026 年，电源集成电路市场总额将超过 125 亿美元，2020 至 2026 年的复合年增长率 (CAGR) 将达到 3%

.这一增长轨迹凸显了各种应用对电源管理解决方案日益增长的需求。多通道 PMIC 是这一市场中一个引人注目的细分市场，2020 年的市场价值超过 $45 亿美元，预计到 2026 年将达到约 $53 亿美元，期间的复合年增长率为 2.6%。在智能手机和高级驾驶辅助系统（ADAS）等对尺寸和效率要求极高的应用中，这些元件至关重要。该领域的领先企业，包括苹果、高通、英特尔和三星 S.LSI，主要面向智能手机制造商，彰显了该领域的稳健性和增长潜力。此外，技术的进步正在重塑应急情况下事故指挥官（IC）的能力。新兴技术提供了大量数据集，使决策更加明智，从而提高了消防和救援行动的效率。但是，在整合这些先进技术时必须保持平衡，以防止集成电路承担过多的任务，从而影响其关键决策能力。这种平衡的方法对于确保技术成为应急响应前线集成电路能力的增强而非阻碍至关重要。尽管 COVID-19 带来了全球性挑战，但电力集成电路市场的韧性进一步凸显了其稳健性。由于消费者需求的增加，2019 年至 2020 年间，市场的年同比增长率接近 1.5%。这种韧性为电源管理技术的未来增长和创新奠定了坚实的基础。