電源能量管理的案例
開關(guān)電源中實現(xiàn)脈寬控制集成的核心元件-電源管理IC-IML1942
電源管理集成電路（IC）是一種芯片，負責(zé)電子設(shè)備系統(tǒng)中電能的轉(zhuǎn)換、配電、檢測和其他電源管理。其主要負責(zé)將源電壓和電流轉(zhuǎn)換為可由微處理器、傳感器等負載使用的電源。?電源管理芯片（PMIC）的核心工作原理是通過電壓轉(zhuǎn)換、動態(tài)調(diào)節(jié)和保護機制，為電子設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的電能管理。
電源管理芯片的主要作用包括電源管理、充電管理和電池管理。電源管理方面，它能夠轉(zhuǎn)換電壓和電流以適應(yīng)不同電子元件和電路的需求，并提供穩(wěn)定的電源輸出；充電管理方面，它能夠監(jiān)測和控制設(shè)備電池的充電狀態(tài)，提供恰當(dāng)?shù)某潆婋娏骱碗妷海浑姵?em>管理方面，它能夠監(jiān)測和管理設(shè)備電池的電量，確保電池的安全和性能。電源管理芯片的工作原理主要基于反饋環(huán)路機制，通過感知輸出電壓的變化并與設(shè)定的參考電壓進行比較，調(diào)整控制信號以改變開關(guān)管的導(dǎo)通時間或頻率，從而保持輸出電壓的穩(wěn)定。
展開 交流開關(guān)電源日常管理及維護
使用說明：線圈額定電壓48V；常閉型（無電閉合，加電斷開）
（4）監(jiān)控單元
監(jiān)控模塊是高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中的智能裝置，對開關(guān)電源系統(tǒng)的運行進行統(tǒng)一的管理。該模塊通過內(nèi)部通信接口，根據(jù)預(yù)定的工作程序，對開關(guān)整流模塊、交、直流配電屏及電池的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視、控制和管理。一套開關(guān)電源系統(tǒng)有一個監(jiān)控模塊，可同時監(jiān)控多個高頻開關(guān)整流模塊和配電裝置。另外，通過RS232／485外部接口納入上一級監(jiān)控管理系統(tǒng)，發(fā)送并接收相應(yīng)的信息，執(zhí)行監(jiān)控系統(tǒng)的命令；同時，還具有完成對各種參數(shù)及運行信息的存儲，由維護人員在現(xiàn)場進行運行參數(shù)的調(diào)整，將系統(tǒng)的運行狀態(tài)與參數(shù)進行實時的顯示等功能。
A.基本組成（如圖所示）
作用：完成系統(tǒng)運行狀態(tài)、蓄電池管理、各種參數(shù)設(shè)置、查看實時告警和歷史告警、數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)裙δ堋?現(xiàn)象：綠燈1（直流供電）常亮-正常、綠燈2（運行狀態(tài)）閃爍-正常；紅燈閃爍-告警。
注意：一旦監(jiān)控單元損壞，應(yīng)及時更換監(jiān)控單元。
監(jiān)控單元損壞對系統(tǒng)運行舉例：1.當(dāng)蓄電池放電時，監(jiān)控單元不能下電保護（直流接觸器失效），蓄電池可能會深度放電；2.整流器只能輸出53.5V直流電為電池組充電（默認為浮充）；3.電池充電電流不受限制（對蓄電池充電管理功能失效）；4.動環(huán)系統(tǒng)監(jiān)控中斷（失效）。
B．主要功能：1.顯示功能：監(jiān)控模塊可在其液晶顯示屏上分屏顯示系統(tǒng)各種運行信息，如交流輸入電壓、直流輸出電壓/電流，電池的均/浮充狀態(tài)等。
2.參數(shù)設(shè)置：可通過鍵盤和顯示屏輸入、修改電源系統(tǒng)的工作參數(shù)。這些參數(shù)將在以后電源系統(tǒng)的運行過程中，影響整個系統(tǒng)的工作，所以設(shè)置參數(shù)時，必須確保輸入的參數(shù)值與實際情況一致，否則監(jiān)控模塊不能正確地監(jiān)控電源系統(tǒng)。
展開 電源管理芯片深度研究報告
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2021年中國電源管理芯片行業(yè)概覽
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電動汽車電源管理技術(shù)最新進展
▲圖4 控制原理圖中的混合動力汽車傳動系統(tǒng)互連圖
引擎(ICE)、連續(xù)可變變速箱(CVT)、永磁同步馬達(PMSG)或混合動力汽車的初級電源、永磁同步馬達(PMSM)或混合動力汽車的推進負載都是圖中所示系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。
在這個模型中，柴油機是混合動力汽車的主要動力源，直流電池是次級動力源。管理控制系統(tǒng)(SCS)根據(jù)電池電量狀態(tài)(SOC)和馬達負載來控制這兩個動力源提供的動力比例。
事實上，在這種串聯(lián)型混合動力汽車中，DC-link電壓將抑制條件施加于與單位調(diào)制指數(shù)對應(yīng)的PMSM和PMSG的理想工作區(qū)，這樣系統(tǒng)就能避免出現(xiàn)導(dǎo)致訊號失真并降低系統(tǒng)效率的過調(diào)狀態(tài)。將調(diào)制指數(shù)保持接近1，可以提高傳動系統(tǒng)中電源電路的總效率，從而最大限度地提高逆變器和整流器的效率，而開關(guān)過程是其效率損失的主要因素，因此降低開關(guān)電壓可以提高效率。
這種能夠最大限度減少功率損失的持續(xù)永久零壓開關(guān)(ZVS)機制最適合具有高混合因子(HF)的汽車，特別是在城市環(huán)境中。混合因子是指來自電源的裝機功率與總裝機功率之比。這個混合因子會影響混合動力汽車中的燃油消耗。
汽車逆變器
主電源逆變器控制著電力傳動系統(tǒng)中的馬達，是混合動力汽車/電動汽車中的一個重要裝置。電源逆變器就像引擎汽車中的發(fā)動機管理系統(tǒng)(EMS)一樣決定著駕駛行為。這種逆變器適用于任何馬達，比如同步、異步或無刷馬達，由整合的電子PCB控制。這塊PCB板是汽車制造商專門設(shè)計的，用于最大程度地減少開關(guān)損耗，以及最大化地提高熱效率。逆變器的其他功能是捕獲再生制動釋放的能量，并回饋給電池充電。混合動力汽車/電動汽車的行駛距離與主逆變器的效率直接相關(guān)(圖5)。
▲圖5 混合動力汽車/電動汽車中的英飛凌主逆變器框架圖。(圖片來源：英飛凌)
雙電壓電池系統(tǒng)
管理好混合動力汽車和電動汽車中的電池要求使用高壓技術(shù)。
展開 電源管理集成電路的關(guān)鍵優(yōu)勢
當(dāng)今全球的芯片供應(yīng)都不是很充足的情況下，電子設(shè)備或電子系統(tǒng)所需要的電源管理電路集成芯片更加讓人青睞啦。那么，電源管理集成電路 (PMIC)為其所融入的設(shè)備可以帶來哪些好處？使用電源管理集成電路將獲得的哪些優(yōu)勢呢？今天就來看一下吧！
1．可配置性和靈活性
如今的電源管理集成電路非常靈活?通過編程(固件)更新，一種設(shè)計可用于多項應(yīng)用。默認值、排序和其他參數(shù)均可通過編程設(shè)定。這縮短了制造商的產(chǎn)品上市時間，降低了物料成本。
2．多個輸出軌
如今的電源管理集成電路(PMIC)能夠提供低、中和高壓電源。一個 PMIC 中有多個獨立的電壓軌以及多個降壓、升壓、降壓-升壓轉(zhuǎn)換器、低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)和負載開關(guān)來執(zhí)行很多功能。
3.小型解決方案
PMIC 體積小，可在一個封裝中提供所有功能，這是對之前使用的各個離散型解決方案的改進。
4.易于定制
PMIC 可配置、可編程，因此，同一設(shè)備可重新編程獲得多個解決方案。它們還可使用多種穩(wěn)壓器設(shè)備技術(shù)進行配置。
5.減少外部組件數(shù)量
PMIC 是完整的解決方案，集成了穩(wěn)壓功能，調(diào)整到一個封裝中。組件數(shù)量減少，從而使設(shè)計時間縮短、尺寸減小、成本降低。
6.降低設(shè)計成本
PMIC 是系統(tǒng)級封裝解決方案。它們可減少電源電流消耗、縮短設(shè)計時間、減少組件數(shù)量，為客戶提供無需硬件定制的最優(yōu)解決方案。
展開 在TCON板中應(yīng)用高度集成的電源管理芯片（PMIC）-iML1942
電壓管理?：通過電源管理芯片（PM IC）提供驅(qū)動液晶分子所需的電壓（如VGH、VGL、Gamma電壓等）。??
電源管理集成電路（IC）是一種芯片，負責(zé)電子設(shè)備系統(tǒng)中電能的轉(zhuǎn)換、配電、檢測和其他電源管理。其主要負責(zé)將源電壓和電流轉(zhuǎn)換為可由微處理器、傳感器等負載使用的電源。
?電源管理芯片（PMIC）的核心工作原理是通過電壓轉(zhuǎn)換、動態(tài)調(diào)節(jié)和保護機制，為電子設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的電能管理。?
工采網(wǎng)代理的國產(chǎn)電源管理芯片 - iML1942是一個高度集成的電源管理IC。它具有完整的I2C接口來編程各種參數(shù)。iML1942設(shè)備包括各種保護功能，如輸入欠壓鎖定（UVLO）和過溫關(guān)閉（OTP）。輸出端包括欠壓保護（UVP）和短路保護（SCP）。
PMIC - iML1942有一個WQFN 46針6.5 mm X 4.5 mm，底部暴露的熱墊，以提供較佳的散熱。該設(shè)備的額定工作范圍為-40至+85°C溫度范圍。
需要在COMP引腳上配置一個RC電路來穩(wěn)定閉環(huán)系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)RCOMP參數(shù)設(shè)置高頻積分器增益以實現(xiàn)快速瞬態(tài)響應(yīng)，同時通過調(diào)整CCOMP參數(shù)設(shè)定積分器零點以維持系統(tǒng)穩(wěn)定性。補償值初始應(yīng)按應(yīng)用電路建議的參數(shù)設(shè)置，并根據(jù)實際需求進行微調(diào)。為優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)性能，建議采用20%步長調(diào)節(jié)RCOMP，50%步長調(diào)節(jié)CCOMP，同時實時監(jiān)測瞬態(tài)響應(yīng)波形的變化。
iML1942通過I2C提供一個比特，用于調(diào)節(jié)主升壓調(diào)節(jié)器的AVDD軟啟動時間。詳細信息請參考“寄存器映射”部分。
展開 【技術(shù)貼】AVL電動車能量管理仿真解決方案
背景
電動車能量管理是提高電動車整體效率、增加續(xù)駛里程的關(guān)鍵技術(shù)。此外，在實采路譜條件下電動車能量管理還可以對三電系統(tǒng)的工作條件進行詳細分析和優(yōu)化，保障三電系統(tǒng)安全運行，避免其長時間運行在危險條件下，有效延長其使用壽命。電動車能量管理技術(shù)涉及動力傳動系統(tǒng)、三電熱管理系統(tǒng)、HVAC以及能量管理控制策略等多個領(lǐng)域。隨著人們對車輛性能，能耗以及舒適性要求的日益提高，車輛系統(tǒng)設(shè)計以及動力總成架構(gòu)越來越復(fù)雜，系統(tǒng)變量也呈指數(shù)級增長。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，在項目早期通過虛擬仿真技術(shù)搭建整車能量管理模型，在虛擬開發(fā)階段對不同部件進行合理匹配，對不同控制策略進行仿真優(yōu)化，可以顯著降低開發(fā)成本和周期，提高開發(fā)質(zhì)量。
2. AVL仿真解決方案
2.1基于CRUISE M的電動車能量管理建模與仿真
CRUISE M是一款車輛多學(xué)科的系統(tǒng)級仿真工具，CRUISE M仿真平臺專門設(shè)計用于車輛多物理系統(tǒng)的仿真，和高度靈活、多層次的建模方法相結(jié)合，同時集成了第三方工具的標準接口FMI，可以無縫的將發(fā)動機熱力循環(huán)、尾氣凈化裝置系統(tǒng)、新能源電氣化系統(tǒng)、冷卻和潤滑系統(tǒng)、車輛傳動系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)集成到統(tǒng)一的仿真平臺上。
基于CRUISE M可以搭建詳細的整車能量管理模型。對于電動車型，搭建相應(yīng)的熱管理系統(tǒng)、電機及功率元件模塊、電池系統(tǒng)、HVAC系統(tǒng)、車輛和動力傳動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)模型，針對不同的環(huán)境條件及駕駛循環(huán)，研究熱管理系統(tǒng)工作性能，整車能量流分布，控制策略優(yōu)化等內(nèi)容。
展開 看電源管理IP如何顯著提升SoC能效
圖2：應(yīng)用中的電源問題
降低SoC功耗的各種解決方案
如上所述，自2000年以來，無線移動行業(yè)一直是電源管理技術(shù)的先驅(qū)。負責(zé)應(yīng)用處理器SoC的設(shè)計團隊（如TI的OMAP，其次是高通，三星，蘋果等）已經(jīng)在系統(tǒng)級手機上實施了電源管理策略。電源管理技術(shù)非常復(fù)雜，以至于他們很快意識到在內(nèi)部電源管理功能（電源管理IC或PMIC）之上需要外部器件。這里的各種解決方案將在SoC內(nèi)部實施，不需要PMIC，因為目標是保持成本與使用PMIC之前相同或更低的水平。
這里回顧一下可以降低SoC功耗的各種技術(shù)。
電源域管理
在實施任何特定的電力網(wǎng)絡(luò)IP或配電策略之前，首先要考慮定義電源域。請記住，電源域?qū)⒏鶕?jù)SoC中的功能塊進行定義。一個功能塊可以涉及不同類型的單元，例如CPU和數(shù)字標準單元塊，它們一起與SRAM存儲器鏈接。這些模塊可以在不同的電壓下從不同的電源獲得電能。
定義了各種域，目標是實現(xiàn)特定功率域的特定功率分配，并創(chuàng)建功率島。每個域可以與SoC的其余部分隔離并斷電（或上電），而不會影響其他電源域。我們將在本文后面看到如何部署此電源管理策略。
動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)（DVFS）
動態(tài)功耗由以下公式表示：
這里：
電源電壓和頻率的組合對總功耗具有立體影響，因為動態(tài)功耗具有對電壓的二次依賴性和對頻率的線性依賴性。智能節(jié)電解決方案可降低工作頻率，同時降低電源電壓。
主要思想是在給定頻率下盡可能降低電源電壓，同時仍保持某些功能的正確操作。
展開 電源管理芯片（PMIC）精準控制讓設(shè)備更智能、更高效
電源管理芯片是在電子設(shè)備系統(tǒng)中擔(dān)負起對電能的變換、分配、檢測及其他電能管理的職責(zé)的芯片。主要負責(zé)識別CPU供電幅值，產(chǎn)生相應(yīng)的短矩波，推動后級電路進行功率輸出。電源管理芯片是指在電子設(shè)備系統(tǒng)中，負責(zé)對電能的變換、分配、檢測等進行管理的芯片，其性能和可靠性直接影響電子設(shè)備的工作效率和使用壽命，是電子設(shè)備中的關(guān)鍵器件。
電源管理芯片屬于模擬電路。根據(jù)電源管理芯片的功能進行分類，可以將其劃分為AC/DC電源轉(zhuǎn)換器、DC/DC電源轉(zhuǎn)換器、低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）、電池管理芯片、驅(qū)動芯片。
電源管理是確保電子設(shè)備高效、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵技術(shù)。隨著技術(shù)的進步，電源管理芯片(PMIC)已經(jīng)發(fā)展成為一門高度集成化、智能化的科技。
電源管理芯片的工作原理：
電源狀態(tài)監(jiān)測：電源管理芯片會實時監(jiān)測電池電量、電壓和電流等參數(shù)，并根據(jù)設(shè)定的閾值判斷電源狀態(tài)。例如，當(dāng)電池電量低于一定水平時，電源管理芯片會發(fā)出警告信號。
能源優(yōu)化：根據(jù)設(shè)備使用情況和要求，電源管理芯片會根據(jù)實時數(shù)據(jù)優(yōu)化能源分配。例如，當(dāng)設(shè)備需要更大的功率輸出時，電源管理芯片會自動調(diào)整供電方式以滿足設(shè)備需求。
保護功能：電源管理芯片還可以提供各種保護功能，以確保設(shè)備的安全運行。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)過載、過熱或短路等異常情況時，電源管理芯片會立即采取措施，如切斷電源或降低供電功率，以保護設(shè)備和用戶的安全。
節(jié)能功能：電源管理芯片可以通過優(yōu)化能源分配和管理，較大限度地減少能源的浪費。例如，當(dāng)設(shè)備處于待機狀態(tài)時，電源管理芯片可以自動降低供電功率或進入節(jié)能模式，以延長電池壽命。
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展開 電源管理芯片：供需雙側(cè)驅(qū)動，國產(chǎn)化進程加速
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【技術(shù)貼】AVL CRUISE M整車能量管理應(yīng)用流程
第四步：整車能量管理系統(tǒng)耦合仿真
整車能量管理關(guān)注的是整車層級的經(jīng)濟性，需要將各個系統(tǒng)連接起來（機械、電氣、熱、控制），實現(xiàn)整車能量管理系統(tǒng)的完整建模，如下圖為純電動車完整的能量管理模型，基于此模型，可以仿真分析系統(tǒng)級的能耗，開展能量流分析，從而從整車經(jīng)濟性角度進行分析和優(yōu)化。
第五步：系統(tǒng)優(yōu)化及DOE
AVL CRUISE M自帶兩種優(yōu)化工具DOE和Optimization，可以將關(guān)鍵KPI（如高低溫續(xù)航、百公里電耗）設(shè)置為目標，將需要優(yōu)化的參數(shù)設(shè)為變量，進行自動尋優(yōu)：
· 常用的優(yōu)化和DOE內(nèi)容
①主減速比 ②部件優(yōu)化 ③壓縮機和泵性能map優(yōu)化 ④能量回收控制邊界，如回收強度
⑤熱管理控制邊界，如閥開啟關(guān)閉的溫度 ⑥管路支持或節(jié)流口大小控制參數(shù)
展開 智能算法純電混合動力汽車能量管理
功率流向如下圖，
4.制動能量回收下模式:
汽車在減速運動狀態(tài)下,驅(qū)動電機迅速切換為發(fā)電機，并將所產(chǎn)生的電力存儲在混合動力中，儲存在混合動力中的電量由能量管理系統(tǒng)對其進行分類、整合和再分配，此電量會優(yōu)先滿足超級電容的需求，只有在超級電容SOC值處于飽和狀態(tài)時，才會將剩余電量向動力鋰電池中傳輸并存儲其中。
海洋能摩擦納米發(fā)電網(wǎng)絡(luò)的能量管理
發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)經(jīng)能量管理后的輸出性能和充電性能
a)對發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)進行能量管理的原理示意圖；
b)經(jīng)能量管理后，在縱向脈沖波作用下，發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)在負載電阻上產(chǎn)生的輸出電壓；
c)能量管理后，給不同電容充電的電壓曲線；
d)電壓的直流分量與電阻的關(guān)系及電容上儲存能量與電容的關(guān)系；
e)給10mF電容器直接充電與能量管理后充電的電壓曲線比較。
圖5. 發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)能量管理后的應(yīng)用展示
1.a) 經(jīng)能量管理后，在橫向正弦波作用下，發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動數(shù)字溫度計的照片；
2.b) 能量管理后的發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動數(shù)字溫度計時的電壓曲線；
3.c) 經(jīng)能量管理后，在橫向正弦波作用下，發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動無線發(fā)射器發(fā)射信號報警的照片；
4.d) 能量管理后的發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動無線發(fā)射器時的電壓曲線。
【結(jié)論】
綜上所述，作者基于耦合彈簧及多層結(jié)構(gòu)的球形摩擦納米發(fā)電機單元制備了納米發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)，并與能量管理模塊有效地集成。在橫向正弦、橫向脈沖和縱向脈沖波三種類型水波中研究了水波頻率和振幅對發(fā)電網(wǎng)絡(luò)輸出性能的影響。在縱向脈沖波中發(fā)電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的最高輸出為270 μA, 354 V, 12.20 mW (對應(yīng)于3.33 W m-3)。經(jīng)過能量管理，發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)能在負載電阻上輸出平穩(wěn)持續(xù)的電壓，給電容充電時儲存能量提高了96倍，并能持續(xù)驅(qū)動溫度計測量水溫，且每10秒鐘驅(qū)動無線發(fā)射器發(fā)射信號一次。這些結(jié)果顯示了能量管理后發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)的性能有了很大的改進，展示了藍色能源應(yīng)用的巨大前景。
展開 Ansys仿真將uPI電源管理產(chǎn)品的熱可靠性提高一倍
在Ansys 2023 R1 新版系列網(wǎng)絡(luò)研討會中，詳細介紹了Ansys在電源管理芯片的應(yīng)用，歡迎點擊報名觀看點播視頻，了解更多詳情：
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關(guān)鍵詞： Ansys Totem、電源管理、芯片、電源噪聲
內(nèi)容簡介：Totem作為一款針對Analog & Mixed Signal設(shè)計的Power Noise 和 Reliability Sign-off 平臺，除了基礎(chǔ)的Power/Signal EMIR分析以外，其針對Power Management這類IC還具有獨有的一套PMIC flow。
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