PMIC即电源管理芯片,顾名思义是用于管理电子设备中电源分配,包括电压调节和电力分配等,是电子设备的“电力调度中心”。
PMIC的主要特点是集成度,一般会将DC-DC、LDO、负载开关、保护和监测电路等集成到一颗芯片上,替代原本需要的多颗分立器件,以节省PCB空间。同时PMIC还能通过智能调节,降低设备的能耗,减少能量浪费。
PMIC应用非常广泛,从低功耗的可穿戴设备,到功率500W以上的AI加速卡,再到数百kW级别的电机逆变器中,都会用到PMIC。
电动汽车核心的驱动电机,是由牵引逆变器所进行驱动的。而在牵引逆变器中,MCU可以看作是系统的大脑。
MCU在逆变器中负责执行驾驶员的操作指令,通过电流传感器等信号确定电机工作状态,使用FOC算法向栅极驱动器发送控制脉冲PWM,而MCU则继续根据传感器数据确定电机位置和转速,以实现精准控制。
与此同时,牵引逆变器中,除了MCU以外,还需要外围的高低边驱动、电流传感器等芯片。MCU和这些外围器件需要PMIC对他们的供电进行分配,以及提供稳定的低压供电,比如主驱逆变器的MCU、驱动芯片等模块需按特定顺序启动或关闭,PMIC通过内置时序控制器,确保各模块供电顺序符合设计要求,防止电流冲击或逻辑错误。
随着电动汽车对电机总成的体积要求越来越高,逆变器部分的功率密度也需要不断提高,包括使用SiC等第三代半导体功率模块,以提高功率密度。另一方面,PMIC通过集成多路电源输出,如降压、升压、LDO等,以及集成保护电路和通信接口,减少外围元件数量,降低PCB面积和系统复杂度,适用于高密度布局的主驱逆变器,帮助提高逆变器的功率密度。
同时PMIC还对MCU、系统工作状况等进行监测,作为最后一道安全屏障。由于牵引电机涉及到车辆行驶安全,所以与之匹配的牵引逆变器,往往需要满足ASIL D的功能安全等级。除了MCU本身满足ASIL D功能安全等级之外,PMIC也内置一些故障诊断机制,通过实时监测电压、电流及温度,触发关断或降额操作,保证系统安全,进一步提高安全标准。
比如最近英飞凌推出的集成式多轨电源解决方案OPTIREG PMIC TLF35585,内部集成了DC-DC和LDO,以及前置和后置稳压器架构,能够为AURIX系列以及其他MCU提供可靠供电,并实现监控和控制功能,满足ASIL D功能安全与175°C的结温范围。
不过在汽车应用上,一些厂商会在PMIC的基础上,推出SBC(System Basis Chip系统基础芯片),两者功能上有充电,但也有一些区别。从大的概念和产品定位看,PMIC主要专注于电源管理,为处理器和传感器等提供供电和时序管理等。SBC则是集成了更多的系统级功能,比如通信接口、系统监控、诊断保护等,可以理解成SBC是PMIC+通信接口+诊断+安全模块,专门面向汽车电子。
随着牵引逆变器的高功率密度需求,PMIC的集成度需求也更高,所以会逐渐往SBC的概念演进。