电子产品都离不开高效可靠的电源供应和管理，电源管理芯片通常可划分为AC-DC（交流转直流）、DC-DC（直流转直流）、驱动IC、保护芯片、LDO、负载开关、PMU等，这里主要介绍PMU电路。

PMU（电源管理芯片）是一种高度集成化的电源管理方案，它集成多路的LDO和DC-DC，以及相应的检测和控制电路，其核心结构通常是PWM控制器和MOSFET。高集成度的PMU器件可以有效减小电路板占用面积和器件数量，因此特别适合应用在便携电子产品中。而且随着PMU对电源组控制的细分程度越高，PMU对系统各模块的供电控制更加精准，能够有效地降低电路系统的整体功耗。

PMU电源模组的内部电路组成部分通常包括：

（1）Buck结构DC-DC电源（降压型稳压器）；

（2）LDO低压差线性稳压电源；

（3）控制电路和过压、欠压、过温等有额外的保护电路；

（4）电流检测和电池管理；

（5）电路所需要的电阻、小容量电容、电感等。

PMU能有效担负起电子设备所需的电能变换、分配、检测等管理功能，是电子设备中的关键器件，其性能优劣对电子产品的性能和可靠性有着直接影响。一个有效的电源管理系统可以延长电池寿命、提高设备效率，并确保设备在各种复杂工作条件下都能够保持稳定可靠运行。

LDO线性降压电路在PMU中很常见，它的电路结构简单，通过电阻分压实现降压，工作过程中会将降下的电压转化为热量，因此当输入输出压差和负载电流越大，芯片发热会越明显，造成较大的能量损耗。目前高性能LDO通常采用电压驱动型P沟道MOSFET作为调整管，不仅可以将静态电流能做到微安级，输入输出电压降也可以做到100mV水平。

在大电流或输入/输出压降较大，以及需要进行升压的应用场景时，LDO无法满足电路要求，此时就需要选择更高效率的DC-DC转换器。DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等类型电路，采用PWM数字控制方式。其优点很多，包括高效率、大电流输出、低静态电流、低发热量、封装小巧等。

而且随着集成度的提高，许多新型DC-DC转换器只需要几只外接电感器和滤波电容器，能够大大简化了电路设计。但是DC-DC转换器也存在输出脉动、开关噪音较大和成本较高等问题。

图1：PMU在半导体芯片中的定位

非隔离型的DC-DC电源电路拓扑结构，通常分为Buck，Boost、Buck-Boost、Sepic、Cuk、Zeta等类型，其中Buck和Boost是基本结构，其他结构都是它们的组合变形，而且Buck电路比Boost电路简单，应用也最广泛，而SEPIC、CUK、ZETA拓扑结构比较复杂，应用相对较少。

图2：五种常见非隔离DC-DC拓扑结构

Buck：输入和输出极性相同，降压型

Boost：升压型

Buck-Boost：降升压型

Sepic：相当于是Boost和Flyback组合，转化效率高，具备升降压，同极性输出，输入电流脉动小，输出易于扩展，成本高；

Cuk：显著减小输入和输出电流脉动，转化效率更高，输入输出电压更灵活；

Zeta：输入和输出极性相同，可升降压，应用少；

其中Buck、Boost和BuckBoost是最基础的DC-DC拓扑结构，它们的电路原理特点如下：

图3：三种基础DC-DC拓扑结构说明

需要注意的是，由于通常需要配合系统的上电时序，因此PMU会和系统的主芯片绑定来做定制化设计。PMU上电后系统进入待机状态，用户触发开机键后，系统首先按照开机顺序将对应的LDO、DC-DC电源打开。系统进入正常工作状态，在CPU电源供应正常后，输出复位信号给CPU，让CPU开始启动和工作，CPU会返回一个保持信号让PMU处于持续工作状态。关机时，CPU会给PMU信号，让PMU关闭进入关机状态。系统正常工作时，CPU还可以通过I2C接口对PMU的各个子模块进行控制，PMU也可以将异常事件产生中断信息反馈给系统处理。

PMU器件选型主要关注：

（1）根据电路要求确认Buck、LDO的通路数量；

（2）压降比较小的场景可用LDO，具备噪声低，静态电流小且外围电路简单；

（3）LDO选型需关注输出电压精度、漏失电压、静态电流、线性调整率LNR，负载调整率LDR、纹波抑制比PSRR、噪声、瞬态响应等指标；

（4）输入/输出压降大、大电流场景，选择高效率BUCK电路，注意电源噪声；

（5）DC-DC通路，输入电压可按要求值的1.5倍，输出电流按2倍来选，通常50%负载时开关工作效率最高；

（6）BUCK器件选型关注开关频率、占空比，不同负载时的转换效率、待机功耗、热稳定性等；如果是Boost升压电路，还要看有否输出隔离；

（7）确认控制电路、保护电路的性能参数；

（8）PMU的封装形式和热阻、可靠性指标等。

PMU电路设计的注意事项：

（1）根据PMU电路布局和原理图，确认电源的输入/输出的主回路和元器件，进行必要的分离；

（2）确认输入/输出电源主干道，采用“一字型”或“L型”布局，充分考虑Layout的便利性，让电流的路径最短，损耗和干扰也会减少；

（3）多路电源系统优先对Buck开关电源模块进行布局，其次是LDO电路，最后才是控制电路部分；

（4）输入部分的滤波电容需要靠近IC管脚，从电源输入路径上看，先经过大电容，再经过小电容进IC，可以提升抗干扰能力；

（5）BUCK电路的电感，还存在电磁场相互干扰的问题，多路DC-DC输出的开关电源，尽量让相邻的电感相互垂直放置，减少相互之间的耦合干扰；

（6）Layout设计时关注电源主干道和回流路径，面积要尽量做到最小，同时注意大电流走线的铜箔宽度、厚度和过孔所能承载的电流，要做到留有余量；

（7）注意PMU的热设计，可以采用大面积覆铜，增加散热焊盘、过孔，增加焊锡面等方式；

PMU电源管理芯片的产业下游的应用场景广阔，已经覆盖通信、消费电子、汽车及物联网等诸多领域。随着新能源汽车、5G通信、物联网等下游市场的快速发展，电子设备数量及种类持续增长，设备电能应用效能管理将愈发重要，带动电源管理芯片需求增长。

目前PMU的技术发展方向是朝着提升转换效率，降低待机功耗方向持续发展。同时为了降低简化设计和降低综合成本，也会继续提升PMU的集成度和应用更小巧的封装。在性能方面，需要承载各种大电流负载应用，提高电压调节精度，满足高负载瞬态要求也不可或缺。同时为了适应各类智能化新应用场景带来的多样化需求，PMU与处理器进行实时通讯，灵活配置也是重要的发展趋势。

目前全球的PMU市场，特别是高端产品还掌握在欧美企业手中，TI、高通、ADI、英飞凌等厂商，现阶段在整体技术水平、产品系列和市占率等方面都处于领先地位。不过近年来，随着国内企业技术水平的不断提升，一些本土芯片厂商已经能成系列做出高性能的PMU芯片，可以直接替代海外品牌的产品，未来该领域的国产化替代发展前景广阔。