Como corazón de los equipos electrónicos, los PMIC se han utilizado ampliamente en equipos electrónicos de diversos campos, como teléfonos móviles, electrónica de consumo, control industrial, instrumentos médicos y electrónica automotriz. En este artículo se presentan la definición, la función, el principio, la clasificación y el panorama del mercado de los PMIC.
¿Qué es un PMIC?
PMIC son las siglas de Power Management Integrated Circuit (circuito integrado de gestión de energía). En el sistema de circuitos, los voltajes de funcionamiento de cada chip y dispositivo son diferentes. El PMIC aumenta, reduce y estabiliza el voltaje fijo proporcionado por la batería o la fuente de alimentación para adaptarse a las condiciones de funcionamiento de cada dispositivo. Si el chip principal es el «cerebro» del sistema de circuitos, entonces el PMIC puede compararse con el «corazón» del sistema de circuitos.
El PMIC se encarga de supervisar los voltajes (o corrientes) de alimentación del sistema microprocesador para garantizar que no sean demasiado altos ni demasiado bajos. Por lo general, la mayoría de los PMIC se pueden reiniciar con una señal activa alta, activa baja o activa alta/activa baja.
Funciones del PMIC
El PMIC suele contener una variedad de funciones. Entre estas funciones se incluyen: convertidor CC-CC, regulador de baja caída (LDO), cargador de batería, selección de fuente de alimentación, ajuste dinámico de voltaje, control de secuencia de encendido y apagado de cada fuente de alimentación, detección de voltaje de cada fuente de alimentación, detección de temperatura y otras funciones que también integran circuitos de protección contra sobretensión/subtensión (OVP/UVP), sobrecalentamiento (OTP), sobrecorriente (OCP) y otros.
El PMIC proporciona soluciones de gestión de energía altamente integradas en el control del sistema, la gestión de la batería, la interfaz, el audio y otras aplicaciones específicas. También ayuda a prolongar la vida útil de la batería y a reducir el consumo de energía desperdiciada en diversas aplicaciones finales.
Tamaño del PMIC
En comparación con otros tipos de circuitos integrados, los PMIC son un segmento relativamente maduro y estable. En la actualidad, la mayoría de los PMIC se fabrican basándose en el proceso maduro de 8 pulgadas y 0,18-0,11 micras. Ante la escasez de chips PMIC, muchas empresas están empezando a plantearse cambiar a PMIC de 12 pulgadas.
Matthew Tyler, director sénior de estrategia y marketing de la División de Soluciones Avanzadas de ON Semiconductor, afirmó que el principal reto para resolver la escasez de PMIC es la necesidad de invertir capital para ampliar la producción y construir nuevas fábricas. Matthew Tyler dijo: «Desde una perspectiva macroeconómica, la capacidad de producción de obleas de 200 mm (8 pulgadas) se ha sobresuscrito en los últimos años, y algunos fabricantes han migrado o están migrando sus líneas de producción a obleas de 300 mm (12 pulgadas), lo que se cree que ayudará a aliviar la situación de escasez de suministro».
Pasar de 8 a 12 pulgadas no es fácil. Por un lado, los fabricantes de PMIC deben superar problemas de diseño de circuitos, como la apertura de pines que puedan ser compatibles con los parámetros eléctricos; por otro lado, para las pequeñas y medianas empresas de diseño de circuitos integrados, el cambio a 12 pulgadas supone un coste demasiado elevado para la línea de producción, y el aumento de la capacidad de producción unitaria no puede compensar el coste de la remodelación, la verificación y la salida de cinta.
Por lo tanto, en la actualidad, los que se están convirtiendo activamente a líneas de producción de 12 pulgadas siguen siendo principalmente los grandes fabricantes. Fundiciones como TSMC, TowerJazz y UMC comenzaron a utilizar procesos de 12 pulgadas para PMIC. Tras entrar en el proceso de 12 pulgadas, los principales clientes, como Qualcomm, Apple y MediaTek, han ido abandonando gradualmente la capacidad de producción de 8 pulgadas que tenían anteriormente. Entre las fábricas IDM, TI y ON Semiconductor son las más activas en la conversión a 12 pulgadas.
Tipos de PMIC
El PMIC se utiliza principalmente para gestionar los equipos de alimentación del sistema host y se emplea habitualmente en teléfonos móviles y diversos dispositivos terminales móviles. El PMIC se divide a grandes rasgos en los siguientes ocho tipos:
- IC de modulación CA/CC: contiene un circuito de control de bajo voltaje y un transistor de conmutación de alto voltaje;
- IC de modulación CC/CC: incluye convertidores elevadores/reductores de CC, así como bombas de carga.
- IC de corrección del factor de potencia PFC: proporciona al circuito de entrada de alimentación una función de corrección del factor de potencia.
- IC de control de modulación de pulso PWM/PFM o modulación de amplitud de pulso: es una fuente de alimentación conmutada.
- IC de modulación lineal (como el regulador lineal de baja caída LDO): incluye reguladores positivos y negativos, y tubos de modulación LDO de baja caída.
- Incluye circuitos integrados de carga, protección y visualización de la energía de la batería, así como circuitos integrados de batería «inteligentes» que pueden comunicar los datos de la batería.
- IC de control de placa intercambiable en caliente: elimina el impacto de la conexión y desconexión del sistema en funcionamiento en otras interfaces;
- IC de función de conmutación para MOSFET o IGBT.
Marco y principio de funcionamiento del PMIC
El diagrama esquemático de un PMIC simple es el siguiente:
- La salida de cada voltaje del chip PMIC se puede personalizar a través de una EEPROM externa. Si no hay EEPROM, utilice la configuración predeterminada.
- El PMIC necesita una señal de habilitación externa para empezar a funcionar.
- El PMIC admite varios modos de funcionamiento: BACKUP, ACTIVE, STANDBY.
Los PMIC MAX77650 y MAX77651 de Maxim integran un regulador de baja caída (LDO) de 150 mA, que proporciona supresión de ondulación para aplicaciones sensibles al ruido. Además, el controlador del esquema de control SIMO garantiza que todas las salidas se procesen de manera oportuna. Su diagrama de bloques funcional es el siguiente:
Panorama del mercado de PMIC
Escala del mercado
Texas Instruments (TI) domina la cuota de mercado de PMIC. Qualcomm ocupa el segundo lugar, con una cuota de mercado superior al 15 %; ADI ocupa el tercer lugar, con más de 40 000 productos relacionados.
El tamaño del mercado global de PMIC ha seguido creciendo en los últimos años, alcanzando los 146 942 millones de yuanes en 2021. Según Burgess Consulting, alcanzará los 201 031 millones de yuanes en 2027.
Entre ellos, la región de Asia-Pacífico, dominada por China continental, será el mercado regional con mayor crecimiento en el futuro. El tamaño del mercado PMIC de China ha alcanzado aproximadamente 36 736 millones de yuanes en 2021, lo que representa alrededor del 23 % del mercado mundial.
En el pasado, el mercado chino ha estado dominado por fabricantes taiwaneses como Richtek, GMT, Novatek y gigantes europeos y estadounidenses de chips analógicos como TI. En la clasificación del mercado de chips PMIC para la gestión de la energía de las fábricas de paneles de China en 2021, los fabricantes de Taiwán representan más del 70 %, ocupando la gran mayoría de la cuota de mercado.
Historial de adquisiciones
En los últimos años, varias empresas de chips PMIC han llegado a acuerdos de fusión, adquisición o cooperación.
En 2019, China Yachuang Electronics adquirió los derechos de patente del negocio relacionado con PMIC de la empresa surcoreana Tamul, lo que le permitió desarrollar el negocio de chips de gestión de energía para automóviles. En la actualidad, una variedad de productos de chips PMIC desarrollados y diseñados de forma independiente por Yachuang Electronics han superado las certificaciones reglamentarias para automóviles AEC-Q100 y otras, y se han aplicado en lotes en modelos relacionados de empresas automovilísticas de renombre mundial, como Hyundai Motor y Chrysler.
En julio de 2020, el fabricante de circuitos integrados analógicos Analog Devices (ADI) adquirió Maxim por 20 900 millones de dólares estadounidenses en una operación íntegramente en acciones. Las dos empresas son las principales competidoras en el campo de los chips de gestión de energía, y se espera que el valor de mercado total de la empresa combinada supere los 68 000 millones de dólares estadounidenses.
Con la adquisición de Maxim, ADI puede reforzar su competitividad en los campos de la automoción, el control industrial y otros. En particular, la profunda acumulación de Maxim en el campo de los circuitos integrados de gestión de energía también puede ayudar a ADI a mejorar su línea de productos de electrónica de consumo y aumentar la cuota de mercado de los chips de gestión de energía de Analog Devices.
A finales de 2021, MediaTek anunció que gastaría 85 millones de dólares (aproximadamente 558 millones de RMB) para adquirir activos relacionados con la línea de productos de chips de gestión de energía Enpirion del gigante de los procesadores Intel (Intel) a través de su filial Richtek Technology.
Tendencias de la demanda
En el pasado, los dispositivos electrónicos de consumo, como los teléfonos inteligentes, eran un importante campo de aplicación para los chips de gestión de energía. Un teléfono móvil necesitaba entre uno y dos chips de gestión de energía, y un teléfono móvil 5G necesitaba entre tres y diez chips de gestión de energía.
En el cuarto trimestre de 2022, la debilidad del lado del consumidor provocará una continua caída de los precios de los PMIC. Las agencias de datos predicen que, en el cuarto trimestre, debido a la continua debilidad de la demanda de productos electrónicos de consumo y al aumento de la presión sobre los inventarios de varios proveedores, los precios de los PMIC podrían seguir bajando en el cuarto trimestre, entre un 4 % y un 9 % aproximadamente.
En el sector de la automoción, los PMIC han dado lugar a un nuevo giro de los acontecimientos. Tras la ola de electrificación de los vehículos, la demanda global de PMIC experimentó un crecimiento explosivo. Según los datos publicados anteriormente por STMicroelectronics, en comparación con los coches tradicionales, el número de chips de gestión de energía necesarios para un vehículo de nueva energía ha aumentado casi un 20 %, hasta alcanzar los 50.
