Como o coração dos equipamentos eletrônicos, o PMIC tem sido amplamente utilizado em equipamentos eletrônicos em vários campos, como telefones celulares, eletrônicos de consumo, controle industrial, instrumentos médicos e eletrônicos automotivos. Este artigo apresentará a definição, função, princípio, classificação e panorama do mercado do PMIC.
O que é um PMIC?
PMIC significa Circuito Integrado de Gerenciamento de Energia. No sistema de circuitos, as tensões de trabalho de cada chip e dispositivo são diferentes. O PMIC aumenta, reduz e estabiliza a tensão fixa fornecida pela bateria ou fonte de alimentação para atender às condições de trabalho de cada dispositivo. Se o chip principal é o "cérebro" do sistema de circuitos, então o PMIC pode ser comparado ao "coração" do sistema de circuitos.
O PMIC é responsável por monitorar as tensões (ou correntes) de alimentação no sistema microprocessador para garantir que elas não fiquem muito altas ou muito baixas. Normalmente, a maioria dos PMICs pode ser reiniciada com um sinal ativo alto, ativo baixo ou ativo alto/ativo baixo.
Funções do PMIC
O PMIC geralmente contém uma variedade de funções. Essas funções incluem: conversor CC-CC, regulador de baixa queda (LDO), carregador de bateria, seleção de fonte de alimentação, ajuste dinâmico de tensão, controle de sequência de ligar e desligar cada fonte de alimentação, detecção de tensão de cada fonte de alimentação, detecção de temperatura e outras funções também integram circuitos de proteção contra sobretensão/subtensão (OVP/UVP), superaquecimento (OTP), sobrecorrente (OCP) e outros.
O PMIC fornece soluções de gerenciamento de energia altamente integradas em controle de sistema, gerenciamento de bateria, interface, áudio e outras aplicações específicas. Ele também ajuda a prolongar a vida útil da bateria e reduzir o consumo de energia desperdiçada em várias aplicações finais.
Tamanho do PMIC
Em comparação com outros tipos de circuitos integrados, o PMIC é um segmento relativamente maduro e estável. Atualmente, a maioria dos PMICs é fabricada com base no processo maduro de 8 polegadas e 0,18-0,11 mícrons. Em meio à escassez de chips PMIC, muitas empresas estão começando a considerar a mudança para PMICs de 12 polegadas.
Matthew Tyler, diretor sênior de estratégia e marketing da Divisão de Soluções Avançadas da ON Semiconductor, disse que o principal desafio para resolver a escassez de PMIC é a necessidade de investir capital para expandir a produção e construir novas fábricas. Matthew Tyler disse: "De uma perspectiva macroeconômica, a capacidade de produção de wafers de 200 mm (8 polegadas) foi superada nos últimos anos, e alguns fabricantes migraram ou estão migrando suas linhas de produção para wafers de 300 mm (12 polegadas), o que se acredita que ajudará a aliviar a situação de escassez de oferta."
Passar de 8 polegadas para 12 polegadas não é fácil. Por um lado, os fabricantes de PMIC precisam superar problemas de projeto de circuitos, como pinos de abertura que possam ser compatíveis com parâmetros elétricos; por outro lado, para pequenas e médias empresas de projeto de IC, mudar para 12 polegadas O custo da linha de produção é muito alto, e o aumento na capacidade de produção unitária não pode compensar o custo de redesenvolvimento, verificação e tape-out.
Portanto, no momento, os que estão ativamente convertendo para linhas de produção de 12 polegadas ainda são dominados por grandes fabricantes. Fundições como TSMC, TowerJazz e UMC começaram a usar processos de 12 polegadas para PMICs. Após entrar no processo de 12 polegadas, grandes clientes como Qualcomm, Apple e MediaTek gradualmente abandonaram a capacidade de produção de 8 polegadas obtida anteriormente. Entre as fábricas IDM, a TI e a ON Semiconductor são as mais ativas na conversão para 12 polegadas.
Tipos de PMIC
O PMIC é usado principalmente para gerenciar equipamentos de energia no sistema host e é comumente usado em telefones celulares e vários dispositivos terminais móveis. O PMIC é dividido aproximadamente nos seguintes 8 tipos:
- IC de modulação CA/CC: contém circuito de controle de baixa tensão e transistor de comutação de alta tensão;
- IC de modulação DC/DC: inclui conversores DC boost/buck, bem como bombas de carga;
- IC de correção do fator de potência PFC: fornece ao circuito de entrada de energia a função de correção do fator de potência;
- IC de controle de modulação de pulso PWM/PFM ou modulação de amplitude de pulso: é uma fonte de alimentação comutada;
- IC de modulação linear (como o regulador linear de baixa queda LDO): incluindo reguladores positivos e negativos e tubos de modulação LDO de baixa queda;
- Incluindo ICs de carregamento, proteção e exibição de energia da bateria, bem como ICs de bateria "inteligentes" que podem comunicar dados da bateria;
- IC de controle de placa hot-swappable: elimina o impacto da conexão e desconexão do sistema em funcionamento em outras interfaces;
- IC de função de comutação para MOSFET ou IGBT.
Estrutura e princípio de funcionamento do PMIC
O diagrama esquemático de um PMIC simples é o seguinte:
- A saída de cada tensão do chip PMIC pode ser personalizada através de uma EEPROM externa. Se não houver EEPROM, use a configuração padrão;
- O PMIC precisa de um sinal de ativação externo para começar a funcionar.
- O PMIC suporta vários modos de funcionamento: BACKUP, ACTIVE, STANDBY
Os PMICs MAX77650 e MAX77651 da Maxim integram um regulador de baixa queda (LDO) de 150 mA, que fornece supressão de ondulação para aplicações sensíveis a ruído. Além disso, o controlador no esquema de controle SIMO garante que todas as saídas sejam processadas em tempo hábil. Seu diagrama de blocos funcional é o seguinte:
Panorama do mercado de PMIC
Escala de mercado
A Texas Instruments (TI) domina a quota de mercado dos PMIC. A Qualcomm ocupa o segundo lugar, com uma quota de mercado superior a 15%; a ADI ocupa o terceiro lugar, com mais de 40 000 produtos relacionados.
O tamanho do mercado global de PMIC continuou a crescer nos últimos anos, atingindo 146,942 bilhões de yuans em 2021. De acordo com a Burgess Consulting, ele atingirá 201,031 bilhões de yuans até 2027.
Entre eles, a região Ásia-Pacífico, dominada pela China continental, será o mercado regional com o maior crescimento no futuro. O tamanho do mercado PMIC da China atingiu aproximadamente 36,736 bilhões de yuans em 2021, representando cerca de 23% do mercado global.
No passado, o mercado chinês era dominado por fabricantes taiwaneses, como Richtek, GMT, Novatek e gigantes europeus e americanos de chips analógicos, como a TI. No ranking do mercado chinês de chips PMIC para gerenciamento de energia de fábricas de painéis em 2021, os fabricantes de Taiwan representam mais de 70%, ocupando a grande maioria da participação no mercado.
Histórico de aquisições
Nos últimos anos, várias empresas de chips PMIC chegaram a acordos de fusão, aquisição ou cooperação.
Em 2019, a China Yachuang Electronics adquiriu os direitos de patente do negócio relacionado a PMIC da Tamul, da Coreia do Sul, permitindo-lhe desenvolver o negócio de chips de gerenciamento de energia de nível automotivo. Atualmente, uma variedade de produtos de chips PMIC desenvolvidos e projetados de forma independente pela Yachuang Electronics foram aprovados nas certificações regulatórias automotivas AEC-Q100 e outras, e foram aplicados em lotes em modelos relacionados de empresas automotivas de renome mundial, como Hyundai Motor e Chrysler.
Em julho de 2020, a fabricante de ICs analógicos Analog Devices (ADI) adquiriu a Maxim por US$ 20,9 bilhões em uma transação totalmente em ações. As duas empresas são as principais concorrentes no campo de chips de gerenciamento de energia, e o valor de mercado total da empresa combinada deve ultrapassar US$ 68 bilhões.
Ao adquirir a Maxim, a ADI pode fortalecer sua competitividade nos setores automotivo, de controle industrial e outros. Em particular, a profunda experiência da Maxim no campo de ICs de gerenciamento de energia também pode ajudar a ADI a melhorar sua linha de produtos eletrônicos de consumo e aumentar a participação de mercado da Analog Devices em chips de gerenciamento de energia.
No final de 2021, a MediaTek anunciou que gastaria US$ 85 milhões (aproximadamente RMB 558 milhões) para adquirir ativos relacionados à linha de produtos de chips de gerenciamento de energia Enpirion da gigante de processadores Intel (Intel) por meio de sua subsidiária Richtek Technology.
Tendências da demanda
No passado, os eletrônicos de consumo, como smartphones, eram uma importante área de aplicação para chips de gerenciamento de energia. Um telefone celular exigia 1-2 chips de gerenciamento de energia, e um telefone celular 5G exigia 3-10 chips de gerenciamento de energia.
No quarto trimestre de 2022, a fraqueza do lado do consumidor provocará uma queda contínua nos preços dos PMIC. As agências de dados prevêem que, no quarto trimestre, devido à fraqueza contínua na demanda por eletrônicos de consumo e ao aumento da pressão de estoque sobre vários fornecedores, os preços dos PMIC podem cair ainda mais no quarto trimestre, em cerca de 4 a 9%.
No setor automotivo, o PMIC deu início a outra reviravolta. Após a onda de eletrificação dos veículos, a demanda geral por PMIC apresentou um crescimento explosivo. De acordo com dados divulgados anteriormente pela STMicroelectronics, em comparação com os carros tradicionais, o número de chips de gerenciamento de energia necessários para um veículo de energia nova aumentou quase 20%, chegando a 50.
