Являясь сердцем электронного оборудования, PMIC широко используется в электронном оборудовании в различных областях, таких как мобильные телефоны, бытовая электроника, промышленное управление, медицинские приборы и автомобильная электроника. В этой статье будут представлены определение, функции, принцип действия, классификация и рыночная ситуация PMIC.
Что такое PMIC?
PMIC означает «интегральная схема управления питанием». В схеме системы рабочие напряжения каждого чипа и устройства различаются. PMIC повышает, понижает и стабилизирует фиксированное напряжение, подаваемое от батареи или источника питания, чтобы соответствовать рабочим условиям каждого устройства. Если основной чип является «мозгом» схемы системы, то PMIC можно сравнить с «сердцем» схемы системы.
PMIC отвечает за мониторинг напряжений (или токов) питания в микропроцессорной системе, чтобы они не были слишком высокими или слишком низкими. Как правило, большинство PMIC можно сбросить с помощью сигнала активного высокого, активного низкого или активного высокого/активного низкого уровня.
Функции PMIC
PMIC обычно содержит различные функции. К этим функциям относятся: преобразователь постоянного тока в постоянный ток, стабилизатор с малым падением напряжения (LDO), зарядное устройство, выбор источника питания, динамическая регулировка напряжения, управление последовательностью включения и выключения каждого источника питания, определение напряжения каждого источника питания, определение температуры, а также другие функции, включая защиту от перенапряжения (OVP/UVP), перегрева (OTP), перегрузки по току (OCP) и другие схемы защиты.
PMIC предоставляет высокоинтегрированные решения по управлению питанием в системах управления, управлении батареями, интерфейсах, аудио и других специфических приложениях. Он также помогает продлить срок службы батареи и снизить потери энергии в различных конечных приложениях.
Размер PMIC
По сравнению с другими типами интегральных схем, PMIC является относительно зрелым и стабильным сегментом. В настоящее время большинство PMIC производятся на основе зрелого 8-дюймового 0,18-0,11-микронного процесса. На фоне дефицита чипов PMIC многие компании начинают рассматривать возможность перехода на 12-дюймовые PMIC.
Мэтью Тайлер, старший директор по стратегии и маркетингу подразделения Advanced Solutions Division компании ON Semiconductor, сказал, что ключевой проблемой в решении проблемы нехватки PMIC является необходимость инвестирования капитала в расширение производства и строительство новых заводов. Мэтью Тайлер сказал: «С макроэкономической точки зрения, производственные мощности по производству 200-мм (8-дюймовых) пластин были перегружены в последние несколько лет, и некоторые производители перевели или переносят производственные линии на 300-мм (12-дюймовые) пластины, что, как считается, поможет смягчить ситуацию с дефицитом поставок».
Переход с 8 дюймов на 12 дюймов не является простым. С одной стороны, производители PMIC должны преодолеть проблемы проектирования схем, такие как открытие контактов, которые могут быть совместимы с электрическими параметрами; с другой стороны, для малых и средних компаний, занимающихся проектированием интегральных схем, переход на 12 дюймов связан со слишком высокими затратами на производственную линию, а увеличение производственной мощности на единицу не может компенсировать затраты на перепроектирование, верификацию и выпуск.
Поэтому в настоящее время активный переход на 12-дюймовые производственные линии по-прежнему осуществляют в основном крупные производители. Такие фабрики, как TSMC, TowerJazz и UMC, начали использовать 12-дюймовые процессы для PMIC. После перехода на 12-дюймовый процесс такие крупные клиенты, как Qualcomm, Apple и MediaTek, постепенно отказались от ранее приобретенных 8-дюймовых производственных мощностей. Среди IDM-фабрик TI и ON Semiconductor наиболее активно переходят на 12-дюймовые процессы.
Типы PMIC
PMIC в основном используется для управления силовым оборудованием в хост-системе и широко применяется в мобильных телефонах и различных мобильных конечных устройствах. PMIC условно делится на следующие 8 типов:
- IC модуляции AC/DC: содержит низковольтную схему управления и высоковольтный переключающий транзистор;
- IC модуляции DC/DC: включает в себя повышающие/понижающие преобразователи постоянного тока, а также зарядные насосы;
- IC коррекции коэффициента мощности PFC: обеспечивает цепь входа питания с функцией коррекции коэффициента мощности;
- IC управления импульсной модуляцией PWM / PFM или модуляцией амплитуды импульсов: это импульсный источник питания;
- Линейные модуляционные микросхемы (такие как линейные стабилизаторы напряжения с малым падением напряжения LDO): включают положительные и отрицательные стабилизаторы, а также модуляционные трубки LDO с малым падением напряжения;
- Включая микросхемы зарядки, защиты и отображения мощности аккумулятора, а также «интеллектуальные» микросхемы аккумулятора, которые могут передавать данные об аккумуляторе;
- Микросхема управления платой с возможностью «горячей» замены: устраняет влияние подключения и отключения от рабочей системы на другие интерфейсы;
- Микросхема переключения для MOSFET или IGBT.
Структура и принцип работы PMIC
Схематическая диаграмма простого PMIC выглядит следующим образом:
- Выход каждого напряжения микросхемы PMIC можно настроить с помощью внешней EEPROM. Если EEPROM отсутствует, используйте конфигурацию по умолчанию;
- PMIC требуется внешний сигнал разрешения для начала работы.
- PMIC поддерживает несколько режимов работы: BACKUP, ACTIVE, STANDBY.
Микросхемы MAX77650 и MAX77651 компании Maxim интегрируют стабилизатор с малым падением напряжения (LDO) на 150 мА, который обеспечивает подавление пульсаций для приложений, чувствительных к шуму. Кроме того, контроллер в схеме управления SIMO гарантирует своевременную обработку всех выходов. Его функциональная блок-схема выглядит следующим образом:
Рыночная ситуация в области PMIC
Масштаб рынка
Texas Instruments (TI) занимает лидирующие позиции на рынке PMIC. Qualcomm занимает второе место с долей рынка более 15%; ADI занимает третье место с более чем 40 000 сопутствующих продуктов.
В последние годы объем мирового рынка PMIC продолжает расти и в 2021 году достигнет 146,942 млрд юаней. По данным Burgess Consulting, к 2027 году он достигнет 201,031 млрд юаней.
Среди них Азиатско-Тихоокеанский регион, в котором доминирует материковый Китай, будет региональным рынком с наибольшим ростом в будущем. Объем рынка PMIC в Китае достиг примерно 36,736 млрд юаней в 2021 году, что составляет около 23% мирового рынка.
В прошлом на китайском рынке доминировали тайваньские производители, такие как Richtek, GMT, Novatek, а также европейские и американские гиганты по производству аналоговых чипов, такие как TI. В рейтинге китайского рынка чипов управления питанием PMIC для панельных заводов в 2021 году производители из Тайваня занимают более 70 % рынка, что составляет подавляющую часть рыночной доли.
История приобретений
За последние несколько лет несколько компаний, производящих чипы PMIC, заключили соглашения о слиянии, поглощении или сотрудничестве.
В 2019 году китайская компания Yachuang Electronics приобрела патентные права на бизнес, связанный с PMIC, у южнокорейской компании Tamul, что позволило ей развивать бизнес по производству микросхем управления питанием автомобильного класса. В настоящее время различные продукты на базе микросхем PMIC, независимо разработанные и спроектированные Yachuang Electronics, прошли сертификацию AEC-Q100 и другие автомобильные нормативные сертификации и были серийно применены в соответствующих моделях всемирно известных автомобильных компаний, таких как Hyundai Motor и Chrysler.
В июле 2020 года производитель аналоговых микросхем Analog Devices (ADI) приобрел Maxim за 20,9 млрд долларов США в рамках сделки, полностью оплаченной акциями. Обе компании являются ведущими конкурентами в области микросхем управления питанием, и ожидается, что общая рыночная стоимость объединенной компании превысит 68 млрд долларов США.
Приобретая Maxim, ADI может укрепить свою конкурентоспособность в автомобильной, промышленной и других областях. В частности, глубокий опыт Maxim в области микросхем управления питанием также может помочь ADI улучшить свою линейку потребительской электроники и увеличить долю Analog Devices на рынке микросхем управления питанием.
В конце 2021 года MediaTek объявила, что потратит 85 миллионов долларов США (около 558 миллионов юаней) на приобретение активов, связанных с линейкой микросхем управления питанием Enpirion, принадлежащей крупному производителю процессоров Intel (Intel), через свою дочернюю компанию Richtek Technology.
Тенденции спроса
В прошлом бытовая электроника, такая как смартфоны, была важной областью применения микросхем управления питанием. Мобильный телефон требовал 1-2 микросхемы управления питанием, а мобильный телефон 5G — 3-10 микросхем управления питанием.
В четвертом квартале 2022 года слабость потребительского спроса приведет к дальнейшему снижению цен на PMIC. Агентства по сбору данных прогнозируют, что в четвертом квартале из-за продолжающегося снижения спроса на бытовую электронику и увеличения давления на запасы различных поставщиков цены на PMIC могут еще больше снизиться, примерно на 4-9%.
В автомобильной сфере PMIC привела к новому повороту событий. После волны электрификации автомобилей общий спрос на PMIC продемонстрировал взрывной рост. Согласно данным, ранее опубликованным STMicroelectronics, по сравнению с традиционными автомобилями количество микросхем управления питанием, необходимых для автомобилей на новых источниках энергии, увеличилось почти на 20% и достигло 50.
