Elektronik cihazların kalbini oluşturan PMIC, cep telefonları, tüketici elektroniği, endüstriyel kontrol, tıbbi cihazlar ve otomotiv elektroniği gibi çeşitli alanlardaki elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu makalede, PMIC'nin tanımı, işlevi, çalışma prensibi, sınıflandırması ve pazar durumu ele alınacaktır.
PMIC nedir?
PMIC, Güç Yönetimi Entegre Devresi (Power Management Integrated Circuit) anlamına gelir. Devre sisteminde, her bir yonganın ve cihazın çalışma gerilimleri farklıdır. PMIC, her bir cihazın çalışma koşullarını karşılamak üzere pil veya güç kaynağı tarafından sağlanan sabit gerilimi yükseltir, düşürür ve dengeler. Ana yonga devre sisteminin "beyni" ise, PMIC de devre sisteminin "kalbi" olarak nitelendirilebilir.
PMIC, mikroişlemci sistemindeki besleme gerilimlerini (veya akımlarını) izleyerek bunların çok yüksek veya çok düşük olmamasını sağlar. Genellikle, çoğu PMIC aktif-yüksek, aktif-düşük veya aktif-yüksek/aktif-düşük sinyaliyle sıfırlanabilir.
PMIC'nin İşlevleri
PMIC genellikle çeşitli işlevler içerir. Bu işlevler arasında şunlar yer alır: DC-DC dönüştürücü, düşük düşüşlü regülatör (LDO), pil şarj cihazı, güç kaynağı seçimi, dinamik voltaj ayarı, her bir güç kaynağının açma-kapama sırası kontrolü, her bir güç kaynağının voltaj algılama, sıcaklık algılama ve diğer işlevlerin yanı sıra aşırı/düşük voltaj (OVP/UVP), aşırı sıcaklık (OTP), aşırı akım (OCP) ve diğer koruma devreleri de bulunur.
PMIC, sistem kontrolü, pil yönetimi, arayüz, ses ve diğer özel uygulamalarda yüksek düzeyde entegre güç yönetimi çözümleri sunar. Ayrıca, çeşitli son uygulamalarda pil ömrünü uzatmaya ve boşa giden güç tüketimini azaltmaya yardımcı olur.
PMIC Size
Diğer entegre devre türleriyle karşılaştırıldığında, PMIC nispeten olgun ve istikrarlı bir segmenttir. Şu anda PMIC’lerin çoğu, olgunlaşmış 8 inçlik 0,18-0,11 mikron üretim sürecine dayalı olarak üretilmektedir. PMIC yongası kıtlığı sürerken, birçok şirket 12 inçlik PMIC’lere geçmeyi düşünmeye başlamıştır.
ON Semiconductor'un İleri Çözümler Bölümü strateji ve pazarlama kıdemli direktörü Matthew Tyler, PMIC kıtlığını çözmenin önündeki en büyük zorluğun, üretimi genişletmek ve yeni fabrikalar kurmak için sermaye yatırımı yapma ihtiyacı olduğunu söyledi. Matthew Tyler şunları söyledi: "Makroekonomik bir bakış açısıyla, 200 mm (8 inç) yonga plakalarının üretim kapasitesi son birkaç yıldır talep fazlası durumundadır ve bazı üreticiler üretim hatlarını 300 mm (12 inç) yonga plakalarına geçirmiştir veya geçirmektedir; bunun, sıkışık arz durumunu hafifletmeye yardımcı olacağına inanılmaktadır."
8 inçten 12 inçe geçiş kolay değildir. Bir yandan, PMIC üreticilerinin elektriksel parametrelerle uyumlu olabilecek pinlerin açılması gibi devre tasarım sorunlarını aşmaları gerekir; diğer yandan, küçük ve orta ölçekli IC tasarım şirketleri için 12 inç üretim hattına geçiş maliyeti çok yüksektir ve birim üretim kapasitesindeki artış, yeniden geliştirme, doğrulama ve tape-out maliyetlerini telafi edemez.
Bu nedenle, şu anda 12 inçlik üretim hatlarına aktif olarak geçiş yapanlar arasında büyük üreticiler hâlâ baskındır. TSMC, TowerJazz ve UMC gibi dökümhaneler, PMIC'ler için 12 inçlik süreçleri kullanmaya başladı. 12 inçlik sürece geçtikten sonra, Qualcomm, Apple ve MediaTek gibi büyük müşteriler, daha önce elde ettikleri 8 inçlik üretim kapasitesinden kademeli olarak vazgeçmiştir. IDM fabrikaları arasında, TI ve ON Semiconductor, 12 inçlik sürece geçiş konusunda en aktif olanlardır.
PMIC Türleri
PMIC, esas olarak ana sistemdeki güç donanımını yönetmek için kullanılır ve genellikle cep telefonlarında ve çeşitli mobil terminal cihazlarında yaygın olarak kullanılır. PMIC, genel olarak aşağıdaki 8 türe ayrılır:
- AC/DC modülasyon IC'si: Düşük voltaj kontrol devresi ve yüksek voltaj anahtarlama transistörü içerir;
- DC/DC modülasyon IC: DC yükseltici/düşürücü dönüştürücüler ile şarj pompaları içerir;
- PFC güç faktörü düzeltme IC: Güç faktörü düzeltme işlevine sahip güç giriş devresi sağlar;
- PWM / PFM darbe modülasyonu veya darbe genlik modülasyonu kontrol IC'si: bir anahtarlama güç kaynağıdır;
- Doğrusal modülasyon IC (doğrusal düşük düşüşlü regülatör LDO gibi): pozitif ve negatif regülatörler ile düşük düşüşlü LDO modülasyon tüplerini içerir;
- Pil şarjı, koruma ve güç göstergesi IC'leri ile pil verilerini iletebilen "akıllı" pil IC'leri;
- Çalışırken değiştirilebilir kart kontrol IC'si: Çalışan sistemden fişin takılması ve çıkarılmasının diğer arayüzler üzerindeki etkisini ortadan kaldırır;
- MOSFET veya IGBT için anahtarlama fonksiyonu IC'si.
PMIC'nin Yapısı ve Çalışma Prensibi
Basit bir PMIC'nin şematik şeması aşağıdaki gibidir:
- PMIC yongasının her bir voltaj çıkışı, harici bir EEPROM aracılığıyla özelleştirilebilir. EEPROM yoksa, varsayılan yapılandırmayı kullanın;
- PMIC'nin çalışmaya başlaması için harici bir etkinleştirme sinyali gerekir.
- PMIC, BACKUP, ACTIVE, STANDBY gibi birden fazla çalışma modunu destekler
Maxim'in MAX77650 ve MAX77651 PMIC'leri, gürültüye duyarlı uygulamalar için dalgalanma bastırma özelliği sunan 150 mA'lık bir düşük düşüşlü regülatörü (LDO) bünyesinde barındırır. Ayrıca, SIMO kontrol şemasında yer alan denetleyici, tüm çıkışların zamanında işlenmesini sağlar. İşlevsel blok şeması aşağıdaki gibidir:
PMIC Pazar Yapısı
Pazar Büyüklüğü
Texas Instruments (TI), PMIC pazar payında lider konumdadır. Qualcomm, %15'in üzerinde pazar payıyla ikinci sırada yer alırken; ADI, 40.000'den fazla ilgili ürünle üçüncü sıradadır.
Küresel PMIC pazar büyüklüğü son yıllarda büyümeye devam ederek 2021'de 146,942 milyar yuan'a ulaşmıştır. Burgess Consulting'e göre, 2027 yılına kadar 201,031 milyar yuan'a ulaşacaktır.
Bunlar arasında, Çin anakarasının hakim olduğu Asya-Pasifik bölgesi, gelecekte en büyük büyümeyi gösteren bölgesel pazar olacaktır. Çin'in PMIC pazar büyüklüğü 2021'de yaklaşık 36,736 milyar yuan'a ulaşmış olup, küresel pazarın yaklaşık %23'ünü oluşturmaktadır.
Geçmişte Çin pazarı, Richtek, GMT, Novatek gibi Tayvanlı üreticiler ve TI gibi Avrupa ve Amerika'nın analog yonga devleri tarafından domine ediliyordu. 2021 Çin panel fabrikası güç yönetimi yongası PMIC pazar sıralamasında, Tayvanlı üreticiler %70'in üzerinde paya sahip olup pazar payının büyük çoğunluğunu oluşturmaktadır.
Satın Alma Geçmişi
Son birkaç yılda, birçok PMIC yonga şirketi birleşme, satın alma veya işbirliği anlaşmalarına imza attı.
2019 yılında, China Yachuang Electronics, Güney Kore'nin Tamul şirketinin PMIC ile ilgili iş patent haklarını satın alarak, otomotiv sınıfı güç yönetimi yongası işini geliştirebilme imkanı elde etti. Şu anda, Yachuang Electronics tarafından bağımsız olarak geliştirilen ve tasarlanan çeşitli PMIC yonga ürünleri, AEC-Q100 ve diğer otomotiv düzenleme sertifikalarını geçmiştir ve Hyundai Motor ve Chrysler gibi dünyaca ünlü otomobil şirketlerinin ilgili modellerinde toplu olarak uygulanmaktadır.
Temmuz 2020'de analog IC üreticisi Analog Devices (ADI), tamamen hisse senedi karşılığında 20,9 milyar ABD doları karşılığında Maxim'i satın aldı. İki şirket, güç yönetimi yongaları alanında en büyük rakipler olup, birleşen şirketin toplam piyasa değerinin 68 milyar ABD dolarını aşması beklenmektedir.
ADI, Maxim'i satın alarak otomotiv, endüstriyel kontrol ve diğer alanlardaki rekabet gücünü artırabilir. Özellikle, Maxim'in güç yönetimi IC'leri alanındaki derin birikimi, ADI'nin tüketici elektroniği ürün yelpazesini geliştirmesine ve Analog Devices'ın güç yönetimi yongası pazar payını artırmasına da yardımcı olabilir.
2021'in sonunda MediaTek, iştiraki Richtek Technology aracılığıyla işlemci devi Intel'in (Intel) Enpirion güç yönetimi yonga ürün serisiyle ilgili varlıkları satın almak için 85 milyon ABD doları (yaklaşık 558 milyon RMB) harcayacağını duyurdu.
Talep Eğilimleri
Geçmişte, akıllı telefonlar gibi tüketici elektroniği ürünleri, güç yönetimi yongaları için önemli bir uygulama alanı oluşturuyordu. Bir cep telefonu 1-2 adet güç yönetimi yongasına ihtiyaç duyarken, bir 5G cep telefonu ise 3-10 adet güç yönetimi yongasına ihtiyaç duyuyordu.
2022'nin dördüncü çeyreğinde, tüketici tarafındaki zayıflık PMIC fiyatlarının düşmeye devam etmesine neden olacaktır. Veri ajansları, dördüncü çeyrekte tüketici elektroniği talebindeki zayıflığın devam etmesi ve çeşitli tedarikçiler üzerindeki stok baskısının artması nedeniyle PMIC fiyatlarının dördüncü çeyrekte yaklaşık %4-9 oranında daha da düşebileceğini öngörmektedir.
Otomotiv alanında ise PMIC, yeni bir dönemin başlangıcını müjdeledi. Araçların elektrikleşmesi dalgası başladıktan sonra, PMIC'ye olan genel talep patlama yaşadı. STMicroelectronics tarafından daha önce yayınlanan verilere göre, geleneksel otomobillerle karşılaştırıldığında, yeni enerji araçları için gerekli güç yönetimi yongası sayısı yaklaşık %20 artarak 50'ye ulaştı.
