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電源管理IC（PMIC）的出現，主要原因是整合多個電源IC的功能，將可節省印刷電路板空間。這些電源IC，包括：低壓差穩壓器、切換穩壓器、介面電路、以及在某些情況下，甚至包括電池充電器。時至今日，這些「系統單晶片」（SOC）型IC已經變得尋常，不過值得注意的是，雖然某些電源管理IC可以節省電路板空間，但是就設計者而言，很多這類型 IC 卻包含了「隱藏」成本和效能限制。
Steve Knoth．凌力爾特產品行銷工程師
傳統的電源管理IC外形尺寸較大、沒有標準介面、局部會產生大量的熱、並含有很多不必要的功能，因此複雜性較高，並且往往需擺脫這些IC方能進行新的設計。在很多情況下，如果整合是絕對必需的，那麼設計者別無選擇，只能承擔額外功能的成本，即使設計者只會用到整個晶片的一部分亦然。一般的可替代方案是使用多個IC加上獨立元件，但是，這種方案占用更多電路板空間、成本更高、並且增加了製造複雜性與材料成本。
現在，有一個更好的解決方案可以克服這些問題。凌力爾特已開發出新一代PMIC，其具體整合了電池充電器、電源路徑管理、高效率切換穩壓器等難以實現的功能組件，同時提高了效能水準。另外，基於切換架構的電源路徑（PowerPathM）充電系統架構，也已包含於這些PMIC中，從能自主和完美地管理各種不同的輸入電源和電池，同時提高充電效率、延長電池續航力並實現即時接通工作。凌力爾特公司具有電源路徑控制功能的PMIC，包括：LTC3557 和 LTC3555，其中 LTC3557 是單片鋰離子／聚合物線性電源路徑管理器，整合了三個降壓穩壓器和一個「always-on」LDO；LTC3555是高效率切換模式電源路徑管理器，內含三個降壓穩壓器和一個 LDO。其小外形尺寸、低高度QFN封裝和最少的外部元件，為手持電子產品（尤其是那些採用 USB 電源的產品）組成簡單、纖小和經濟的解決方案。
關鍵設計挑戰
高階可攜式電子產品在電路板空間上一直受限，同時，由於較高功能性需要更多功率，因此電池容量也不斷提高。USB 充電現已越來越普遍，這些可攜式產品還需要很多其他系統電源軌（微處理器/FPGA/DSP 核心、I/O、記憶體電路、媒體處理器、無線／行動無線電接收器、硬碟驅動器等）。這些可攜式產品的效能需求，包括：高效率、低輸出電壓和中至大輸出電流、電池充電速度快、解決方案尺寸小、以及最少的外部元件。
USB技術提高了電子產品的可攜性，例如：個人媒體播放器（PMP：Personal Media Player）。可下載媒體內容的爆炸性增長則導致將這些資料從 PC 傳送到可攜式手持設備的大量需求，而且USB是首選的快速資料傳送途徑。能夠用同一個USB埠為設備充電是相當便利的，如此便毋須個別的牆式電源轉接器。不過，以USB為設備電池充電時具有功率限制（最大 2.5W），在很多情況下，能透過USB連接為電池充電意味著對用戶更方便，但是 USB 具有電流限制（最大 500mA），因此，電池充電器必須能以高效率從USB埠汲取電源，並保證不超過目前電源密集型應用的熱限制。
管理產品中的電源路徑是另一個問題。目前由電池供電的很多可攜式電子產品可以由牆式電源轉接器、汽車轉接器、FireWire/IEEE-1394、USB 埠或鋰離子/聚合物電池供電，但自主管理這些電源、系統負載和電池之間的電源路徑帶來了巨大的技術挑戰。傳統上，設計者試著用少量 MOSFET、運算放大器和其他獨立元件以個別方式實現這一功能，但是卻一直面臨著熱插拔、大湧浪電流和負載上高暫態電壓等問題，這可能引起嚴重的系統可靠性問題。最近，甚至獨立IC解決方案也需要幾個晶片方能建立一個實用的解決方案。
鋰離子和鋰離子聚合物電池，都是可攜式消費類電子產品的首選，因為它們具有相對高的能量密度，在給定尺寸和重量限制下，它們能比其他可用化學材料提供更大的容量。隨著可攜式產品變得越來越複雜，它們消耗的功率也越來越多。因此，對更高容量電池的需求也相形增加，而伴隨而來的是需要更先進、充電電流更高的電池充電器。更大容量的電池需要更高的充電電流、或充飽電需要更長時間。然而，大多數消費者希望充電時間短，因此只能提高充電電流，而透過過線性或切換電源路徑系統，或可高效率地提高充電電流。
總之，PMIC系統設計者的主要挑戰如下：
◎ 管理多個輸入電源、電池和負載之間的電源路徑
◎ 最大限度地減輕熱量問題
◎ 使效率達到最高（即為大容量電池充電）
◎ 使來自USB埠的電流達到最高（可提供 2.5W）
◎ 將解決方案接腳佔位和高度降到最低
個簡單的解決方案：凌力爾特具備電源路徑管理功能的PMIC
一個恰當整合和具有電源路徑管理功能的 PMIC 可簡單輕鬆地解決這些問題。凌力爾特的PMIC採用了不同的開發方法，不僅可形成纖小的解決方案、又不造成任何效能損失。如此的整合度使其IC比業界典型的大型PMIC小，可組成更小、更美觀的解決方案，同時該IC包含了難以實現的電源管理功能，如具有電源路徑控制功能的快速充電電池充電器、高效率切換穩壓器和「always-on」 LDO。這種方法用來整合關鍵電源管理功能，以達到新的效能水準，並實現更小的總體解決方案尺寸。凌力爾特公司還在IC設計中採用了「模組化」方法，利用可互換的電路組件，透過在一個由高效能巨集單元組成的「選項板」中進行選擇，實現較短的開發週期和較快的上市時間。最後，凌力爾特公司為手持可攜產品客戶提供了一個纖小和薄型DC/DC解決方案，因為在這類應用中電路板面積非常珍貴。這類設計常常還有高度限制。不過，纖小（4mm×5mm 或更小）和薄型（0.75mm）QFN封裝解決了這些問題。
這些PMIC的關鍵特點是電源路徑控制。電源路徑控制能夠自主和完美地管理多個輸入電源之間的電源路徑，如：USB埠、牆式電源轉接器和電池，並在管理電源路徑的同時優先向系統負載供電。在傳統的電池饋送型充電系統中，用戶必須等待，直到電池充分充電並充分達到所需電壓時，才能為系統供電。相反地，電源路徑控制功能允許終端產品一插上電源插頭後立即工作，不論電池充電狀態或者甚至在沒有電池時也一樣，這稱為「instant-on」（即時接通） 操作。線性和切換架構都可使用電源路徑控制電路，為系統帶來多種優勢。
線性電源路徑系統
第一代USB系統應用直接在USB埠和電池之間放置一個限流電池充電器，電池直接為系統負載供電（電池饋送型）。第二代USB充電系統在USB埠和電池之間增加了一個中間電壓。這種中間匯流排電壓架構稱為電源路徑系統。在電源路徑IC中，限流開關放置在USB埠和中間電壓VOUT之間。然後，由VOUT為線性電池充電器和系統負載供電。這種架構的優點是去除了電池與系統負載之間的耦合，因此可以一有機會就充電，請參考【圖一】。電源路徑系統還能實現「instant-on」操作，因為電源一加到電路上，中間電壓就可供系統負載使用，這使得終端產品一插上電源插頭就可立即工作，無論電池充電狀態如何。在線性電源路徑系統中，從USB埠獲得的2.5W功率中，有更多提供給系統負載。儘管線性電源路徑系統與電池饋送型系統相較具有極大優勢，但是線性電池充電器單元中損失了大量功率，尤其如果電池電壓低（導致輸入電壓和電池電壓之間相差很大）的時候更是如此。請注意，就個別牆式電源轉接器（或高壓）輸入通路而言，可以進行調節，一個可選外部 PFET可以降低理想二極體的阻抗，以實現較高效率工作。
圖一：簡化的線性電源路徑電路。
LTC3557/-1 PMIC兼具線性切換電源路徑管理器和電池充電器，其具有三 個同步降壓穩壓器和一個 LDO，採用小型 28接腳（4mm x 4mm）QFN 封裝，可組成完整的電源解決方案（參見【圖二】）。
圖二：LTC3557/-1 簡化方框圖。
LTC3557 可控制一個高壓降壓穩壓器，用高壓電源實現高效率電池追蹤（Bat-TrackTM）充電和電源路徑管理，從而將功耗降至最低。該IC的電源路徑管理器完美管理多個輸入電源之間的轉換，並向負載供電，同時就快速充電而言，線性電池充電器用牆式牆式電源轉接器電源提供高達 1.5A 的充電電流，或用 USB 埠提供高達 500mA 的充電電流。LTC3557 的三個整合同步降壓穩壓器以百分之一百工作周期操作，能分別提供 600/400/400mA 的輸出電流，具有低至 0.8V 的可調輸出電壓。該元件並提供了「always –on」3.3V LDO 輸出，能夠為即時時脈或按鈕監視器等系統需求提供 25mA 電流。
源路徑系統
新的第三代 USB 充電系統具有基於切換模式的電源路徑架構，其允許透過一個 USB 相容的降壓切換穩壓器提供中間匯流排電壓，這個切換穩壓器穩定在高於電池電壓的固定電壓上。凌力爾特公司將這種形式的自適性輸出控制稱為「電池追蹤」（Bat-TrackTM）。有了電池追蹤功能，穩定的中間電壓可以剛好夠高，以允許透過線性充電器恰當地充電。透過這種方法追蹤電池電壓，將可最大限度地降低線性電池充電器中損失的功率、提高效率並將系統可用功率達到最高。具有平均輸入限流功能的切換架構，將使用USB電源提供的全部2.5W功率的能力達到最高。可選型外部 PFET 降低了電池和負載之間理想二極體的阻抗，進一步減少了熱損。這種架構是具有大容量（>1.5Ahr）電池的系統必須採用的。與線性電源路徑配置一樣，切換電源路徑系統可以實現「instant-on」操作。
LTC3555 PMIC兼具 USB 切換電源路徑管理器和電池充電器，具有 3 個同步降壓穩壓器和一個 LDO，採用小型 28接腳（4mm x 5mm）QFN 封裝，可組成完整的電源解決方案。
定電流、定電壓鋰離子/聚合物充電器利用電池追蹤功能，透過產生自動追蹤電池電壓的輸入電壓，將電池充電器的效率達到最高。I2C 串列介面為系統設計者提供了控制充電器和降壓型轉換器的途徑，以在各種應用中對不斷變化的工作模式實現最高適應力。LTC3555的三個使用者可設定的降壓DC/DC轉換器，能提供1A、0.4A和0.4A且電壓低至 0.8V 的輸出，具有高達百分之九十二的效率，同時該IC的低靜態電流可延長電池工作時間。與採用獨立穩壓器的解決方案相比，常見的單一切換頻率可將串擾和電源雜訊降至最低。該元件還提供 「always-on」的3.3V LDO輸出，因此能為即時時脈或按鈕監視
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