Chip chuyển đổi điện áp và chuyển đổi cấp độ

Chức năng cốt lõi của bộ chuyển đổi điện áp và chip chuyển mức là điều chỉnh biên độ của điện áp đầu vào để tạo ra điện áp mục tiêu ổn định, có thể kiểm soát được, từ đó đáp ứng các yêu cầu cấp điện của các mô-đun khác nhau trong hệ thống. Theo loại chuyển đổi, bộ chuyển đổi điện áp được phân loại rộng rãi thành bộ chuyển đổi DC{1}}DC và bộ chuyển đổi AC-DC. Bộ chuyển đổi AC-DC thường được sử dụng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều điện áp cao-từ lưới điện thành dòng điện một chiều điện áp thấp-phù hợp với các thiết bị điện tử, đóng vai trò là bộ chuyển đổi đầu vào cho bộ đổi nguồn và thiết bị cắm-. Bộ chuyển đổi DC{9}}DC là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong các thiết bị công nghiệp và điện tử cầm tay và có thể được chia thành bộ điều chỉnh tuyến tính (LDO) và bộ chuyển đổi chuyển mạch. Bộ điều chỉnh tuyến tính đạt được khả năng điều chỉnh điện áp thông qua việc giảm điện áp tuyến tính trên các thiết bị bán dẫn, có cấu trúc liên kết mạch đơn giản, độ gợn sóng đầu ra thấp và chi phí thấp, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng nhạy cảm với dòng điện-tải-nhỏ, nhiễu{13}}chẳng hạn như nguồn điện cho mô-đun âm thanh analog. Tuy nhiên, hiệu suất sử dụng năng lượng của chúng giảm khi chênh lệch điện áp đầu vào{15}}đầu ra tăng: chênh lệch điện áp càng lớn thì tổn thất điện năng càng cao. Bộ chuyển đổi điện áp chuyển mạch điều chỉnh điện áp đầu ra bằng cách điều khiển chu kỳ hoạt động của bóng bán dẫn điện và hỗ trợ cả chuyển đổi tăng dần và giảm dần. Hiệu suất sử dụng năng lượng của chúng thường vượt quá 90%, khiến chúng phù hợp với các ứng dụng có hiệu suất sử dụng cao như bộ xử lý và hệ thống cấp nguồn pin. Hạn chế của bộ chuyển đổi điện áp chuyển mạch bao gồm gợn sóng và nhiễu điện từ được tạo ra bởi các hoạt động chuyển mạch, đòi hỏi phải có thêm các thành phần lọc ngoại vi để giảm thiểu. Trong các lĩnh vực có yêu cầu cao về mật độ năng lượng cao, chẳng hạn như sạc nhanh, phương tiện sử dụng năng lượng mới và trung tâm dữ liệu, bộ chuyển đổi điện áp được chế tạo bằng vật liệu bán dẫn có dải thông rộng, bao gồm Gallium Nitride (GaN) và Silicon Carbide (SiC) có thể hỗ trợ tần số chuyển đổi cao hơn, giảm đáng kể kích thước sản phẩm và cải thiện hiệu suất chuyển đổi.

Chức năng cốt lõi của chip chuyển mức là khớp các giao diện tín hiệu hoạt động theo các tiêu chuẩn mức logic khác nhau, đảm bảo truyền tín hiệu đáng tin cậy giữa các thiết bị trên các miền điện áp khác nhau. Về cơ bản, các chip này chỉ chuyển đổi biên độ điện áp của tín hiệu và không đảm nhận chức năng chuyển đổi nguồn điện. Trong các hệ thống điện tử hiện đại, các chip khác nhau thường hoạt động ở các mức điện áp khác nhau: ví dụ bao gồm các thiết bị logic TTL 5V truyền thống, chip FPGA 3,3V, bộ vi điều khiển 1,8V và thậm chí cả bộ xử lý lõi phụ-1V. Do định nghĩa của họ về mức logic cao và thấp không nhất quán, nên việc kết nối trực tiếp có thể dẫn đến lỗi nhận dạng logic hoặc thậm chí khiến thiết bị bị cháy do điện áp không khớp và bộ chuyển mức được thiết kế đặc biệt để giải quyết vấn đề này. Bộ chuyển mức thông thường hỗ trợ chuyển đổi mức hai chiều, trong khi các sản phẩm chuyển đổi một chiều cũng có sẵn. Các mô hình chuyên biệt cũng đã được phát triển cho các giao diện giao tiếp khác nhau: ví dụ: bộ chuyển đổi cấp độ có mục đích chung cho các bus nối tiếp chung bao gồm I2C và SPI, cũng như các chip chuyển đổi cấp độ chuyên dụng cho các giao diện tốc độ cao bao gồm HDMI, USB và CAN bus, có thể đáp ứng các yêu cầu về tốc độ truyền khác nhau và các giao thức truyền thông khác nhau. Được phân loại theo nguyên lý truyền động, bộ chuyển đổi mức có thể được chia thành loại bộ chia điện áp bóng bán dẫn, loại công tắc MOSFET, loại trình điều khiển bộ đệm và các cấu hình khác. Hiện tại, chip chuyển mức tích hợp có kích thước nhỏ và độ tin cậy cao, đã thay thế các giải pháp thành phần rời rạc (chẳng hạn như điện trở chia điện áp và được sử dụng rộng rãi trong các tình huống ứng dụng yêu cầu giao tiếp miền điện áp chéo, bao gồm hệ thống bộ xử lý đa lõi, nút cảm biến IoT và thiết bị điện tử ô tô.