MAX16922：汽車應(yīng)用的高效電源管理解決方案

引言

在汽車電子領(lǐng)域，對(duì)于中等功率水平的應(yīng)用，電源管理是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。Maxim Integrated推出的MAX16922電源管理集成電路（PMIC），為這類應(yīng)用提供了一個(gè)集成度高、性能出色的解決方案。它集成了多個(gè)電源，在小尺寸封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)了多種功能，滿足了汽車應(yīng)用對(duì)空間和性能的要求。

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產(chǎn)品概述

基本信息

MAX16922專為中等功率水平的汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)，集成了一個(gè)高壓降壓轉(zhuǎn)換器（OUT1）和三個(gè)低壓級(jí)聯(lián)DC - DC轉(zhuǎn)換器（OUT2、OUT3、OUT4）。其中，OUT1和OUT2是降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，OUT3和OUT4是線性穩(wěn)壓器。此外，該器件還包括一個(gè)復(fù)位輸出（RESET）和一個(gè)高壓兼容的使能輸入（EN）。

主要參數(shù)

• OUT1：1.2A輸出的高效降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，工作電壓最高可達(dá)28V連續(xù)，能承受高達(dá)45V的負(fù)載突降瞬變，輸出電壓范圍為3.0V至5.5V。
• OUT2：600mA輸出的高效降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，工作電壓最高可達(dá)5.5V，輸出電壓范圍為1.0V至3.9V。
• OUT3和OUT4：兩個(gè)300mA的LDO線性穩(wěn)壓器，典型壓差僅為130mV。

產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)

降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器特性

• 高效與高頻率：OUT1和OUT2均采用2.2MHz的快速PWM開(kāi)關(guān)頻率，能使用小尺寸的外部組件，有助于減小電路板空間。
• 工作模式靈活：OUT1在輕載時(shí)自動(dòng)進(jìn)入跳周期模式，防止輸出過(guò)壓；OUT2可工作在強(qiáng)制PWM模式以防止AM頻段干擾，或高效自動(dòng)PWM模式。
• 保護(hù)功能完善：具備過(guò)溫關(guān)斷和過(guò)流限制功能，確保在異常情況下保護(hù)器件。

LDO線性穩(wěn)壓器特性

• 低壓差：OUT3和OUT4提供低至130mV（典型值）的壓差，提高了電源效率。
• 獨(dú)立輸入：獨(dú)立的輸入引腳設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高了效率。

其他特性

• 復(fù)位輸出：RESET輸出可對(duì)OUT1和OUT2進(jìn)行電壓監(jiān)控，提供電源良好指示。
• 使能輸入：EN輸入可方便地控制器件的開(kāi)啟和關(guān)閉。

電氣特性

絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用和保護(hù)器件至關(guān)重要。例如，PV1、EN到GND的電壓范圍為 - 0.3V至 + 45V，LX1到GND的電壓范圍為 - 0.5V至（PV1 + 0.3V）等。超過(guò)這些額定值可能會(huì)導(dǎo)致器件永久性損壞。

電氣參數(shù)

• OUT1：工作電壓范圍為3.7V至28V，輸出電流最大可達(dá)1.2A，電壓精度在 - 3%至 + 3%之間（占空比20%至90%，負(fù)載電流300mA至1.2A）。
• OUT2：工作電壓范圍為2.7V至5.5V，輸出電流最大可達(dá)600mA，電壓精度同樣在 - 3%至 + 3%之間（占空比20%至90%，負(fù)載電流1mA至600mA）。
• OUT3和OUT4：輸入電壓范圍為1.7V至5.5V，輸出電流最大可達(dá)300mA，電壓精度在 - 2%至 + 2%之間。

典型應(yīng)用電路與特性

典型應(yīng)用電路

文檔中給出了MAX16922的典型應(yīng)用電路，展示了各個(gè)引腳的連接方式和外部組件的選擇。例如，PV1引腳連接4.7μF或更大的陶瓷電容到PGND，LX1引腳連接4.7μH電感到OUTS1等。

典型工作特性

通過(guò)一系列圖表展示了OUT1和OUT2的效率與負(fù)載電流的關(guān)系、輸出電壓與負(fù)載電流和輸入電壓的關(guān)系、開(kāi)關(guān)頻率與負(fù)載電流和溫度的關(guān)系等。這些特性曲線有助于工程師在不同的工作條件下評(píng)估器件的性能。

引腳配置與功能

引腳配置

MAX16922提供了TQFN和TSSOP兩種封裝，每種封裝的引腳配置都有詳細(xì)說(shuō)明。例如，BST引腳用于連接0.1μF陶瓷電容到LX1，PV1引腳是OUT1的電源輸入等。

引腳功能

每個(gè)引腳都有其特定的功能，如PWM引腳用于控制OUT2的工作模式，RESET引腳用于輸出復(fù)位信號(hào)等。了解這些引腳功能對(duì)于正確設(shè)計(jì)電路至關(guān)重要。

詳細(xì)工作原理

OUT1降壓DC - DC調(diào)節(jié)器

• 架構(gòu)：采用高輸入電壓、高效的2.2MHz PWM電流模式降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部有高側(cè)n溝道開(kāi)關(guān)和低正向壓降的續(xù)流二極管用于整流。
• 軟啟動(dòng)：上電或使能時(shí)，輸出電壓在約2.2ms內(nèi)逐漸上升，減少啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。
• 電流限制：限制n溝道MOSFET的峰值電感電流，當(dāng)超過(guò)電流限制時(shí)，MOSFET在剩余周期內(nèi)關(guān)斷。
• 壓差：在輸入電壓接近輸出電壓時(shí)，n溝道MOSFET的有效占空比接近94%，開(kāi)關(guān)頻率會(huì)降低。

OUT2降壓DC - DC調(diào)節(jié)器

• 架構(gòu)：低輸入電壓、高效的2.2MHz PWM電流模式降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部有高側(cè)p溝道開(kāi)關(guān)和低側(cè)n溝道開(kāi)關(guān)用于同步整流。
• 軟啟動(dòng)：在OUT1軟啟動(dòng)完成后開(kāi)始，輸出電壓在約1.5ms內(nèi)逐漸上升。
• 電流限制：限制p溝道MOSFET的峰值電感電流，超過(guò)限制時(shí)，MOSFET關(guān)斷并進(jìn)入輸出放電模式。
• 壓差：輸入電壓接近輸出電壓時(shí)，p溝道MOSFET占空比達(dá)到100%，壓差由內(nèi)部p溝道MOSFET的導(dǎo)通電阻和電感的直流電阻決定。
• PWM模式：可工作在自動(dòng)PWM或強(qiáng)制PWM模式，自動(dòng)PWM模式在輕載時(shí)提高效率。

LDO線性穩(wěn)壓器

• 工作原理：包含內(nèi)部參考、誤差放大器、p溝道傳輸晶體管和內(nèi)部電壓分壓器，通過(guò)比較參考電壓和輸出電壓來(lái)調(diào)整輸出。
• 軟啟動(dòng)：OUT3在PV3超過(guò)1.25V時(shí)進(jìn)入軟啟動(dòng)，OUT4在PV4超過(guò)1.5V時(shí)進(jìn)入軟啟動(dòng)，軟啟動(dòng)時(shí)間約為0.1ms。
• 電流限制：輸出電流限制在450mA（典型值）。
• 壓差：在250mA負(fù)載下，壓差最大為320mV。

LSUP線性穩(wěn)壓器

LSUP是一個(gè)5V線性穩(wěn)壓器的輸出，為MAX16922內(nèi)部電路供電。當(dāng)EN為高且PV1超過(guò)約3.7V時(shí)自動(dòng)上電，EN為低時(shí)自動(dòng)下電。

熱過(guò)載保護(hù)

熱過(guò)載保護(hù)電路監(jiān)測(cè)芯片溫度，當(dāng)溫度超過(guò) + 175°C時(shí)，器件關(guān)斷；溫度下降15°C后，器件重新啟用。

應(yīng)用信息

上電順序

當(dāng)EN輸入為高且PV1大于3.7V（典型值）時(shí)，5V LSUP線性穩(wěn)壓器開(kāi)啟。LSUP超過(guò)2.5V后，內(nèi)部參考和偏置啟用，然后依次啟動(dòng)OUT1、OUT2、OUT3和OUT4的軟啟動(dòng)。

掉電和重啟順序

器件可通過(guò)熱關(guān)斷、使能低（EN）、LSUP調(diào)節(jié)器欠壓或PV1低于3.0V（典型值）進(jìn)行關(guān)斷。重啟時(shí)，滿足一定條件后會(huì)重新啟動(dòng)軟啟動(dòng)上電序列。

電感選擇

OUT1使用4.7μH電感，OUT2使用2.2μH電感。電感的直流電流額定值應(yīng)足夠高，以應(yīng)對(duì)峰值紋波電流和負(fù)載瞬變。一般來(lái)說(shuō)，電感的額定電流為最大負(fù)載電流的1.3倍較為合適。

電容選擇

• 輸入電容：PV1與地之間使用4.7μF陶瓷電容，PV2與地之間使用4.7μF陶瓷電容，PV3和PV4與地之間使用2.2μF陶瓷電容。
• 降壓輸出電容：OUTS1與地之間至少使用15μF陶瓷電容，OUTS2與地之間至少使用10μF陶瓷電容。
• LDO輸出電容：OUT3和OUT4與地之間使用4.7μF陶瓷電容，輸入電壓大于2.35V時(shí)可減小至2.2μF。

熱考慮

MAX16922在20引腳薄QFN封裝中的最大封裝功耗為2500mW?？偣臑樗膫€(gè)調(diào)節(jié)器功耗之和，可通過(guò)公式計(jì)算。同時(shí)，要確保計(jì)算得到的結(jié)溫不超過(guò) + 150°C。

PCB布局

由于開(kāi)關(guān)頻率高和峰值電流大，PCB布局非常重要。應(yīng)將輸入電容靠近PV_和地連接，電感和輸出電容靠近器件并保持短、直、寬的走線，以減小電流環(huán)路面積。OUTS_反饋連接應(yīng)遠(yuǎn)離電感和嘈雜走線。

選型指南與訂購(gòu)信息

選型指南

提供了不同后綴的型號(hào)，每個(gè)型號(hào)對(duì)應(yīng)不同的OUT1、OUT2、OUT3和OUT4輸出電壓、OUT1復(fù)位閾值和復(fù)位超時(shí)時(shí)間等參數(shù)，方便工程師根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)。

訂購(gòu)信息

列出了不同封裝的型號(hào)，如MAX16922ATP/V +（20 TQFN - EP）和MAX16922AUP/V +（20 TSSOP - EP），并說(shuō)明了如何根據(jù)選型指南填寫(xiě)后綴以完成型號(hào)。

總結(jié)

MAX16922是一款功能強(qiáng)大、性能出色的電源管理集成電路，適用于中等功率水平的汽車應(yīng)用。它集成了多個(gè)電源，具有高效、靈活、保護(hù)功能完善等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇電感、電容等外部組件，注意PCB布局和熱管理，以確保器件的性能和可靠性。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似電源管理芯片的使用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。