选择低IQ、低最小导通时间和低EMI电池外PMIC为您的汽车电子设备供电

为汽车仪表盘和无线电音响主机提供电源轨带来了许多相互冲突的设计挑战。其中包括寻找具有低静态电流（IQ），可以直接从车辆电池产生低输出电压，同时仍保持低EMI。

介绍

即使现代汽车的燃油效率不断提高，它们也面临着不断增长的电气需求。其中包括众多的车内便利性、远程信息处理连接和信息娱乐功能，这些功能通过车辆仪表盘和平视显示器（向驾驶员提供信息，并使用位于中控台上的触摸屏和开关（通常称为无线电主机）进行控制。

在本设计解决方案中，我们回顾了使用车辆电池作为电压输入为这些系统提供多个电源轨的挑战。我们讨论了在保持低静态电流（IQ）和低电磁干扰。我们还展示了新的汽车电源管理IC（PMIC）如何消除与替代解决方案相关的妥协，以应对这些挑战。

汽车电源要求

为了限制散热，汽车应用需要满足严格的制造商静态电流要求的高效DC-DC转换器。这些转换器必须在低输入电池电压下工作，以支持冷启动和启停事件。管理冷启动的常用方法是使用多个bukc转换器（和其他组件）通过两级降压稳压器降低电池电压。这需要复杂的电路设计和布局，从而增加解决方案尺寸。这种方法也更容易受到EMI干扰，因此难以满足CISPR 5级等EMI标准。另一个问题是，负载突然与汽车电池断开连接（抛负载事件），导致电源轨电压突然尖峰，这可能会产生高达40V的潜在破坏性瞬态电压。

不折不扣的性能

与其使用两级降压，不如使用集成PMIC，如图2所示的MAX20057，与其他汽车PMIC相比，它具有几个优势。

图2.MAX20057 36V升压控制器，具有双路3.5A/2A同步降压转换器，适用于汽车应用。

这款高度集成的三路输出PMIC包括两个同步降压转换器（3.5A和2A，在2.1MHz>效率为90%）和一个异步升压控制器，可用于为降压转换器提供可调电压（典型值为10V），并在冷启动操作期间保持稳压，即使电池电压降至2V电池输入。降压转换器具有 3.5V 至 36V 的宽输入工作电压范围，极低的工作电流要求仅为 10μA （V外= 5V） 和 8μA （V外= 3.3V），非常适合在汽车长时间关闭时进行电压调节。

电磁干扰缓解

为了解决关键的EMI问题，该PMIC具有用户可选的扩频功能，可显著降低峰值EMI水平。此功能可在更宽的频带上传播杂散能量，同时降低其幅度。稳压器开关频率固定在 400kHz 或 2.1MHz。高开关频率提供了多种优势，例如需要更小的外部元件和降低输出电压纹波，同时保证无AM频段干扰。该PMIC可编程为在三种模式中的任何一种下工作，以根据需要优化性能，即强制固定频率操作、具有超低静态电流的跳跃模式以及与外部时钟的锁相同步。

更高的电压转换比

虽然一些汽车PMIC包括降压稳压器，可在相对较宽的输入范围内提供低输出电压，但它们通过在低开关频率下运行来实现。其原因是最小电压转换比（V外/V在）受稳压器最小可控“导通时间”（通常为60ns至120ns）的限制。为了实现适当的固定频率脉宽调制 （PWM） 操作和最佳效率，降压稳压器必须在正常工作条件下以连续导通模式 （CCM） 工作。在CCM中，最小输出与输入电压比由以下公式确定：

这意味着，对于最小“导通时间”为120ns、输入为12V的典型降压稳压器，将CCM保持在2.1MHz意味着输出电压可以不低于3V（实际上，允许设计裕量在某些情况下可能高达5V）。实现较低的输出电压需要脉冲跳跃（降低有效占空比），但这会增加不必要的EMI。为了保持恒定的开关速率，必须降低开关频率，但这也会对EMI性能产生负面影响。

在这方面，与其他汽车监管机构相比，该PMIC具有主要优势。其集成降压稳压器的典型最小“导通时间”仅为 20ns，理论上可实现低至 0.5V 的输出电压 （对于开关频率为 2.1MHz 的 12V 电池输入）。该数字低于规定的最小调节输出电压（1V），这意味着它可用于提供低压轨，而无需降低开关频率。这使其能够在低输出电压水平下保持出色的EMI性能。

其他有用的特性包括EXTVCC切换功能，可降低功耗以提高轻负载效率，以及频率折返功能，可自动将开关频率从2.1MHz降低至350kHz，并在100ns （典型值）关断时间内保持>95%的高占空比。安全特性包括过流和热过载保护、在偏置电压降至下降阈值以下时抑制开关的 UVLO，以及用于降低启动期间输入浪涌电流的软启动。

该PMIC的其他型号包括MAX20457，具有双路3.5/2.5A降压转换器（无升压控制器）和MAX20458，具有单路3.5A降压转换器和升压控制器。所有版本均引脚兼容（这意味着单板设计可用于不同的应用），额定工作温度范围为-40°C至+125°C汽车级温度范围。

总结

在此设计解决方案中，我们回顾了为位于汽车仪表盘和中控台内的信息娱乐、远程信息处理和音响主机系统供电的要求。我们解释了为什么有些解决方案会牺牲输出电压范围和EMI性能，并展示了如何设计高效、低“导通时间”的汽车PMIC来克服这一折衷方案。这使得它非常适合用于所有类型的车辆，包括那些使用启停技术的车辆。

审核编辑：郭婷