汽车摄像头电源的理想之选：MAX20019/MAX20020双降压转换器

在汽车电子领域，摄像头系统的性能对于行车安全至关重要。而稳定、高效的电源供应则是保障摄像头正常工作的关键。今天，我们就来深入了解一下Maxim Integrated推出的MAX20019/MAX20020 3.2MHz、500mA双降压转换器，看看它是如何满足汽车摄像头电源需求的。

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一、产品概述

MAX20019/MAX20020是两款集成了高端和低端MOSFET的双降压转换器，分别支持2.2MHz和3.2MHz的开关频率。高压降压转换器可在高达17V的输入电压下连续工作，输出电压在工厂预设。Buck 1可预设为3.3V、3.0V或2.8V，Buck 2可预设为1.8V、1.5V、1.2V或1V，也可以选择Buck 1预设为5V，Buck 2预设为3.3V。

二、产品特性

1. 小尺寸解决方案

• 封装小巧：采用2mm x 3mm x 0.75mm的10引脚TDFN封装，带有外露焊盘，大大节省了PCB空间。
• 高频运行：2.2MHz和3.2MHz的工作频率允许使用更小的系统尺寸，同时无需外部组件进行软启动。

2. 电缆灵活性

MAX20019具有500mV的使能迟滞，即使在缓慢启动的情况下，也允许使用长而低成本的同轴电缆。

3. EMI解决方案

• 可选扩频调频：有效降低电磁干扰，提高系统的电磁兼容性。
• 引脚布局优化：允许对开关节点进行紧凑的PCB布局，减少EMI辐射。

4. 自我保护功能

具备过压保护、热关断和短路保护等功能，确保在异常情况下设备的安全运行。

5. 汽车级应用

• 宽输入电压范围：3.5V至17V的输入电压范围，适用于同轴供电应用。
• 宽温度范围：支持-40°C至+125°C的汽车温度范围，并通过了AEC - Q100认证。

三、电气特性

1. 电源电压和电流

• 电源电压：MAX20019的电源电压范围为3.5V至17V，MAX20020在电源电压上升时为5.5V至17V，下降时为5V。
• 电源电流：在使能且无开关操作时，典型值为2.5mA，关机时电源电流低至20 - 30μA。

2. 输出电压精度

Buck 1和Buck 2的输出电压精度在不同负载和输入电压条件下，可控制在±3% - ±3.5%范围内。

3. 开关频率和占空比

开关频率可设置为2.2MHz或3.2MHz，Buck 1的最大占空比为96%，Buck 2可在100%占空比下运行。

四、典型工作特性

通过典型工作特性曲线，我们可以直观地看到转换器在不同负载电流和输入电压下的效率、输出电压精度等性能指标。例如，在不同的输入电压下，随着负载电流的增加，转换器的效率和输出电压精度会发生相应的变化。这对于工程师在设计时选择合适的工作点非常有帮助。

五、引脚配置和功能

1. 引脚配置

MAX20019/MAX20020采用10引脚TDFN或SWTDFN封装，各引脚功能明确，如SUP为电源输入引脚，LX1和LX2为电感开关节点等。

2. 功能描述

每个引脚都有其特定的功能，例如EN引脚用于使能控制，BIAS引脚为线性调节器输出，为内部电路供电等。工程师在设计时需要根据这些引脚的功能进行合理的连接和布局。

六、详细工作原理

1. DC - DC转换器控制架构

采用PWM峰值电流模式控制方案，具有负载线架构。与电压模式控制相比，峰值电流模式控制能够在每个周期精确控制电感电流，并且补偿更简单。

2. 最大占空比操作

Buck 1转换器的最大占空比为96%，Buck 2转换器由于采用p沟道高端MOSFET，可在100%占空比下运行。当输入电压达到一定值时，设备会进入降压模式，其输入电压可通过公式 (V{SUP }=left(V{OUT 1}+left(I{OUT 1} × R{ON_HS }right)right) / 0.96) 进行近似计算。

3. 线性调节器输出

内部集成了5V线性调节器（VBIAS），为内部电路块提供电源，需要在BIAS引脚和AGND之间连接一个2.2μF的陶瓷电容。

4. 系统使能

MAX20019的EN引脚用于从低功耗关机模式激活设备，而MAX20020的EN引脚仅控制Buck 2转换器，并且需要满足 (VSUP >5.5 ~V) 和 (VOUT1) 达到稳定后才能启动Buck 2。

5. 启动和软启动

芯片具有内部软启动定时器和延迟定时器，确保在启动过程中输出电压平稳上升，避免过冲和浪涌电流。

6. 电流限制和短路保护

当输出短路时，相应的转换器会实施逐周期电流限制。如果 (VOUT1) 低于工厂预设电压的90%，VOUT2将被禁用，只有当 (VOUT1) 恢复到95%以上时，Buck 2才会重新进入软启动。

7. OUT2过压保护

对OUT2进行过压监测，当检测到过压时，会关闭高端和低端MOSFET，并启用500Ω下拉电阻。

8. 内部振荡器

开关频率在工厂设置为2.2MHz或3.2MHz，较高的3.2MHz频率允许使用更低的电感值和更少的输出电容，但会增加核心损耗、栅极电荷电流和开关损耗。

七、应用信息

1. 输出电压选择

输出电压在工厂预设，可根据不同的应用需求选择合适的输出电压组合，具体选项可参考文档中的表格。

2. 电感选择

选择电感时，需要考虑电感值（L）、电感饱和电流（ISAT）和直流电阻（ (R_{DC}) ）。通常选择30%的峰 - 峰纹波电流与平均电流比（LIR = 0.3）作为折衷方案，根据开关频率、输入电压、输出电压和LIR来确定电感值。

3. 输入和输出电容

• 输入电容：推荐使用10µF、X5R等级或更好的电容，用于减少从电源汲取的峰值电流，降低输入噪声和电压纹波。
• 输出电容：最小输出电容应为22µF的陶瓷电容，X7S或X7R等级，其值和质量对于设置环路的主导极点至关重要。

4. PCB布局指南

PCB布局对于实现低开关损耗和稳定的操作至关重要。需要注意以下几点：

• 电源和Buck 1反馈信号使用同一输入引脚PV2，该走线应尽可能短。
• 在SUP和IC旁边放置0.1µF陶瓷电容。
• 使用大面积连续铜平面，确保散热组件有足够的散热空间。
• 隔离功率组件和高电流路径与敏感模拟电路，防止噪声耦合。
• 保持高电流路径短，特别是在接地端子处。
• 模拟和功率部分的接地连接应靠近IC。
• 在BIAS引脚旁边放置BIAS电容，并通过短而宽的走线连接到AGND。

八、订购信息

MAX20019/MAX20020提供多种型号可供选择，不同型号在输出电压、开关频率和扩频功能等方面有所差异。工程师可以根据具体需求选择合适的型号。

九、总结

MAX20019/MAX20020双降压转换器以其小尺寸、高集成度、丰富的保护功能和良好的电气性能，成为汽车摄像头电源应用的理想选择。在设计过程中，工程师需要根据具体的应用场景，合理选择输出电压、电感、电容等组件，并遵循PCB布局指南，以确保系统的稳定运行。你在使用类似的降压转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。