為汽車(chē)儀表盤(pán)和無(wú)線電音響主機(jī)提供電源軌帶來(lái)了許多相互沖突的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。其中包括尋找具有低靜態(tài)電流（IQ），可以直接從車(chē)輛電池產(chǎn)生低輸出電壓，同時(shí)仍保持低EMI。

介紹

即使現(xiàn)代汽車(chē)的燃油效率不斷提高，它們也面臨著不斷增長(zhǎng)的電氣需求。其中包括眾多的車(chē)內(nèi)便利性、遠(yuǎn)程信息處理連接和信息娛樂(lè)功能，這些功能通過(guò)車(chē)輛儀表盤(pán)和平視顯示器（向駕駛員提供信息，并使用位于中控臺(tái)上的觸摸屏和開(kāi)關(guān)（通常稱(chēng)為無(wú)線電主機(jī)）進(jìn)行控制。

在本設(shè)計(jì)解決方案中，我們回顧了使用車(chē)輛電池作為電壓輸入為這些系統(tǒng)提供多個(gè)電源軌的挑戰(zhàn)。我們討論了在保持低靜態(tài)電流（IQ）和低電磁干擾。我們還展示了新的汽車(chē)電源管理IC（PMIC）如何消除與替代解決方案相關(guān)的妥協(xié)，以應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

汽車(chē)電源要求

為了限制散熱，汽車(chē)應(yīng)用需要滿足嚴(yán)格的制造商靜態(tài)電流要求的高效DC-DC轉(zhuǎn)換器。這些轉(zhuǎn)換器必須在低輸入電池電壓下工作，以支持冷啟動(dòng)和啟停事件。管理冷啟動(dòng)的常用方法是使用多個(gè)bukc轉(zhuǎn)換器（和其他組件）通過(guò)兩級(jí)降壓穩(wěn)壓器降低電池電壓。這需要復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)和布局，從而增加解決方案尺寸。這種方法也更容易受到EMI干擾，因此難以滿足CISPR 5級(jí)等EMI標(biāo)準(zhǔn)。另一個(gè)問(wèn)題是，負(fù)載突然與汽車(chē)電池?cái)嚅_(kāi)連接（拋負(fù)載事件），導(dǎo)致電源軌電壓突然尖峰，這可能會(huì)產(chǎn)生高達(dá)40V的潛在破壞性瞬態(tài)電壓。

不折不扣的性能

與其使用兩級(jí)降壓，不如使用集成PMIC，如圖2所示的MAX20057，與其他汽車(chē)PMIC相比，它具有幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。

圖2.MAX20057 36V升壓控制器，具有雙路3.5A/2A同步降壓轉(zhuǎn)換器，適用于汽車(chē)應(yīng)用。

這款高度集成的三路輸出PMIC包括兩個(gè)同步降壓轉(zhuǎn)換器（3.5A和2A，在2.1MHz>效率為90%）和一個(gè)異步升壓控制器，可用于為降壓轉(zhuǎn)換器提供可調(diào)電壓（典型值為10V），并在冷啟動(dòng)操作期間保持穩(wěn)壓，即使電池電壓降至2V電池輸入。降壓轉(zhuǎn)換器具有 3.5V 至 36V 的寬輸入工作電壓范圍，極低的工作電流要求僅為 10μA （V外= 5V） 和 8μA （V外= 3.3V），非常適合在汽車(chē)長(zhǎng)時(shí)間關(guān)閉時(shí)進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。

電磁干擾緩解

為了解決關(guān)鍵的EMI問(wèn)題，該P(yáng)MIC具有用戶可選的擴(kuò)頻功能，可顯著降低峰值EMI水平。此功能可在更寬的頻帶上傳播雜散能量，同時(shí)降低其幅度。穩(wěn)壓器開(kāi)關(guān)頻率固定在 400kHz 或 2.1MHz。高開(kāi)關(guān)頻率提供了多種優(yōu)勢(shì)，例如需要更小的外部元件和降低輸出電壓紋波，同時(shí)保證無(wú)AM頻段干擾。該P(yáng)MIC可編程為在三種模式中的任何一種下工作，以根據(jù)需要優(yōu)化性能，即強(qiáng)制固定頻率操作、具有超低靜態(tài)電流的跳躍模式以及與外部時(shí)鐘的鎖相同步。

更高的電壓轉(zhuǎn)換比

雖然一些汽車(chē)PMIC包括降壓穩(wěn)壓器，可在相對(duì)較寬的輸入范圍內(nèi)提供低輸出電壓，但它們通過(guò)在低開(kāi)關(guān)頻率下運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)。其原因是最小電壓轉(zhuǎn)換比（V外/V在）受穩(wěn)壓器最小可控“導(dǎo)通時(shí)間”（通常為60ns至120ns）的限制。為了實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)墓潭l率脈寬調(diào)制 （PWM） 操作和最佳效率，降壓穩(wěn)壓器必須在正常工作條件下以連續(xù)導(dǎo)通模式 （CCM） 工作。在CCM中，最小輸出與輸入電壓比由以下公式確定：

這意味著，對(duì)于最小“導(dǎo)通時(shí)間”為120ns、輸入為12V的典型降壓穩(wěn)壓器，將CCM保持在2.1MHz意味著輸出電壓可以不低于3V（實(shí)際上，允許設(shè)計(jì)裕量在某些情況下可能高達(dá)5V）。實(shí)現(xiàn)較低的輸出電壓需要脈沖跳躍（降低有效占空比），但這會(huì)增加不必要的EMI。為了保持恒定的開(kāi)關(guān)速率，必須降低開(kāi)關(guān)頻率，但這也會(huì)對(duì)EMI性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

在這方面，與其他汽車(chē)監(jiān)管機(jī)構(gòu)相比，該P(yáng)MIC具有主要優(yōu)勢(shì)。其集成降壓穩(wěn)壓器的典型最小“導(dǎo)通時(shí)間”僅為 20ns，理論上可實(shí)現(xiàn)低至 0.5V 的輸出電壓 （對(duì)于開(kāi)關(guān)頻率為 2.1MHz 的 12V 電池輸入）。該數(shù)字低于規(guī)定的最小調(diào)節(jié)輸出電壓（1V），這意味著它可用于提供低壓軌，而無(wú)需降低開(kāi)關(guān)頻率。這使其能夠在低輸出電壓水平下保持出色的EMI性能。

其他有用的特性包括EXTVCC切換功能，可降低功耗以提高輕負(fù)載效率，以及頻率折返功能，可自動(dòng)將開(kāi)關(guān)頻率從2.1MHz降低至350kHz，并在100ns （典型值）關(guān)斷時(shí)間內(nèi)保持>95%的高占空比。安全特性包括過(guò)流和熱過(guò)載保護(hù)、在偏置電壓降至下降閾值以下時(shí)抑制開(kāi)關(guān)的 UVLO，以及用于降低啟動(dòng)期間輸入浪涌電流的軟啟動(dòng)。

該P(yáng)MIC的其他型號(hào)包括MAX20457，具有雙路3.5/2.5A降壓轉(zhuǎn)換器（無(wú)升壓控制器）和MAX20458，具有單路3.5A降壓轉(zhuǎn)換器和升壓控制器。所有版本均引腳兼容（這意味著單板設(shè)計(jì)可用于不同的應(yīng)用），額定工作溫度范圍為-40°C至+125°C汽車(chē)級(jí)溫度范圍。

總結(jié)

在此設(shè)計(jì)解決方案中，我們回顧了為位于汽車(chē)儀表盤(pán)和中控臺(tái)內(nèi)的信息娛樂(lè)、遠(yuǎn)程信息處理和音響主機(jī)系統(tǒng)供電的要求。我們解釋了為什么有些解決方案會(huì)犧牲輸出電壓范圍和EMI性能，并展示了如何設(shè)計(jì)高效、低“導(dǎo)通時(shí)間”的汽車(chē)PMIC來(lái)克服這一折衷方案。這使得它非常適合用于所有類(lèi)型的車(chē)輛，包括那些使用啟停技術(shù)的車(chē)輛。

審核編輯：郭婷