MAX16922：汽車應用的高效電源管理芯片

在汽車電子領域，對于電源管理芯片的需求日益增長，尤其是在需要多電源且對空間要求較高的中等功率應用中。MAX16922 這款電源管理集成電路（PMIC）應運而生，它集成了多個電源，在小尺寸封裝內實現(xiàn)了強大的功能。今天，我們就來詳細探討一下 MAX16922 的特點、工作原理以及設計應用中的要點。

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一、芯片概述

MAX16922 專為中等功率水平的汽車應用而設計，集成了一個高壓降壓轉換器（OUT1）和三個低壓級聯(lián) DC - DC 轉換器（OUT2、OUT3、OUT4）。其中，OUT1 和 OUT2 是降壓 DC - DC 轉換器，OUT3 和 OUT4 是線性穩(wěn)壓器。此外，芯片還配備了復位輸出（RESET）和高壓兼容使能輸入（EN）。

（一）關鍵參數(shù)

1. OUT1：1.2A 輸出的高效 2.2MHz DC - DC 轉換器，工作電源電壓范圍為 3.7V 至 28V，具備 45V 負載突降保護，輸出電壓可在 3.0V 至 5.5V 之間選擇。
2. OUT2：600mA 輸出的高效 2.2MHz DC - DC 轉換器，電源電壓范圍為 2.7V 至 5.5V，輸出電壓在 1.0V 至 3.9V 之間可選，支持 180°異相操作，有強制 PWM 和自動 PWM 兩種模式。
3. OUT3 和 OUT4：兩個 300mA 的 LDO 線性穩(wěn)壓器，輸出電壓可在 1.0V 至 4.15V 之間選擇，為提高效率采用了獨立輸入。

（二）封裝形式

MAX16922 提供 5mm x 5mm x 0.8mm 的 20 引腳 TQFN - EP 和 4.5mm x 6.5mm 的 20 引腳 TSSOP - EP 兩種封裝形式，方便不同的應用需求。

二、工作原理及特性

（一）OUT1 降壓 DC - DC 調節(jié)器

1. 架構：OUT1 是一個高輸入電壓、高效的 2.2MHz PWM 電流模式降壓 DC - DC 轉換器，采用內部高端 n 溝道開關和低正向壓降續(xù)流二極管進行整流。在正常工作條件下，為防止不必要的 AM 無線電干擾，采用固定頻率工作；在輕載和高輸入電壓時，會跳過一些周期以維持穩(wěn)壓。
2. 軟啟動：上電或通過 EN 使能時，OUT1 會在約 2.2ms 內逐漸提升輸出電壓，減少啟動時的浪涌電流。
3. 電流限制：當 n 溝道 MOSFET 提供的峰值電感電流達到限制值時，內部 n 溝道 MOSFET 會在本周期剩余時間內關斷。若連續(xù) 16 個周期超過電流限制且輸出電壓低于 1.25V，n 溝道 MOSFET 會關斷 256 個時鐘周期，然后重新啟動軟啟動序列。
4. 壓降：當輸入電壓接近輸出電壓時，高端開關會盡量以 100%占空比導通，但為保持適當?shù)臇艠O電荷，需周期性關斷，使 LX 引腳接地以給 BST 電容充電。當輸入電壓接近輸出電壓時，n 溝道 MOSFET 的有效占空比接近 94%，每 4 個周期中會有一個周期的最大占空比限制為 75%。

（二）OUT2 降壓 DC - DC 調節(jié)器

1. 架構：OUT2 是一個低輸入電壓、高效的 2.2MHz PWM 電流模式降壓 DC - DC 轉換器，采用內部高端 p 溝道開關和低端 n 溝道開關進行同步整流。支持自動 PWM 操作，輕載時可自動進入高效跳過模式，可通過將 PWM 輸入連接到 OUTS1 禁用自動 PWM 模式。
2. 軟啟動：在 OUT1 完成軟啟動序列后，OUT2 開始軟啟動，約 1.5ms 內逐漸提升輸出電壓，減少啟動時的浪涌電流。
3. 電流限制：當 p 溝道 MOSFET 提供的峰值電感電流達到限制值時，內部 p 溝道 MOSFET 會在本周期剩余時間內關斷。若連續(xù) 16 個周期超過電流限制且輸出電壓低于 1.25V，p 溝道 MOSFET 會關斷并進入輸出放電模式 256 個時鐘周期，然后重新啟動軟啟動序列。
4. 壓降：當輸入電壓接近輸出電壓時，p 溝道 MOSFET 的占空比達到 100%，此時壓降為輸出電流在內部 p 溝道 MOSFET 的導通電阻和電感的直流電阻上的電壓降。
5. PWM 模式：MAX16922 可工作在自動 PWM 或強制 PWM 模式。輕載時，自動 PWM 模式按需切換以提高降壓轉換器的輕載效率；重載時，轉換器過渡到固定的 2.2MHz 開關頻率。強制 PWM 模式無論負載如何，始終以 2.2MHz 的恒定開關頻率工作。

（三）LDO 線性穩(wěn)壓器

MAX16922 包含兩個低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO），即 OUT3 和 OUT4。LDO 輸出電壓由工廠預設，每個 LDO 可提供高達 300mA 的負載。當輸入電源電壓過低時，欠壓鎖定電路會關閉 LDO 穩(wěn)壓器。OUT3 和 OUT4 在輸入電壓分別超過 1.25V 和 1.5V 時進入軟啟動，軟啟動時間約為 0.1ms。輸出電流限制在 450mA 左右，當輸出電流超過限制時，相應的 LDO 輸出電壓會失去穩(wěn)壓。線性穩(wěn)壓器在 250mA 負載下的壓降最大為 320mV。

（四）LSUP 線性穩(wěn)壓器

LSUP 是一個 5V 線性穩(wěn)壓器的輸出，為 MAX16922 的內部電路供電。當 EN 為高電平且 PV1 超過約 3.7V 時，LSUP 自動上電；當 EN 為低電平時，LSUP 自動斷電。即使在出現(xiàn)熱故障時，LSUP 仍保持開啟狀態(tài)。

（五）熱過載保護

熱過載保護可限制 MAX16922 的總功耗。當芯片溫度超過 +175°C 時，設備會關閉以冷卻；當溫度下降 15°C 后，設備重新啟用。在連續(xù)熱過載條件下，會出現(xiàn)脈沖輸出。為保證連續(xù)運行，不要超過絕對最大結溫 +150°C。

三、設計應用要點

（一）上電和掉電序列

1. 上電序列：當 EN 輸入拉高且 PV1 大于 3.7V 時，5V LSUP 線性穩(wěn)壓器開啟。當 LSUP 超過 2.5V 時，內部參考和偏置啟用。內部偏置穩(wěn)定后，OUT1 開始軟啟動。OUT1 軟啟動完成后，OUT2 開始軟啟動。當 PV3 大于等于 1.25V 時，OUT3 軟啟動；當 PV4 大于等于 1.5V 時，OUT4 軟啟動。
2. 掉電和重啟序列：MAX16922 可通過熱關斷、使能低電平（EN）、LSUP 穩(wěn)壓器欠壓或 PV1 低于 3.0V 等方式關閉。關閉時，所有輸出通過內部電阻放電。當使能為高電平、芯片溫度正常、LSUP 線性穩(wěn)壓器大于 2.5V 且 OUT1 小于 1.25V 時，會重新啟動完整的軟啟動上電序列。

（二）電感選擇

OUT1 降壓轉換器使用 4.7μH 電感，OUT2 降壓轉換器使用 2.2μH 電感。電感的直流電流額定值應足夠高，以應對峰值紋波電流和負載瞬變。為獲得最佳性能，電感的直流串聯(lián)電阻應在 50mΩ 至 150mΩ 范圍內。對于重載應用，應盡量降低電感電阻以提高效率和減少負載調整率；對于輕載應用，較高的電阻對性能影響較小。

（三）電容選擇

1. 輸入電容：輸入電容 CIN1 用于減少從電源吸取的電流峰值和 MAX16922 中的開關噪聲。建議使用 X5R 或 X7R 電介質的陶瓷電容，在 PV1 和地之間使用 4.7μF 陶瓷電容或多個等效電容并聯(lián)。PV2 與地之間連接至少 4.7μF 陶瓷電容，PV3 和 PV4 與地之間連接 2.2μF 陶瓷電容。
2. 降壓輸出電容：降壓輸出電容用于保持輸出電壓紋波小并確保調節(jié)環(huán)路穩(wěn)定。建議使用表面貼裝陶瓷電容，OUTS1 與地之間至少放置 15μF 陶瓷電容，OUTS2 與地之間至少放置 10μF 陶瓷電容。當 OUT2 輸出電壓選擇低于 2.35V 時，應增加輸出電容以防止不穩(wěn)定。
3. LDO 輸出電容和穩(wěn)定性：OUT3 和 OUT4 與地之間分別連接 4.7μF 陶瓷電容。當 LDO 輸入電壓大于 2.35V 時，輸出電容可減小至 2.2μF。LDO 輸出電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）影響穩(wěn)定性和輸出噪聲，建議使用 ESR 為 0.1Ω 或更小的輸出電容。

（四）熱考慮

MAX16922 在 20 引腳薄 QFN 封裝中的最大封裝功耗為 2500mW，總功耗不應超過此額定值?？偣臑樗膫€穩(wěn)壓器功耗之和，可通過相應公式估算。芯片的最大結溫為 +150°C，結到外殼的熱阻為 2.7°C/W。在單層 PCB 上安裝時，結到環(huán)境的熱阻約為 48°C/W；在多層 PCB 上安裝時，熱阻會有所降低。

四、總結

MAX16922 是一款功能強大、性能優(yōu)越的電源管理芯片，適用于中等功率水平的汽車應用。其集成多個電源、高效的降壓轉換器和線性穩(wěn)壓器、完善的保護功能以及豐富的工作模式，為汽車電子系統(tǒng)的設計提供了便利和可靠性。在實際設計應用中，合理選擇電感和電容、注意上電和掉電序列以及熱管理等要點，能夠充分發(fā)揮 MAX16922 的性能優(yōu)勢，為汽車電子系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供保障。各位工程師在使用過程中，不妨多結合實際應用場景，深入挖掘這款芯片的潛力。你在設計汽車電源管理系統(tǒng)時，有沒有遇到過類似芯片的應用挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。