為汽車儀表盤和無線電音響主機提供電源軌帶來了許多相互沖突的設計挑戰。其中包括尋找具有低靜態電流（IQ），可以直接從車輛電池產生低輸出電壓，同時仍保持低EMI。

介紹

即使現代汽車的燃油效率不斷提高，它們也面臨著不斷增長的電氣需求。其中包括眾多的車內便利性、遠程信息處理連接和信息娛樂功能，這些功能通過車輛儀表盤和平視顯示器（向駕駛員提供信息，并使用位于中控臺上的觸摸屏和開關（通常稱為無線電主機）進行控制。

在本設計解決方案中，我們回顧了使用車輛電池作為電壓輸入為這些系統提供多個電源軌的挑戰。我們討論了在保持低靜態電流（IQ）和低電磁干擾。我們還展示了新的汽車電源管理IC（PMIC）如何消除與替代解決方案相關的妥協，以應對這些挑戰。

汽車電源要求

為了限制散熱，汽車應用需要滿足嚴格的制造商靜態電流要求的高效DC-DC轉換器。這些轉換器必須在低輸入電池電壓下工作，以支持冷啟動和啟停事件。管理冷啟動的常用方法是使用多個bukc轉換器（和其他組件）通過兩級降壓穩壓器降低電池電壓。這需要復雜的電路設計和布局，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級等EMI標準。另一個問題是，負載突然與汽車電池斷開連接（拋負載事件），導致電源軌電壓突然尖峰，這可能會產生高達40V的潛在破壞性瞬態電壓。

不折不扣的性能

與其使用兩級降壓，不如使用集成PMIC，如圖2所示的MAX20057，與其他汽車PMIC相比，它具有幾個優勢。

圖2.MAX20057 36V升壓控制器，具有雙路3.5A/2A同步降壓轉換器，適用于汽車應用。

這款高度集成的三路輸出PMIC包括兩個同步降壓轉換器（3.5A和2A，在2.1MHz>效率為90%）和一個異步升壓控制器，可用于為降壓轉換器提供可調電壓（典型值為10V），并在冷啟動操作期間保持穩壓，即使電池電壓降至2V電池輸入。降壓轉換器具有 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），非常適合在汽車長時間關閉時進行電壓調節。

電磁干擾緩解

為了解決關鍵的EMI問題，該PMIC具有用戶可選的擴頻功能，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，同時降低其幅度。穩壓器開關頻率固定在 400kHz 或 2.1MHz。高開關頻率提供了多種優勢，例如需要更小的外部元件和降低輸出電壓紋波，同時保證無AM頻段干擾。該PMIC可編程為在三種模式中的任何一種下工作，以根據需要優化性能，即強制固定頻率操作、具有超低靜態電流的跳躍模式以及與外部時鐘的鎖相同步。

更高的電壓轉換比

雖然一些汽車PMIC包括降壓穩壓器，可在相對較寬的輸入范圍內提供低輸出電壓，但它們通過在低開關頻率下運行來實現。其原因是最小電壓轉換比（V外/V在）受穩壓器最小可控“導通時間”（通常為60ns至120ns）的限制。為了實現適當的固定頻率脈寬調制 （PWM） 操作和最佳效率，降壓穩壓器必須在正常工作條件下以連續導通模式 （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，對于最小“導通時間”為120ns、輸入為12V的典型降壓穩壓器，將CCM保持在2.1MHz意味著輸出電壓可以不低于3V（實際上，允許設計裕量在某些情況下可能高達5V）。實現較低的輸出電壓需要脈沖跳躍（降低有效占空比），但這會增加不必要的EMI。為了保持恒定的開關速率，必須降低開關頻率，但這也會對EMI性能產生負面影響。

在這方面，與其他汽車監管機構相比，該PMIC具有主要優勢。其集成降壓穩壓器的典型最小“導通時間”僅為 20ns，理論上可實現低至 0.5V 的輸出電壓 （對于開關頻率為 2.1MHz 的 12V 電池輸入）。該數字低于規定的最小調節輸出電壓（1V），這意味著它可用于提供低壓軌，而無需降低開關頻率。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載效率，以及頻率折返功能，可自動將開關頻率從2.1MHz降低至350kHz，并在100ns （典型值）關斷時間內保持>95%的高占空比。安全特性包括過流和熱過載保護、在偏置電壓降至下降閾值以下時抑制開關的 UVLO，以及用于降低啟動期間輸入浪涌電流的軟啟動。

該PMIC的其他型號包括MAX20457，具有雙路3.5/2.5A降壓轉換器（無升壓控制器）和MAX20458，具有單路3.5A降壓轉換器和升壓控制器。所有版本均引腳兼容（這意味著單板設計可用于不同的應用），額定工作溫度范圍為-40°C至+125°C汽車級溫度范圍。

總結

在此設計解決方案中，我們回顧了為位于汽車儀表盤和中控臺內的信息娛樂、遠程信息處理和音響主機系統供電的要求。我們解釋了為什么有些解決方案會犧牲輸出電壓范圍和EMI性能，并展示了如何設計高效、低“導通時間”的汽車PMIC來克服這一折衷方案。這使得它非常適合用于所有類型的車輛，包括那些使用啟停技術的車輛。

審核編輯：郭婷