MAX16922：汽车应用的高效电源管理芯片

在汽车电子领域，对于电源管理芯片的需求日益增长，尤其是在需要多电源且对空间要求较高的中等功率应用中。MAX16922 这款电源管理集成电路（PMIC）应运而生，它集成了多个电源，在小尺寸封装内实现了强大的功能。今天，我们就来详细探讨一下 MAX16922 的特点、工作原理以及设计应用中的要点。

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一、芯片概述

MAX16922 专为中等功率水平的汽车应用而设计，集成了一个高压降压转换器（OUT1）和三个低压级联 DC - DC 转换器（OUT2、OUT3、OUT4）。其中，OUT1 和 OUT2 是降压 DC - DC 转换器，OUT3 和 OUT4 是线性稳压器。此外，芯片还配备了复位输出（RESET）和高压兼容使能输入（EN）。

（一）关键参数

1. OUT1：1.2A 输出的高效 2.2MHz DC - DC 转换器，工作电源电压范围为 3.7V 至 28V，具备 45V 负载突降保护，输出电压可在 3.0V 至 5.5V 之间选择。
2. OUT2：600mA 输出的高效 2.2MHz DC - DC 转换器，电源电压范围为 2.7V 至 5.5V，输出电压在 1.0V 至 3.9V 之间可选，支持 180°异相操作，有强制 PWM 和自动 PWM 两种模式。
3. OUT3 和 OUT4：两个 300mA 的 LDO 线性稳压器，输出电压可在 1.0V 至 4.15V 之间选择，为提高效率采用了独立输入。

（二）封装形式

MAX16922 提供 5mm x 5mm x 0.8mm 的 20 引脚 TQFN - EP 和 4.5mm x 6.5mm 的 20 引脚 TSSOP - EP 两种封装形式，方便不同的应用需求。

二、工作原理及特性

（一）OUT1 降压 DC - DC 调节器

1. 架构：OUT1 是一个高输入电压、高效的 2.2MHz PWM 电流模式降压 DC - DC 转换器，采用内部高端 n 沟道开关和低正向压降续流二极管进行整流。在正常工作条件下，为防止不必要的 AM 无线电干扰，采用固定频率工作；在轻载和高输入电压时，会跳过一些周期以维持稳压。
2. 软启动：上电或通过 EN 使能时，OUT1 会在约 2.2ms 内逐渐提升输出电压，减少启动时的浪涌电流。
3. 电流限制：当 n 沟道 MOSFET 提供的峰值电感电流达到限制值时，内部 n 沟道 MOSFET 会在本周期剩余时间内关断。若连续 16 个周期超过电流限制且输出电压低于 1.25V，n 沟道 MOSFET 会关断 256 个时钟周期，然后重新启动软启动序列。
4. 压降：当输入电压接近输出电压时，高端开关会尽量以 100%占空比导通，但为保持适当的栅极电荷，需周期性关断，使 LX 引脚接地以给 BST 电容充电。当输入电压接近输出电压时，n 沟道 MOSFET 的有效占空比接近 94%，每 4 个周期中会有一个周期的最大占空比限制为 75%。

（二）OUT2 降压 DC - DC 调节器

1. 架构：OUT2 是一个低输入电压、高效的 2.2MHz PWM 电流模式降压 DC - DC 转换器，采用内部高端 p 沟道开关和低端 n 沟道开关进行同步整流。支持自动 PWM 操作，轻载时可自动进入高效跳过模式，可通过将 PWM 输入连接到 OUTS1 禁用自动 PWM 模式。
2. 软启动：在 OUT1 完成软启动序列后，OUT2 开始软启动，约 1.5ms 内逐渐提升输出电压，减少启动时的浪涌电流。
3. 电流限制：当 p 沟道 MOSFET 提供的峰值电感电流达到限制值时，内部 p 沟道 MOSFET 会在本周期剩余时间内关断。若连续 16 个周期超过电流限制且输出电压低于 1.25V，p 沟道 MOSFET 会关断并进入输出放电模式 256 个时钟周期，然后重新启动软启动序列。
4. 压降：当输入电压接近输出电压时，p 沟道 MOSFET 的占空比达到 100%，此时压降为输出电流在内部 p 沟道 MOSFET 的导通电阻和电感的直流电阻上的电压降。
5. PWM 模式：MAX16922 可工作在自动 PWM 或强制 PWM 模式。轻载时，自动 PWM 模式按需切换以提高降压转换器的轻载效率；重载时，转换器过渡到固定的 2.2MHz 开关频率。强制 PWM 模式无论负载如何，始终以 2.2MHz 的恒定开关频率工作。

（三）LDO 线性稳压器

MAX16922 包含两个低压差线性稳压器（LDO），即 OUT3 和 OUT4。LDO 输出电压由工厂预设，每个 LDO 可提供高达 300mA 的负载。当输入电源电压过低时，欠压锁定电路会关闭 LDO 稳压器。OUT3 和 OUT4 在输入电压分别超过 1.25V 和 1.5V 时进入软启动，软启动时间约为 0.1ms。输出电流限制在 450mA 左右，当输出电流超过限制时，相应的 LDO 输出电压会失去稳压。线性稳压器在 250mA 负载下的压降最大为 320mV。

（四）LSUP 线性稳压器

LSUP 是一个 5V 线性稳压器的输出，为 MAX16922 的内部电路供电。当 EN 为高电平且 PV1 超过约 3.7V 时，LSUP 自动上电；当 EN 为低电平时，LSUP 自动断电。即使在出现热故障时，LSUP 仍保持开启状态。

（五）热过载保护

热过载保护可限制 MAX16922 的总功耗。当芯片温度超过 +175°C 时，设备会关闭以冷却；当温度下降 15°C 后，设备重新启用。在连续热过载条件下，会出现脉冲输出。为保证连续运行，不要超过绝对最大结温 +150°C。

三、设计应用要点

（一）上电和掉电序列

1. 上电序列：当 EN 输入拉高且 PV1 大于 3.7V 时，5V LSUP 线性稳压器开启。当 LSUP 超过 2.5V 时，内部参考和偏置启用。内部偏置稳定后，OUT1 开始软启动。OUT1 软启动完成后，OUT2 开始软启动。当 PV3 大于等于 1.25V 时，OUT3 软启动；当 PV4 大于等于 1.5V 时，OUT4 软启动。
2. 掉电和重启序列：MAX16922 可通过热关断、使能低电平（EN）、LSUP 稳压器欠压或 PV1 低于 3.0V 等方式关闭。关闭时，所有输出通过内部电阻放电。当使能为高电平、芯片温度正常、LSUP 线性稳压器大于 2.5V 且 OUT1 小于 1.25V 时，会重新启动完整的软启动上电序列。

（二）电感选择

OUT1 降压转换器使用 4.7μH 电感，OUT2 降压转换器使用 2.2μH 电感。电感的直流电流额定值应足够高，以应对峰值纹波电流和负载瞬变。为获得最佳性能，电感的直流串联电阻应在 50mΩ 至 150mΩ 范围内。对于重载应用，应尽量降低电感电阻以提高效率和减少负载调整率；对于轻载应用，较高的电阻对性能影响较小。

（三）电容选择

1. 输入电容：输入电容 CIN1 用于减少从电源吸取的电流峰值和 MAX16922 中的开关噪声。建议使用 X5R 或 X7R 电介质的陶瓷电容，在 PV1 和地之间使用 4.7μF 陶瓷电容或多个等效电容并联。PV2 与地之间连接至少 4.7μF 陶瓷电容，PV3 和 PV4 与地之间连接 2.2μF 陶瓷电容。
2. 降压输出电容：降压输出电容用于保持输出电压纹波小并确保调节环路稳定。建议使用表面贴装陶瓷电容，OUTS1 与地之间至少放置 15μF 陶瓷电容，OUTS2 与地之间至少放置 10μF 陶瓷电容。当 OUT2 输出电压选择低于 2.35V 时，应增加输出电容以防止不稳定。
3. LDO 输出电容和稳定性：OUT3 和 OUT4 与地之间分别连接 4.7μF 陶瓷电容。当 LDO 输入电压大于 2.35V 时，输出电容可减小至 2.2μF。LDO 输出电容的等效串联电阻（ESR）影响稳定性和输出噪声，建议使用 ESR 为 0.1Ω 或更小的输出电容。

（四）热考虑

MAX16922 在 20 引脚薄 QFN 封装中的最大封装功耗为 2500mW，总功耗不应超过此额定值。总功耗为四个稳压器功耗之和，可通过相应公式估算。芯片的最大结温为 +150°C，结到外壳的热阻为 2.7°C/W。在单层 PCB 上安装时，结到环境的热阻约为 48°C/W；在多层 PCB 上安装时，热阻会有所降低。

四、总结

MAX16922 是一款功能强大、性能优越的电源管理芯片，适用于中等功率水平的汽车应用。其集成多个电源、高效的降压转换器和线性稳压器、完善的保护功能以及丰富的工作模式，为汽车电子系统的设计提供了便利和可靠性。在实际设计应用中，合理选择电感和电容、注意上电和掉电序列以及热管理等要点，能够充分发挥 MAX16922 的性能优势，为汽车电子系统的稳定运行提供保障。各位工程师在使用过程中，不妨多结合实际应用场景，深入挖掘这款芯片的潜力。你在设计汽车电源管理系统时，有没有遇到过类似芯片的应用挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。