MAX16922：汽车应用的高效电源管理解决方案

引言

在汽车电子领域，对于中等功率水平的应用，电源管理是一个关键的环节。Maxim Integrated推出的MAX16922电源管理集成电路（PMIC），为这类应用提供了一个集成度高、性能出色的解决方案。它集成了多个电源，在小尺寸封装内实现了多种功能，满足了汽车应用对空间和性能的要求。

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产品概述

基本信息

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，该器件还包括一个复位输出（RESET）和一个高压兼容的使能输入（EN）。

主要参数

• OUT1：1.2A输出的高效降压DC - DC转换器，工作电压最高可达28V连续，能承受高达45V的负载突降瞬变，输出电压范围为3.0V至5.5V。
• OUT2：600mA输出的高效降压DC - DC转换器，工作电压最高可达5.5V，输出电压范围为1.0V至3.9V。
• OUT3和OUT4：两个300mA的LDO线性稳压器，典型压差仅为130mV。

产品特性与优势

降压DC - DC转换器特性

• 高效与高频率：OUT1和OUT2均采用2.2MHz的快速PWM开关频率，能使用小尺寸的外部组件，有助于减小电路板空间。
• 工作模式灵活：OUT1在轻载时自动进入跳周期模式，防止输出过压；OUT2可工作在强制PWM模式以防止AM频段干扰，或高效自动PWM模式。
• 保护功能完善：具备过温关断和过流限制功能，确保在异常情况下保护器件。

LDO线性稳压器特性

• 低压差：OUT3和OUT4提供低至130mV（典型值）的压差，提高了电源效率。
• 独立输入：独立的输入引脚设计，进一步提高了效率。

其他特性

• 复位输出：RESET输出可对OUT1和OUT2进行电压监控，提供电源良好指示。
• 使能输入：EN输入可方便地控制器件的开启和关闭。

电气特性

绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于正确使用和保护器件至关重要。例如，PV1、EN到GND的电压范围为 - 0.3V至 + 45V，LX1到GND的电压范围为 - 0.5V至（PV1 + 0.3V）等。超过这些额定值可能会导致器件永久性损坏。

电气参数

• OUT1：工作电压范围为3.7V至28V，输出电流最大可达1.2A，电压精度在 - 3%至 + 3%之间（占空比20%至90%，负载电流300mA至1.2A）。
• OUT2：工作电压范围为2.7V至5.5V，输出电流最大可达600mA，电压精度同样在 - 3%至 + 3%之间（占空比20%至90%，负载电流1mA至600mA）。
• OUT3和OUT4：输入电压范围为1.7V至5.5V，输出电流最大可达300mA，电压精度在 - 2%至 + 2%之间。

典型应用电路与特性

典型应用电路

文档中给出了MAX16922的典型应用电路，展示了各个引脚的连接方式和外部组件的选择。例如，PV1引脚连接4.7μF或更大的陶瓷电容到PGND，LX1引脚连接4.7μH电感到OUTS1等。

典型工作特性

通过一系列图表展示了OUT1和OUT2的效率与负载电流的关系、输出电压与负载电流和输入电压的关系、开关频率与负载电流和温度的关系等。这些特性曲线有助于工程师在不同的工作条件下评估器件的性能。

引脚配置与功能

引脚配置

MAX16922提供了TQFN和TSSOP两种封装，每种封装的引脚配置都有详细说明。例如，BST引脚用于连接0.1μF陶瓷电容到LX1，PV1引脚是OUT1的电源输入等。

引脚功能

每个引脚都有其特定的功能，如PWM引脚用于控制OUT2的工作模式，RESET引脚用于输出复位信号等。了解这些引脚功能对于正确设计电路至关重要。

详细工作原理

OUT1降压DC - DC调节器

• 架构：采用高输入电压、高效的2.2MHz PWM电流模式降压DC - DC转换器，内部有高侧n沟道开关和低正向压降的续流二极管用于整流。
• 软启动：上电或使能时，输出电压在约2.2ms内逐渐上升，减少启动时的浪涌电流。
• 电流限制：限制n沟道MOSFET的峰值电感电流，当超过电流限制时，MOSFET在剩余周期内关断。
• 压差：在输入电压接近输出电压时，n沟道MOSFET的有效占空比接近94%，开关频率会降低。

OUT2降压DC - DC调节器

• 架构：低输入电压、高效的2.2MHz PWM电流模式降压DC - DC转换器，内部有高侧p沟道开关和低侧n沟道开关用于同步整流。
• 软启动：在OUT1软启动完成后开始，输出电压在约1.5ms内逐渐上升。
• 电流限制：限制p沟道MOSFET的峰值电感电流，超过限制时，MOSFET关断并进入输出放电模式。
• 压差：输入电压接近输出电压时，p沟道MOSFET占空比达到100%，压差由内部p沟道MOSFET的导通电阻和电感的直流电阻决定。
• PWM模式：可工作在自动PWM或强制PWM模式，自动PWM模式在轻载时提高效率。

LDO线性稳压器

• 工作原理：包含内部参考、误差放大器、p沟道传输晶体管和内部电压分压器，通过比较参考电压和输出电压来调整输出。
• 软启动：OUT3在PV3超过1.25V时进入软启动，OUT4在PV4超过1.5V时进入软启动，软启动时间约为0.1ms。
• 电流限制：输出电流限制在450mA（典型值）。
• 压差：在250mA负载下，压差最大为320mV。

LSUP线性稳压器

LSUP是一个5V线性稳压器的输出，为MAX16922内部电路供电。当EN为高且PV1超过约3.7V时自动上电，EN为低时自动下电。

热过载保护

热过载保护电路监测芯片温度，当温度超过 + 175°C时，器件关断；温度下降15°C后，器件重新启用。

应用信息

上电顺序

当EN输入为高且PV1大于3.7V（典型值）时，5V LSUP线性稳压器开启。LSUP超过2.5V后，内部参考和偏置启用，然后依次启动OUT1、OUT2、OUT3和OUT4的软启动。

掉电和重启顺序

器件可通过热关断、使能低（EN）、LSUP调节器欠压或PV1低于3.0V（典型值）进行关断。重启时，满足一定条件后会重新启动软启动上电序列。

电感选择

OUT1使用4.7μH电感，OUT2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。一般来说，电感的额定电流为最大负载电流的1.3倍较为合适。

电容选择

• 输入电容：PV1与地之间使用4.7μF陶瓷电容，PV2与地之间使用4.7μF陶瓷电容，PV3和PV4与地之间使用2.2μF陶瓷电容。
• 降压输出电容：OUTS1与地之间至少使用15μF陶瓷电容，OUTS2与地之间至少使用10μF陶瓷电容。
• LDO输出电容：OUT3和OUT4与地之间使用4.7μF陶瓷电容，输入电压大于2.35V时可减小至2.2μF。

热考虑

MAX16922在20引脚薄QFN封装中的最大封装功耗为2500mW。总功耗为四个调节器功耗之和，可通过公式计算。同时，要确保计算得到的结温不超过 + 150°C。

PCB布局

由于开关频率高和峰值电流大，PCB布局非常重要。应将输入电容靠近PV_和地连接，电感和输出电容靠近器件并保持短、直、宽的走线，以减小电流环路面积。OUTS_反馈连接应远离电感和嘈杂走线。

选型指南与订购信息

选型指南

提供了不同后缀的型号，每个型号对应不同的OUT1、OUT2、OUT3和OUT4输出电压、OUT1复位阈值和复位超时时间等参数，方便工程师根据具体需求选择合适的型号。

订购信息

列出了不同封装的型号，如MAX16922ATP/V +（20 TQFN - EP）和MAX16922AUP/V +（20 TSSOP - EP），并说明了如何根据选型指南填写后缀以完成型号。

总结

MAX16922是一款功能强大、性能出色的电源管理集成电路，适用于中等功率水平的汽车应用。它集成了多个电源，具有高效、灵活、保护功能完善等优点。在设计过程中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择电感、电容等外部组件，注意PCB布局和热管理，以确保器件的性能和可靠性。你在实际应用中是否遇到过类似电源管理芯片的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。