在本文中，我们回顾了使用车载电池作为电压输入为这些系统提供多个供电轨道的挑战。我们讨论了在保持低静态电流(I(Q))和低EMI的同时满足所需稳压器输出电压范围的挑战。我们还展示了一种新的汽车电源管理IC (PMIC)如何消除与替代解决方案相关的折衷，以应对这些挑战。

汽车电源要求

为了限制散热，汽车应用需要高效的dc - dc转换器，以满足严格的制造商静态电流要求。这些转换器必须在低输入电池电压下工作，以支持冷曲柄和启停事件。管理冷曲柄的一种常用方法是使用多个pmic(和其他组件)通过两级降压稳压器来降低电池电压。这需要复杂的电路设计和布局，这增加了解决方案的尺寸。这种方法也更容易受到EMI干扰，使其难以满足诸如CISPR 5类的EMI标准。另一个问题是负载突然与汽车电池断开(负载转储事件)，导致轨道电压突然飙升，这可能产生高达40 V的潜在破坏性瞬态电压。

不妥协的性能

与其使用两级降压，更直接的方法是使用集成PMIC，如图2所示的MAX20057，它比其他汽车PMIC有几个优点。

这种高度集成的三输出PMIC包括两个同步降压转换器(3.5 A和2a)，带有异步升压控制器，可用于为降压转换器提供可调电压(典型为10 V)，并在冷曲柄操作期间保持调节，即使电池电压降至2 V电池输入。降压转换器具有宽的3.5 V至36 V输入工作电压范围，具有极低的工作电流要求，仅为10 μ a (V(OUT) = 5 V)和8 μ a (V(OUT) = 3.3 V)，使其成为汽车长时间关闭时电压调节的理想选择。

EMI缓解

为了解决关键的EMI问题，该PMIC具有用户可选择的扩频功能，可显着降低峰值EMI水平。这个特性在更宽的频带上传播杂散能量，同时也降低了它的幅度。稳压器开关频率固定在400 kHz或2.1 MHz。高开关频率提供了多种好处，例如需要更小的外部组件和减少输出电压纹波，同时还保证没有调幅频段干扰。该PMIC可以编程为在三种模式中的任何一种下工作，以根据需要优化性能，即强制固定频率工作，具有超低静态电流的跳过模式，以及与外部时钟的锁相同步。

更高的电压转换比

虽然一些汽车pmic包括降压稳压器，在相对较宽的输入范围内提供低输出电压，但它们是通过在低开关频率下运行来实现的。这样做的原因是因为最小电压转换比(V(OUT)/V(IN))受到稳压器最小可控导通时间(通常为60 ns至120 ns)的限制。为了实现适当的固定频率脉宽调制(PWM)工作和最佳效率，降压稳压器必须在正常工作条件下工作在连续导通模式(CCM)下。在CCM中，最小输出与输入电压比由下式确定:

这意味着对于一个典型的降压稳压器来说，最小导通时间为120ns，输入为12v，保持CCM在2.1 MHz意味着输出电压不能低于3v(实际上，考虑到设计余量，在某些情况下可能高达5v)。实现较低的输出电压需要脉冲跳变(降低有效占空比)，但这会增加不必要的电磁干扰。为了保持恒定的开关速率，必须降低开关频率，但这也会对EMI性能产生负面影响。

这种PMIC在这方面比其他汽车调节器具有主要优势。典型的最小导通时间仅为20ns，其集成降压稳压器理论上可以实现低至0.5 V的输出电压(用于12 V电池输入，2.1 MHz开关频率)。这个数字低于规定的最小稳压输出电压(1v)，这意味着它可以用来提供低压轨，而不需要降低开关频率。这使得它在低输出电压水平下保持优异的EMI性能。

该PMIC的其他变体包括MAX20457，它具有双3.5 A/2.5 A降压转换器(无升压控制器)和MAX20458，它具有单个3.5 A降压转换器和升压控制器。所有版本都是引脚兼容的(这意味着一个单板设计可以用于不同的应用)，它们被指定为汽车-40°C到+125°C的工作温度范围。

结论

在本文中，我们回顾了为位于汽车仪表盘和中控台内的信息娱乐、远程信息处理和头部单元系统提供电源的要求。我们解释了为什么一些解决方案会权衡输出电压范围以获得EMI性能，并展示了如何设计高效，低导通时间的汽车PMIC来克服这种折衷。这使得它适用于所有类型的车辆，包括那些使用停止-启动技术。