汽車攝像頭電源的理想之選：MAX20019/MAX20020雙降壓轉(zhuǎn)換器

在汽車電子領(lǐng)域，攝像頭系統(tǒng)的性能對于行車安全至關(guān)重要。而穩(wěn)定、高效的電源供應(yīng)則是保障攝像頭正常工作的關(guān)鍵。今天，我們就來深入了解一下Maxim Integrated推出的MAX20019/MAX20020 3.2MHz、500mA雙降壓轉(zhuǎn)換器，看看它是如何滿足汽車攝像頭電源需求的。

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一、產(chǎn)品概述

MAX20019/MAX20020是兩款集成了高端和低端MOSFET的雙降壓轉(zhuǎn)換器，分別支持2.2MHz和3.2MHz的開關(guān)頻率。高壓降壓轉(zhuǎn)換器可在高達(dá)17V的輸入電壓下連續(xù)工作，輸出電壓在工廠預(yù)設(shè)。Buck 1可預(yù)設(shè)為3.3V、3.0V或2.8V，Buck 2可預(yù)設(shè)為1.8V、1.5V、1.2V或1V，也可以選擇Buck 1預(yù)設(shè)為5V，Buck 2預(yù)設(shè)為3.3V。

二、產(chǎn)品特性

1. 小尺寸解決方案

• 封裝小巧：采用2mm x 3mm x 0.75mm的10引腳TDFN封裝，帶有外露焊盤，大大節(jié)省了PCB空間。
• 高頻運(yùn)行：2.2MHz和3.2MHz的工作頻率允許使用更小的系統(tǒng)尺寸，同時無需外部組件進(jìn)行軟啟動。

2. 電纜靈活性

MAX20019具有500mV的使能遲滯，即使在緩慢啟動的情況下，也允許使用長而低成本的同軸電纜。

3. EMI解決方案

• 可選擴(kuò)頻調(diào)頻：有效降低電磁干擾，提高系統(tǒng)的電磁兼容性。
• 引腳布局優(yōu)化：允許對開關(guān)節(jié)點進(jìn)行緊湊的PCB布局，減少EMI輻射。

4. 自我保護(hù)功能

具備過壓保護(hù)、熱關(guān)斷和短路保護(hù)等功能，確保在異常情況下設(shè)備的安全運(yùn)行。

5. 汽車級應(yīng)用

• 寬輸入電壓范圍：3.5V至17V的輸入電壓范圍，適用于同軸供電應(yīng)用。
• 寬溫度范圍：支持-40°C至+125°C的汽車溫度范圍，并通過了AEC - Q100認(rèn)證。

三、電氣特性

1. 電源電壓和電流

• 電源電壓：MAX20019的電源電壓范圍為3.5V至17V，MAX20020在電源電壓上升時為5.5V至17V，下降時為5V。
• 電源電流：在使能且無開關(guān)操作時，典型值為2.5mA，關(guān)機(jī)時電源電流低至20 - 30μA。

2. 輸出電壓精度

Buck 1和Buck 2的輸出電壓精度在不同負(fù)載和輸入電壓條件下，可控制在±3% - ±3.5%范圍內(nèi)。

3. 開關(guān)頻率和占空比

開關(guān)頻率可設(shè)置為2.2MHz或3.2MHz，Buck 1的最大占空比為96%，Buck 2可在100%占空比下運(yùn)行。

四、典型工作特性

通過典型工作特性曲線，我們可以直觀地看到轉(zhuǎn)換器在不同負(fù)載電流和輸入電壓下的效率、輸出電壓精度等性能指標(biāo)。例如，在不同的輸入電壓下，隨著負(fù)載電流的增加，轉(zhuǎn)換器的效率和輸出電壓精度會發(fā)生相應(yīng)的變化。這對于工程師在設(shè)計時選擇合適的工作點非常有幫助。

五、引腳配置和功能

1. 引腳配置

MAX20019/MAX20020采用10引腳TDFN或SWTDFN封裝，各引腳功能明確，如SUP為電源輸入引腳，LX1和LX2為電感開關(guān)節(jié)點等。

2. 功能描述

每個引腳都有其特定的功能，例如EN引腳用于使能控制，BIAS引腳為線性調(diào)節(jié)器輸出，為內(nèi)部電路供電等。工程師在設(shè)計時需要根據(jù)這些引腳的功能進(jìn)行合理的連接和布局。

六、詳細(xì)工作原理

1. DC - DC轉(zhuǎn)換器控制架構(gòu)

采用PWM峰值電流模式控制方案，具有負(fù)載線架構(gòu)。與電壓模式控制相比，峰值電流模式控制能夠在每個周期精確控制電感電流，并且補(bǔ)償更簡單。

2. 最大占空比操作

Buck 1轉(zhuǎn)換器的最大占空比為96%，Buck 2轉(zhuǎn)換器由于采用p溝道高端MOSFET，可在100%占空比下運(yùn)行。當(dāng)輸入電壓達(dá)到一定值時，設(shè)備會進(jìn)入降壓模式，其輸入電壓可通過公式 (V{SUP }=left(V{OUT 1}+left(I{OUT 1} × R{ON_HS }right)right) / 0.96) 進(jìn)行近似計算。

3. 線性調(diào)節(jié)器輸出

內(nèi)部集成了5V線性調(diào)節(jié)器（VBIAS），為內(nèi)部電路塊提供電源，需要在BIAS引腳和AGND之間連接一個2.2μF的陶瓷電容。

4. 系統(tǒng)使能

MAX20019的EN引腳用于從低功耗關(guān)機(jī)模式激活設(shè)備，而MAX20020的EN引腳僅控制Buck 2轉(zhuǎn)換器，并且需要滿足 (VSUP >5.5 ~V) 和 (VOUT1) 達(dá)到穩(wěn)定后才能啟動Buck 2。

5. 啟動和軟啟動

芯片具有內(nèi)部軟啟動定時器和延遲定時器，確保在啟動過程中輸出電壓平穩(wěn)上升，避免過沖和浪涌電流。

6. 電流限制和短路保護(hù)

當(dāng)輸出短路時，相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器會實施逐周期電流限制。如果 (VOUT1) 低于工廠預(yù)設(shè)電壓的90%，VOUT2將被禁用，只有當(dāng) (VOUT1) 恢復(fù)到95%以上時，Buck 2才會重新進(jìn)入軟啟動。

7. OUT2過壓保護(hù)

對OUT2進(jìn)行過壓監(jiān)測，當(dāng)檢測到過壓時，會關(guān)閉高端和低端MOSFET，并啟用500Ω下拉電阻。

8. 內(nèi)部振蕩器

開關(guān)頻率在工廠設(shè)置為2.2MHz或3.2MHz，較高的3.2MHz頻率允許使用更低的電感值和更少的輸出電容，但會增加核心損耗、柵極電荷電流和開關(guān)損耗。

七、應(yīng)用信息

1. 輸出電壓選擇

輸出電壓在工廠預(yù)設(shè)，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇合適的輸出電壓組合，具體選項可參考文檔中的表格。

2. 電感選擇

選擇電感時，需要考慮電感值（L）、電感飽和電流（ISAT）和直流電阻（ (R_{DC}) ）。通常選擇30%的峰 - 峰紋波電流與平均電流比（LIR = 0.3）作為折衷方案，根據(jù)開關(guān)頻率、輸入電壓、輸出電壓和LIR來確定電感值。

3. 輸入和輸出電容

• 輸入電容：推薦使用10μF、X5R等級或更好的電容，用于減少從電源汲取的峰值電流，降低輸入噪聲和電壓紋波。
• 輸出電容：最小輸出電容應(yīng)為22μF的陶瓷電容，X7S或X7R等級，其值和質(zhì)量對于設(shè)置環(huán)路的主導(dǎo)極點至關(guān)重要。

4. PCB布局指南

PCB布局對于實現(xiàn)低開關(guān)損耗和穩(wěn)定的操作至關(guān)重要。需要注意以下幾點：

• 電源和Buck 1反饋信號使用同一輸入引腳PV2，該走線應(yīng)盡可能短。
• 在SUP和IC旁邊放置0.1μF陶瓷電容。
• 使用大面積連續(xù)銅平面，確保散熱組件有足夠的散熱空間。
• 隔離功率組件和高電流路徑與敏感模擬電路，防止噪聲耦合。
• 保持高電流路徑短，特別是在接地端子處。
• 模擬和功率部分的接地連接應(yīng)靠近IC。
• 在BIAS引腳旁邊放置BIAS電容，并通過短而寬的走線連接到AGND。

八、訂購信息

MAX20019/MAX20020提供多種型號可供選擇，不同型號在輸出電壓、開關(guān)頻率和擴(kuò)頻功能等方面有所差異。工程師可以根據(jù)具體需求選擇合適的型號。

九、總結(jié)

MAX20019/MAX20020雙降壓轉(zhuǎn)換器以其小尺寸、高集成度、豐富的保護(hù)功能和良好的電氣性能，成為汽車攝像頭電源應(yīng)用的理想選擇。在設(shè)計過程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景，合理選擇輸出電壓、電感、電容等組件，并遵循PCB布局指南，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用類似的降壓轉(zhuǎn)換器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。