汽車攝像頭電源的理想之選：MAX20019/MAX20020雙降壓轉換器

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

文件下載：MAX20020.pdf

一、產品概述

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

二、產品特性

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，大大節省了PCB空間。
• 高頻運行：2.2MHz和3.2MHz的工作頻率允許使用更小的系統尺寸，同時無需外部組件進行軟啟動。

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

• 可選擴頻調頻：有效降低電磁干擾，提高系統的電磁兼容性。
• 引腳布局優化：允許對開關節點進行緊湊的PCB布局，減少EMI輻射。

4. 自我保護功能

具備過壓保護、熱關斷和短路保護等功能，確保在異常情況下設備的安全運行。

5. 汽車級應用

• 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：在使能且無開關操作時，典型值為2.5mA，關機時電源電流低至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載和輸入電壓條件下，可控制在±3% - ±3.5%范圍內。

3. 開關頻率和占空比

開關頻率可設置為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換器在不同負載電流和輸入電壓下的效率、輸出電壓精度等性能指標。例如，在不同的輸入電壓下，隨著負載電流的增加，轉換器的效率和輸出電壓精度會發生相應的變化。這對于工程師在設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為電感開關節點等。

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引腳為線性調節器輸出，為內部電路供電等。工程師在設計時需要根據這些引腳的功能進行合理的連接和布局。

六、詳細工作原理

1. DC - DC轉換器控制架構

采用PWM峰值電流模式控制方案，具有負載線架構。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，并且補償更簡單。

2. 最大占空比操作

Buck 1轉換器的最大占空比為96%，Buck 2轉換器由于采用p溝道高端MOSFET，可在100%占空比下運行。當輸入電壓達到一定值時，設備會進入降壓模式，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) 進行近似計算。

3. 線性調節器輸出

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

4. 系統使能

MAX20019的EN引腳用于從低功耗關機模式激活設備，而MAX20020的EN引腳僅控制Buck 2轉換器，并且需要滿足 (VSUP >5.5 ~V) 和 (VOUT1) 達到穩定后才能啟動Buck 2。

5. 啟動和軟啟動

芯片具有內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上升，避免過沖和浪涌電流。

6. 電流限制和短路保護

當輸出短路時，相應的轉換器會實施逐周期電流限制。如果 (VOUT1) 低于工廠預設電壓的90%，VOUT2將被禁用，只有當 (VOUT1) 恢復到95%以上時，Buck 2才會重新進入軟啟動。

7. OUT2過壓保護

對OUT2進行過壓監測，當檢測到過壓時，會關閉高端和低端MOSFET，并啟用500Ω下拉電阻。

8. 內部振蕩器

開關頻率在工廠設置為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損耗。

七、應用信息

1. 輸出電壓選擇

輸出電壓在工廠預設，可根據不同的應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，根據開關頻率、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：最小輸出電容應為22μF的陶瓷電容，X7S或X7R等級，其值和質量對于設置環路的主導極點至關重要。

4. PCB布局指南

PCB布局對于實現低開關損耗和穩定的操作至關重要。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、開關頻率和擴頻功能等方面有所差異。工程師可以根據具體需求選擇合適的型號。

九、總結

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