如何使用双降压控制器为汽车应用中的 PMIC 供电

1.前言

汽车信息娱乐性能和功能的提高需要相应增加处理器功率、精确的电压调节以及精确的系统保护和监控。TI 提供许多用于处理器、双倍数据速率 (DDR) 和辅助电压轨调节的低压电源管理 IC (PMIC)。在这种情况下，低电压意味着它们的输入电压是低输入电压，例如 3.3V 或 5V。

那么是什么为这些 PMIC 提供动力呢？一种首选解决方案是汽车电子委员会 (AEC)-Q100 符合汽车标准的双降压脉宽调制 (PWM) 控制器。

2.PMIC供电方案

双降压 PWM 通道可以为 PMIC（进而为处理器和其他低电压轨供电）以及另一个子系统（如 USB 端口）供电。图 1 显示了一个典型的汽车双降压控制器应用。

图 1：为下游 PMIC 和 USB Type-C™ 供电的符合汽车标准的双降压控制器

在图 1 中，双降压控制器是LM25119-Q1 。该器件可以在 50kHz 和 750kHz 之间的频率下运行，这使我们可以选择避开 AM 频段的工作频率。LM25119-Q1 为该目标提供了 500kHz 的选择。

LM25119Q 的特性

· 符合汽车类 标准

· 具有符合 AEC-Q100 标准的下列特性：

o 器件温度 1 级：–40°C 至 125°C 的环境工作温度范围

o 器件人体模型 (HBM) 静电放电 (ESD) 分类等级 1C

o 器件组件充电模型 (CDM) ESD 分类等级 C4A

· 仿真峰值电流模式控制

· 宽运行范围（4.5V 至 42V）

· 可轻松配置为双路输出或交错单路输出

· 稳健耐用的 3.3A 峰值栅极驱动

· 开关频率最高可通过编程设定为 750kHz

· 可选二极管仿真模式

· 可编程输出（基准电压为 0.8V）

· 精密 1.5% 电压基准

· 可编程电流限制

· 断续模式过载保护

· 可编程软启动

· 可编程线路欠压锁定

· 自动切换至外部偏置电源

· 通道 2 使能逻辑输入

· 热关断

· 32 引脚超薄型四方扁平无引线 (WQFN) 封装

LM25119Q 器件是一款双路同步降压控制器，适用于 高压 电源或变化范围较大的输入电源的降压稳压器应用。此控制方法基于采用仿真电流斜坡的电流模式控制。电流模式控制可提供内部线路前馈、逐周期电流限制和简化的环路补偿。通过使用仿真电流斜坡可降低脉宽调制电路的噪声灵敏度，从而对高输入电压应用中所需的极小占空比进行可靠 控制。开关频率可设定在 50kHz 至 750kHz 范围内。LM25119Q 器件可驱动支持自适应死区时间控制的外部高侧和低侧 N 通道 MOS 功率开关。用户可选二极管仿真模式可实现断续模式运行，从而提高轻负载条件下的效率。凭借高压偏置稳压器以及自动切换至外部偏置的功能，可以进一步提高效率。其他 特性 包括：热关断、频率同步、逐周期和断续模式电流限制以及可调节线路欠压锁定。该器件采用功耗增强型 32 引脚无引线 WQFN 封装，并且配有利于散热的外露芯片连接焊盘。

LM25119-Q1 还交错两个降压通道，减少输入电流纹波和电容器数量，同时获得相关的功率密度和成本节约优势。较低的均方根 (RMS) 输入电流可减少输入电容器的自热并实现更好的热性能。它还降低了将输入电压纹波保持在规格范围内所需的电容量。

图 2 显示了输入电流纹波的减少。

图 2：通过相位交错降低输入电流纹波

我们可以使用 LM25119-Q1 RT 引脚（引脚 13）将内部振荡器与外部时钟同步。这在控制和减少谐波和拍频方面是有益的，因为多个电压调节器可以在由外部时钟提供的相同频率下运行。 

图 3 显示了外部时钟同步。每个通道都与时钟的下降沿同步，并且两个通道彼此异相 180 度运行，从而实现我之前提到的输入电流纹波降低优势。

图 3：LM25119-Q1 通道的外部同步

我们还可以使用 LM25119-Q1 为 PMIC 以及第二个电源轨供电，例如需要 5V 电压的 USB Type-C 端口。

在TI是这样的USB C型设计。请注意，双 PWM 降压控制器的输入电压为 20V，可通过最大 42V 的输入电压范围轻松处理。

This specific design is nonautomotive, but it is possible to use the LM25119-Q1 in place of the LM25119 device, along with the appropriate selection of Q100 metal-oxide semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) and other components. 在此特定设计中，LM25119 为 12V 电源轨以及 5V 的 USB Type-C 端口供电，如图 4 所示。

图 4：用于 12V 和 USB Type-C 端口 (5V) 的 LM25119 双降压设计

LM25119-Q1 还附带 WEBENCH® 设计支持，我们可以使用LM5140评估板来评估 LM25119-Q1 控制器。

除了 LM25119-Q1，新发布的 LM5140-Q1 是另一款支持 WEBENCH 设计的控制器，具有超低 Iq 和 2.1 MHz 开关频率，这在汽车应用中很受欢迎。我们可以使用LM5140评估板 来评估 LM5140-Q1 控制器。

因此，如果我们正在设计汽车电源系统并且需要从 12V 输入源为 3.3V 和 5V 等较低电压轨供电 – 或者有一个 20V 输入源并且还需要生成 12V 轨 – LM25119-Q1 和 具有相位交错和频率同步功能的LM5140-Q1双路 PWM 降压控制器应该是我们设计工具套件中的首选降压控制器。