电源管理集成电路 (PMIC) 现身意外之处

作者：Bill Schweber

有电源的地方就需要某种程度的电源监控和管理。当然，这对任何有实际经验的设计人员来说都不是什么新闻。有趣的是，一般的电子产品，特别是智能电子产品的激增，也扩大了对紧密关注的电源管理集成电路 (PMIC) 的需求。

发生这种情况是因为处理器、固件和运动控制已经扩展到了不太明显的应用细分领域。对 PMIC 的需求也深入到了汽车的各个“犄角旮旯”，因为设计者越来越多地使用基于处理器的接口和控制，同时迅速实现那句被广为引用的话：“软件吞噬一切”。

让我们看一下简陋的车窗。直到大约 50 年前，这些车窗都是通过一个简单的手动旋转摇杆驱动的机械连杆来手动操作的；车里的人都必须用自己的“手臂”作为动力源来控制自己的车窗（图 1）。

图 1：手动、摇杆操作的车窗是多年来的唯一选择。（图片来源：《汽车如何工作》）

如果摇杆坏了，你可以在任何一家汽车用品商店买到一个普通的替换摇杆，同时装饰性摇杆也很流行（图 2）。

图 2：当车窗是摇杆操作时，普通的替换摇杆和装饰性的摇杆是汽车用品商店的标准物品。（图片来源：Joom SIA）

电动车窗最早出现在 20 世纪 40 年代，但使用的是电控液压系统，因为当时的小型电机技术（尺寸、功率和控制）还不够先进，无法将其嵌入车门内。不过在 20 世纪 60 年代，凯迪拉克-弗利特伍德 (Cadillac Fleetwood) 标配了由电动马达驱动的车窗，在大约十年内，电动车窗成为大多数汽车的标配，大众市场对这个接受速度相当快。

这种结构正式名称车窗调节器，采用两种基本机构：福特的电缆式调节器（图 3）和丰田的齿轮驱动式车窗调节器（图 4）。

图 3：福特车窗调节器的动力机制使用了电缆和滑动组件。（图片来源：Samarins）


图 4：丰田的动力机制基于一个齿轮式“剪刀”结构。（图片来源：Samarins）

无论使用哪种机械设计，两者都有一个共同点，即都使用非稳压 12 伏直流电直接从汽车电池通过单独的驾驶员/乘客控制开关进入车窗电机。因此，将这一“便利功能”纳入汽车，增加了越来越厚的电缆线束的负担和在车辆周围布线的挑战。

幸运的是，随着向使用像车内控制器区域网络 (CAN) 总线或本地互连网络（LIN 总线）之类低速网络的迁移，减少了电缆线束的困难。现在，12 伏电源只通向车门内的调节器电机，而使用较细电缆的联网开关向电机控制器发出信号，以提升/降低/停止车窗。在短短几年内，起初是一个基本的网络友好型车窗电机控制器就演变成了一个智能的、基于处理器的控制器，实现了更高级的性能能力。

与大多数改进一样，还有其他的“连锁效应”。增强的车窗网络接口/电机控制器 IC 需要更复杂的电源管理和调节，这就是 PMIC 出现的地方。这个 IC 需要监测和管理直流电，它需要自我测试，以确保及时发现任何过度的功率变化或其他问题，并在对电机或相关组件造成任何损害之前采取适当的行动。

这就是来自 Maxim Integrated 的 MAX16137 的功能。这种低电压、高精度的监控电路可监视单一系统供电电压轨的欠压和过压故障，专门针对汽车电动车窗及其接口/控制器 IC 的需求，尽管它也可用于车辆之外其他地方进行类似监测（图 5）。

图 5：MAX16137 电源监控 IC 与电机控制管理器一起工作，用于监测电源轨。（图片来源： Maxim Integrated）

所监测电源电压低于欠压阈值或高于过压阈值时，IC 的复位输出为低电平；一旦电源电压恢复到欠压和过压阈值窗口内，该输出在复位超时期间过后将恢复“正常”。其 1% 的精度带来了监测的一致性，而过压/欠压窗口值可以在工厂设置为目标电压的 ±4% 到 ±11%。

这只是 MAX16137 的一个用处。此外，其独特的内置自检 (BIST) 诊断能力可在上电期间监测内部复位电路的健康状况（图 6）。如果 BIST 失败，MAX16137 将其 BIST 输出拉低，以提醒相关的处理器。

图 6：除了严格的电源管理外，MAX16137 还有一个 BIST 块，可在上电期间监测内部复位电路的健康状况。（图片来源：Maxim Integrated Products）

车门上的空间非常有限，因此 MAX16137 的 8 引线、2×2 毫米 (mm) 封装非常合适，当然它通过了 AEC-Q100 认证。其芯片级的高级诊断技术有助于开发人员在大幅减少电路板空间的情况下满足系统级功能安全要求。

结语

如果某一个设计有物理上分散的处理器和智能控制器，特别是在像汽车这样的电气恶劣环境中，那么有局部 PMIC 就很重要了，这样才能确保电源问题和故障不会导致瞬时或永久性的系统故障。用户期望有一致、可靠的性能，不希望看到“检查引擎”灯亮起，因为这与汽车的许多分散的处理器/控制器有关。当这些分散的节点中有许多对汽车的基本功能并不重要时，情况更是如此。像 MAX16137 这样的 IC 就提供了一个解决方案，即使在极端条件下也能确保可靠性。