MAX77932C：8A 雙相開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器的卓越性能與應(yīng)用

在當(dāng)今電子設(shè)備不斷追求高性能、小型化和低功耗的趨勢下，電源管理芯片的性能和特性對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。今天，我們就來深入了解一款具有卓越性能的電源管理芯片——MAX77932C 8A 雙相開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX77932C 是一款獨(dú)立的雙相開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器，集成了電源開關(guān)，能夠提供高達(dá) 8A 的輸出電流，并將輸入電壓減半。這種特性使得它非常適合那些使用 2S Li+ 電池，同時(shí)需要為以 1S 等效電壓運(yùn)行的電路供電的應(yīng)用。對(duì)于從 1S 電池配置遷移到 2S 電池配置的應(yīng)用，MAX77932C 也能輕松勝任，通過將 2S 電池電壓轉(zhuǎn)換為 1S 等效輸出，讓設(shè)計(jì)師可以保留現(xiàn)有的下游 1S 電源架構(gòu)。

二、產(chǎn)品特點(diǎn)與優(yōu)勢

（一）高效轉(zhuǎn)換與小尺寸設(shè)計(jì)

• 采用無電感開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，縮小了整體占用空間，降低了電路的最大高度。
• 高達(dá) 1.5MHz 的高開關(guān)頻率，減少了所需電容器的尺寸和數(shù)量，進(jìn)一步減小了解決方案的占用空間。
• 具有業(yè)界領(lǐng)先的 98.5% 的峰值效率，簡化了熱設(shè)計(jì)，適用于消費(fèi)、醫(yī)療和工業(yè)等多種應(yīng)用場景。

（二）低功耗與保護(hù)功能

• 工作時(shí)靜態(tài)電流僅為 30μA，關(guān)機(jī)時(shí)為 4μA，有效降低了功耗。
• 集成了過壓、欠壓、過流和熱保護(hù)功能，確保了設(shè)備的安全運(yùn)行。
• 內(nèi)置頻率抖動(dòng)功能，最大限度地降低了電磁干擾（EMI）。

（三）可編程性與靈活性

• 具備 (I^{2}C) 兼容的 2 線串行接口，支持高達(dá) 3.4MHz 的 SCL 時(shí)鐘速率。
• 通過 (I^{2}C) 接口可輕松調(diào)節(jié)如過流保護(hù)（OCP）、過壓鎖定（OVLO）或欠壓鎖定（UVLO）閾值、開關(guān)頻率、軟啟動(dòng)電流和持續(xù)時(shí)間等轉(zhuǎn)換器參數(shù)。

三、產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域

MAX77932C 的卓越性能使其在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，包括但不限于：

• 移動(dòng)設(shè)備：智能手機(jī)、平板電腦、超極本電腦、Chromebook 等。
• 攝影設(shè)備：數(shù)碼單反相機(jī)（DSLR）和無反光鏡相機(jī)。
• 便攜設(shè)備：移動(dòng)電源、便攜式打印機(jī)、便攜式游戲機(jī)、移動(dòng)銷售點(diǎn)（mPOS）設(shè)備等。
• 通信設(shè)備：雙向無線電。

四、電氣特性詳細(xì)解讀

（一）電源相關(guān)特性

• 待機(jī)電流：在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，當(dāng) (EN = LOW)，(V{IN} = 8.4V)，(V{VIO} = 0V)，(T{A} = +25°C) 時(shí)，關(guān)機(jī)電源電流 (I{SHDN}) 為 4 - 15μA。
• 靜態(tài)電流：在自動(dòng)模式下，(V{IN} = 8.4V) 時(shí)，靜態(tài)電流 (I{Q1}) 為 30μA。

（二）電壓鎖定特性

• 欠壓鎖定閾值：欠壓鎖定閾值 (V{UVLO}) 分為上升閾值 (V{UVLOR})（典型值 4.9V）和下降閾值 (V{UVLO_F})（OTP 選項(xiàng)有 4.1V、4.3V、4.5V、4.7V 等）。

（三）效率特性

• 輕載效率：輸出電流 (I{OUT} = 1mA)，(V{IN} = 7.4V) 時(shí)，輕載效率 (η{LIGHT1}) 為 92%；(I{OUT} = 30mA) 時(shí)，輕載效率 (η_{LIGHT2}) 為 97%。
• 峰值效率：在 (V{IN} = 7.4V)，(f{SW} = 0.25MHz) 時(shí)，峰值效率 (η_{PEAK}) 可達(dá) 98.5%。
• 重載效率：輸出電流 (I{OUT} = 8A)，(V{IN} = 7.4V) 時(shí)，重載效率 (η_{HEAVY}) 為 95%。

（四）開關(guān)特性

• 開關(guān)頻率：支持 (I^{2}C) 可編程，選項(xiàng)有 0.25MHz、0.5MHz、0.75MHz、1MHz、1.2MHz、1.5MHz 等。
• 頻率抖動(dòng)率：(I^{2}C) 可編程選項(xiàng)有 OFF、3%、6%、12%，默認(rèn) 3%。

五、引腳配置與功能

（一）引腳配置概述

MAX77932C 采用 2.4mm x 2.8mm x 0.4mm 間距的 42 引腳晶圓級(jí)封裝（WLP），引腳配置涵蓋了電源輸入、內(nèi)部柵極驅(qū)動(dòng)器電源輸入、飛跨電容連接、輸出、接地、數(shù)字控制和通信等多種功能引腳。

（二）部分關(guān)鍵引腳功能

• IN：芯片的電源輸入引腳，需在 IN 和 PGND 之間連接一個(gè) 4.7μF 的電容器。
• BSTxP 和 BSTxN：內(nèi)部柵極驅(qū)動(dòng)器的電源輸入引腳，分別在 BSTxP 與 CFxP、BSTxN 與 CFxN 之間連接 0.047μF 的自舉電容器。
• CFxP 和 CFxN：飛跨電容的正負(fù)極引腳，建議在 CFxP 和 CFxN 之間連接 2 x 47μF 的電容器。
• OUT：開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器的輸出引腳，需在 OUT 和 PGND 之間連接 2 x 10μF 的電容器。
• PGOOD：電源良好指示輸出引腳，軟啟動(dòng)后輸出 1.8V，正常運(yùn)行時(shí)保持該電壓。

六、工作模式與控制

（一）啟動(dòng)與軟啟動(dòng)

• 設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，飛跨電容與輸出電容并聯(lián)，內(nèi)部電流源將電容器充電至接近正常運(yùn)行時(shí)目標(biāo) (V_{IN}/2) 的電壓。軟啟動(dòng)電流可通過 (I^{2}C) 配置。
• 如果在 120ms（默認(rèn)軟啟動(dòng)超時(shí)設(shè)置）內(nèi)輸出電壓未達(dá)到接近 (V_{IN}/2) 的電壓，芯片將產(chǎn)生軟啟動(dòng)定時(shí)器故障中斷（SS_FLT_INT）并返回待機(jī)狀態(tài)；軟啟動(dòng)成功后，開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

（二）工作模式

• 自動(dòng)模式（自動(dòng)跳過模式）：當(dāng)輸出負(fù)載電流較低時(shí)，可配置為自動(dòng)進(jìn)入跳過模式，僅當(dāng)輸出電壓低于跳過操作閾值時(shí)才開啟開關(guān)，以節(jié)省功率。默認(rèn)配置為 SCC_CFG1.FIX_FREQ = 0 時(shí)可實(shí)現(xiàn)此功能。
• 固定頻率模式：配置為 SCC_CFG1.FIXFREQ = 1 時(shí)，開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器始終工作，在 OUT 引腳提供未調(diào)節(jié)的 (V{IN}/2) 電壓。

（三）使能控制

• 通過 EN 引腳使能或禁用：當(dāng) (V_{IO}) 保持低電平時(shí)，可通過數(shù)字控制 EN 引腳來使能或禁用芯片。EN 引腳為高電平有效，當(dāng) EN 引腳拉高時(shí)間超過 EN 消抖時(shí)間后，芯片啟動(dòng)軟啟動(dòng)操作。
• 通過 EN 和 (V_{IO}) 使能或禁用：保持有效的 (V_{IO}) 可使芯片保持啟用狀態(tài)，EN 可配置為按鈕操作。
• 通過 (I^{2}C) 使能：某些應(yīng)用在芯片輸出啟用前即可提供 (V_{IO})，此時(shí)主機(jī)微控制器可通過 (I^{2}C) 向 SCC_EN 寄存器寫入 0x1 來啟用芯片輸出，寫入 0x0 來禁用輸出。

七、保護(hù)功能

（一）過流保護(hù)

提供兩層過流保護(hù)：通過監(jiān)測輸出電流檢測過流情況 OCP1；通過感測輸出電壓實(shí)現(xiàn)更快的短路保護(hù) OCP2。當(dāng)輸出電流 (≥ OCP1) 或輸出電壓 (≤ V_{IN}/2 - OCP2) 時(shí)，芯片保護(hù)并禁用輸出。

（二）過壓保護(hù)

• 輸入過壓保護(hù)（IOVP）：當(dāng) (V{IN}) 高于 (V{IOVP})（可通過 (I^{2}C) 編程為 9.5V、10.0V、10.5V 或 11.0V）時(shí)，開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器禁用輸出并進(jìn)入待機(jī)模式。
• 輸出過壓保護(hù)（OOVP）：默認(rèn)輸出過壓保護(hù)閾值為 5V，可通過 (I^{2}C) 進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（三）熱保護(hù)

• 芯片具有熱保護(hù)電路，當(dāng)管芯溫度超過 +155°C 時(shí)，芯片進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)，設(shè)置 T_SHDN_INT 位。熱關(guān)斷后，當(dāng)管芯溫度降低 +15°C 時(shí)，熱關(guān)斷狀態(tài)解除，用戶可重新啟用開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器。
• 此外，還有在 +100°C 和 +120°C 觸發(fā)的額外比較器，分別產(chǎn)生 T_ALM1 和 T_ALM2 中斷。

八、(I^{2}C) 接口與寄存器配置

（一）(I^{2}C) 接口概述

芯片作為從機(jī)發(fā)送器/接收器，具有特定的從機(jī)地址。支持 1000kHz（標(biāo)準(zhǔn)、快速和快速模式加）和 3.4MHz（HS 模式，(C_{B} = 100pF)）等不同的時(shí)鐘頻率。

（二）寄存器配置

芯片包含多個(gè)寄存器，如 INT_SRC、INT_SRC_M、STATUS、SCC_EN 等，通過對(duì)這些寄存器的讀寫操作，可以實(shí)現(xiàn)中斷管理、狀態(tài)監(jiān)測、轉(zhuǎn)換器使能和配置等功能。例如，通過 SCC_EN 寄存器的 0b1 值可啟用開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器，通過 SCC_CFG1 寄存器的 FIX_FREQ 位可配置工作模式。

九、設(shè)計(jì)建議

（一）電容選擇

• 輸入電容 (C_{IN})：用于降低從輸入電源汲取的電流峰值和減少設(shè)備中的開關(guān)噪聲，建議使用具有 X5R 或 X7R 電介質(zhì)的陶瓷電容器，大多數(shù)應(yīng)用中每相 4.7μF 電容即可。
• 輸出電容 (C_{OUT})：用于保持輸出電壓紋波小，同樣推薦使用具有 X5R 或 X7R 電介質(zhì)的陶瓷電容器，每相最小推薦電容為 10μF。
• 飛跨電容 (C_{FLY})：在開關(guān)頻率下需具有低阻抗，推薦使用 2x47μF 的 X5R 或 X7R 陶瓷電容器以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化效率。

（二）布局指南

• 飛跨電容 (C_{FLY}) 應(yīng)盡可能靠近芯片放置。
• 所有電源走線在兩相之間應(yīng)盡可能對(duì)稱。
• 若不允許在電容下方有電源走線，可保持飛跨電容位置不變，在芯片 OUT 引腳附近設(shè)置大量過孔將其引至另一層，并使用多層相同走線來加強(qiáng) OUT 走線。
• AGND 引腳不應(yīng)直接連接到頂層 PGND，應(yīng)通過過孔連接到更穩(wěn)定的系統(tǒng)接地平面。
• 內(nèi)部引腳（如 BST1P/N、BST2P/N 和 HVDD）需通過過孔連接，使用盡可能寬的走線連接這些引腳，并確保到相應(yīng)電容器的路徑最短。

十、總結(jié)

MAX77932C 8A 雙相開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器以其高效的轉(zhuǎn)換性能、豐富的保護(hù)功能、靈活的可編程性和小尺寸設(shè)計(jì)，為電子工程師在電源管理設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。無論是在移動(dòng)設(shè)備、攝影設(shè)備還是其他便攜設(shè)備和工業(yè)應(yīng)用中，MAX77932C 都能發(fā)揮其優(yōu)勢，幫助設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)高性能、小型化和低功耗的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，合理選擇電容、優(yōu)化布局，并正確配置寄存器，以充分發(fā)揮 MAX77932C 的性能。

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