MAX17577和MAX17578：高效同步反相輸出DC - DC轉(zhuǎn)換器的極致之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，電源管理芯片的選擇至關(guān)重要，它直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。今天，我們就來(lái)深入探討一下Analog Devices推出的MAX17577和MAX17578這兩款高性能的同步反相輸出DC - DC轉(zhuǎn)換器。

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1. 產(chǎn)品概述

MAX17577和MAX17578屬于Himalaya系列電壓調(diào)節(jié)器IC，它們具備高效、高壓反相功能，內(nèi)部集成了MOSFET和內(nèi)部補(bǔ)償電路。這兩款芯片的輸入電壓范圍極寬，從4.5V到(60V - |VOUT|)，能輸出 - 0.9V至 - 36V的電壓，最大負(fù)載電流可達(dá)1A，能滿(mǎn)足多種不同的應(yīng)用需求。

1.1 控制架構(gòu)

它們采用了峰值電流模式控制架構(gòu)。MAX17577在所有負(fù)載下都工作在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM），提供恒定頻率的操作，適用于對(duì)開(kāi)關(guān)頻率敏感的應(yīng)用；而MAX17578在輕負(fù)載時(shí)工作在不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM），可實(shí)現(xiàn)更高的效率，降低功耗。

1.2 引腳特性

芯片的EN/UVLO、RESET和RT/SYNC引腳可由參考系統(tǒng)地的信號(hào)驅(qū)動(dòng)，無(wú)需外部電平轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。同時(shí)，反饋電壓調(diào)節(jié)精度在 - 40°C至 + 125°C的寬溫度范圍內(nèi)達(dá)到 ±1.3%，保證了輸出電壓的穩(wěn)定性。

2. 電氣特性分析

2.1 輸入電源特性

• 輸入電壓范圍：參考地時(shí)，輸入電壓范圍為4.5V到(60V - |VOUT|)，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
• 輸入關(guān)機(jī)電流：當(dāng)V_EN/UVLO = 0V（參考地）處于關(guān)機(jī)模式時(shí)，典型值為6.2μA，非常低，有助于降低待機(jī)功耗。

2.2 使能/欠壓鎖定特性

EN/UVLO引腳有上升和下降閾值，上升閾值典型值為1.229V，下降閾值典型值為1.09V，可通過(guò)連接電阻分壓器來(lái)設(shè)置設(shè)備開(kāi)啟的輸入電壓。

2.3 LDO特性

內(nèi)部LDO輸出電壓為4.75V - 5.25V，能為內(nèi)部控制電路提供穩(wěn)定的電源。同時(shí)，它還具備電流限制和欠壓鎖定功能，保證了LDO的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 MOSFET特性

• 高邊nMOSFET導(dǎo)通電阻：典型值為330mΩ。
• 低邊nMOSFET導(dǎo)通電阻：典型值為163mΩ。低導(dǎo)通電阻有助于降低功率損耗，提高轉(zhuǎn)換效率。

2.5 軟啟動(dòng)特性

軟啟動(dòng)引腳（SS）通過(guò)連接電容到SOUT引腳來(lái)設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間，充電電流典型值為5μA，可有效減少啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。

2.6 反饋特性

反饋調(diào)節(jié)電壓典型值為0.9V，輸入偏置電流在 - 50nA至 + 50nA之間，確保了輸出電壓的精確調(diào)節(jié)。

2.7 電流限制特性

• 峰值電流限制閾值：典型值為2.4A。
• 失控電流限制閾值：典型值為2.65A。當(dāng)電流超過(guò)這些閾值時(shí)，芯片會(huì)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，防止器件損壞。

2.8 開(kāi)關(guān)頻率特性

開(kāi)關(guān)頻率可通過(guò)RT/SYNC引腳連接電阻進(jìn)行編程，范圍從400kHz到2.2MHz，還可與外部時(shí)鐘同步。默認(rèn)情況下，RT/SYNC引腳開(kāi)路時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率為600kHz。

3. 功能特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

3.1 減少外部元件和成本

芯片采用同步操作，內(nèi)部集成了MOSFET和內(nèi)部補(bǔ)償電路，可使用全陶瓷電容，布局緊湊，減少了外部元件的數(shù)量，從而降低了總成本。

3.2 高效節(jié)能

• 峰值效率高達(dá)90.6%：在不同的負(fù)載條件下都能保持較高的效率。
• 輕載高效：MAX17578的DCM模式在輕負(fù)載時(shí)能進(jìn)一步提高效率。
• 低關(guān)機(jī)電流：僅6.2μA，降低了待機(jī)功耗。

3.3 適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境

• 打嗝模式過(guò)載保護(hù)：當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載或輸出短路時(shí)，芯片進(jìn)入打嗝模式，保護(hù)器件不受損壞。
• 可調(diào)軟啟動(dòng)：可減少啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流，保護(hù)電路元件。
• 內(nèi)置輸出電壓監(jiān)測(cè)和復(fù)位功能：能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電壓，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
• 過(guò)溫保護(hù)：當(dāng)結(jié)溫超過(guò) + 165°C時(shí)，芯片自動(dòng)關(guān)閉，待溫度下降后再重新啟動(dòng)。

3.4 電磁兼容性好

芯片符合CISPR 32（EN55032）Class B傳導(dǎo)和輻射發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)，減少了電磁干擾對(duì)其他設(shè)備的影響。

4. 應(yīng)用注意事項(xiàng)

4.1 元件選型

• 電感選擇：根據(jù)輸出電壓和開(kāi)關(guān)頻率選擇合適的電感值，同時(shí)要確保電感的飽和電流大于峰值電流限制閾值。計(jì)算公式為(L=frac{left|V{OUT }right| × 1.1}{f{SW}})。
• 輸入電容選擇：輸入電容要能降低電源的峰值電流和電壓紋波，可根據(jù)負(fù)載電流和開(kāi)關(guān)頻率計(jì)算電容值。同時(shí)，要選擇低ESR、高紋波電流能力的陶瓷電容，如X7R電容。
• 輸出電容選擇：輸出電容通常要能支持50%的最大輸出電流的階躍負(fù)載，使輸出電壓偏差控制在3%以?xún)?nèi)。可根據(jù)負(fù)載電流和輸出電壓偏差計(jì)算電容值。
• 軟啟動(dòng)電容選擇：軟啟動(dòng)電容的大小決定了軟啟動(dòng)時(shí)間，計(jì)算公式為(C{SS} geq 28 × 10^{-6} × C{OUTSEL } × | V{OUT })，其中(C_{OUT_SEL})為所選的輸出電容值。

4.2 電路設(shè)計(jì)

• 輸出電壓調(diào)整：通過(guò)連接電阻分壓器到FB引腳來(lái)設(shè)置輸出電壓，可根據(jù)公式計(jì)算電阻值。
• 輸入欠壓鎖定設(shè)置：使用電阻分壓器連接到EN/UVLO引腳，可設(shè)置設(shè)備開(kāi)啟的輸入電壓。
• 軟啟動(dòng)設(shè)計(jì)：為避免軟啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)異常，建議在啟動(dòng)前對(duì)輸出的殘余正電壓進(jìn)行放電處理，可通過(guò)在VEN/UVLO上升到一定值時(shí)啟用DISCH FET來(lái)實(shí)現(xiàn)。
• 感性輸出短路保護(hù)：在可能出現(xiàn)輸出端子感性短路的應(yīng)用中，建議使用電阻和肖特基二極管進(jìn)行保護(hù)，防止器件損壞。

4.3 PCB布局

良好的PCB布局對(duì)芯片的性能至關(guān)重要。要將輸入電容靠近IN引腳，輸出電容靠近OUT引腳，減小LX引腳到電感的走線長(zhǎng)度和面積，將GND端子靠近并連接到GND平面等。

5. 典型應(yīng)用電路

文檔中給出了 - 5V和 - 12V的典型應(yīng)用電路，不同的輸入電壓和輸出電流要求對(duì)應(yīng)不同的元件參數(shù)選擇。例如，在24V輸入總線電壓下， - 5V輸出的應(yīng)用電路中，電感選擇10μH，輸入電容為2.2μF等；在5V輸入總線電壓下， - 12V輸出的應(yīng)用電路中，電感選擇22μH，輸入電容為2 x 4.7μF等。這些典型電路為工程師的實(shí)際設(shè)計(jì)提供了很好的參考。

6. 總結(jié)

MAX17577和MAX17578以其高效、靈活、可靠的特點(diǎn)，為電子工程師在電源設(shè)計(jì)方面提供了優(yōu)秀的解決方案。無(wú)論是工業(yè)控制、通用負(fù)載點(diǎn)、門(mén)驅(qū)動(dòng)電路還是運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域，這兩款芯片都能發(fā)揮出色的性能。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇元件和優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮芯片的優(yōu)勢(shì)。你在使用這兩款芯片時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。