MAX17620：高效小體積同步降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

引言

在電子設(shè)備的電源設(shè)計(jì)中，DC - DC轉(zhuǎn)換器是至關(guān)重要的組件。它能夠?qū)⑤斎腚妷恨D(zhuǎn)換為合適的輸出電壓，為各種負(fù)載提供穩(wěn)定的電源。今天要介紹的MAX17620，是一款4MHz、微型600mA的同步降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，集成了MOSFET，具有諸多出色的特性，適用于多種應(yīng)用場景。

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一、產(chǎn)品概述

1. 基本參數(shù)

MAX17620工作在2.7V至5.5V的輸入電壓范圍，能夠支持高達(dá)600mA的負(fù)載電流，輸出電壓范圍為1.5V至100% (V_{IN}) 。其高頻（4MHz）運(yùn)行特性使得可以使用小型、低成本的電感和電容，有效減小了整體解決方案的尺寸。

2. 工作模式

該器件具有可選的PWM/跳周期模式。在PWM模式下，以4MHz的固定頻率運(yùn)行，適合需要恒定開關(guān)頻率的應(yīng)用；在輕載時(shí)可選擇跳周期模式，此時(shí)靜態(tài)電流僅為40μA，能提高系統(tǒng)在輕載時(shí)的效率。在關(guān)斷模式下，電流消耗可降低至0.1μA。

3. 其他特性

• 軟啟動功能：可減少啟動時(shí)的浪涌電流，保護(hù)電路元件。
• 使能（EN）引腳：方便控制器件的開啟和關(guān)閉。
• 開漏PGOOD引腳：在輸出電壓成功穩(wěn)壓后，為系統(tǒng)提供電源良好信號。

4. 封裝與溫度范圍

MAX17620采用8引腳、2mm x 2mm的TDFN封裝，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，能適應(yīng)較為惡劣的工作環(huán)境。

二、應(yīng)用場景

1. 負(fù)載點(diǎn)電源

為特定的負(fù)載提供穩(wěn)定的電源，滿足其對電壓和電流的要求。

2. 標(biāo)準(zhǔn)5V軌電源

可將輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的5V輸出，為相關(guān)電路供電。

3. 電池供電儀器

其低功耗特性和寬輸入電壓范圍，適合電池供電的儀器設(shè)備，延長電池的使用時(shí)間。

4. 分布式電源系統(tǒng)

在分布式電源系統(tǒng)中，為各個(gè)模塊提供合適的電源。

三、產(chǎn)品優(yōu)勢與特性

1. 減少外部元件，降低總成本

• 同步運(yùn)行：提高效率并降低成本。
• 內(nèi)部補(bǔ)償：在任何輸出電壓下都能穩(wěn)定運(yùn)行。
• 全陶瓷電容解決方案：僅需5個(gè)外部元件，總解決方案尺寸僅為 (12 ~mm^{2}) 。

2. 減少DC - DC穩(wěn)壓器庫存

• 寬輸入電壓范圍：2.7V至5.5V，適應(yīng)多種電源輸入。
• 可調(diào)輸出電壓范圍：1.5V至100% (V_{IN}) ，可根據(jù)不同需求進(jìn)行調(diào)整。
• 高負(fù)載電流能力：能提供高達(dá)600mA的負(fù)載電流。
• 100%占空比運(yùn)行：在電池供電應(yīng)用中可充分利用電池電壓范圍，延長運(yùn)行時(shí)間。
• 高精度參考電壓： + 1% / - 0.75%的參考電壓精度。

3. 降低功耗

• 高峰效率：可達(dá)91%。
• 跳周期模式：在輕載時(shí)提高效率，關(guān)斷電流僅為0.1μA。

4. 可靠運(yùn)行

• 峰值電流限制保護(hù)：防止過流損壞器件。
• 軟啟動：減少啟動時(shí)的浪涌電流。
• 內(nèi)置輸出電壓監(jiān)控：通過PGOOD引腳提供電源狀態(tài)信息。
• 寬溫度范圍運(yùn)行： - 40°C至 + 125°C。

四、電氣特性

1. 輸入電源特性

輸入電壓范圍為2.7V至5.5V，關(guān)斷模式下輸入電源電流僅為0.1μA，跳周期模式下靜態(tài)電流為40μA，PWM模式下為6mA。欠壓鎖定閾值（UVLO）典型值為2.6V，滯回為200mV。

2. 使能引腳特性

使能引腳的低閾值為0.8V，高閾值為2V，滯回為220mV，輸入泄漏電流在典型情況下為10nA。

3. 功率MOSFET特性

高側(cè)pMOS和低側(cè)nMOS的導(dǎo)通電阻會隨輸入電壓和負(fù)載電流的變化而有所不同。同時(shí)，還具有高側(cè)峰值電流限制、低側(cè)谷值電流限制、低側(cè)負(fù)電流限制和低側(cè)過零電流限制等保護(hù)特性。

4. 開關(guān)頻率特性

開關(guān)頻率在MODE引腳接地時(shí)為3.84 - 4.16MHz，典型值為4MHz。最小可控導(dǎo)通時(shí)間為40ns，LX死區(qū)時(shí)間為3ns，軟啟動時(shí)間為1ms。

5. 反饋與功率良好特性

反饋電壓精度在PWM模式下為 - 0.75%至 + 1%，F(xiàn)B輸入偏置電流典型值為50 - 120nA。PGOOD引腳的上升閾值為91.5 - 95.5%，下降閾值為88 - 92%，輸出低電平為200mV，輸出泄漏電流為100nA。

6. 模式引腳特性

MODE引腳的上拉電流為5μA。

7. 熱關(guān)斷特性

熱關(guān)斷上升閾值溫度為165°C，滯回為10°C。

五、典型應(yīng)用電路與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 典型應(yīng)用電路

以1.8V、600mA的降壓調(diào)節(jié)器為例，電路中使用了2.2μF的輸入電容CIN、1μH的電感L1、10μF的輸出電容COUT以及相應(yīng)的電阻R1和R2。通過合理選擇這些元件的值，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓。

2. 元件選擇

電感選擇

• 電感值：推薦選擇1μH的電感，其內(nèi)部斜率補(bǔ)償和電流限制針對該電感值進(jìn)行了優(yōu)化。
• 飽和電流：飽和電流額定值應(yīng)高于最大峰值電流限制1.9A。
• 直流電阻：選擇低直流電阻的電感可提高系統(tǒng)效率，同時(shí)，鐵氧體磁芯電感能減少磁芯損耗，進(jìn)一步提高效率。

輸出電容選擇

優(yōu)先選擇X7R陶瓷電容作為輸出電容，因其在工業(yè)應(yīng)用中具有良好的溫度穩(wěn)定性。器件的內(nèi)部環(huán)路補(bǔ)償參數(shù)針對10μF的輸出電容進(jìn)行了優(yōu)化，為保證穩(wěn)定性，建議使用至少10μF的電容。

輸入電容選擇

輸入電容應(yīng)使用低ESR的陶瓷電容，X7R溫度系數(shù)電容在工業(yè)應(yīng)用中較為推薦。可通過公式計(jì)算輸入電容的RMS電流和電容值，以滿足電路的需求。在輸入源與器件輸入距離較遠(yuǎn)的應(yīng)用中，應(yīng)并聯(lián)一個(gè)電解電容，以提供必要的阻尼，防止?jié)撛诘恼袷帯?/p>

3. 輸出電壓調(diào)整

MAX17620支持1.5V至100% (V_{IN}) 的輸出電壓。通過連接從輸出電壓正端到地的電阻分壓器來設(shè)置輸出電壓，選擇R2在10kΩ至100kΩ的范圍內(nèi)，并使用相應(yīng)的公式計(jì)算R1的值。

4. 功率損耗與溫度估算

在實(shí)際應(yīng)用中，需要確保器件的結(jié)溫不超過 + 125°C?？梢酝ㄟ^公式估算功率損耗和結(jié)溫，根據(jù)典型工作特性或?qū)嶋H測量效率來確定總功率損耗。

六、PCB布局指南

PCB布局對于MAX17620的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。應(yīng)遵循以下原則：

• 輸入電容應(yīng)盡可能靠近IN和GND引腳，并使用寬走線連接，以減少走線電感。
• 減小LX引腳與電感連接形成的面積，降低輻射EMI。
• 確保所有反饋連接短而直接。
• 避免LX節(jié)點(diǎn)與FB、VOUT和MODE引腳靠近。

七、總結(jié)

MAX17620作為一款高性能的同步降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，憑借其集成MOSFET、高頻運(yùn)行、多種工作模式、豐富的保護(hù)特性以及小尺寸封裝等優(yōu)勢，在各種電源設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇元件，優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮該器件的性能。你在使用類似DC - DC轉(zhuǎn)換器時(shí)，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。