MAX20471/MAX20472/MAX20472B：高效低電壓同步升壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效的升壓轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要。今天，我們來詳細(xì)探討Analog Devices公司的MAX20471、MAX20472和MAX20472B這三款低電壓同步升壓轉(zhuǎn)換器，它們?cè)谄嚨阮I(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

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一、產(chǎn)品概述

MAX20471、MAX20472和MAX20472B是高效的低電壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)?.0V至4.0V的輸入電源升壓至3.8V至5.25V（工廠可配置），輸出電流有500mA和1A兩種選擇。在負(fù)載、線路和溫度范圍內(nèi)，這些轉(zhuǎn)換器能實(shí)現(xiàn)±1.5%的輸出誤差，性能十分出色。

（一）特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)

1. 多模式工作：具備2.2MHz（MAX20472B為2.0MHz）固定頻率的PWM模式，可提供更好的抗噪聲能力和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)；還有脈沖頻率調(diào)制模式（skip），在輕載運(yùn)行時(shí)能提高效率。
2. 低輻射：可編程擴(kuò)頻頻率調(diào)制可最大程度減少輻射電磁干擾，這對(duì)于對(duì)電磁兼容性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景至關(guān)重要。
3. 集成開關(guān)：集成的低RDSON開關(guān)在重載時(shí)提高效率，并且相對(duì)于分立解決方案，使布局更加簡(jiǎn)單。
4. 保護(hù)功能：擁有True Shutdown?、軟啟動(dòng)、過流和過溫保護(hù)等功能，保障了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

（二）應(yīng)用場(chǎng)景

主要應(yīng)用于汽車負(fù)載點(diǎn)和汽車CAN收發(fā)器等領(lǐng)域，能滿足汽車電子系統(tǒng)對(duì)電源的嚴(yán)格要求。

二、關(guān)鍵參數(shù)與特性

（一）絕對(duì)最大額定值

了解這些參數(shù)對(duì)于正確使用和保護(hù)設(shè)備至關(guān)重要。例如，EN、SYNC到GND的電壓范圍為 - 0.3V至6V，AV到GND的電壓范圍同樣是 - 0.3V至6V等。最大連續(xù)RMS電流為2.5A，輸出短路持續(xù)時(shí)間為連續(xù)。不同封裝的連續(xù)功率耗散也有所不同，如12引腳TDFN - EP在70°C以上時(shí)需以24.4mW/°C的速率降額，8引腳SOIC在70°C以上時(shí)以7.8mW/°C的速率降額。

（二）電氣特性

1. 電源電壓范圍：輸入電源電壓范圍為3V至4.25V，但FPWM操作僅保證在4.0V以下的電源電壓。
2. 開關(guān)頻率：內(nèi)部產(chǎn)生的PWM開關(guān)頻率，MAX20471/MAX20472為2.2MHz，MAX20472B為2.0MHz。
3. 輸出電壓精度：在負(fù)載電流從0A到最大值、3V ≤ VAV ≤ 4.25V的條件下，輸出電壓精度為±1.5%。
4. MOS管參數(shù)：pMOS導(dǎo)通電阻和nMOS導(dǎo)通電阻在特定條件下有相應(yīng)的數(shù)值，如VAV = 3.3V，ILX = 0.18A時(shí)，pMOS導(dǎo)通電阻為150mΩ，nMOS導(dǎo)通電阻為100mΩ。

（三）典型工作特性

通過負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)、效率與輸入電壓關(guān)系、最大輸出電流和線路調(diào)節(jié)等典型特性曲線，我們可以直觀地了解轉(zhuǎn)換器在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。例如，在不同輸入電壓和負(fù)載電流下，轉(zhuǎn)換器的效率會(huì)有所變化，這對(duì)于優(yōu)化電源設(shè)計(jì)非常有幫助。

三、引腳配置與功能

（一）引腳配置

MAX20471/MAX20472/MAX20472B有不同的封裝形式，如12引腳TDFN、12引腳SWTDFN和8引腳SOIC（僅MAX20471）。每個(gè)引腳都有其特定的功能，例如：

• SSEN：擴(kuò)頻使能引腳，連接到VAy可啟用擴(kuò)頻功能。
• OUT：輸出電壓引腳。
• LX：電感連接引腳，連接到電感的開關(guān)側(cè)。
• RESET：開漏復(fù)位輸出引腳，需要通過外部電阻上拉以獲得邏輯信號(hào)。

（二）詳細(xì)功能

1. 使能輸入（EN）：激活I(lǐng)C的通道，從低功耗關(guān)機(jī)狀態(tài)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。當(dāng)EN為高電平時(shí)，輸出電壓會(huì)按照編程的軟啟動(dòng)時(shí)間上升。
2. RESET輸出：當(dāng)相應(yīng)的輸出電壓超出UV/OV窗口時(shí)，RESET引腳會(huì)拉低。復(fù)位超時(shí)時(shí)間可在0.5ms、3.7ms、7.4ms或14.8ms中選擇。
3. 內(nèi)部振蕩器：具有擴(kuò)頻振蕩器，可使內(nèi)部工作頻率相對(duì)于內(nèi)部產(chǎn)生的典型工作頻率上下變化±3%，有助于減少電磁輻射。
4. 同步（SYNC）：根據(jù)SYNC引腳的狀態(tài)，轉(zhuǎn)換器可在脈沖跳過模式和固定頻率FPWM模式之間切換。對(duì)于MAX20471/MAX20472，如果SYNC未連接或接地且負(fù)載電流低于跳過模式電流閾值，將工作在高效的脈沖跳過模式；如果SYNC連接到VAV或有頻率輸入，則始終工作在FPWM模式。MAX20472B的SYNC引腳操作有所不同，未連接或接地時(shí)始終處于脈沖跳過操作，連接到VAV或有頻率輸入時(shí)則工作在FPWM模式。
5. 軟啟動(dòng)：內(nèi)置1.9ms的固定軟啟動(dòng)時(shí)間，可限制啟動(dòng)浪涌電流，使輸出電壓平穩(wěn)上升到調(diào)節(jié)點(diǎn)。
6. 電流限制/短路保護(hù)：當(dāng)輸出出現(xiàn)短路或過載情況時(shí)，低側(cè)MOSFET會(huì)保持導(dǎo)通，直到電感電流達(dá)到其電流限制閾值，然后高側(cè)MOSFET導(dǎo)通使電感電流下降，如此循環(huán)，直到短路或過載情況消除。
7. PWM/SKIP模式：通過SYNC引腳可選擇轉(zhuǎn)換器工作在SKIP模式或強(qiáng)制PWM模式。在PWM模式下，轉(zhuǎn)換器以恒定頻率和可變導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行開關(guān)；在SKIP模式下，開關(guān)頻率取決于負(fù)載，輕載時(shí)可提高效率。
8. 過溫保護(hù)：當(dāng)結(jié)溫超過165°C（典型值）時(shí)，內(nèi)部熱傳感器會(huì)關(guān)閉內(nèi)部偏置調(diào)節(jié)器和降壓控制器，使IC冷卻。結(jié)溫下降15°C后，熱傳感器會(huì)重新開啟IC。
9. 升壓轉(zhuǎn)換器短路保護(hù)：具備啟動(dòng)時(shí)短路保護(hù)和啟動(dòng)后短路/過載保護(hù)功能。啟動(dòng)后，如果輸出短路或過載，會(huì)進(jìn)入充電模式；若充電模式持續(xù)超過1.9ms，升壓轉(zhuǎn)換器會(huì)關(guān)閉并在120ms后自動(dòng)嘗試重啟，這就是所謂的打嗝模式。

四、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）輸入電容

建議在DC - DC輸入使用2.2μF的X7R陶瓷電容，VAV引腳使用1μF的X7R陶瓷電容，以減少?gòu)碾娫次〉姆逯惦娏?，降低電路開關(guān)引起的輸入噪聲和電壓紋波。

（二）電感選擇

對(duì)于MAX20472/MAX20471和MAX20472B，建議使用1μH的電感。對(duì)于鐵氧體磁芯，飽和電流應(yīng)大于最大電流限制；對(duì)于軟飽和磁芯，只要最大電流限制下的電感大于標(biāo)稱電感的50%，飽和電流可以小于最大電流限制。

（三）升壓輸出電容

MAX20471、MAX20472和MAX20472B設(shè)計(jì)為與低ESR陶瓷電容配合使用以保證穩(wěn)定性。輸出電容的計(jì)算可參考以下公式： [C_{OUTMIN }=frac{55 mu sec }{V{OUT }}] [C_{OUTNOM }=frac{110 mu sec }{V{OUT }}] 但最終電路的相位裕度需要實(shí)際測(cè)量以確保穩(wěn)定性。

（四）PCB布局指南

在進(jìn)行PCB布局時(shí)，應(yīng)將DC - DC電源組件靠近放置，布線盡量短，以減小環(huán)路面積。輸出電容、功率電感和輸入電容應(yīng)靠近IC封裝。輸出電容承受的紋波電流最大，應(yīng)放置在離IC最近的位置。高電流承載的走線，如輸入（LX）和OUT，應(yīng)加寬。通過過孔連接IC的暴露焊盤，以提供最佳的接地和散熱連接，并在電源走線下方放置大面積的接地平面。

五、訂購(gòu)信息

不同的型號(hào)在溫度范圍、引腳封裝、輸出電壓、保持時(shí)間、輸入電流限制、充電電流等方面有所差異。例如，MAX20471ATCA/V + 的輸出電壓為5V，輸入電流限制為1.8A，充電電流為1.7A（±30%），采用12引腳TDFN - EP封裝。在選擇具體型號(hào)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行綜合考慮。

MAX20471、MAX20472和MAX20472B這三款低電壓同步升壓轉(zhuǎn)換器憑借其高效、多功能和可靠的特性，為汽車等領(lǐng)域的電源設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇型號(hào)，并注意各個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定和高效運(yùn)行。你在使用這類升壓轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。