MAXM17543：高效DC - DC降壓電源模塊的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源模塊的性能和可靠性直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。今天，我們就來(lái)深入探討一款備受關(guān)注的電源模塊——MAXM17543。

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一、產(chǎn)品概述

MAXM17543是一款來(lái)自Himalaya系列的降壓電源模塊，它集成了開(kāi)關(guān)電源控制器、雙n溝道MOSFET功率開(kāi)關(guān)、全屏蔽電感以及補(bǔ)償組件，采用了低輪廓、熱效率高的系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）。該模塊輸入電壓范圍為4.5V至42V，可提供高達(dá)2.5A的連續(xù)輸出電流，輸出電壓范圍為0.9V至12V，僅需五個(gè)外部組件就能完成整個(gè)電源解決方案，大大降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜度和制造風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了真正的即插即用電源供應(yīng)，有效縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間。

二、產(chǎn)品特性

（一）簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)與制造

• 高度集成：集成了開(kāi)關(guān)電源控制器、雙MOSFET功率開(kāi)關(guān)、電感和補(bǔ)償組件，減少了外部組件數(shù)量，降低了設(shè)計(jì)難度和制造風(fēng)險(xiǎn)。
• 小尺寸封裝：采用9mm x 15mm x 2.8mm的SiP封裝，節(jié)省了電路板空間，簡(jiǎn)化了PCB設(shè)計(jì)。

（二）靈活的電源設(shè)計(jì)優(yōu)化

• 寬輸入電壓范圍：4.5V至42V的輸入電壓范圍，適用于多種電源場(chǎng)景。
• 可調(diào)輸出電壓：輸出電壓可在0.9V至12V之間調(diào)節(jié)，滿(mǎn)足不同設(shè)備的需求。
• 可調(diào)頻率：支持外部頻率同步，頻率范圍為100kHz至1.8MHz，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。
• 軟啟動(dòng)可編程：通過(guò)連接電容到SS引腳，可以設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間，減少啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。
• 多種控制模式：支持PWM、PFM或DCM電流模式控制，可根據(jù)負(fù)載情況選擇合適的模式，提高效率。

（三）可靠的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性

• 熱故障保護(hù)：當(dāng)結(jié)溫超過(guò)+165°C（典型值）時(shí)，熱傳感器會(huì)激活故障鎖存，拉低RESET輸出并關(guān)閉調(diào)節(jié)器，溫度降低10°C（典型值）后重新啟動(dòng)。
• 打嗝模式過(guò)載保護(hù)：在過(guò)載或輸出短路時(shí)，模塊進(jìn)入打嗝模式，暫停開(kāi)關(guān)操作32,768個(gè)時(shí)鐘周期，確保低功耗。
• RESET/輸出電壓監(jiān)控：RESET輸出可監(jiān)控輸出電壓，當(dāng)輸出電壓低于92%的標(biāo)稱(chēng)調(diào)節(jié)電壓時(shí)，RESET拉低；當(dāng)輸出電壓高于95%時(shí)，RESET變?yōu)楦咦杩埂?/li>
• 寬工作溫度范圍：可在-40°C至+125°C的工業(yè)溫度范圍內(nèi)工作，適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。
• 電磁兼容性：符合CISPR22(EN55022) Class B傳導(dǎo)和輻射發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)，減少電磁干擾。

三、電氣特性

（一）輸入電源特性

• 輸入電壓范圍：4.5V至42V。
• 輸入關(guān)斷電流：當(dāng)VEN = 0V時(shí)，典型值為10.5μA，最大值為13μA。
• 輸入靜態(tài)電流：在不同模式下有不同的值，如PFM_HIB模式下典型值為125μA，DCM模式下典型值為1.8mA，PWM模式下典型值為9.5mA。

（二）邏輯輸入特性

• EN閾值：VEN上升閾值為1.192V至1.26V，下降閾值為1.068V至1.131V。
• 使能上拉電阻：IN和EN引腳之間的上拉電阻為3.15MΩ至3.45MΩ。

（三）LDO特性

• VCC輸出電壓范圍：在6V < VIN < 42V，1mA < IVCC < 25mA的條件下，為4.75V至5.25V。
• VCC電流限制：當(dāng)VIN = 6V，VCC = 4.3V時(shí)，最大值為100mA。
• VCC壓降：當(dāng)VIN = 4.5V，IVCC = 20mA時(shí)，為4.2V。
• VCC欠壓鎖定：上升閾值為4.05V至4.3V，下降閾值為3.65V至3.9V。

（四）輸出特性

• 線性調(diào)節(jié)精度：在VIN = 6.5V至42V，VOUT = 5V的條件下，為0.1mV/V。
• 負(fù)載調(diào)節(jié)精度：測(cè)試條件為IOUT = 0A和1A時(shí)，為1mV/A。
• FB調(diào)節(jié)電壓：在不同模式下有不同的值，如MODE = SGND時(shí)為0.887V至0.910V，MODE = open時(shí)為0.890V至0.936V。
• FB輸入偏置電流：在0V < VFB < 1V，TA = +25°C的條件下，為-50nA至+50nA。
• FB欠壓跳閘電平：為0.56V至0.65V。
• 打嗝超時(shí)：32,768個(gè)周期。

（五）軟啟動(dòng)特性

• 充電電流：當(dāng)VSS = 0.5V時(shí)，為4.7μA至5.3μA。

（六）RT和SYNC特性

• 開(kāi)關(guān)頻率：通過(guò)連接不同阻值的電阻到RT引腳，可以設(shè)置不同的開(kāi)關(guān)頻率，如RRT = 210kΩ時(shí)為90kHz至110kHz，RRT = 9.76kΩ時(shí)為1800kHz，RT引腳開(kāi)路時(shí)為450kHz至550kHz。
• SYNC頻率范圍：為1.1 x fSW至1.4 x fSW。
• SYNC脈沖寬度：最小為50ns。
• SYNC閾值：VIH為2.1V，VIL為0.8V。

（七）MODE特性

• MODE閾值：在不同模式下有不同的值，如MODE = VCC（DCM模式）時(shí)為VCC - 1.6V，MODE = open（PFM模式）時(shí)為VCC/2V，MODE = GND（PWM模式）時(shí)為1.4V。

（八）電流限制特性

• 平均電流限制閾值：當(dāng)VOUT = VFB = 0.8V，fSW = 200kHz時(shí)，為3.45A。

（九）RESET特性

• RESET輸出電平低：當(dāng)IRESET = 10mA時(shí)，為0.4V。
• RESET輸出泄漏電流：當(dāng)VRESET = 5.5V，TA = TJ = +25°C時(shí)，為-0.1μA至+0.1μA。
• FB閾值用于RESET斷言：VFB下降時(shí)為90.5%至94.6%，上升時(shí)為93.8%至97.8%。
• RESET去斷言延遲：FB達(dá)到95%調(diào)節(jié)后為1024個(gè)周期。

（十）熱關(guān)斷特性

• 熱關(guān)斷閾值：溫度上升時(shí)為+165°C。
• 熱關(guān)斷滯后：為10°C。

四、典型工作特性

文檔中給出了不同輸出電壓、不同模式下的效率與輸出電流的關(guān)系曲線，以及負(fù)載調(diào)節(jié)、輸出電壓紋波、輸入電壓紋波、負(fù)載電流瞬態(tài)響應(yīng)等特性曲線。這些曲線可以幫助工程師更好地了解模塊在不同工作條件下的性能，從而進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

五、引腳配置與功能

（一）引腳配置

MAXM17543共有29個(gè)引腳，包括IN、EN、PGND、BST、LX、SYNC、SS、CF、FB、OUT、RT、MODE、VCC、RESET等引腳，還有三個(gè)暴露焊盤(pán)EP1、EP2、EP3。

（二）引腳功能

• N.C.（1,7）：無(wú)連接。
• SYNC（2）：頻率同步引腳，可將模塊同步到外部時(shí)鐘。
• SS（3）：軟啟動(dòng)輸入引腳，連接電容到SGND設(shè)置軟啟動(dòng)。
• CF（4）：補(bǔ)償濾波器引腳，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率低于500kHz時(shí)，連接電容到FB以校正頻率響應(yīng)。
• FB（5）：反饋輸入引腳，連接到外部電阻分壓器的中心抽頭以設(shè)置輸出電壓。
• RT（6）：頻率設(shè)置引腳，連接電阻到SGND設(shè)置調(diào)節(jié)器的開(kāi)關(guān)頻率。
• MODE（8）：輕載模式選擇引腳，可配置模塊工作在PWM、PFM或DCM模式。
• VCC（9）：5V LDO輸出，無(wú)需外部連接。
• SGND（10）：模擬地，內(nèi)部與PGND短路，通過(guò)單點(diǎn)連接到輸出電容的PGND。
• PGND（11,26）：功率地，連接到功率接地平面。
• OUT（12 - 18）：調(diào)節(jié)器輸出引腳，連接電容到PGND。
• LX（19 - 24）：內(nèi)部連接到EP2，請(qǐng)勿連接外部組件。
• BST（25）：升壓飛電容節(jié)點(diǎn)，無(wú)需外部連接。
• IN（27）：輸入電源連接，通過(guò)電容旁路到PGND。
• EN（28）：使能/欠壓鎖定輸入，默認(rèn)通過(guò)EN和IN之間的3.3MΩ上拉電阻使能，連接電阻到SGND設(shè)置UVLO閾值。
• RESET（29）：開(kāi)漏RESET輸出，當(dāng)FB低于設(shè)定值的92%時(shí)拉低，F(xiàn)B高于設(shè)定值的95%后1024個(gè)時(shí)鐘周期后變?yōu)楦唠娖健?/li>
• EP1：模擬地，連接到1in x 1in的銅島以散熱。
• EP2：開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，連接到設(shè)備下方1in x 1in的小銅區(qū)域以散熱。
• EP3：連接到OUT引腳和1in x 1in的銅區(qū)域。

六、設(shè)計(jì)步驟

（一）設(shè)置輸出電壓

通過(guò)使用從OUT到FB的電阻反饋分壓器，MAXM17543可以支持0.9V至12V的可調(diào)輸出電壓。計(jì)算公式如下： [R{U}=frac{216 × 1000}{f{C} × C{OUT}}] [R{B}=frac{R{U} × 0.9}{V{OUT }-0.9} k Omega] 其中，(R{U})為從輸出到FB的電阻，(f{C})為交叉頻率，(C{OUT})為輸出電容，(R{B})為另一個(gè)反饋電阻，(V_{OUT})為輸出電壓。

（二）輸入電壓范圍計(jì)算

根據(jù)輸出電壓和負(fù)載電流，計(jì)算最小和最大工作輸入電壓： [FOR D>0.4, V{IN(MIN)}=4.26 × V{OUT }-frac{f{SW}}{53900}] [V{IN(MAX)}=frac{V{OUT }}{1.12 × f{SW} × t_{ONMIN(MAX) }}] [V{I N(M I N)}=frac{V{OUT }+left(I{OUT ( MAX )} × 0.22right)}{1-left(1.12 × f{SW } × t{OFFMIN ( MAX )}right)}+left(I{OUT(MAX) × 0.175right)}] 其中，(V{OUT})為穩(wěn)態(tài)輸出電壓，(I{OUT(MAX)})為最大負(fù)載電流，(f{SW})為選定的工作開(kāi)關(guān)頻率，(t{OFFMIN(MAX)})為最壞情況下的最小開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)間（160ns），(t{ON_MIN(MAX)})為最壞情況下的最小開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間（80ns）。

（三）輸入電容選擇

輸入電容用于減少?gòu)妮斎腚娫次〉碾娏鞣逯岛徒档蛯?duì)IC的開(kāi)關(guān)噪聲。計(jì)算公式如下： [C{I N}=frac{left(I{I N _A V G}right) times(1-D)}{left(Delta V{I N}right) × f{S W}}] [IINAVG =frac{P{OUT }}{eta × V{IN }}] 其中，(I{INAVG})為平均輸入電流，(D)為工作占空比，(Delta V{IN})為所需的輸入電壓紋波，(f{SW})為工作開(kāi)關(guān)頻率，(P{OUT})為輸出功率，(eta)為效率。建議選擇陶瓷電容，以承受系統(tǒng)典型的浪涌電流，并減少高頻振鈴。

（四）輸出電容選擇

推薦使用X7R陶瓷輸出電容，以確保在工業(yè)應(yīng)用中的溫度穩(wěn)定性。對(duì)于額外的可調(diào)輸出電壓，輸出電容值可通過(guò)以下公式計(jì)算： [C{OUT }=frac{I{STEP } × t{RESPONSE }}{2 × Delta V{OUT }}] [t{RESPONSE } approx frac{0.33}{f{C}}+frac{1}{f{SW}}] 其中，(I{STEP})為階躍負(fù)載瞬態(tài)，(t{RESPONSE})為控制器的響應(yīng)時(shí)間，(Delta V{OUT})為負(fù)載瞬態(tài)期間允許的輸出紋波電壓，(f{C})為目標(biāo)閉環(huán)交叉頻率，(f{SW})為開(kāi)關(guān)頻率。

（五）環(huán)路補(bǔ)償

MAXM17543集成了內(nèi)部補(bǔ)償以穩(wěn)定控制環(huán)路。只需選擇合適的輸出電容和反饋電阻來(lái)編程閉環(huán)交叉頻率（(f_{C})為開(kāi)關(guān)頻率的1/9或55kHz，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率大于500kHz時(shí)）。當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率低于500kHz時(shí)，從CF到FB連接一個(gè)0402陶瓷電容以校正頻率響應(yīng)。

（六）設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率

通過(guò)連接一個(gè)電阻（(R{RT})）從RT引腳到SGND，可以編程MAXM17543的開(kāi)關(guān)頻率。計(jì)算公式如下： [R{R T} approx frac{21000}{f{S W}}-1.7] 其中，(R{RT})為電阻值，(f_{SW})為開(kāi)關(guān)頻率。RT引腳開(kāi)路時(shí)，默認(rèn)開(kāi)關(guān)頻率為500kHz。

（七）軟啟動(dòng)電容選擇

通過(guò)連接一個(gè)電容（(C{SS})）從SS引腳到SGND，可以設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間。計(jì)算公式如下： [C{SS} geq 28 × 10^{-3} × C{SEL} × V{OUT }] [t{S S} approx frac{C{S S}}{5.55}] 其中，(C{SS})為軟啟動(dòng)電容值，(C{SEL})為選定的輸出電容，(V{OUT})為輸出電壓，(t{SS})為軟啟動(dòng)時(shí)間。

七、工作模式

（一）PWM模式

在PWM模式下，降壓控制器在所有負(fù)載下以恒定頻率開(kāi)關(guān)，輕載時(shí)具有最小吸收電流限制閾值（典型值為-1.8A）。該模式在對(duì)開(kāi)關(guān)頻率敏感的應(yīng)用中很有用，但在輕載時(shí)效率低于PFM和DCM模式。

（二）PFM模式

在PFM模式下，控制器通過(guò)控制電感峰值電流來(lái)滿(mǎn)足輕載需求，保持高效率。當(dāng)負(fù)載低于平均PFM值時(shí)，輸出電壓超過(guò)反饋閾值的102.3%，控制器進(jìn)入休眠模式，關(guān)閉大部分內(nèi)部模塊；當(dāng)輸出電壓放電到反饋閾值的101.1%時(shí)，控制器退出休眠模式，重新開(kāi)始開(kāi)關(guān)操作。該模式在輕載時(shí)效率較高，但輸出電壓紋波較大，開(kāi)關(guān)頻率不恒定。

（三）DCM模式

DCM模式在輕載時(shí)具有恒定頻率操作，不跳過(guò)脈沖，效率介于PWM和PFM模式之間。

八、外部頻率同步

通過(guò)SYNC引腳，模塊可以與外部時(shí)鐘信號(hào)同步。外部同步時(shí)鐘頻率必須在1.1 x fSW至1.4 x fSW之間，其中(f_{SW})是由RT電阻編程的頻率。外部時(shí)鐘的最小高脈沖寬度和幅度應(yīng)分別大于50ns和2.1V，最小低脈沖寬度應(yīng)大于160ns，最大低脈沖幅度應(yīng)小于0.8V。

九、RESET輸出

模塊包含一個(gè)RESET比較器，用于監(jiān)控輸出電壓的欠壓和過(guò)壓情況。RESET輸出為開(kāi)漏輸出，需要一個(gè)10kΩ至100kΩ的外部上拉電阻連接到VCC引腳或最大6V的電壓源。當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出電壓高于設(shè)計(jì)標(biāo)稱(chēng)調(diào)節(jié)電壓的95%時(shí)，RESET變?yōu)楦咦杩梗划?dāng)輸出電壓低于標(biāo)稱(chēng)調(diào)節(jié)電壓的92%時(shí)，RESET拉低；在熱關(guān)斷時(shí)，RESET也會(huì)拉低。

十、過(guò)流保護(hù)

MAXM17543具有強(qiáng)大的過(guò)流保護(hù)（OCP）方案，可