探索MAX5092/MAX5093：4V - 72V輸入LDO與升壓預(yù)調(diào)節(jié)器的完美結(jié)合

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理芯片的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。MAX5092/MAX5093作為一款高性能的電源管理芯片，為我們提供了出色的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款芯片。

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一、芯片概述

MAX5092A/MAX5092B/MAX5093A/MAX5093B是低靜態(tài)電流、低壓差（LDO）調(diào)節(jié)器，內(nèi)置高頻升壓預(yù)調(diào)節(jié)器。它能在冷啟動(dòng)到負(fù)載突降（3.5V - 80V）的輸入電壓條件下，無縫提供預(yù)設(shè)的3.3V（MAX5092A/MAX5093A）或5V（MAX5092B/MAX5093B）LDO輸出電壓，最大輸出電流可達(dá)250mA，具有良好的負(fù)載和線性調(diào)節(jié)能力。在電池正常工作時(shí)，升壓預(yù)調(diào)節(jié)器完全關(guān)閉，靜態(tài)電流降至65μA（典型值），非常適合常供電應(yīng)用。

二、芯片特性亮點(diǎn)

（一）寬輸入電壓范圍

支持3.5V - 72V的寬工作輸入電壓范圍，啟動(dòng)電壓為4V，能適應(yīng)多種復(fù)雜的電源環(huán)境。

（二）靈活的輸出電壓設(shè)置

LDO輸出電壓可預(yù)設(shè)為3.3V、5V，也可通過外部電阻在1.5V - 9V（MAX5092）或1.5V - 10V（MAX5093）范圍內(nèi)進(jìn)行編程調(diào)節(jié)；升壓輸出電壓預(yù)設(shè)為7V，同樣可通過外部電阻在最高11V（MAX5092）或12V（MAX5093）范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

（三）低功耗設(shè)計(jì)

LDO模式下靜態(tài)電流僅65μA（(V_{IN} ≥8V)），關(guān)機(jī)電流低至5μA，有效降低系統(tǒng)功耗。

（四）完善的保護(hù)功能

具備輸出過載、短路和熱保護(hù)功能，還有帶可編程超時(shí)時(shí)間的上電復(fù)位（RESET）輸出，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（五）散熱性能良好

采用熱增強(qiáng)型16引腳5mm x 5mm薄型QFN封裝，在+70°C的多層PCB板上可散熱達(dá)2.7W。

三、芯片工作原理剖析

（一）升壓轉(zhuǎn)換器

采用最小關(guān)斷時(shí)間、最大導(dǎo)通時(shí)間的脈沖頻率調(diào)制（PFM）控制方案。當(dāng)VBSOUT低于由VBSFB確定的調(diào)節(jié)點(diǎn)時(shí)，內(nèi)部MOSFET導(dǎo)通；當(dāng)電感電流達(dá)到峰值電流限制（典型值2.5A）或最大導(dǎo)通時(shí)間2.25μs時(shí)，MOSFET關(guān)斷，且關(guān)斷后至少保持1μs。這種控制方案下，開關(guān)頻率和輸出紋波是負(fù)載電流和輸入電壓的函數(shù)，無需頻率補(bǔ)償。

（二）線性調(diào)節(jié)器

內(nèi)部采用p溝道MOSFET作為LDO的傳輸晶體管，升壓調(diào)節(jié)器的輸出連接到p - MOSFET的源極。LDO在升壓調(diào)節(jié)器啟動(dòng)200μs后啟動(dòng)，可提供最大250mA的電流，典型壓差電壓為0.9V。LDO輸出電壓可通過SET輸入進(jìn)行設(shè)置。

（三）內(nèi)部調(diào)節(jié)器（VL）

用于為所有內(nèi)部低壓模塊供電，當(dāng)VBSOUT高于5.5V時(shí)，VVL調(diào)節(jié)至5.5V；當(dāng)VBSOUT低于5.5V時(shí)，VVL跟蹤BSOUT的電壓。

（四）上電復(fù)位輸出（RESET）

是一個(gè)開漏輸出引腳，當(dāng)LDO輸出（VOUT）低于標(biāo)稱輸出電壓的90%時(shí)，RESET在短延遲后拉低；當(dāng)輸出高于標(biāo)稱輸出電壓的92%時(shí)，RESET在編程的復(fù)位超時(shí)時(shí)間后變?yōu)楦咦钁B(tài)。

（五）使能和保持輸入

通過EN（高電平有效）和HOLD（低電平有效）兩個(gè)邏輯輸入實(shí)現(xiàn)自保持電路，無需額外組件。

四、芯片應(yīng)用電路示例

文檔中給出了多個(gè)典型應(yīng)用電路，如MAX5092B和MAX5093B的工廠預(yù)編程LDO和升壓輸出電壓電路，以及MAX5092A和MAX5093A的用戶可編程LDO和升壓輸出電壓電路。這些電路展示了芯片在不同輸出電壓設(shè)置下的應(yīng)用方式。

五、設(shè)計(jì)指南要點(diǎn)

（一）電容選擇

1. 輸入電容（CIN）：由于升壓轉(zhuǎn)換器在輸入電壓下降時(shí)需快速啟動(dòng)，為保證正常工作，若電源（電池）離芯片較遠(yuǎn)，建議使用大容量、低ESR的電容?？蛇x用47μF、100mΩ的低ESR電容，并盡可能靠近芯片輸入放置。在低溫環(huán)境下，可選擇ESR低于40mΩ的電解電容，或并聯(lián)一個(gè)10μF的低ESR陶瓷電容。
2. 升壓電容（CBSOUT）：升壓轉(zhuǎn)換器輸出電流波形不連續(xù)，需要在BSOUT端使用大容量、低ESR的電容以確保低VBSOUT紋波?？墒褂?00mΩ或更低ESR的電解電容，也可并聯(lián)一個(gè)10μF的陶瓷電容。同時(shí)，可通過公式計(jì)算所需電容的ESR和紋波電壓。

   （二）電感選擇

   電感值的選擇具有一定靈活性。較小的電感值通常能使電路尺寸更小，但可能會(huì)增加紋波；較大的電感值可能提高效率、減少紋波，但可能會(huì)降低最大輸出電流。為獲得最大輸出電流，應(yīng)選擇合適的電感值，使控制器在最大導(dǎo)通時(shí)間之前達(dá)到電流限制，并確保電感的最大飽和電流大于3A。

   （三）輸出電壓設(shè)置

3. 升壓輸出電壓（VBSOUT）：支持預(yù)設(shè)和可調(diào)兩種模式。預(yù)設(shè)模式下，將BSFB直接連接到SGND，VBSOUT固定為7V；可調(diào)模式下，將BSFB連接到外部電阻分壓器的中心抽頭，可對(duì)VBSOUT進(jìn)行編程設(shè)置。
4. LDO輸出電壓（VOUT）：同樣支持預(yù)設(shè)和可調(diào)兩種模式。預(yù)設(shè)模式下，將SET連接到SGND，VOUT調(diào)節(jié)為3.3V（MAX5092A/MAX5093A）或5V（MAX5092B/MAX5093B）；可調(diào)模式下，將SET連接到外部電阻分壓器的中心抽頭，可設(shè)置不同的輸出電壓。

   （四）肖特基二極管選擇（MAX5093_）

   MAX5093_需要在LX和BSOUT之間連接一個(gè)外部二極管，建議選擇肖特基二極管，確保其峰值電流額定值大于或等于內(nèi)部升壓轉(zhuǎn)換器MOSFET的峰值電流限制，平均正向電流額定值至少為1A，反向擊穿電壓大于最壞情況下的負(fù)載突降電壓。

   （五）CT電容選擇

   通過在CT和SGND之間連接一個(gè)電容（(C_{CT})），可對(duì)RESET的超時(shí)時(shí)間進(jìn)行編程設(shè)置。當(dāng)VOUT下降到LDO輸出調(diào)節(jié)電壓的90%以下時(shí)，CT電容的放電時(shí)間決定了RESET拉低的延遲，提供了對(duì)RESET功能的抗干擾能力。

   （六）最大輸出電流計(jì)算

   芯片最大輸入電壓可達(dá)+72V，OUT端可提供最大250mA的電流，但實(shí)際輸出電流受封裝功耗限制?？赏ㄟ^功率耗散曲線或公式計(jì)算允許的封裝功耗和最大輸出電流。

   （七）PCB布局指南

   良好的PCB布局和布線對(duì)于高頻開關(guān)電源的正常調(diào)節(jié)和穩(wěn)定性至關(guān)重要。建議參考評(píng)估套件的PCB布局，并遵循以下原則：

5. 為SGND使用大面積銅平面，將其焊接到裸露焊盤，并在PCB的頂部和底部暴露該銅區(qū)域，避免在芯片下方將EP銅平面直接連接到引腳3（SGND），以減少接地反彈。
6. 將功率組件和大電流路徑與敏感模擬電路隔離。
7. 保持大電流路徑短，特別是在接地端子處。
8. 將輸入電容和升壓輸出電容的返回端子連接到PGND_BST電源接地平面，在輸入電容的負(fù)極端子處將電源接地（PGND_BST）和信號(hào)接地（SGND）平面連接在一起，且僅在此處連接。將PGND_LDO接地平面與SGND接地平面單點(diǎn)連接。
9. 確保反饋連接短而直接，保證BSFB和SGND之間的低阻抗路徑，將BSFB的瞬態(tài)限制在100mV以下。
10. 將高速開關(guān)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離敏感模擬區(qū)域，使用內(nèi)部PCB層作為SGND的EMI屏蔽層，以減少輻射噪聲對(duì)芯片、反饋分壓器和旁路電容的影響。

六、總結(jié)

MAX5092/MAX5093芯片憑借其寬輸入電壓范圍、靈活的輸出電壓設(shè)置、低功耗、完善的保護(hù)功能和良好的散熱性能，在電源管理領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。在設(shè)計(jì)過程中，合理選擇電容、電感、二極管等外部組件，并遵循正確的PCB布局指南，能夠充分發(fā)揮芯片的性能，為電子系統(tǒng)提供穩(wěn)定、高效的電源解決方案。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似芯片的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。