MAX17623/MAX17624同步降壓轉(zhuǎn)換器：高效電源解決方案解析

在電子設備的設計中，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。一款性能優(yōu)良的電壓調(diào)節(jié)器能夠為設備提供穩(wěn)定、高效的電源，從而保障設備的正常運行。今天，我們就來詳細探討一下Maxim Integrated推出的MAX17623和MAX17624這兩款同步降壓轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX17623和MAX17624屬于Himalaya系列，是高頻同步降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，集成了MOSFET和內(nèi)部補償電路。它們的輸入電壓范圍為2.9V至5.5V，支持最大1A的輸出電流，輸出電壓可在0.8V至3.3V之間進行調(diào)節(jié)。這兩款轉(zhuǎn)換器采用8引腳、2mm×2mm的TDFN封裝，體積小巧，非常適合對空間要求較高的應用場景。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

（一）易用性

• 寬輸入輸出范圍：2.9V至5.5V的輸入電壓范圍和0.8V至3.3V的可調(diào)輸出電壓，能夠適應多種不同的電源和負載需求。
• 高精度反饋：±1%的反饋精度，確保輸出電壓的穩(wěn)定性和準確性。
• 大輸出電流：最高可達1A的輸出電流，可滿足大多數(shù)中小功率負載的供電需求。
• 固定頻率運行：MAX17623以2MHz的固定開關(guān)頻率運行，MAX17624則以4MHz的固定開關(guān)頻率運行，便于工程師進行電路設計和頻率規(guī)劃。
• 內(nèi)部補償：內(nèi)部補償電路的設計，減少了外部元件的使用，簡化了電路設計。
• 全陶瓷電容：可以使用全陶瓷電容，提高了電路的穩(wěn)定性和可靠性。

（二）高效率

• 模式可選：提供PWM（脈沖寬度調(diào)制）和PFM（脈沖頻率調(diào)制）兩種模式供用戶選擇。在輕負載情況下，PFM模式能夠跳過脈沖，提高效率；而在對頻率敏感的應用中，PWM模式可以提供固定的開關(guān)頻率。
• 低關(guān)斷電流：關(guān)斷電流低至0.1μA（典型值），有效降低了功耗，延長了電池供電設備的續(xù)航時間。

（三）靈活設計

• 軟啟動與預偏置啟動：內(nèi)部集成了軟啟動功能，可減少輸入浪涌電流；同時支持預偏置啟動，適用于多種復雜的啟動場景。
• 電源良好輸出：采用開漏輸出的PGOOD引腳，用于指示輸出電壓的狀態(tài)，方便系統(tǒng)進行故障檢測和管理。

（四）穩(wěn)健運行

• 過溫保護：當結(jié)溫超過+165°C時，熱過載保護功能會自動關(guān)閉設備，防止設備因過熱而損壞。
• 過流保護：具備強大的過流保護功能，在過載和輸出短路情況下，能夠有效保護設備。
• 寬工作溫度范圍：環(huán)境工作溫度范圍為 - 40°C至+125°C，結(jié)溫范圍為 - 40°C至+150°C，適用于各種惡劣的工業(yè)和戶外環(huán)境。

三、應用領(lǐng)域

• 負載點電源：為系統(tǒng)中的特定負載提供穩(wěn)定的電源。
• 標準5V軌電源：可作為標準5V電源的降壓解決方案。
• 電池供電應用：其低功耗和寬輸入電壓范圍，非常適合電池供電的設備，如便攜式電子設備、物聯(lián)網(wǎng)設備等。
• 分布式電源系統(tǒng)：在分布式電源系統(tǒng)中，為各個模塊提供高效的電源轉(zhuǎn)換。
• 工業(yè)傳感器和過程控制：為工業(yè)傳感器和過程控制設備提供穩(wěn)定可靠的電源。

四、電氣特性詳解

（一）輸入電源

輸入電壓范圍為2.9V至5.5V，在關(guān)斷模式下，輸入電源電流僅為0.1μA（典型值）。在PFM模式下，無負載時的靜態(tài)電流為40μA；在PWM模式下，MAX17623的靜態(tài)電流為4.5mA，MAX17624的靜態(tài)電流為6mA。

（二）功率MOSFET

高側(cè)pMOSFET和低側(cè)nMOSFET的導通電阻在不同輸入電壓和輸出電流條件下有不同的表現(xiàn)。例如，在VIN = 3.6V、IOUT = 190mA時，高側(cè)pMOSFET的導通電阻典型值為120mΩ，低側(cè)nMOSFET的導通電阻典型值為80mΩ。

（三）定時參數(shù)

開關(guān)頻率方面，MAX17623為2MHz（典型值），MAX17624為4MHz（典型值）。最大占空比可達100%，LX死區(qū)時間為3ns，軟啟動時間固定為1ms。

（四）反饋與電流限制

反饋調(diào)節(jié)電壓為0.8V至1V，F(xiàn)B電壓精度在PWM模式下為±1%。電流限制方面，峰值電流限制閾值典型值為2A，谷值電流限制閾值典型值為1.5A，負電流限制閾值為 - 1.09A。

（五）電源良好輸出

PGOOD引腳的上升閾值為93.5%（典型值），下降閾值為90%（典型值），輸出低電平為200mV（典型值）。

五、模式選擇與工作原理

（一）模式選擇

MODE引腳的邏輯狀態(tài)在EN引腳電壓高于其上升閾值且所有內(nèi)部電壓準備好允許LX開關(guān)后被鎖存。如果MODE引腳在上電時未連接，則器件在輕負載時以PFM模式運行；如果MODE引腳接地，則器件在所有負載下以恒定頻率的PWM模式運行。在正常運行期間，MODE引腳的狀態(tài)變化將被忽略。

（二）PWM運行

在PWM模式下，器件的輸出電流可以為負，適用于對頻率敏感的應用，能夠在所有負載下提供固定的開關(guān)頻率。但在輕負載情況下，PWM模式的效率相對較低。

（三）PFM運行

PFM模式禁止器件輸出負電流，并在輕負載時跳過脈沖以提高效率。在低負載電流下，如果電感電流的峰值連續(xù)64個周期小于350mA且電感電流達到零，則器件進入PFM模式。

六、保護功能

（一）欠壓鎖定

當IN引腳電壓高于2.8V（典型值）且EN引腳為高電平時，器件開啟；當IN引腳電壓低于UVLO閾值200mV時，器件關(guān)閉。

（二）過流保護

當檢測到電感電流超過內(nèi)部峰值電流限制（典型值為2A）時，高側(cè)MOSFET關(guān)閉，低側(cè)MOSFET開啟。當電感電流下降到1.5A（典型值）以下后，高側(cè)MOSFET再次開啟，繼續(xù)循環(huán)工作。

（三）熱過載保護

當結(jié)溫超過+165°C時，片上熱傳感器將關(guān)閉器件，關(guān)閉內(nèi)部功率MOSFET，使器件冷卻。當結(jié)溫下降10°C后，熱傳感器將再次開啟器件。

七、元件選擇與設計要點

（一）電感選擇

對于MAX17623，建議選擇1.5μH的電感；對于MAX17624，建議選擇1μH的電感。電感的飽和電流額定值應足夠高，以確保在電感電流超過內(nèi)部峰值電流限制（典型值為2A）之前不會飽和。同時，應選擇低損耗、直流電阻盡可能小的電感，以提高效率。

（二）輸入電容選擇

輸入電容的主要作用是減少從電源汲取的峰值電流，降低電路開關(guān)引起的輸入噪聲和電壓紋波。輸入電容的RMS電流需求可通過公式(I{RMS }=I{OUT(MAX) } × frac{sqrt{V{OUT } timesleft(V{IN }-V{OUT }right)}}{V{IN }})計算。為了保證長期可靠性，應選擇在RMS輸入電流下溫度上升小于+10°C的輸入電容。建議使用低ESR、高紋波電流能力的陶瓷電容，如X7R電容。輸入電容的計算公式為(C{I N}=I{OUT(M A X)} × frac{D times(1-D)}{f{S W} × eta × Delta V{I N}})。

（三）輸出電容選擇

對于MAX17623，建議使用最小22μF的輸出電容；對于MAX17624，建議使用最小10μF的輸出電容。輸出電容的作用是濾波和存儲能量，以支持負載瞬態(tài)條件下的輸出電壓，并穩(wěn)定器件的內(nèi)部控制環(huán)路。在選擇輸出電容時，需要考慮陶瓷電容的直流電壓降額問題。

（四）輸出電壓調(diào)整

通過連接外部電阻分壓器到FB引腳，可以設置輸出電壓。計算公式為(R 1=R 2 timesleft[frac{V_{OUT }}{0.8}-1right])，其中R2應選擇小于37.4kΩ。

（五）功率損耗與結(jié)溫估算

功率損耗可通過公式(P{LOSS }=P{OUT } timesleft(frac{1}{eta}-1right)-left(I{OUT }^{2} × R{D C R}right))計算，其中(P{OUT }=V{OUT } × I{OUT })。結(jié)溫可通過公式(T{J}=T{A}+left(theta{JA} × P{Loss }right))估算，其中(theta{JA})為封裝的結(jié)到環(huán)境熱阻（四層板為85.3°C/W）。如果應用中有熱管理系統(tǒng)，可通過公式(T{J}=T{E P}+left(theta{J C} × P{L O S S}right))估算結(jié)溫，其中(theta_{JC})為結(jié)到外殼的熱阻（8.9°C/W）。

八、PCB布局指南

PCB布局對于MAX17623/MAX17624的性能至關(guān)重要。為了實現(xiàn)干凈、穩(wěn)定的運行，應遵循以下布局原則：

• 輸入輸出電容：輸入電容應盡可能靠近IN和GND引腳，輸出電容應盡可能靠近OUT和GND引腳，以減少寄生電感和電阻。
• 反饋電阻：電阻反饋分壓器應盡可能靠近FB引腳，以確保反饋信號的準確性。
• 接地平面：所有GND連接應連接到盡可能大的銅平面區(qū)域，以降低接地阻抗。
• 電源走線：承載脈動電流的走線應短而寬，以減少寄生電感。
• 過孔使用：使用多個過孔將內(nèi)部GND平面連接到頂層GND平面，提高散熱性能。

九、典型應用電路

文檔中給出了多個典型應用電路，包括0.8V、1.5V和3.3V輸出的電路示例。這些電路詳細列出了各個元件的參數(shù)和型號，為工程師的實際設計提供了參考。例如，在0.8V、1A的典型應用電路中，使用了1.5μH的電感、22μF的輸出電容和2.2μF的輸入電容。

十、總結(jié)

MAX17623和MAX17624同步降壓轉(zhuǎn)換器以其高性能、高集成度和豐富的保護功能，為電子工程師提供了一種優(yōu)秀的電源管理解決方案。無論是在電池供電的便攜式設備，還是工業(yè)傳感器和分布式電源系統(tǒng)中，這兩款轉(zhuǎn)換器都能夠發(fā)揮出其獨特的優(yōu)勢。在實際設計過程中，工程師需要根據(jù)具體的應用需求，合理選擇元件參數(shù)，優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮這兩款轉(zhuǎn)換器的性能。你在使用類似電源轉(zhuǎn)換器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。