MAX17662：高效同步降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器的深度剖析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理芯片是至關(guān)重要的組成部分。今天要給大家詳細(xì)介紹一款高性能的同步降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器——MAX17662，它來(lái)自Analog Devices，具備諸多出色特性，能為電源設(shè)計(jì)帶來(lái)新的解決方案。

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一、產(chǎn)品概述

MAX17662是Himalaya系列電壓調(diào)節(jié)器IC的一員，該系列致力于提供更涼爽、更小且更簡(jiǎn)單的電源解決方案。MAX17662的輸入電壓范圍為3.5V至36V，能夠輸出高達(dá)2A的電流，輸出電壓可在0.6V至輸入電壓的90%之間進(jìn)行編程。其內(nèi)置的補(bǔ)償功能覆蓋了整個(gè)輸出電壓范圍，無(wú)需外部補(bǔ)償組件，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

二、關(guān)鍵特性

（一）高效節(jié)能

• 寬輸入電壓范圍：3.5V至36V的輸入電壓范圍，使其能夠適應(yīng)多種電源環(huán)境，無(wú)論是低電壓的電池供電系統(tǒng)，還是高電壓的工業(yè)電源，都能穩(wěn)定工作。
• 高轉(zhuǎn)換效率：具備高達(dá)95%的峰值效率，在全負(fù)載和輕負(fù)載條件下都能保持高效。通過(guò)DCM模式，可進(jìn)一步提高輕負(fù)載時(shí)的效率，降低功耗。
• 低靜態(tài)電流：關(guān)機(jī)電流僅為6.5μA，有效減少了待機(jī)功耗，延長(zhǎng)了電池續(xù)航時(shí)間。

（二）靈活配置

• 可調(diào)節(jié)輸出電壓：輸出電壓可在0.6V至輸入電壓的90%之間靈活調(diào)整，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。
• 可編程開(kāi)關(guān)頻率：開(kāi)關(guān)頻率可在400kHz至2.2MHz之間進(jìn)行編程，通過(guò)連接RT引腳到SGND的電阻來(lái)設(shè)置，能夠根據(jù)具體應(yīng)用優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率，減小解決方案的尺寸。

（三）可靠保護(hù)

• 過(guò)流保護(hù)：采用強(qiáng)大的過(guò)流保護(hù)（OCP）方案，在過(guò)載和輸出短路情況下保護(hù)設(shè)備。在啟動(dòng)時(shí)使用滯回電流控制，穩(wěn)態(tài)時(shí)采用逐周期峰值電流限制，當(dāng)反饋電壓異常時(shí)觸發(fā)打嗝模式，確保在短路情況下平均功耗較低。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)結(jié)溫超過(guò)+160°C時(shí)，片上熱傳感器會(huì)關(guān)閉設(shè)備，待溫度降低20°C后，設(shè)備會(huì)以軟啟動(dòng)方式重新開(kāi)啟，避免過(guò)熱損壞。
• 欠壓鎖定：具備可調(diào)節(jié)的輸入欠壓鎖定功能，確保在輸入電壓不穩(wěn)定時(shí)設(shè)備能夠正常工作。

三、工作模式

（一）PWM模式

在PWM模式下，電感電流允許為負(fù)，能夠提供恒定的開(kāi)關(guān)頻率，適用于對(duì)開(kāi)關(guān)頻率敏感的應(yīng)用。但在輕負(fù)載時(shí)，其效率相對(duì)DCM模式較低。

（二）DCM模式

DCM模式下，輕負(fù)載時(shí)電感電流可以不連續(xù)，不允許電感電流為負(fù)。在接近無(wú)負(fù)載條件下，會(huì)跳過(guò)開(kāi)關(guān)脈沖，從而在輕負(fù)載時(shí)具有更好的效率表現(xiàn)，且穩(wěn)態(tài)輸出電壓紋波與PWM模式相當(dāng)。

四、引腳功能

MAX17662采用16引腳TQFN - EP封裝，各引腳功能如下：

• EN/UVLO：?jiǎn)⒂?欠壓鎖定引腳，通過(guò)連接到VIN和SGND之間的電阻分壓器中心節(jié)點(diǎn)，可設(shè)置設(shè)備開(kāi)啟的輸入電壓。
• VCC：1.8V LDO輸出，需用2.2μF陶瓷電容旁路到SGND。
• SGND：信號(hào)地。
• MODE：用于配置設(shè)備工作在PWM或DCM模式。
• SS：軟啟動(dòng)輸入，連接電容到SGND可設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間。
• FB：反饋輸入，連接到輸出到SGND的外部電阻分壓器中心節(jié)點(diǎn)，用于設(shè)置輸出電壓。
• RT：可編程開(kāi)關(guān)頻率輸入，連接電阻到SGND可設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率。
• RESET：開(kāi)漏RESET輸出，用于監(jiān)測(cè)輸出電壓狀態(tài)。
• EXTVCC：外部偏置輸入，施加2.448V至12V電壓可繞過(guò)IN - LDO，提高轉(zhuǎn)換器效率。
• BST：連接0.1μF陶瓷電容到LX。
• LX：開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)引腳，連接到電感的開(kāi)關(guān)側(cè)。
• PGND：轉(zhuǎn)換器的電源接地引腳，需連接到電源接地平面。
• VIN：電源輸入引腳，輸入電壓范圍為3.5V至36V，需用至少2.2μF電容去耦到PGND。
• EP：暴露焊盤(pán)，需連接到IC的SGND引腳，并連接到帶有多個(gè)熱過(guò)孔的大平面，以實(shí)現(xiàn)最佳熱性能。

五、應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

（一）輸入電容選擇

輸入電容用于減少?gòu)碾娫醇橙〉姆逯惦娏鳎档洼斎腚妷杭y波。其RMS電流要求可通過(guò)公式 (I{RMS }=I{OUT(MAX) } × frac{sqrt{V{OUT } timesleft(V{IN }-V{OUT }right)}}{V{IN }}) 計(jì)算，選擇時(shí)應(yīng)確保在RMS輸入電流下溫度上升小于+10°C，推薦使用低ESR陶瓷電容，如X7R電容。輸入電容值可通過(guò)公式 (C{I N}=frac{I{OUT(MAX) } × D times(1-D)}{eta × f{SW} × Delta V{IN}}) 計(jì)算。

（二）電感選擇

電感的關(guān)鍵參數(shù)包括電感值（L）、飽和電流（ISAT）和直流電阻（RDCR）。電感值可根據(jù)公式 (L=frac{V{OUT }}{1.25 × f{SW}}) 計(jì)算，選擇時(shí)應(yīng)選擇最接近計(jì)算值、低損耗、直流電阻盡可能低的電感，且飽和電流應(yīng)高于IPEAK_LIMIT。

（三）輸出電容選擇

推薦使用X7R陶瓷輸出電容，其穩(wěn)定性好。輸出電容通常根據(jù)支持50%最大輸出電流的階躍負(fù)載進(jìn)行選型，以確保輸出電壓偏差在3%以內(nèi)。最小輸出電容值可通過(guò)公式 (C{OUT }=frac{1}{2} × frac{ I{STEP } × t{RESPONSE }}{Delta V{OUT }}) 計(jì)算，其中 (t{RESPONSE } cong frac{0.33}{f{C}}) 。

（四）軟啟動(dòng)電容選擇

通過(guò)連接電容從SS引腳到SGND可實(shí)現(xiàn)可調(diào)軟啟動(dòng)，以減少浪涌電流。軟啟動(dòng)電容值應(yīng)滿足 (C{SS} geq 28 × 10^{-6} × C{SEL} × V{OUT }) ，軟啟動(dòng)時(shí)間 (t{S S}=frac{C_{S S}}{8.325 × 10^{-6}}) 。

（五）設(shè)置輸入欠壓鎖定電平

通過(guò)連接從VIN到SGND的電阻分壓器到EN/UVLO引腳，可設(shè)置設(shè)備開(kāi)啟的電壓。選擇R1為3.3MΩ，R2可通過(guò)公式 (R 2=frac{R 1 × 1.25}{left(V_{INU }-1.25right)}) 計(jì)算。

（六）調(diào)整輸出電壓

輸出電壓可通過(guò)連接從輸出電壓節(jié)點(diǎn)到SGND的電阻分壓器到FB引腳進(jìn)行編程。電阻RTOP可通過(guò)公式 (R{TOP }=frac{203}{left(f{C} × C_{OUTSEL }right)}) 計(jì)算，電阻RBOT可通過(guò)公式 (R{BOT}=frac{R{TOP} × 0.6}{left(V{OUT }-0.6right)}) 計(jì)算。

六、PCB布局指南

• 減少電感影響：所有承載脈沖電流的連接應(yīng)盡可能短且寬，以減小電感。小電流環(huán)路面積可降低輻射EMI。
• 合理放置電容：陶瓷輸入濾波電容應(yīng)靠近IC的VIN引腳放置，VCC引腳的旁路電容也應(yīng)靠近引腳，以減少走線阻抗的影響。
• 分離接地：信號(hào)地和開(kāi)關(guān)電流的電源地應(yīng)分開(kāi)，在開(kāi)關(guān)活動(dòng)最小的點(diǎn)連接，保持信號(hào)地安靜，電源接地平面應(yīng)盡量連續(xù)。
• 散熱設(shè)計(jì)：在設(shè)備的暴露焊盤(pán)下方提供多個(gè)熱過(guò)孔連接到大型平面，以實(shí)現(xiàn)高效散熱。

七、總結(jié)

MAX17662以其高效、靈活、可靠的特性，為電源設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無(wú)論是工業(yè)控制電源、通用負(fù)載點(diǎn)電源，還是基站電源等應(yīng)用場(chǎng)景，MAX17662都能發(fā)揮出色的性能。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇外部組件，并遵循PCB布局指南，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。大家在使用過(guò)程中遇到任何問(wèn)題，歡迎在評(píng)論區(qū)交流討論。