MAX77756：24V輸入、500mA降壓調(diào)節(jié)器的卓越之選

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效、可靠且功能豐富的降壓調(diào)節(jié)器一直是工程師們追求的目標。今天，我們就來深入探討一款具有獨特優(yōu)勢的降壓調(diào)節(jié)器——MAX77756。

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一、產(chǎn)品概述

MAX77756是一款同步500mA降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，集成了雙輸入電源多路復(fù)用器（MUX）。它的輸入電源范圍極寬，從3.0V到24V，這使得它能夠適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境。其默認輸出電壓在出廠時可被編程為1.8V、3.3V或5.0V，而且還能通過外部電阻或I2C串行接口進一步調(diào)整輸出電壓，靈活性極高。

二、產(chǎn)品優(yōu)勢與特性

（一）寬輸入電源

• 電壓范圍廣：支持3V至24V的電源電壓，能適配多種電源，無論是低電壓的電池供電還是高電壓的外部電源都能輕松應(yīng)對。
• 輸出電流大：最大輸出電流可達500mA，能滿足大多數(shù)中小功率設(shè)備的需求。
• 輸出電壓靈活：除了出廠預(yù)設(shè)的1.8V、3.3V、5.0V，還可通過I2C控制在1.5V至7.5V之間以50mV為步長進行調(diào)節(jié)，也能通過外部反饋電阻將輸出電壓設(shè)置在1V至99% VSUP之間。
• 多種使能方式：支持硬件或軟件使能，方便工程師根據(jù)實際需求進行靈活控制。

（二）雙輸入電源MUX

• 自動選壓：能自動從兩個不同的輸入源中選擇較高電壓為降壓轉(zhuǎn)換器供電，避免了使用普通共陰極二極管陣列時的功率損耗，采用250mΩ MOSFET，有效降低了功耗、物料清單成本和解決方案尺寸。
• 防交叉導(dǎo)通：控制電路確保MUX每次只有一個通道導(dǎo)通，防止輸入源之間的交叉導(dǎo)通。對于單輸入應(yīng)用，還可繞過MUX，直接從SUP引腳為降壓轉(zhuǎn)換器供電。

（三）低靜態(tài)電流

• 極低功耗：在僅由SUP供電時，靜態(tài)電流僅為1.5μA；由IN1/IN2供電時，靜態(tài)電流為19μA，非常適合需要長時間待機的設(shè)備。
• 高效節(jié)能：在12VSUP、3.3VOUT的條件下，峰值效率可達88%，能有效降低設(shè)備的功耗。

（四）安全易用

• 多重保護：具備短路打嗝模式和熱保護功能，能有效保護設(shè)備免受異常情況的損壞。
• 軟啟動功能：8ms的軟啟動時間可限制啟動時的浪涌電流，確保設(shè)備的穩(wěn)定啟動。
• 頻譜擴展：支持軟件啟用的頻譜擴展功能，可降低電磁干擾。
• 電流可設(shè)：通過引腳可編程設(shè)置電感峰值電流水平，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

（五）小尺寸封裝

采用2.33mm x 1.42mm（最大高度0.7mm）的15凸點晶圓級封裝（WLP），節(jié)省了電路板空間，適合對尺寸要求較高的應(yīng)用。

三、電氣特性

（一）降壓轉(zhuǎn)換器

• 輸入電壓范圍：SUP電壓范圍為3V至24V，SUP欠壓鎖定（VUVLO）在Vsup上升時為2.75 - 3.0V，具有300mV的滯回。
• 靜態(tài)電流：SUP靜態(tài)電流在不同輸出電壓和負載條件下有所不同，例如在ILOAD = 0mA、VOUT = 1.8V時，典型值為6μA，最大值為18μA。
• 輸出電壓精度：在不同的輸入電壓、輸出電流和溫度條件下，輸出電壓精度都能保持在較高水平，如1.8V工廠默認版本在VSUP = 12V、IOUT = 250mA、TA = +25°C時，輸出電壓范圍為1.78 - 1.82V。

（二）電源多路復(fù)用器

• 工作電壓：IN1/IN2的最小初始工作電壓為VUVLO + 0.7V。
• 靜態(tài)電流：在不同的輸出電壓和輸入電壓條件下，IN1/IN2的靜態(tài)電流有所不同，例如VOUT = 1.8V、VIN1或VIN2 = 12V、ILOAD = 0mA時，典型值為38μA，最大值為100μA。

（三）其他特性

還包括FB電壓精度、軟啟動斜坡時間、MOSFET導(dǎo)通電阻、峰值電流限制、谷值電流閾值等眾多電氣特性，這些特性共同保證了MAX77756的高性能和穩(wěn)定性。

四、典型工作特性

通過一系列的圖表展示了SUP靜態(tài)電流、INx靜態(tài)電流、效率與負載、負載調(diào)節(jié)、線路調(diào)節(jié)等典型工作特性隨電壓、溫度和負載的變化情況。這些特性曲線為工程師在實際應(yīng)用中選擇合適的工作條件提供了重要參考。

五、引腳配置與功能

MAX77756采用15凸點的WLP封裝，每個引腳都有其特定的功能：

• IN1和IN2：電源MUX的輸入引腳，具有相等的優(yōu)先級，可連接不同的電源。
• SUP：電源MUX的輸出和降壓轉(zhuǎn)換器的電源輸入引腳，需用1μF陶瓷電容旁路至PGND。
• BST：高端FET驅(qū)動器電源引腳，需連接0.1uF陶瓷電容至LX。
• LX：開關(guān)節(jié)點，轉(zhuǎn)換器禁用時為高阻抗。
• PGND：電源地，需與AGND在PCB上連接。
• AGND：安靜地，BIAS旁路電容需連接至此。
• POK：開漏電源OK輸出引腳，需外接上拉電阻。
• BIAS：低壓內(nèi)部IC電源引腳，需用1μF陶瓷電容旁路至AGND。
• OUT/FB：內(nèi)部反饋版本為輸出電壓感測輸入引腳，外部反饋版本為反饋輸入引腳。
• EN：使能輸入引腳，可通過硬件或軟件控制設(shè)備的啟用和禁用。
• VIO：I2C串行接口電壓電源引腳，不使用時可連接至PGND。
• SCL和SDA：I2C串行接口的時鐘和數(shù)據(jù)線，需外接上拉電阻。
• ILIM：LX峰值電流限制設(shè)置輸入引腳，可通過連接PGND或BIAS來設(shè)置不同的峰值電流。

六、詳細工作原理

（一）雙輸入電源MUX

該MUX集成了兩個輸入（IN1和IN2）和一個輸出（SUP），通過P型MOSFET實現(xiàn)。它能自動選擇VIN1或VIN2中較高的電壓連接到SUP為降壓轉(zhuǎn)換器供電，且具有切換滯回功能，避免頻繁切換。當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器禁用時，兩個通道均關(guān)閉。

（二）降壓調(diào)節(jié)器控制方案

采用PWM峰值電流模式控制方案和負載線架構(gòu)。峰值電流模式控制能精確控制電感電流，并對輸入電壓變化進行固有補償。負載線架構(gòu)使輸出電壓在無負載時略高于標稱調(diào)節(jié)值，在滿載時略低于標稱調(diào)節(jié)值，能有效應(yīng)對負載瞬變，減少輸出電容需求。

（三）SKIP模式操作

降壓轉(zhuǎn)換器永久工作在SKIP模式，并能過渡到待機模式。在輕負載時，若電感電流在關(guān)斷期間低于IZX（典型值40mA），則強制低端MOSFET關(guān)斷，減少開關(guān)周期，提高效率。當(dāng)輸出電壓在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)且負載非常輕時，自動進入待機模式，降低IQ消耗。

（四）使能控制

通過將EN引腳電壓升高到VEN_HI以上（或連接到SUP）來啟用IC，將EN引腳電壓拉低到PGND來禁用IC。使用I2C控制時，EN引腳與使能位（EN_BIT）相互作用，默認邏輯關(guān)系為OR，可通過EN_CTRL位切換為AND。

（五）BIAS調(diào)節(jié)器

集成的5V（VBIAS）線性調(diào)節(jié)器為內(nèi)部電路塊供電。對于內(nèi)部反饋版本，當(dāng)VOUT - REG在3.3V至5.0V之間時，BIAS調(diào)節(jié)器在輸出電壓穩(wěn)定后會停用，BIAS節(jié)點內(nèi)部連接到OUT，提高電源效率。對于外部反饋版本，BIAS調(diào)節(jié)器始終處于激活狀態(tài)。

（六）軟啟動

內(nèi)部軟啟動定時器（tSS）控制VOUT的斜坡時間，限制啟動時的浪涌電流。SOFT_ST可將tSS設(shè)置為8ms或4ms，默認值為8ms。

（七）Power - OK（POK）輸出

開漏POK輸出用于監(jiān)測輸出電壓，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出高于標稱調(diào)節(jié)電壓（VOUT - REG）的92%時，POK變?yōu)楦咦杩?；?dāng)輸出低于90%時，POK變?yōu)榈碗娖健?/p>

（八）峰值電感電流限制（ILIM）

高側(cè)MOSFET峰值電流限制（ILX - PEAK）可通過寄存器或引腳編程。連接ILIM到PGND可將ILX - PEAK設(shè)置為700mA，通過I2C可在700mA至1000mA之間以100mA為步長進行調(diào)節(jié)；連接ILIM到高于VILIM_HI的電壓可將ILX - PEAK固定為1000mA。

（九）短路打嗝模式和熱保護

當(dāng)輸出過載時，逐周期電流限制可防止電感電流超過ILX - PEAK。若VOUT低于編程的VOUT - REG的25%且連續(xù)15個導(dǎo)通時間因電流限制而結(jié)束，降壓轉(zhuǎn)換器將停止切換，等待tRETRY（典型值15ms）后嘗試軟啟動。當(dāng)Vout低于目標值的25%時，若電感電流未低于ILX - VALLEY（典型值500mA），則防止新的導(dǎo)通時間開始。

（十）頻譜擴展選項

通過將S_SPECT位設(shè)置為1可啟用頻譜擴展操作，此時開關(guān)頻率將在1MHz的基礎(chǔ)上±6%變化，調(diào)制信號為周期256μs的三角波。

（十一）寄存器復(fù)位條件

當(dāng)VSUP低于UVLO下降閾值（典型值2.6V）或VIO引腳電壓無效（< 1.7V）時，內(nèi)部配置寄存器將復(fù)位到默認值。

（十二）串行接口

MAX77756具有兼容I2C Revision 3.0的2線串行接口，包括雙向串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時鐘線（SCL），作為從設(shè)備工作，支持0Hz至3.4MHz的時鐘速率。I2C接口的電源來自VIO，數(shù)據(jù)傳輸遵循特定的協(xié)議，包括起始條件、停止條件、確認位等。

七、應(yīng)用信息

（一）電容選擇

• 輸入電容：雙輸入應(yīng)用中，IN1和IN2需用2.2μF陶瓷電容旁路至PGND，SUP用1μF陶瓷電容旁路至PGND；單輸入應(yīng)用中，CSUP可選2.2μF標稱電容。電容電壓額定值應(yīng)大于系統(tǒng)預(yù)期輸入電壓，且需考慮陶瓷電容的直流偏置降額問題。
• 輸出電容：選擇22μF的輸出旁路電容，其ESR應(yīng)足夠低以滿足輸出紋波和負載瞬變要求，電容值大小需綜合考慮負載瞬變性能和軟啟動及輸出電壓變化時的輸入浪涌電流。

（二）電感選擇

電感的飽和電流應(yīng)大于或等于最大峰值電流限制設(shè)置（ILX - PEAK），RMS電流額定值應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)預(yù)期負載電流選擇。根據(jù)VOUT設(shè)置選擇合適的電感值，確保峰值電感紋波電流（IPEAK）低于高側(cè)MOSFET峰值電流限制。

（三）限制峰值浪涌電流

需將IN1或IN2到SUP的峰值浪涌電流限制在4.1A以內(nèi)，可通過降低輸入電壓的斜率和/或減小SUP電容值來實現(xiàn)。不建議使用預(yù)充電電壓源進行熱插拔，以免產(chǎn)生過大的浪涌電流。

（四）設(shè)置輸出電壓（MAX77756D）

外部反饋版本（MAX77756D）通過電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，計算公式為(R{TOP }=R{BOT} timesleft[frac{V{OUT }}{V{FB}}-1right])，其中(V_{FB})為1V。內(nèi)部反饋版本可通過更改V_OUTREG[7:0]的位來編程輸出電壓。

（五）PCB布局指南

• SUP電容應(yīng)緊鄰SUP引腳放置，以有效解耦高頻噪聲。
• 輸入電容應(yīng)緊鄰各自的輸入引腳。
• 電感和輸出電容應(yīng)靠近器件，減小環(huán)路面積。
• LX與電感之間的走線應(yīng)短而寬，減少輻射發(fā)射。
• PGND和AGND應(yīng)在輸出電容的返回端連接。
• 電源走線和負載連接應(yīng)短而寬，以提高效率。
• BIAS電容的接地端應(yīng)緊鄰AGND引腳，并通過短而寬的走線連接。

八、應(yīng)用場景

（一）為USB Type - C電源傳輸端口控制器供電

適用于使用USB Type - C進行充電的電池供電系統(tǒng)，雙輸入電源MUX可確保設(shè)備始終有電源供應(yīng)，低IQ消耗可使設(shè)備保持始終開啟狀態(tài)，3V - 24V的輸入電壓范圍可覆蓋整個PD電壓范圍，硬件或軟件使能提供了靈活的控制方式。

（二）為始終開啟的時鐘和傳感器提供備用電源

集成的雙輸入電源MUX可在主電源突然中斷時，無縫切換到備用電源，確保關(guān)鍵電路的正常運行，VOUT幾乎不受影響。

（三）創(chuàng)建即時開啟系統(tǒng)

可用于實現(xiàn)即時開啟的電池充電系統(tǒng)，電池充電器從USB電源充電，雙輸入電源MUX選擇較高電壓（USB）為降壓轉(zhuǎn)換器供電，USB斷開時切換到電池電源。

九、總結(jié)

MAX77756憑借其寬輸入電源范圍、雙輸入電源MUX、低靜態(tài)電流、安全易用、小尺寸封裝等諸多優(yōu)勢，在電源管理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。無論是在USB Type - C設(shè)備、始終開啟的電路還是即時開啟系統(tǒng)中，都能發(fā)揮出色的性能。工程師們在設(shè)計電源管理電路時，不妨考慮這款優(yōu)秀的降壓調(diào)節(jié)器，它將為你的設(shè)計帶來更多的便利和可靠性。

你在實際應(yīng)用中是否使用過類似的降壓調(diào)節(jié)器？在設(shè)計過程中遇到過哪些問題？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。