MAX16935/MAX16939：36V、3.5A、2.2MHz降壓轉換器的卓越之選

在電子設計領域，電源管理芯片的性能直接影響著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。今天我們要深入探討的MAX16935/MAX16939降壓轉換器，憑借其出色的性能和豐富的功能，成為了汽車和工業(yè)應用中的理想選擇。

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一、產品概述

MAX16935/MAX16939是兩款集成了高端和低端MOSFET的3.5A電流模式降壓轉換器。為了提高效率，它們設計為與外部肖特基二極管配合使用。在輕負載應用中，低端MOSFET能夠實現(xiàn)固定頻率的強制PWM（FPWM）操作。

該系列轉換器的輸入電壓范圍為3.5V至36V，無負載時僅消耗28μA的靜態(tài)電流。開關頻率可通過電阻在220kHz至2.2MHz之間進行編程，還能與外部時鐘同步。輸出電壓有3.3V/5V固定輸出和1V至10V可調輸出兩種選擇。其寬輸入電壓范圍以及在欠壓瞬變期間能以98%占空比運行的能力，使其非常適合汽車和工業(yè)應用。

二、產品特性與優(yōu)勢

2.1 集成與高頻設計節(jié)省空間

• 集成3.5A高端開關：減少了外部元件的使用，降低了電路板空間需求。
• 低BOM成本的電流模式控制架構：簡化了設計，降低了成本。
• 固定輸出電壓精度±2%或外部電阻可調（1V至10V）：滿足不同應用的需求。
• 220kHz至2.2MHz開關頻率，三種操作模式：包括跳過模式、強制固定頻率操作和外部頻率同步，提供了靈活的設計選擇。
• 自動LX壓擺率調整：在整個工作頻率范圍內實現(xiàn)最佳效率。

2.2 180°異相時鐘輸出

SYNCOUT引腳提供180°異相時鐘輸出，可用于級聯(lián)電源，增加功率輸出。

2.3 擴頻頻率調制降低EMI

內部擴頻選項可優(yōu)化EMI性能，減少電磁干擾。

2.4 寬輸入電壓范圍支持汽車應用

• 3.5V至36V輸入電壓范圍（42V耐受）：適應汽車電源系統(tǒng)的電壓波動。
• 使能輸入兼容3.3V邏輯電平至42V：方便與各種控制信號接口。

2.5 強大的性能支持廣泛的汽車應用

• -40°C至+125°C汽車溫度范圍：確保在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。
• 熱關斷保護：防止芯片過熱損壞。
• AEC - Q100認證：符合汽車級標準。

2.6 電源良好輸出實現(xiàn)電源排序

PGOOD輸出可用于電源排序，方便系統(tǒng)設計。

2.7 過壓保護

MAX16939提供更嚴格的過壓保護，可減少過沖電壓。

三、電氣特性

3.1 電源電壓與電流

• 電源電壓：SUP和SUPSW引腳的輸入電壓范圍為3.5V至36V，負載突降事件時可耐受42V電壓。
• 電源電流：待機模式下，不同輸出電壓和型號的電源電流有所不同，典型值為22 - 32μA。
• 關斷電源電流：V_EN = 0V時，關斷電源電流典型值為5μA。

3.2 其他特性

• BIAS調節(jié)器電壓：在6V至42V輸入電壓下，輸出4.7 - 5.4V。
• 熱關斷閾值：典型值為+175°C，具有15°C的遲滯。

四、典型工作特性

通過一系列圖表展示了MAX16935/MAX16939在不同條件下的工作特性，包括輸出電壓負載調節(jié)、效率與負載電流關系、開關頻率與負載電流關系等。這些特性有助于工程師在設計時更好地了解芯片的性能，優(yōu)化電路設計。

五、引腳配置與功能

5.1 引腳配置

提供了TQFN和TSSOP兩種封裝的引腳配置圖，方便工程師進行電路板布局。

5.2 引腳功能

• SYNCOUT：開漏時鐘輸出，輸出與內部振蕩器180°異相的信號。
• FSYNC：同步輸入，用于選擇操作模式和頻率控制。
• FOSC：電阻可編程開關頻率設置控制輸入。
• OUT：開關調節(jié)器輸出，在待機模式下為內部電路供電。
• FB：反饋輸入，用于設置輸出電壓。
• COMP：誤差放大器輸出，需連接RC網絡以確保穩(wěn)定運行。
• BIAS：線性調節(jié)器輸出，為內部電路供電。
• AGND：模擬地。
• BST：高端驅動器電源。
• EN：使能輸入，高電平使能，低電平關斷。
• SUP：電壓電源輸入。
• SUPSW：內部高端開關電源輸入。
• LX：電感開關節(jié)點。
• PGND：功率地。
• PGOOD：開漏、低電平有效電源良好輸出。

六、詳細工作原理

6.1 寬輸入電壓范圍

該系列轉換器有兩個獨立的電源輸入（SUP和SUPSW），輸入電壓范圍為3.5V至36V。在冷啟動等情況下，輸入電壓可能低于輸出電壓，此時轉換器以高占空比模式運行，減少輸入到輸出的壓降。

6.2 線性調節(jié)器輸出（BIAS）

芯片內部集成了一個5V線性調節(jié)器（BIAS），為內部電路提供電源。需在BIAS引腳與AGND之間連接一個1μF陶瓷電容。

6.3 電源良好輸出（PGOOD）

PGOOD為開漏輸出，當輸出電壓高于其調節(jié)電壓的95%時，PGOOD置高；當輸出電壓低于92%時，PGOOD置低。

6.4 過壓保護（OVP）

當輸出電壓達到OVP閾值時，高端開關關閉，低端開關打開，直到達到負電流限制。MAX16939提供更低的過壓保護閾值。

6.5 同步輸入（FSYNC）

FSYNC為邏輯電平輸入，用于選擇操作模式和頻率控制。連接到BIAS或外部時鐘可啟用固定頻率FPWM操作；連接到AGND可啟用跳過模式。

6.6 系統(tǒng)使能（EN）

EN為使能控制輸入，高電平激活芯片，低電平關斷芯片。關斷時，內部線性調節(jié)器和柵極驅動器關閉，靜態(tài)電流降至5μA。

6.7 擴頻選項

芯片內部有擴頻選項，可優(yōu)化EMI性能。當與外部時鐘同步時，內部擴頻功能禁用，但會將外部時鐘的調制信號傳遞到SYNCOUT引腳。

6.8 自動壓擺率控制

芯片具有自動壓擺率調整功能，可優(yōu)化內部HSFET柵極驅動的上升時間，減少EMI。

6.9 內部振蕩器（FOSC）

開關頻率由連接在FOSC和AGND之間的電阻（RFOSC）設置。

6.10 同步輸出（SYNCOUT）

SYNCOUT為開漏輸出，輸出與內部振蕩器180°異相的信號。

6.11 過溫保護

當結溫超過175°C（典型值）時，內部熱傳感器關閉內部偏置調節(jié)器和降壓控制器，結溫下降15°C后重新開啟。

七、應用信息

7.1 設置輸出電壓

將FB連接到BIAS可獲得固定5V輸出電壓；若要設置其他輸出電壓，需連接一個電阻分壓器到FB和AGND。

7.2 FPWM/跳過模式

芯片提供引腳可選的跳過模式或固定頻率PWM模式。連接FSYNC到BIAS或外部時鐘可啟用固定頻率FPWM模式；連接到GND可啟用跳過模式。跳過模式可在輕負載應用中提高效率。

7.3 電感選擇

選擇電感時，需考慮電感值（L）、電感飽和電流（ISAT）和直流電阻（RDCR）。建議選擇30%峰 - 峰紋波電流與平均電流比（LIR = 0.3），并根據公式計算電感值。

7.4 輸入電容

輸入濾波電容可減少電源的峰值電流和輸入電壓紋波。需根據公式計算輸入電容的RMS電流和ESR，選擇低ESR、高紋波電流能力的陶瓷電容。

7.5 輸出電容

輸出濾波電容需具有足夠低的ESR以滿足輸出紋波和負載瞬態(tài)要求。通常根據ESR和電壓額定值選擇電容。

7.6 整流器選擇

在跳過模式下，需要一個外部肖特基二極管整流器作為續(xù)流二極管。選擇時，應選擇電壓額定值大于最大預期輸入電壓、正向電壓降低的肖特基二極管。

7.7 補償網絡

芯片使用內部跨導誤差放大器，輸出電容和補償網絡決定了環(huán)路穩(wěn)定性。對于陶瓷電容輸出濾波的應用，只需一個簡單的單串聯(lián)電阻（RC）和電容（CC）即可實現(xiàn)穩(wěn)定的高帶寬環(huán)路；對于其他類型的電容，可能需要添加另一個補償電容（CF）來抵消ESR零點。

八、PCB布局指南

8.1 散熱設計

在IC封裝下方使用大面積連續(xù)銅平面，確保散熱組件有足夠的散熱空間。IC底部焊盤必須焊接到該銅平面，以實現(xiàn)有效散熱。

8.2 隔離設計

將功率組件和高電流路徑與敏感的模擬電路隔離，防止噪聲耦合到模擬信號中。

8.3 縮短高電流路徑

保持高電流路徑短，特別是在接地端子處，以確保穩(wěn)定、無抖動的操作。

8.4 縮短功率走線和負載連接

使用厚銅PCB（2oz vs. 1oz）可提高滿載效率。

8.5 模擬信號布線

將模擬信號線遠離高頻平面，確保反饋到IC的敏感信號的完整性。

8.6 接地設計

模擬和功率部分的接地連接應靠近IC，以減少接地電流環(huán)路。

九、典型應用電路

文檔提供了典型應用電路圖，展示了各個元件的連接方式。在特定操作條件下（VBAT ≥25V、VOUT ≤5V、fSW ≥1.8MHz、FPWM模式啟用），需要在LX引腳添加一個1Ω電阻和220pF電容的濾波電路。

十、訂購信息

提供了不同型號的訂購信息，包括輸出電壓、擴頻選項、溫度范圍、封裝等。

MAX16935/MAX16939降壓轉換器以其豐富的功能和出色的性能，為汽車和工業(yè)應用提供了可靠的電源解決方案。工程師在設計時，應根據具體應用需求，合理選擇元件參數，優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮芯片的優(yōu)勢。你在使用這款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。