MAX17503：4.5V - 60V、2.5A高效同步降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理一直是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。一款性能出色的DC - DC轉(zhuǎn)換器能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供穩(wěn)定、高效的電源供應(yīng)，從而保障整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。今天，我們就來詳細(xì)探討一下Maxim Integrated推出的MAX17503和MAX17503S這兩款高效同步降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX17503/MAX17503S屬于Himalaya系列電壓調(diào)節(jié)器IC，它們具備高集成度和出色的性能，能夠?qū)崿F(xiàn)更涼爽、更小且更簡(jiǎn)單的電源解決方案。該轉(zhuǎn)換器支持4.5V至60V的寬輸入電壓范圍，可提供高達(dá)2.5A的輸出電流，輸出電壓范圍為0.9V至90%VIN 。內(nèi)置補(bǔ)償功能使得在整個(gè)輸出電壓范圍內(nèi)無需外部補(bǔ)償組件，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。反饋（FB）調(diào)節(jié)精度在 - 40°C至 + 125°C的溫度范圍內(nèi)可達(dá)±1.1% 。

二、產(chǎn)品特性

（一）控制模式靈活

MAX17503/MAX17503S采用峰值電流模式控制架構(gòu)，通過MODE引腳可以實(shí)現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）、PFM（脈沖頻率調(diào)制）和DCM（不連續(xù)導(dǎo)通模式）三種控制模式。

• PWM模式：在所有負(fù)載下提供恒定頻率操作，適用于對(duì)開關(guān)頻率敏感的應(yīng)用。但在輕負(fù)載下，其效率相對(duì)PFM和DCM模式較低。
• PFM模式：禁用負(fù)電感電流，并在輕負(fù)載時(shí)跳過脈沖以提高效率。當(dāng)輸出電壓達(dá)到標(biāo)稱電壓的102.3%時(shí)，進(jìn)入休眠模式，以節(jié)省靜態(tài)電流；當(dāng)輸出電壓降至101.1%時(shí)，恢復(fù)正常工作。不過，該模式下輸出電壓紋波較大，且輕負(fù)載時(shí)開關(guān)頻率不恒定。
• DCM模式：在輕負(fù)載下實(shí)現(xiàn)恒定頻率操作，不跳過脈沖，僅禁用負(fù)電感電流，效率介于PWM和PFM模式之間。

（二）功能豐富

• 可編程軟啟動(dòng)：用戶可以通過連接電容到SS引腳來設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間，減少輸入浪涌電流。
• 輸出使能/輸入欠壓鎖定（EN/UVLO）：允許用戶在所需的輸入電壓水平下開啟器件。
• 開漏RESET引腳：在輸出電壓成功調(diào)節(jié)后，為系統(tǒng)提供延遲的電源良好信號(hào)。
• 外部時(shí)鐘同步（SYNC）：內(nèi)部振蕩器可與SYNC引腳的外部時(shí)鐘信號(hào)同步，外部時(shí)鐘頻率需在1.1 x fSW至1.4 x fSW之間，最小脈沖寬度應(yīng)大于50ns 。

（三）高效節(jié)能

• 高轉(zhuǎn)換效率：峰值效率可達(dá)94%，PFM和DCM模式在輕負(fù)載下具有較高的效率。
• 低靜態(tài)電流：關(guān)機(jī)電流典型值為2.8μA 。

（四）可靠運(yùn)行

• 打嗝模式電流限制和自動(dòng)重試啟動(dòng)：在過載和輸出短路情況下，提供強(qiáng)大的過流保護(hù)。
• 內(nèi)置輸出電壓監(jiān)控：通過RESET引腳監(jiān)控輸出電壓。
• 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 。

三、電氣特性

（一）輸入電源

輸入電壓范圍為4.5V至60V，輸入關(guān)機(jī)電流典型值為2.8μA 。不同模式下的輸入靜態(tài)電流也有所不同，例如在PFM模式下，VFB = 1V且MODE = open時(shí)，輸入靜態(tài)電流典型值為162μA 。

（二）使能/欠壓鎖定（EN/UVLO）

EN/UVLO閾值在上升和下降時(shí)有所不同，上升閾值典型值為1.215V，下降閾值典型值為1.09V 。輸入泄漏電流在V EN/UVLO = 0V且TA = + 25oC時(shí)，范圍為 - 50nA至 + 50nA 。

（三）LDO

VCC輸出電壓范圍在6V < VIN < 60V且IVCC = 1mA時(shí)為4.75V至5.25V 。VCC電流限制典型值為54mA，VCC壓差在VIN = 4.5V且IVCC = 20mA時(shí)為4.05V 。

（四）功率MOSFET和BST驅(qū)動(dòng)器

高端nMOS導(dǎo)通電阻典型值為165mΩ，低端nMOS導(dǎo)通電阻典型值為80mΩ 。LX泄漏電流在TA = + 25oC時(shí)，范圍為 - 2μA至 + 2μA 。

（五）軟啟動(dòng)（SS）

充電電流在VSS = 0.5V時(shí)，典型值為5μA 。

（六）反饋（FB）

FB調(diào)節(jié)電壓在 - 40oC ≤ TA ≤ + 125oC時(shí)，范圍為0.89V至0.91V 。FB輸入偏置電流在0 < VFB < 1V且TA = + 25oC時(shí)，范圍為 - 50nA至 + 50nA 。

（七）電流限制

峰值電流限制閾值典型值為3.7A，失控電流限制閾值典型值為4.3A，谷值電流限制閾值在不同模式下有所不同。

四、應(yīng)用信息

（一）元件選擇

• 輸入電容：輸入濾波電容可減少?gòu)碾娫醇橙〉姆逯惦娏鳎档洼斎腚妷杭y波。應(yīng)選擇在RMS輸入電流下溫度上升小于 + 10oC的電容，推薦使用低ESR陶瓷電容。輸入電容的RMS電流要求可通過公式計(jì)算，輸入電容值可根據(jù)公式[C{IN}=frac{I{OUT(MAX)} × D ×(1 - D)}{eta × f{SW} × Delta V{IN}}]計(jì)算。
• 電感：選擇電感時(shí)，需考慮電感值、飽和電流和直流電阻。電感值可根據(jù)公式[L=frac{V{OUT}}{f{SW}}]計(jì)算，飽和電流額定值應(yīng)高于峰值電流限制值3.7A 。
• 輸出電容：推薦使用X7R陶瓷輸出電容，其在工業(yè)應(yīng)用中具有良好的溫度穩(wěn)定性。輸出電容的大小應(yīng)能支持50%最大輸出電流的階躍負(fù)載，輸出電壓偏差控制在輸出電壓變化的3%以內(nèi)。最小輸出電容值可通過公式[C{OUT}=frac{1}{2} × frac{I{STEP} × t{RESPONSE}}{Delta V{OUT}}]計(jì)算。
• 軟啟動(dòng)電容：通過連接電容到SS引腳來設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間，最小軟啟動(dòng)電容值可根據(jù)公式[C{SS} geq 28 × 10^{-6} × C{SEL} × V{OUT}]計(jì)算，軟啟動(dòng)時(shí)間與電容值的關(guān)系為[t{SS}=frac{C_{SS}}{5.55 × 10^{-6}}]。

（二）參數(shù)設(shè)置

• 設(shè)置開關(guān)頻率（RT）：通過連接電阻從RT引腳到SGND可將開關(guān)頻率編程為100kHz至2.2MHz 。開關(guān)頻率與電阻值的關(guān)系為[R{RT} cong frac{21 × 10^{3}}{f{SW}}-1.7]，若RT引腳開路，器件將以默認(rèn)的500kHz頻率運(yùn)行。
• 設(shè)置輸入欠壓鎖定電平：通過連接電阻分壓器從VIN到SGND，并將分壓器的中心節(jié)點(diǎn)連接到EN/UVLO引腳，可設(shè)置器件開啟的電壓。
• 調(diào)節(jié)輸出電壓：通過連接電阻分壓器從輸出電容的正端到SGND，并將分壓器的中心節(jié)點(diǎn)連接到FB引腳，可設(shè)置輸出電壓。電阻R3和R4的值可根據(jù)公式計(jì)算。

（三）PCB布局指南

• 所有承載脈沖電流的連接應(yīng)盡可能短且寬，以減少電感。
• 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)靠近引腳放置。
• 模擬小信號(hào)地和開關(guān)電流的功率地應(yīng)分開，在VCC旁路電容的返回端連接。
• 接地平面應(yīng)盡可能連續(xù)，避免高開關(guān)電流的走線直接跨越接地平面的不連續(xù)處。
• 在器件的暴露焊盤下方應(yīng)提供多個(gè)熱過孔，以連接到大面積接地平面，提高散熱效率。

五、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了不同輸出電壓和開關(guān)頻率的典型應(yīng)用電路，包括5V輸出、500kHz開關(guān)頻率；3.3V輸出、500kHz開關(guān)頻率；5V輸出、1MHz開關(guān)頻率；3.3V輸出、1MHz開關(guān)頻率以及3.3V輸出、100kHz開關(guān)頻率等電路示例，為工程師的設(shè)計(jì)提供了參考。

六、總結(jié)

MAX17503/MAX17503S是一款功能強(qiáng)大、性能出色的同步降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，具有寬輸入電壓范圍、高轉(zhuǎn)換效率、靈活的控制模式和豐富的保護(hù)功能等優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)電源、基站電源、通用負(fù)載點(diǎn)等應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。工程師在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇元件、設(shè)置參數(shù)，并遵循PCB布局指南，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。大家在使用這款轉(zhuǎn)換器的過程中，有沒有遇到過什么問題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。