MAX16936/MAX16938：高性能降壓轉(zhuǎn)換器的理想之選

在電子設(shè)計領(lǐng)域，降壓轉(zhuǎn)換器是不可或缺的關(guān)鍵組件，它能夠?qū)⑤^高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的穩(wěn)定輸出電壓，以滿足不同電子設(shè)備的供電需求。今天，我們將深入探討 Maxim Integrated 推出的 MAX16936/MAX16938 36V、220kHz 至 2.2MHz 降壓轉(zhuǎn)換器，看看它有哪些獨(dú)特的特性和優(yōu)勢。

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一、產(chǎn)品概述

MAX16936/MAX16938 是兩款集成了高端和低端 MOSFET 的 2.5A 電流模式降壓轉(zhuǎn)換器。為了提高效率，它們設(shè)計為與外部肖特基二極管配合使用。在輕負(fù)載應(yīng)用中，低端 MOSFET 可實(shí)現(xiàn)固定頻率強(qiáng)制 PWM（FPWM）操作。

該轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍為 3.5V 至 36V，無負(fù)載時僅消耗 28μA 的靜態(tài)電流。開關(guān)頻率可通過電阻在 220kHz 至 2.2MHz 之間進(jìn)行編程，還能與外部時鐘同步。輸出電壓有 5V/3.3V 固定輸出或 1V 至 10V 可調(diào)輸出兩種選擇。其寬輸入電壓范圍以及在欠壓瞬變期間以 98% 占空比運(yùn)行的能力，使其非常適合汽車和工業(yè)應(yīng)用。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

2.1 集成與高頻特性節(jié)省空間

• 集成 2.5A 高端開關(guān)：減少了外部組件的使用，降低了電路復(fù)雜度和 PCB 面積。
• 低 BOM 數(shù)量電流模式控制架構(gòu)：簡化了設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性。
• 固定輸出電壓精度高：5V/3.3V 固定輸出電壓的精度為 ±2%，也可通過外部電阻在 1V 至 10V 范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
• 三種工作模式：支持跳過模式、強(qiáng)制固定頻率操作和外部頻率同步，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求靈活選擇。
• 自動 LX 壓擺率調(diào)整：在整個工作頻率范圍內(nèi)優(yōu)化效率，減少 EMI 干擾。

2.2 支持級聯(lián)電源

SYNCOUT 引腳提供 180° 異相時鐘輸出，可用于創(chuàng)建多個設(shè)備的級聯(lián)電源，增加功率輸出。

2.3 降低 EMI 排放

采用擴(kuò)頻頻率調(diào)制技術(shù)，有效降低 EMI 排放，滿足對電磁兼容性要求較高的應(yīng)用。

2.4 寬輸入電壓范圍適應(yīng)汽車應(yīng)用

• 輸入電壓范圍 3.5V 至 36V：能夠適應(yīng)汽車電氣系統(tǒng)中各種復(fù)雜的電壓變化。
• 使能輸入兼容 3.3V 邏輯電平至 42V：方便與不同的控制信號接口。

2.5 強(qiáng)大的性能保障

• 42V 負(fù)載突降保護(hù)：保護(hù)轉(zhuǎn)換器免受汽車電氣系統(tǒng)中負(fù)載突降事件的影響。
• -40°C 至 +125°C 汽車溫度范圍：確保在惡劣的汽車環(huán)境中穩(wěn)定工作。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)芯片溫度過高時自動關(guān)斷，防止損壞。
• AEC - Q100 認(rèn)證：符合汽車級標(biāo)準(zhǔn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

2.6 電源良好輸出與過壓保護(hù)

• 電源良好輸出（PGOOD）：可用于電源排序，方便系統(tǒng)設(shè)計。
• 過壓保護(hù)：MAX16938 提供更嚴(yán)格的過壓保護(hù)，減少過沖電壓。

三、電氣特性詳解

3.1 電源電壓與電流

• 電源電壓：VSUP 和 VSUPSW 的輸入電壓范圍為 3.5V 至 36V，負(fù)載突降事件時可承受 42V 電壓。
• 電源電流：待機(jī)模式下，無負(fù)載時的電源電流僅為 28μA（典型值），關(guān)斷模式下為 5μA（典型值）。

3.2 輸出電壓

• FPWM 模式輸出電壓：5V 輸出時典型值為 4.9V 至 5.1V，3.3V 輸出時典型值為 3.234V 至 3.366V。
• 跳過模式輸出電壓：5V 輸出時典型值為 4.9V 至 5.15V，3.3V 輸出時典型值為 3.234V 至 3.4V。

3.3 其他特性

• 振蕩器頻率：可通過電阻從 220kHz 至 2.2MHz 進(jìn)行編程。
• 外部時鐘輸入：可與外部時鐘同步，同步時間為 1 個周期。
• 軟啟動時間：典型值為 5.6ms 至 12ms。

四、應(yīng)用信息

4.1 設(shè)置輸出電壓

若需要固定的 +5V/+3.3V 輸出電壓，可將 FB 引腳連接到 BIAS；若要設(shè)置為 1V 至 10V 之間的其他電壓，可連接一個電阻分壓器從輸出（OUT）到 FB 和 AGND。計算公式如下： [R{FB 2}=R{TOTAL } × V{FB} / V{OUT }] [R{FB 1}=R{FB 2}left[left(frac{V{OUT }}{V{FB}}right)-1right]] 其中 (V{FB}=1 ~V)，(R{TOTAL}) 是 (R{FB 1}) 和 (R{FB 2}) 的總電阻，(V_{OUT}) 是所需的輸出電壓。

4.2 FPWM/跳過模式

MAX16936/MAX16938 提供引腳可選的跳過模式或固定頻率 PWM 模式。當(dāng) FSYNC 引腳連接到 (V_{BIAS}) 或有時鐘信號時，啟用固定頻率強(qiáng)制 PWM 模式；若 FSYNC 引腳連接到 GND，則啟用跳過模式。跳過模式在輕負(fù)載應(yīng)用中可提高效率。

4.3 電感選擇

選擇電感時，需要考慮電感值（L）、電感飽和電流（ISAT）和直流電阻（RDCR）。電感值可根據(jù)以下公式計算： [L=frac{V{OUT }left(V{SUP }-V{OUT }right)}{V{SUP } f{SW } I{OUT } LIR }] 其中 (LIR) 是電感峰 - 峰交流電流與直流平均電流的比值，通常選擇 0.3。

4.4 輸入和輸出電容

• 輸入電容：用于減少從電源吸取的峰值電流，降低輸入噪聲和電壓紋波。輸入電容的 RMS 電流要求可通過公式計算： [I{RMS }=I{LOAD(MAX) } frac{sqrt{V{OUT }left(V{SUP }-V{OUT }right)}}{V{SUP }}] 應(yīng)選擇在 RMS 輸入電流下自熱溫度上升小于 +10°C 的輸入電容。
• 輸出電容：需要具有足夠低的 ESR 以滿足輸出紋波和負(fù)載瞬態(tài)要求。輸出電容的大小取決于滿足輸出電壓紋波規(guī)格所需的最大 ESR： [V{RIPPLE }(P - P)=ESR × I{LOAD(MAX) } × LIR]

4.5 整流器選擇

在跳過模式操作時，需要一個外部肖特基二極管整流器作為續(xù)流二極管。應(yīng)選擇電壓額定值大于最大預(yù)期輸入電壓 VSUPSW 的整流器，并盡量選擇正向電壓降較低的肖特基二極管。

4.6 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

該轉(zhuǎn)換器使用內(nèi)部跨導(dǎo)誤差放大器，其反相輸入和輸出可供用戶進(jìn)行外部頻率補(bǔ)償。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計對于環(huán)路穩(wěn)定性至關(guān)重要，可根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整。

五、PCB 布局指南

為了實(shí)現(xiàn)低開關(guān)損耗和穩(wěn)定的操作，PCB 布局非常關(guān)鍵。以下是一些 PCB 布局的建議：

• 使用大面積銅平面：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，并將 IC 的底部焊盤焊接到該銅平面上，以實(shí)現(xiàn)有效的散熱。
• 隔離功率組件和敏感電路：將功率組件和高電流路徑與敏感的模擬電路隔離開來，避免噪聲耦合到模擬信號中。
• 縮短高電流路徑：保持高電流路徑盡可能短，特別是在接地端子處，以確保穩(wěn)定、無抖動的操作。
• 縮短功率走線和負(fù)載連接：使用厚銅 PCB 提高滿載效率。
• 避免模擬信號靠近高頻平面：確保反饋到 IC 的敏感信號的完整性。
• 合理布置接地連接：模擬和功率部分的接地連接應(yīng)靠近 IC，以減少接地電流環(huán)路。

六、訂購信息

MAX16936/MAX16938 提供多種型號可供選擇，包括不同的輸出電壓、擴(kuò)頻選項(xiàng)和封裝形式。具體的訂購信息可參考產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊。

總之，MAX16936/MAX16938 降壓轉(zhuǎn)換器以其高性能、高集成度和豐富的特性，為汽車和工業(yè)應(yīng)用提供了可靠的電源解決方案。在實(shí)際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇組件和進(jìn)行 PCB 布局，以充分發(fā)揮該轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢。你在使用類似降壓轉(zhuǎn)換器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。