MAX16963：高效雙路2.2MHz低壓降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計與應(yīng)用

在電子設(shè)計領(lǐng)域，DC - DC轉(zhuǎn)換器是電源管理的關(guān)鍵組件。今天要給大家介紹的是Maxim Integrated推出的MAX16963，一款高性能的雙路2.2MHz低壓降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX16963是一款高效的雙路同步降壓轉(zhuǎn)換器，其輸入電壓范圍為2.7V至5.5V，輸出電壓范圍為0.8V至3.6V，每個輸出可提供高達1.5A的負載電流。在負載、線路和溫度范圍內(nèi)，它能實現(xiàn)±3%的輸出誤差，非常適合板載負載點和后級調(diào)節(jié)應(yīng)用。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

1. 高頻與高效設(shè)計

• 2.2MHz固定頻率PWM模式：具有良好的抗噪能力和負載瞬態(tài)響應(yīng)。同時，2.2MHz的工作頻率允許使用全陶瓷電容設(shè)計和小尺寸外部組件，減小了電路板空間。
• 跳頻模式：在輕載運行時可提高效率，靜態(tài)電流僅36μA。
• 擴頻頻率調(diào)制：可將開關(guān)頻率產(chǎn)生的輻射電磁干擾降至最低。

2. 低損耗與易布局

板載低RDSON開關(guān)有助于在重載時將效率損失降至最低，并減少關(guān)鍵/寄生電感，相比分立解決方案，大大簡化了布局。遵循簡單的布局和封裝尺寸，可確保新設(shè)計一次成功。

3. 靈活的輸出電壓設(shè)置

提供工廠預(yù)設(shè)輸出電壓和可調(diào)輸出電壓兩種版本。工廠預(yù)設(shè)版本無需使用外部電阻即可實現(xiàn)±3%的輸出電壓精度；可調(diào)版本則可通過外部電阻分壓器將輸出電壓設(shè)置為0.8V至3.6V之間的任意值。

4. 全面的保護功能

具備8ms固定軟啟動、16ms固定電源正常延遲、過流和過溫保護等功能，可有效保護設(shè)備和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

三、電氣特性詳解

1. 電源相關(guān)參數(shù)

• 電源電壓范圍：正常工作時為2.7V至5.5V。
• 電源電流：無負載時，典型值為36μA，最大值為60μA。
• 關(guān)斷電源電流：在TA = +25°C，V_EN1 = V_EN2 = 0V時，典型值為1μA，最大值為5μA。

2. 轉(zhuǎn)換器參數(shù)

• 反饋調(diào)節(jié)電壓：兩個轉(zhuǎn)換器的FB調(diào)節(jié)電壓典型值均為800mV。
• 反饋設(shè)定點精度：負載電流在4%至100%時，精度為±3%；負載電流為0%時，精度為±0.5%至+3%。
• MOS管導通電阻：pMOS和nMOS的導通電阻在特定條件下有相應(yīng)的典型值和最大值。
• 最大輸出電流：每個轉(zhuǎn)換器的最大輸出電流可達1.5A。

3. 其他參數(shù)

• 振蕩器頻率：典型值為2.2MHz，擴頻啟用時頻率偏差為±6%。
• SYNC輸入頻率范圍：50%占空比時為1.7MHz至2.4MHz。
• 熱過載保護：熱關(guān)斷閾值為165°C，熱關(guān)斷遲滯為15°C。

四、應(yīng)用設(shè)計要點

1. 可調(diào)輸出電壓設(shè)置

對于可調(diào)輸出電壓版本，可通過連接從輸出（VOUT_）到OUTS_再到GND的電阻分壓器來設(shè)置輸出電壓。選擇R2（OUTS到GND的電阻）小于或等于100kΩ，使用公式(R 1=R 2left[left(frac{V{OUT }}{V{OUTS }}right)-1right])計算R1（VOUT_到OUTS_的電阻），其中(VoUTS =800 mV)。同時，外部反饋電阻分壓器需進行頻率補償，可在電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)中的每個電阻兩端放置電容，電容值使用公式(C 1=10 pFleft(frac{R 2}{R 1}right))確定。

2. 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）。通過公式(L{MIN 1}=left[left(V{IN }-V{OUT }right) timesleft(frac{V{OUT }}{V{IN }}right) timesleft(frac{3}{f{OP } × V{REF } × G{CS}}right)right])和(L{MIN 2}=V{OUT } × frac{mu S}{1.6 × V{REF } × G{CS}})計算最小電感值，取兩者中的較大值作為(L{MIN})，且(L{MAX}=2 × L_{MIN})。

3. 電容選擇

• 輸入電容：輸入濾波電容可降低從電源汲取的峰值電流，減少電路開關(guān)引起的輸入噪聲和電壓紋波。根據(jù)公式計算輸入電容的RMS電流要求，選擇在RMS輸入電流下自熱溫度上升小于+10°C的輸入電容，以確保長期可靠性。同時，使用低ESR陶瓷電容，并根據(jù)公式計算輸入電容和ESR。
• 輸出電容：根據(jù)輸出電壓、最大設(shè)備電流能力和誤差放大器電壓增益，使用公式(C{OUT (MIN) }=frac{V{REF} × G{EAMP }}{2 pi × f{CO} × V{OUT} × R{CS}})確定所需的輸出電容值。

4. PCB布局準則

• 使用多層板以提高抗噪能力和功率耗散。
• 在MAX16963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，將MAX16963的底部焊盤焊接到該銅平面上，并使用多個過孔或單個大過孔進行散熱。
• 將功率組件和高電流路徑與敏感模擬電路隔離，防止噪聲耦合到模擬信號中。
• 在PV1、PV2和PV附近添加小尺寸、低自諧振頻率的阻塞電容。
• 保持高電流路徑短，尤其是接地端子，以確保穩(wěn)定、無抖動的操作。
• 保持電源走線和負載連接短，使用厚銅PCB（2oz vs. 1oz）以提高滿載效率。
• 對于具有外部反饋選項的設(shè)備，OUTS_對噪聲敏感，電阻網(wǎng)絡(luò)R1、R2和C1應(yīng)靠近OUTS_放置，遠離LX_節(jié)點和高開關(guān)電流路徑，R2的接地節(jié)點應(yīng)靠近GND。
• 模擬和功率部分的接地連接應(yīng)靠近IC，以最小化接地電流環(huán)路。

五、總結(jié)

MAX16963憑借其高效、靈活和全面的保護功能，為電子工程師在電源管理設(shè)計中提供了一個優(yōu)秀的選擇。無論是汽車后級調(diào)節(jié)、工業(yè)/軍事應(yīng)用還是負載點應(yīng)用，MAX16963都能滿足需求。在設(shè)計過程中，合理選擇電感、電容，遵循PCB布局準則，將有助于充分發(fā)揮MAX16963的性能優(yōu)勢。大家在實際應(yīng)用中遇到過哪些電源管理方面的問題呢？不妨在評論區(qū)分享交流。