MAX17536：高效同步降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子設(shè)備的電源設(shè)計(jì)中，高效、穩(wěn)定的DC - DC轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入了解一下Maxim Integrated推出的MAX17536，一款4.5V至60V、4A的高效同步降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX17536集成了高端MOSFET，工作輸入電壓范圍為4.5V至60V，能夠提供高達(dá)4A的輸出電流，輸出電壓范圍從0.9V到0.9×VIN。其反饋（FB）電壓在 - 40°C至 + 125°C的溫度范圍內(nèi)精度可達(dá)±1.4%。采用峰值電流模式控制，可在脈沖寬度調(diào)制（PWM）、脈沖頻率調(diào)制（PFM）和不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）控制方案下運(yùn)行。該器件采用20引腳（5mm x 5mm）薄型QFN（TQFN）封裝，并且提供仿真模型。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX17536的應(yīng)用十分廣泛，涵蓋了工業(yè)電源、分布式電源調(diào)節(jié)、基站電源、墻式變壓器調(diào)節(jié)、高壓單板系統(tǒng)以及通用負(fù)載點(diǎn)等多個(gè)領(lǐng)域。

三、產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)與特性

3.1 減少外部組件和總成本

• 無(wú)肖特基同步操作，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
• 針對(duì)任何輸出電壓都有內(nèi)部補(bǔ)償，無(wú)需額外的外部補(bǔ)償組件。
• 內(nèi)置軟啟動(dòng)功能，可減少浪涌電流。
• 采用全陶瓷電容，布局緊湊。

3.2 減少DC - DC穩(wěn)壓器庫(kù)存數(shù)量

• 寬輸入電壓范圍4.5V至60V，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 輸出電壓范圍可調(diào)，從0.9V到輸入電壓的90%。
• 可通過(guò)外部同步實(shí)現(xiàn)100kHz至2.2MHz的可調(diào)開關(guān)頻率。

3.3 降低功耗

• 峰值效率 > 95%，能有效降低能量損耗。
• PFM/DCM模式可提高輕載效率。
• 輔助自舉LDO可進(jìn)一步提高效率，關(guān)機(jī)電流僅3.5μA。

3.4 在惡劣工業(yè)環(huán)境下可靠運(yùn)行

• 具備打嗝或鎖存模式過(guò)載保護(hù)功能，可有效保護(hù)器件。
• DL - 到 - LX短路檢測(cè)功能，防止低側(cè)外部FET損壞。
• 內(nèi)置輸出電壓監(jiān)控和復(fù)位功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電壓狀態(tài)。
• 可編程EN/UVLO閾值，可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置啟動(dòng)電壓。
• 可單調(diào)啟動(dòng)到預(yù)偏置負(fù)載。
• 具備過(guò)溫保護(hù)功能，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，結(jié)溫范圍為 - 40°C至 + 150°C。

四、電氣特性

4.1 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3.5μA，輸入靜態(tài)電流在不同模式下有所不同。

4.2 使能/欠壓鎖定（EN/UVLO）

EN/UVLO閾值上升時(shí)為1.215V（典型值），下降時(shí)為1.09V（典型值），輸入泄漏電流在±50nA以內(nèi)。

4.3 LDO和EXT LDO

VCC輸出電壓范圍為4.75V至5.25V，VCC電流限制最大可達(dá)140mA，VCC欠壓鎖定閾值上升時(shí)為4.2V（典型值），下降時(shí)為3.8V（典型值）。EXT VCC開關(guān)電壓上升時(shí)為4.7V（典型值），工作電壓范圍為4.84V至24V。

4.4 功率MOSFET和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器

高端nMOS導(dǎo)通電阻典型值為90mΩ，LX泄漏電流在±4μA以內(nèi)，DL上拉電阻典型值為2.9Ω，下拉電阻典型值為1.65Ω。

4.5 軟啟動(dòng)（SS）

充電電流典型值為5μA。

4.6 反饋（FB）

FB調(diào)節(jié)電壓在不同模式下有所不同，輸入偏置電流在±75nA以內(nèi)。

4.7 MODE/SYNC

MODE閾值在不同模式下有不同取值，同步頻率捕獲范圍與RT電阻有關(guān)，同步脈沖寬度最小為50ns。

4.8 電流限制

峰值電流限制閾值和失控電流限制閾值可通過(guò)連接不同的電阻進(jìn)行調(diào)整，PFM電流限制閾值為2A。

4.9 其他特性

開關(guān)頻率可通過(guò)RT電阻進(jìn)行編程，VFB欠壓跳閘電平為0.58V（典型值），打嗝超時(shí)為32768個(gè)周期，最小導(dǎo)通時(shí)間為95ns，最小關(guān)斷時(shí)間為140ns，LX死區(qū)時(shí)間為22ns。復(fù)位輸出低電平最大為0.2V，復(fù)位輸出泄漏電流在±0.1μA以內(nèi)，輸出電壓閾值用于復(fù)位斷言和去斷言的百分比分別為92.5%和95.5%（典型值），復(fù)位去斷言延遲為1024個(gè)周期。熱關(guān)斷閾值為165°C，熱關(guān)斷滯回為10°C。

五、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了5V輸出和3.3V輸出的典型應(yīng)用電路，包括具體的元件參數(shù)和連接方式。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的輸出電壓，并按照電路原理圖進(jìn)行元件的選型和布局。

六、模式選擇

6.1 PWM模式

在PWM模式下，電感電流允許為負(fù)，可提供恒定頻率操作，適用于對(duì)開關(guān)頻率敏感的應(yīng)用。但在輕載時(shí)效率低于PFM和DCM模式。

6.2 PFM模式

PFM模式可禁用負(fù)電感電流，并在輕載時(shí)跳過(guò)脈沖以提高效率。其優(yōu)點(diǎn)是輕載效率高，但輸出電壓紋波較大，開關(guān)頻率在輕載時(shí)不恒定。

6.3 DCM模式

DCM模式在輕載時(shí)能保持恒定頻率操作，效率介于PWM和PFM模式之間。

七、線性穩(wěn)壓器

MAX17536有兩個(gè)內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器，分別由VIN和EXTVCC供電。根據(jù)EXTVCC的電壓水平，只有一個(gè)LDO處于工作狀態(tài)。當(dāng)EXTVCC電壓大于4.7V（典型值）時(shí)，VCC由EXTVCC供電，可提高在高輸入電壓下的效率。

八、頻率設(shè)置與同步

8.1 開關(guān)頻率設(shè)置

可通過(guò)連接從RT到SGND的電阻將開關(guān)頻率編程為100kHz至2.2MHz。當(dāng)RT引腳開路時(shí)，器件以默認(rèn)的450kHz開關(guān)頻率運(yùn)行。

8.2 外部頻率同步

內(nèi)部振蕩器可同步到MODE/SYNC引腳上的外部時(shí)鐘信號(hào)，外部同步時(shí)鐘頻率必須在1.1 x fSW至1.4 x fSW之間，其中fSW是由RT電阻編程的頻率。

九、保護(hù)功能

9.1 DL - 到 - LX短路檢測(cè)

可防止DL引腳短路到LX引腳時(shí)對(duì)低側(cè)外部FET造成損壞。若在啟動(dòng)前檢測(cè)到短路，啟動(dòng)序列將不會(huì)啟動(dòng)，輸出電壓也不會(huì)軟啟動(dòng)。

9.2 過(guò)流保護(hù)/打嗝模式

具備逐周期峰值電流限制和失控電流限制，可保護(hù)器件在過(guò)載和輸出短路條件下正常工作。當(dāng)觸發(fā)失控電流限制或輸出電壓下降到標(biāo)稱值的68%（典型值）時(shí)，將觸發(fā)打嗝模式。

9.3 復(fù)位輸出

RESET輸出可監(jiān)測(cè)輸出電壓狀態(tài)，當(dāng)輸出電壓低于設(shè)定值的92.2%時(shí)，RESET輸出低電平；當(dāng)輸出電壓高于設(shè)定值的95.6%時(shí)，RESET輸出高電平。

9.4 預(yù)偏置輸出

當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)到預(yù)偏置輸出時(shí)，高端和低端開關(guān)將關(guān)閉，直到PWM比較器發(fā)出第一個(gè)PWM脈沖，開關(guān)才開始切換。

9.5 熱關(guān)斷保護(hù)

當(dāng)器件的結(jié)溫超過(guò) + 165°C時(shí)，片上熱傳感器將關(guān)閉器件，待結(jié)溫降低10°C后，器件將軟啟動(dòng)重新開啟。

十、元件選擇與布局

10.1 輸入電容選擇

輸入濾波電容可減少?gòu)碾娫次〉姆逯惦娏骱洼斎腚妷杭y波。應(yīng)選擇在RMS輸入電流下溫度上升小于 + 10°C的電容，推薦使用X7R陶瓷電容。

10.2 電感選擇

電感的關(guān)鍵參數(shù)包括電感值、飽和電流和直流電阻。可根據(jù)開關(guān)頻率和輸出電壓計(jì)算電感值，選擇低損耗、飽和電流高于峰值電流限制值的電感。

10.3 輸出電容選擇

X7R陶瓷輸出電容因其溫度穩(wěn)定性而被優(yōu)先選用。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，使輸出電壓偏差控制在3%以內(nèi)。

10.4 軟啟動(dòng)電容選擇

通過(guò)連接從SS引腳到SGND的電容可設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間，軟啟動(dòng)時(shí)間與電容值成正比。

10.5 輸入欠壓鎖定電平設(shè)置

可通過(guò)連接從VIN到SGND的電阻分壓器來(lái)設(shè)置設(shè)備開啟的電壓。

10.6 環(huán)路補(bǔ)償

當(dāng)開關(guān)頻率低于450kHz時(shí)，需在CF引腳和FB引腳之間連接一個(gè)0402電容進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償。

10.7 輸出電壓調(diào)整

通過(guò)連接從輸出電容正端到SGND的電阻分壓器，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。

10.8 PCB布局

PCB布局對(duì)器件的性能至關(guān)重要。所有承載脈沖電流的連接應(yīng)盡可能短且寬，以減少電感和輻射EMI。輸入濾波電容和VCC旁路電容應(yīng)靠近IC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，并在VCC旁路電容的返回端連接。同時(shí)，應(yīng)在器件的暴露焊盤下方提供多個(gè)熱過(guò)孔，以確保良好的散熱性能。

總之，MAX17536是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的DC - DC轉(zhuǎn)換器，在工業(yè)電源等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇元件參數(shù)，并優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。你在使用MAX17536的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。