MAX77932C：8A 雙相開關電容轉(zhuǎn)換器的卓越性能與應用

在當今電子設備不斷追求高性能、小型化和低功耗的趨勢下，電源管理芯片的性能和特性對于整個系統(tǒng)的運行起著至關重要的作用。今天，我們就來深入了解一款具有卓越性能的電源管理芯片——MAX77932C 8A 雙相開關電容轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX77932C 是一款獨立的雙相開關電容轉(zhuǎn)換器，集成了電源開關，能夠提供高達 8A 的輸出電流，并將輸入電壓減半。這種特性使得它非常適合那些使用 2S Li+ 電池，同時需要為以 1S 等效電壓運行的電路供電的應用。對于從 1S 電池配置遷移到 2S 電池配置的應用，MAX77932C 也能輕松勝任，通過將 2S 電池電壓轉(zhuǎn)換為 1S 等效輸出，讓設計師可以保留現(xiàn)有的下游 1S 電源架構(gòu)。

二、產(chǎn)品特點與優(yōu)勢

（一）高效轉(zhuǎn)換與小尺寸設計

• 采用無電感開關電容轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)，縮小了整體占用空間，降低了電路的最大高度。
• 高達 1.5MHz 的高開關頻率，減少了所需電容器的尺寸和數(shù)量，進一步減小了解決方案的占用空間。
• 具有業(yè)界領先的 98.5% 的峰值效率，簡化了熱設計，適用于消費、醫(yī)療和工業(yè)等多種應用場景。

（二）低功耗與保護功能

• 工作時靜態(tài)電流僅為 30μA，關機時為 4μA，有效降低了功耗。
• 集成了過壓、欠壓、過流和熱保護功能，確保了設備的安全運行。
• 內(nèi)置頻率抖動功能，最大限度地降低了電磁干擾（EMI）。

（三）可編程性與靈活性

• 具備 (I^{2}C) 兼容的 2 線串行接口，支持高達 3.4MHz 的 SCL 時鐘速率。
• 通過 (I^{2}C) 接口可輕松調(diào)節(jié)如過流保護（OCP）、過壓鎖定（OVLO）或欠壓鎖定（UVLO）閾值、開關頻率、軟啟動電流和持續(xù)時間等轉(zhuǎn)換器參數(shù)。

三、產(chǎn)品應用領域

MAX77932C 的卓越性能使其在多個領域都有廣泛的應用，包括但不限于：

• 移動設備：智能手機、平板電腦、超極本電腦、Chromebook 等。
• 攝影設備：數(shù)碼單反相機（DSLR）和無反光鏡相機。
• 便攜設備：移動電源、便攜式打印機、便攜式游戲機、移動銷售點（mPOS）設備等。
• 通信設備：雙向無線電。

四、電氣特性詳細解讀

（一）電源相關特性

• 待機電流：在關機狀態(tài)下，當 (EN = LOW)，(V{IN} = 8.4V)，(V{VIO} = 0V)，(T{A} = +25°C) 時，關機電源電流 (I{SHDN}) 為 4 - 15μA。
• 靜態(tài)電流：在自動模式下，(V{IN} = 8.4V) 時，靜態(tài)電流 (I{Q1}) 為 30μA。

（二）電壓鎖定特性

• 欠壓鎖定閾值：欠壓鎖定閾值 (V{UVLO}) 分為上升閾值 (V{UVLOR})（典型值 4.9V）和下降閾值 (V{UVLO_F})（OTP 選項有 4.1V、4.3V、4.5V、4.7V 等）。

（三）效率特性

• 輕載效率：輸出電流 (I{OUT} = 1mA)，(V{IN} = 7.4V) 時，輕載效率 (η{LIGHT1}) 為 92%；(I{OUT} = 30mA) 時，輕載效率 (η_{LIGHT2}) 為 97%。
• 峰值效率：在 (V{IN} = 7.4V)，(f{SW} = 0.25MHz) 時，峰值效率 (η_{PEAK}) 可達 98.5%。
• 重載效率：輸出電流 (I{OUT} = 8A)，(V{IN} = 7.4V) 時，重載效率 (η_{HEAVY}) 為 95%。

（四）開關特性

• 開關頻率：支持 (I^{2}C) 可編程，選項有 0.25MHz、0.5MHz、0.75MHz、1MHz、1.2MHz、1.5MHz 等。
• 頻率抖動率：(I^{2}C) 可編程選項有 OFF、3%、6%、12%，默認 3%。

五、引腳配置與功能

（一）引腳配置概述

MAX77932C 采用 2.4mm x 2.8mm x 0.4mm 間距的 42 引腳晶圓級封裝（WLP），引腳配置涵蓋了電源輸入、內(nèi)部柵極驅(qū)動器電源輸入、飛跨電容連接、輸出、接地、數(shù)字控制和通信等多種功能引腳。

（二）部分關鍵引腳功能

• IN：芯片的電源輸入引腳，需在 IN 和 PGND 之間連接一個 4.7μF 的電容器。
• BSTxP 和 BSTxN：內(nèi)部柵極驅(qū)動器的電源輸入引腳，分別在 BSTxP 與 CFxP、BSTxN 與 CFxN 之間連接 0.047μF 的自舉電容器。
• CFxP 和 CFxN：飛跨電容的正負極引腳，建議在 CFxP 和 CFxN 之間連接 2 x 47μF 的電容器。
• OUT：開關電容轉(zhuǎn)換器的輸出引腳，需在 OUT 和 PGND 之間連接 2 x 10μF 的電容器。
• PGOOD：電源良好指示輸出引腳，軟啟動后輸出 1.8V，正常運行時保持該電壓。

六、工作模式與控制

（一）啟動與軟啟動

• 設備啟動時，飛跨電容與輸出電容并聯(lián)，內(nèi)部電流源將電容器充電至接近正常運行時目標 (V_{IN}/2) 的電壓。軟啟動電流可通過 (I^{2}C) 配置。
• 如果在 120ms（默認軟啟動超時設置）內(nèi)輸出電壓未達到接近 (V_{IN}/2) 的電壓，芯片將產(chǎn)生軟啟動定時器故障中斷（SS_FLT_INT）并返回待機狀態(tài)；軟啟動成功后，開關電容轉(zhuǎn)換器進入正常運行狀態(tài)。

（二）工作模式

• 自動模式（自動跳過模式）：當輸出負載電流較低時，可配置為自動進入跳過模式，僅當輸出電壓低于跳過操作閾值時才開啟開關，以節(jié)省功率。默認配置為 SCC_CFG1.FIX_FREQ = 0 時可實現(xiàn)此功能。
• 固定頻率模式：配置為 SCC_CFG1.FIXFREQ = 1 時，開關電容轉(zhuǎn)換器始終工作，在 OUT 引腳提供未調(diào)節(jié)的 (V{IN}/2) 電壓。

（三）使能控制

• 通過 EN 引腳使能或禁用：當 (V_{IO}) 保持低電平時，可通過數(shù)字控制 EN 引腳來使能或禁用芯片。EN 引腳為高電平有效，當 EN 引腳拉高時間超過 EN 消抖時間后，芯片啟動軟啟動操作。
• 通過 EN 和 (V_{IO}) 使能或禁用：保持有效的 (V_{IO}) 可使芯片保持啟用狀態(tài)，EN 可配置為按鈕操作。
• 通過 (I^{2}C) 使能：某些應用在芯片輸出啟用前即可提供 (V_{IO})，此時主機微控制器可通過 (I^{2}C) 向 SCC_EN 寄存器寫入 0x1 來啟用芯片輸出，寫入 0x0 來禁用輸出。

七、保護功能

（一）過流保護

提供兩層過流保護：通過監(jiān)測輸出電流檢測過流情況 OCP1；通過感測輸出電壓實現(xiàn)更快的短路保護 OCP2。當輸出電流 (≥ OCP1) 或輸出電壓 (≤ V_{IN}/2 - OCP2) 時，芯片保護并禁用輸出。

（二）過壓保護

• 輸入過壓保護（IOVP）：當 (V{IN}) 高于 (V{IOVP})（可通過 (I^{2}C) 編程為 9.5V、10.0V、10.5V 或 11.0V）時，開關電容轉(zhuǎn)換器禁用輸出并進入待機模式。
• 輸出過壓保護（OOVP）：默認輸出過壓保護閾值為 5V，可通過 (I^{2}C) 進行調(diào)節(jié)。

（三）熱保護

• 芯片具有熱保護電路，當管芯溫度超過 +155°C 時，芯片進入熱關斷狀態(tài)，設置 T_SHDN_INT 位。熱關斷后，當管芯溫度降低 +15°C 時，熱關斷狀態(tài)解除，用戶可重新啟用開關電容轉(zhuǎn)換器。
• 此外，還有在 +100°C 和 +120°C 觸發(fā)的額外比較器，分別產(chǎn)生 T_ALM1 和 T_ALM2 中斷。

八、(I^{2}C) 接口與寄存器配置

（一）(I^{2}C) 接口概述

芯片作為從機發(fā)送器/接收器，具有特定的從機地址。支持 1000kHz（標準、快速和快速模式加）和 3.4MHz（HS 模式，(C_{B} = 100pF)）等不同的時鐘頻率。

（二）寄存器配置

芯片包含多個寄存器，如 INT_SRC、INT_SRC_M、STATUS、SCC_EN 等，通過對這些寄存器的讀寫操作，可以實現(xiàn)中斷管理、狀態(tài)監(jiān)測、轉(zhuǎn)換器使能和配置等功能。例如，通過 SCC_EN 寄存器的 0b1 值可啟用開關電容轉(zhuǎn)換器，通過 SCC_CFG1 寄存器的 FIX_FREQ 位可配置工作模式。

九、設計建議

（一）電容選擇

• 輸入電容 (C_{IN})：用于降低從輸入電源汲取的電流峰值和減少設備中的開關噪聲，建議使用具有 X5R 或 X7R 電介質(zhì)的陶瓷電容器，大多數(shù)應用中每相 4.7μF 電容即可。
• 輸出電容 (C_{OUT})：用于保持輸出電壓紋波小，同樣推薦使用具有 X5R 或 X7R 電介質(zhì)的陶瓷電容器，每相最小推薦電容為 10μF。
• 飛跨電容 (C_{FLY})：在開關頻率下需具有低阻抗，推薦使用 2x47μF 的 X5R 或 X7R 陶瓷電容器以實現(xiàn)優(yōu)化效率。

（二）布局指南

• 飛跨電容 (C_{FLY}) 應盡可能靠近芯片放置。
• 所有電源走線在兩相之間應盡可能對稱。
• 若不允許在電容下方有電源走線，可保持飛跨電容位置不變，在芯片 OUT 引腳附近設置大量過孔將其引至另一層，并使用多層相同走線來加強 OUT 走線。
• AGND 引腳不應直接連接到頂層 PGND，應通過過孔連接到更穩(wěn)定的系統(tǒng)接地平面。
• 內(nèi)部引腳（如 BST1P/N、BST2P/N 和 HVDD）需通過過孔連接，使用盡可能寬的走線連接這些引腳，并確保到相應電容器的路徑最短。

十、總結(jié)

MAX77932C 8A 雙相開關電容轉(zhuǎn)換器以其高效的轉(zhuǎn)換性能、豐富的保護功能、靈活的可編程性和小尺寸設計，為電子工程師在電源管理設計中提供了一個優(yōu)秀的選擇。無論是在移動設備、攝影設備還是其他便攜設備和工業(yè)應用中，MAX77932C 都能發(fā)揮其優(yōu)勢，幫助設計師實現(xiàn)高性能、小型化和低功耗的設計目標。在實際應用中，工程師們需要根據(jù)具體的設計要求，合理選擇電容、優(yōu)化布局，并正確配置寄存器，以充分發(fā)揮 MAX77932C 的性能。

大家在使用 MAX77932C 過程中遇到過哪些問題或者有什么獨特的應用經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。