MAX77837：一款適用于可穿戴和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的高性能Buck-Boost轉(zhuǎn)換器

在當(dāng)今的電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，尤其是可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，對電源管理芯片的要求越來越高，不僅需要高效穩(wěn)定的電壓轉(zhuǎn)換，還對功耗和尺寸有著嚴(yán)格的限制。Analog Devices推出的MAX77837納米功率Buck-Boost轉(zhuǎn)換器，就是為滿足這些需求而設(shè)計(jì)的一款優(yōu)秀產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

MAX77837是業(yè)界最小的納米功率Buck-Boost轉(zhuǎn)換器，專為可穿戴和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中使用的單節(jié)電池化學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化。它的輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，輸出電壓可通過連接到兩個(gè)硬件控制引腳的電阻在1.8V至5.2V之間設(shè)置。該IC可以在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）、跳過模式和低功耗模式下運(yùn)行，以確保在寬負(fù)載電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率。此外，它還具有超低的典型靜態(tài)電流430nA和典型關(guān)斷電流10nA，非常適合需要長待機(jī)時(shí)間的電池供電應(yīng)用。

二、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢

1. 寬輸入輸出電壓范圍

輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，輸出電壓組合從1.8V到5.2V，能夠適應(yīng)多種電池供電和負(fù)載需求。

2. 高效率

峰值效率可達(dá)95%（5.5V輸入，3.8V輸出），有效減少了能量損耗，延長了電池續(xù)航時(shí)間。

3. 低功耗

典型靜態(tài)電流430nA，關(guān)斷電流僅10nA，大大降低了系統(tǒng)在待機(jī)狀態(tài)下的功耗。

4. 靈活的配置

通過SEL1和SEL2兩個(gè)硬件控制引腳，可以靈活選擇輸出電壓、開關(guān)電流限制、動(dòng)態(tài)電壓縮放（DVS）功能以及保護(hù)模式等。

5. 多種保護(hù)功能

具備輸入欠壓鎖定（UVLO）、過流保護(hù)（OCP）和熱關(guān)斷等保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

6. 小尺寸封裝

提供1.84mm x 1.03mm的8凸點(diǎn)晶圓級(jí)封裝（WLP）和2.5mm x 2.0mm的8引腳倒裝芯片QFN封裝（FC2QFN），適合對空間要求較高的應(yīng)用。

三、工作模式與原理

1. 啟動(dòng)過程

當(dāng)EN引腳變?yōu)楦唠娖角逸斎腚妷?(V{IN}) 大于輸入欠壓鎖定上升閾值 (V{UVLO_R}) 時(shí)，IC啟動(dòng)偏置電路，然后依次讀取兩個(gè)SEL引腳的電阻值。通常在EN信號(hào)上升沿后1.6ms開始軟啟動(dòng)過程，軟啟動(dòng)期間輸出電壓以2V/ms的斜率上升，開關(guān)電流限制為設(shè)定值的50%，當(dāng)輸出電壓達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，軟啟動(dòng)完成，開關(guān)電流限制恢復(fù)到正常水平。

2. 動(dòng)態(tài)電壓縮放（DVS）

通過SEL2引腳可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電壓縮放功能，在軟啟動(dòng)完成后，SEL2引腳變?yōu)檫壿嬢斎胍_。當(dāng)SEL2引腳拉高時(shí)，輸出電壓從OUT1切換到OUT2；當(dāng)SEL2引腳拉低時(shí)，輸出電壓從OUT2切換到OUT1。需要注意的是，DVS功能只能將輸出電壓升高，當(dāng)從較高電壓切換到較低電壓時(shí)，IC停止開關(guān)，等待輸出電壓因負(fù)載或泄漏達(dá)到較低目標(biāo)值后再重新開始工作。

3. Buck-Boost控制方案

采用自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間電流模式控制，利用H橋拓?fù)渫ㄟ^單個(gè)電感器和輸出電容器調(diào)節(jié)輸出電壓。H橋拓?fù)溆腥齻€(gè)開關(guān)階段，根據(jù)輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系，在不同階段進(jìn)行能量存儲(chǔ)和釋放，以實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)。

4. 低功耗模式

當(dāng)負(fù)載電流非常低時(shí)，MAX77837自動(dòng)進(jìn)入低功耗模式（LPM），此時(shí)誤差放大器和其他內(nèi)部模塊停用，以降低功耗。通過低功率電壓比較器監(jiān)測輸出電壓，當(dāng)輸出電壓達(dá)到目標(biāo)值的103%時(shí)，IC產(chǎn)生預(yù)定長度的導(dǎo)通時(shí)間。

5. 跳過模式和CCM模式

當(dāng)負(fù)載足夠高且開關(guān)頻率高于典型值58kHz時(shí)，IC退出低功耗模式進(jìn)入跳過模式。在跳過模式下，當(dāng)輸出電壓比目標(biāo)值高1%時(shí)，觸發(fā)預(yù)定長度的導(dǎo)通時(shí)間。當(dāng)輸出負(fù)載電流更高，電感電流沒有過零時(shí)，IC進(jìn)入CCM模式，采用自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間控制調(diào)節(jié)輸出電壓。

四、保護(hù)機(jī)制

1. 熱關(guān)斷

當(dāng)結(jié)溫超過典型值165°C時(shí)，熱保護(hù)觸發(fā)，Buck-Boost轉(zhuǎn)換器輸出禁用，直到結(jié)溫降至典型值145°C以下，IC重新啟動(dòng)。

2. 欠壓鎖定

當(dāng)輸入電壓 (V{IN}) 低于典型值1.7V時(shí)，Buck-Boost調(diào)節(jié)器禁用，所有寄存器復(fù)位，同時(shí)啟用有源放電功能。只有當(dāng) (V{IN}) 上升到典型值1.75V以上時(shí)，IC才準(zhǔn)備重新啟動(dòng)。

3. 開關(guān)電流限制

提供逐周期開關(guān)電流限制，通過RSEL2可以設(shè)置400mA（下限）和1050mA（上限）兩種開關(guān)電流限制。在軟啟動(dòng)后，如果設(shè)置為自動(dòng)重啟模式，當(dāng)檢測到開關(guān)電流達(dá)到限制值2ms時(shí)，輸出禁用14ms后重新啟動(dòng)；如果設(shè)置為鎖存關(guān)閉模式，連續(xù)檢測到開關(guān)電流達(dá)到限制值4ms后，IC鎖存關(guān)閉，需要切換EN引腳或重新上電才能恢復(fù)。

4. 有源放電

當(dāng)EN引腳設(shè)置為低電平或 (V{IN}{UVLO_F}) 時(shí)，MAX77837停止開關(guān)，并打開一個(gè)100Ω的內(nèi)部開關(guān)，將輸出電容器中存儲(chǔ)的能量放電到地。