MAX77597：小身材大能量的降壓轉(zhuǎn)換器

作為電子工程師，在電源管理設(shè)計(jì)中，我們總是在尋找性能卓越、功能豐富且小巧精致的降壓轉(zhuǎn)換器。今天，就來和大家詳細(xì)聊聊 Maxim Integrated 推出的 MAX77597 降壓轉(zhuǎn)換器。

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產(chǎn)品概述

MAX77597 是一款集成開關(guān)的小型同步降壓轉(zhuǎn)換器。它的輸入電壓范圍為 3.5V 至 36V，能提供高達(dá) 300mA 的輸出電流，而在無負(fù)載（固定輸出版本）時(shí)僅消耗 1.1μA 的靜態(tài)電流。其輸出電壓固定為 3.3V，工作頻率固定在 1.7MHz，這使得它可以使用較小的外部組件并降低輸出紋波。該器件提供強(qiáng)制 PWM 和跳周期兩種工作模式，跳周期模式下靜態(tài)電流低至 1.1μA。它采用 2mm x 2.5mm 的 10 引腳 TDFN 封裝，工作溫度范圍為 -40°C 至 +85°C。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

靈活的電源適應(yīng)性

• 寬輸入電壓范圍：VIN 范圍為 3.5V 至 36V，能適應(yīng)多種電源輸入，如 2S、3S 或 4S 鋰離子電池，以及 5V、12V 或 20V 的 USB Type - C 輸入電源。
• 高輸出電流能力：可提供高達(dá) 300mA 的輸出電流，滿足多數(shù)中小功率應(yīng)用的需求。
• 低壓降高效運(yùn)行：最大占空比可達(dá) 98%，能在接近壓降的情況下高效運(yùn)行，非常適合電池供電的應(yīng)用。

低功耗與長(zhǎng)續(xù)航

• 超低靜態(tài)電流：固定輸出 3.3V 時(shí)，靜態(tài)電流僅 1.1μA，能有效降低功耗，延長(zhǎng)電池使用壽命。
• 高效率表現(xiàn)：在 12V 輸入、3.3V 輸出時(shí)，峰值效率可達(dá) 86%。

小尺寸解決方案

• 高頻工作：1.7MHz 的工作頻率允許使用更小的外部組件，減小了整體解決方案的尺寸。
• 微型封裝：采用 2.0mm x 2.5mm x 0.75mm 的 10 引腳 TDFN 封裝，節(jié)省 PCB 空間。

高可靠性設(shè)計(jì)

• 多重保護(hù)功能：具備短路保護(hù)和熱保護(hù)功能，確保在異常情況下器件的安全。
• 軟啟動(dòng)功能：內(nèi)部 6.67ms 的軟啟動(dòng)功能可最小化浪涌電流。
• 電流模式控制架構(gòu)：提供更精確的控制和更好的穩(wěn)定性。
• 高耐壓能力：輸入電壓耐受能力高達(dá) 42V，增強(qiáng)了器件的可靠性。

電氣特性

供電與電流特性

• 供電電壓 VSUP 范圍為 3.5V 至 36V，短時(shí)間（t < 500ms）可承受 42V。
• 關(guān)斷狀態(tài)（VEN = 0V）下，供電電流僅 0.75μA 至 3.0μA。
• 無負(fù)載、固定 3.3V 輸出時(shí)，供電電流為 1.1μA 至 3.0μA。

電壓與電流精度

• 輸出電壓精度高，在 6V ≤ VSUP ≤ 36V、負(fù)載電流 0 至 300mA 時(shí)，3.3V 輸出電壓的誤差在 3.1V 至 3.4V 之間。
• 高側(cè)和低側(cè) DMOS 的導(dǎo)通電阻分別為 1000mΩ 至 2200mΩ 和 500mΩ 至 1200mΩ。

其他特性

• 開關(guān)頻率為 1.58MHz 至 1.82MHz，固定在 1.7MHz 附近。
• RESET 輸出可監(jiān)測(cè)輸出電壓，閾值在 86% 至 96%V OUT 之間。

工作模式與控制

強(qiáng)制 PWM 與跳周期模式

MAX77597 可通過 MODE 引腳在強(qiáng)制 PWM 和跳周期模式之間切換。連接 MODE 到 BIAS 啟用強(qiáng)制 PWM 模式，此時(shí)轉(zhuǎn)換器保持恒定的開關(guān)頻率，便于對(duì)開關(guān)噪聲進(jìn)行濾波。將 MODE 連接到地或不連接，則啟用跳周期模式，該模式下靜態(tài)電流超低，僅 1.1μA。在跳周期模式中，轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率取決于負(fù)載，直到輸出負(fù)載達(dá)到跳變閾值，在高負(fù)載電流下，其工作模式與強(qiáng)制 PWM 模式相似，這種模式有助于提高輕載應(yīng)用的效率。

系統(tǒng)啟用與欠壓鎖定

通過 EN 引腳可控制器件的啟用和關(guān)斷，EN 與低至 2.4V 的輸入電平兼容。當(dāng) VBIAS 下降到欠壓鎖定（UVLO）電平（典型值 2.8V）以下時(shí)，器件會(huì)停止開關(guān)操作；當(dāng) VBIAS 上升到 UVLO 上升閾值以上時(shí)，控制器進(jìn)入啟動(dòng)序列并恢復(fù)正常運(yùn)行。

啟動(dòng)與軟啟動(dòng)

器件具有內(nèi)部軟啟動(dòng)定時(shí)器，輸出電壓軟啟動(dòng)斜坡時(shí)間典型值為 6.67ms。如果在軟啟動(dòng)定時(shí)器到期后遇到短路或欠壓情況，器件將禁用 16.5ms（典型值），然后重新嘗試軟啟動(dòng)，直到短路情況消除。

應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

應(yīng)用領(lǐng)域

• 便攜式設(shè)備：如由 2S、3S 或 4S 鋰離子電池供電的便攜式設(shè)備。
• USB Type - C 設(shè)備：可適應(yīng) 5V、12V 或 20V 的 USB Type - C 輸入電源。
• 負(fù)載點(diǎn)應(yīng)用：為特定負(fù)載提供穩(wěn)定的電源。

元件選擇

• 電感選擇：需考慮電感值（L）、電感飽和電流（ISAT）和直流電阻（RDCR）。選擇電感值時(shí)，可先確定電感峰 - 峰交流電流與直流平均電流的比率（LIR），一般選擇 30% 的比率是尺寸和損耗的較好折衷。根據(jù)公式 (L=frac{V{OUT } timesleft(V{SUP }-V{OUT }right)}{V{SUP } × f{SW } × I{OUT } × LIR }) 計(jì)算電感值。
• 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 (I{RMS }=I{LOAD(MAX)} frac{sqrt{V{OUT } timesleft(V{SUP }-V{OUT }right)}}{V{SUP }}) 計(jì)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(zhǎng)期可靠性。同時(shí)，可根據(jù)輸入電壓紋波要求計(jì)算輸入電容的 ESR 和電容值。
• 輸出電容：輸出濾波電容的 ESR 要足夠低，以滿足輸出紋波和負(fù)載瞬態(tài)要求。電容值要足夠高，以吸收電感能量。當(dāng)使用高電容、低 ESR 電容時(shí)，輸出電壓紋波主要由電容的 ESR 決定，可根據(jù)公式 (V{RIPPLE(P - P)}=ESR × I{LOAD(MAX)} × LIR) 選擇合適的電容。

PCB 布局指南

• 輸入電容（4.7μF）應(yīng)緊鄰器件的 SUP 引腳放置，以有效去耦高頻噪聲。
• 將暴露焊盤焊接到器件下方的大銅平面區(qū)域，并在銅平面上添加小過孔或大過孔，以實(shí)現(xiàn)高效的熱傳遞。
• 隔離功率組件和高電流路徑與敏感的模擬電路，防止噪聲耦合到模擬信號(hào)中。
• 保持高電流路徑短，特別是在接地端子處，以確保穩(wěn)定、無抖動(dòng)的操作。
• 在輸出電容的返回端子處將 PGND 和 AGND 連接在一起，避免在其他位置連接。
• 保持電源走線和負(fù)載連接短，以提高效率。
• 將 BIAS 電容的接地端靠近 AGND 引腳，并使用短而寬的走線連接。

總結(jié)

MAX77597 降壓轉(zhuǎn)換器以其寬輸入電壓范圍、低功耗、小尺寸和高可靠性等特點(diǎn)，為電子工程師在電源管理設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，合理選擇外部元件和遵循 PCB 布局指南，能充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用過程中有沒有遇到過什么問題呢？或者對(duì)于電源管理設(shè)計(jì)還有哪些疑問，歡迎一起交流探討。