MAX77756：24V輸入、500mA降壓調(diào)節(jié)器的卓越之選

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效、可靠且功能豐富的降壓調(diào)節(jié)器一直是工程師們追求的目標(biāo)。今天，我們就來深入探討一款具有獨特優(yōu)勢的降壓調(diào)節(jié)器——MAX77756。

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一、產(chǎn)品概述

MAX77756是一款同步500mA降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，集成了雙輸入電源多路復(fù)用器（MUX）。它的輸入電源范圍極寬，從3.0V到24V，這使得它能夠適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境。其默認(rèn)輸出電壓在出廠時可被編程為1.8V、3.3V或5.0V，而且還能通過外部電阻或I2C串行接口進(jìn)一步調(diào)整輸出電壓，靈活性極高。

二、產(chǎn)品優(yōu)勢與特性

（一）寬輸入電源

• 電壓范圍廣：支持3V至24V的電源電壓，能適配多種電源，無論是低電壓的電池供電還是高電壓的外部電源都能輕松應(yīng)對。
• 輸出電流大：最大輸出電流可達(dá)500mA，能滿足大多數(shù)中小功率設(shè)備的需求。
• 輸出電壓靈活：除了出廠預(yù)設(shè)的1.8V、3.3V、5.0V，還可通過I2C控制在1.5V至7.5V之間以50mV為步長進(jìn)行調(diào)節(jié)，也能通過外部反饋電阻將輸出電壓設(shè)置在1V至99% VSUP之間。
• 多種使能方式：支持硬件或軟件使能，方便工程師根據(jù)實際需求進(jìn)行靈活控制。

（二）雙輸入電源MUX

• 自動選壓：能自動從兩個不同的輸入源中選擇較高電壓為降壓轉(zhuǎn)換器供電，避免了使用普通共陰極二極管陣列時的功率損耗，采用250mΩ MOSFET，有效降低了功耗、物料清單成本和解決方案尺寸。
• 防交叉導(dǎo)通：控制電路確保MUX每次只有一個通道導(dǎo)通，防止輸入源之間的交叉導(dǎo)通。對于單輸入應(yīng)用，還可繞過MUX，直接從SUP引腳為降壓轉(zhuǎn)換器供電。

（三）低靜態(tài)電流

• 極低功耗：在僅由SUP供電時，靜態(tài)電流僅為1.5μA；由IN1/IN2供電時，靜態(tài)電流為19μA，非常適合需要長時間待機(jī)的設(shè)備。
• 高效節(jié)能：在12VSUP、3.3VOUT的條件下，峰值效率可達(dá)88%，能有效降低設(shè)備的功耗。

（四）安全易用

• 多重保護(hù)：具備短路打嗝模式和熱保護(hù)功能，能有效保護(hù)設(shè)備免受異常情況的損壞。
• 軟啟動功能：8ms的軟啟動時間可限制啟動時的浪涌電流，確保設(shè)備的穩(wěn)定啟動。
• 頻譜擴(kuò)展：支持軟件啟用的頻譜擴(kuò)展功能，可降低電磁干擾。
• 電流可設(shè)：通過引腳可編程設(shè)置電感峰值電流水平，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

（五）小尺寸封裝

采用2.33mm x 1.42mm（最大高度0.7mm）的15凸點晶圓級封裝（WLP），節(jié)省了電路板空間，適合對尺寸要求較高的應(yīng)用。

三、電氣特性

（一）降壓轉(zhuǎn)換器

• 輸入電壓范圍：SUP電壓范圍為3V至24V，SUP欠壓鎖定（VUVLO）在Vsup上升時為2.75 - 3.0V，具有300mV的滯回。
• 靜態(tài)電流：SUP靜態(tài)電流在不同輸出電壓和負(fù)載條件下有所不同，例如在ILOAD = 0mA、VOUT = 1.8V時，典型值為6μA，最大值為18μA。
• 輸出電壓精度：在不同的輸入電壓、輸出電流和溫度條件下，輸出電壓精度都能保持在較高水平，如1.8V工廠默認(rèn)版本在VSUP = 12V、IOUT = 250mA、TA = +25°C時，輸出電壓范圍為1.78 - 1.82V。

（二）電源多路復(fù)用器

• 工作電壓：IN1/IN2的最小初始工作電壓為VUVLO + 0.7V。
• 靜態(tài)電流：在不同的輸出電壓和輸入電壓條件下，IN1/IN2的靜態(tài)電流有所不同，例如VOUT = 1.8V、VIN1或VIN2 = 12V、ILOAD = 0mA時，典型值為38μA，最大值為100μA。

（三）其他特性

還包括FB電壓精度、軟啟動斜坡時間、MOSFET導(dǎo)通電阻、峰值電流限制、谷值電流閾值等眾多電氣特性，這些特性共同保證了MAX77756的高性能和穩(wěn)定性。

四、典型工作特性

通過一系列的圖表展示了SUP靜態(tài)電流、INx靜態(tài)電流、效率與負(fù)載、負(fù)載調(diào)節(jié)、線路調(diào)節(jié)等典型工作特性隨電壓、溫度和負(fù)載的變化情況。這些特性曲線為工程師在實際應(yīng)用中選擇合適的工作條件提供了重要參考。

五、引腳配置與功能

MAX77756采用15凸點的WLP封裝，每個引腳都有其特定的功能：

• IN1和IN2：電源MUX的輸入引腳，具有相等的優(yōu)先級，可連接不同的電源。
• SUP：電源MUX的輸出和降壓轉(zhuǎn)換器的電源輸入引腳，需用1μF陶瓷電容旁路至PGND。
• BST：高端FET驅(qū)動器電源引腳，需連接0.1uF陶瓷電容至LX。
• LX：開關(guān)節(jié)點，轉(zhuǎn)換器禁用時為高阻抗。
• PGND：電源地，需與AGND在PCB上連接。
• AGND：安靜地，BIAS旁路電容需連接至此。
• POK：開漏電源OK輸出引腳，需外接上拉電阻。
• BIAS：低壓內(nèi)部IC電源引腳，需用1μF陶瓷電容旁路至AGND。
• OUT/FB：內(nèi)部反饋版本為輸出電壓感測輸入引腳，外部反饋版本為反饋輸入引腳。
• EN：使能輸入引腳，可通過硬件或軟件控制設(shè)備的啟用和禁用。
• VIO：I2C串行接口電壓電源引腳，不使用時可連接至PGND。
• SCL和SDA：I2C串行接口的時鐘和數(shù)據(jù)線，需外接上拉電阻。
• ILIM：LX峰值電流限制設(shè)置輸入引腳，可通過連接PGND或BIAS來設(shè)置不同的峰值電流。

六、詳細(xì)工作原理

（一）雙輸入電源MUX

該MUX集成了兩個輸入（IN1和IN2）和一個輸出（SUP），通過P型MOSFET實現(xiàn)。它能自動選擇VIN1或VIN2中較高的電壓連接到SUP為降壓轉(zhuǎn)換器供電，且具有切換滯回功能，避免頻繁切換。當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器禁用時，兩個通道均關(guān)閉。

（二）降壓調(diào)節(jié)器控制方案

采用PWM峰值電流模式控制方案和負(fù)載線架構(gòu)。峰值電流模式控制能精確控制電感電流，并對輸入電壓變化進(jìn)行固有補(bǔ)償。負(fù)載線架構(gòu)使輸出電壓在無負(fù)載時略高于標(biāo)稱調(diào)節(jié)值，在滿載時略低于標(biāo)稱調(diào)節(jié)值，能有效應(yīng)對負(fù)載瞬變，減少輸出電容需求。

（三）SKIP模式操作

降壓轉(zhuǎn)換器永久工作在SKIP模式，并能過渡到待機(jī)模式。在輕負(fù)載時，若電感電流在關(guān)斷期間低于IZX（典型值40mA），則強(qiáng)制低端MOSFET關(guān)斷，減少開關(guān)周期，提高效率。當(dāng)輸出電壓在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)且負(fù)載非常輕時，自動進(jìn)入待機(jī)模式，降低IQ消耗。

（四）使能控制

通過將EN引腳電壓升高到VEN_HI以上（或連接到SUP）來啟用IC，將EN引腳電壓拉低到PGND來禁用IC。使用I2C控制時，EN引腳與使能位（EN_BIT）相互作用，默認(rèn)邏輯關(guān)系為OR，可通過EN_CTRL位切換為AND。

（五）BIAS調(diào)節(jié)器

集成的5V（VBIAS）線性調(diào)節(jié)器為內(nèi)部電路塊供電。對于內(nèi)部反饋版本，當(dāng)VOUT - REG在3.3V至5.0V之間時，BIAS調(diào)節(jié)器在輸出電壓穩(wěn)定后會停用，BIAS節(jié)點內(nèi)部連接到OUT，提高電源效率。對于外部反饋版本，BIAS調(diào)節(jié)器始終處于激活狀態(tài)。

（六）軟啟動

內(nèi)部軟啟動定時器（tSS）控制VOUT的斜坡時間，限制啟動時的浪涌電流。SOFT_ST可將tSS設(shè)置為8ms或4ms，默認(rèn)值為8ms。

（七）Power - OK（POK）輸出

開漏POK輸出用于監(jiān)測輸出電壓，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出高于標(biāo)稱調(diào)節(jié)電壓（VOUT - REG）的92%時，POK變?yōu)楦咦杩?；?dāng)輸出低于90%時，POK變?yōu)榈碗娖健?/p>

（八）峰值電感電流限制（ILIM）

高側(cè)MOSFET峰值電流限制（ILX - PEAK）可通過寄存器或引腳編程。連接ILIM到PGND可將ILX - PEAK設(shè)置為700mA，通過I2C可在700mA至1000mA之間以100mA為步長進(jìn)行調(diào)節(jié)；連接ILIM到高于VILIM_HI的電壓可將ILX - PEAK固定為1000mA。

（九）短路打嗝模式和熱保護(hù)

當(dāng)輸出過載時，逐周期電流限制可防止電感電流超過ILX - PEAK。若VOUT低于編程的VOUT - REG的25%且連續(xù)15個導(dǎo)通時間因電流限制而結(jié)束，降壓轉(zhuǎn)換器將停止切換，等待tRETRY（典型值15ms）后嘗試軟啟動。當(dāng)Vout低于目標(biāo)值的25%時，若電感電流未低于ILX - VALLEY（典型值500mA），則防止新的導(dǎo)通時間開始。

（十）頻譜擴(kuò)展選項

通過將S_SPECT位設(shè)置為1可啟用頻譜擴(kuò)展操作，此時開關(guān)頻率將在1MHz的基礎(chǔ)上±6%變化，調(diào)制信號為周期256μs的三角波。

（十一）寄存器復(fù)位條件

當(dāng)VSUP低于UVLO下降閾值（典型值2.6V）或VIO引腳電壓無效（< 1.7V）時，內(nèi)部配置寄存器將復(fù)位到默認(rèn)值。

（十二）串行接口

MAX77756具有兼容I2C Revision 3.0的2線串行接口，包括雙向串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時鐘線（SCL），作為從設(shè)備工作，支持0Hz至3.4MHz的時鐘速率。I2C接口的電源來自VIO，數(shù)據(jù)傳輸遵循特定的協(xié)議，包括起始條件、停止條件、確認(rèn)位等。

七、應(yīng)用信息

（一）電容選擇

• 輸入電容：雙輸入應(yīng)用中，IN1和IN2需用2.2μF陶瓷電容旁路至PGND，SUP用1μF陶瓷電容旁路至PGND；單輸入應(yīng)用中，CSUP可選2.2μF標(biāo)稱電容。電容電壓額定值應(yīng)大于系統(tǒng)預(yù)期輸入電壓，且需考慮陶瓷電容的直流偏置降額問題。
• 輸出電容：選擇22μF的輸出旁路電容，其ESR應(yīng)足夠低以滿足輸出紋波和負(fù)載瞬變要求，電容值大小需綜合考慮負(fù)載瞬變性能和軟啟動及輸出電壓變化時的輸入浪涌電流。

（二）電感選擇

電感的飽和電流應(yīng)大于或等于最大峰值電流限制設(shè)置（ILX - PEAK），RMS電流額定值應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)預(yù)期負(fù)載電流選擇。根據(jù)VOUT設(shè)置選擇合適的電感值，確保峰值電感紋波電流（IPEAK）低于高側(cè)MOSFET峰值電流限制。

（三）限制峰值浪涌電流

需將IN1或IN2到SUP的峰值浪涌電流限制在4.1A以內(nèi)，可通過降低輸入電壓的斜率和/或減小SUP電容值來實現(xiàn)。不建議使用預(yù)充電電壓源進(jìn)行熱插拔，以免產(chǎn)生過大的浪涌電流。

（四）設(shè)置輸出電壓（MAX77756D）

外部反饋版本（MAX77756D）通過電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，計算公式為(R{TOP }=R{BOT} timesleft[frac{V{OUT }}{V{FB}}-1right])，其中(V_{FB})為1V。內(nèi)部反饋版本可通過更改V_OUTREG[7:0]的位來編程輸出電壓。

（五）PCB布局指南

• SUP電容應(yīng)緊鄰SUP引腳放置，以有效解耦高頻噪聲。
• 輸入電容應(yīng)緊鄰各自的輸入引腳。
• 電感和輸出電容應(yīng)靠近器件，減小環(huán)路面積。
• LX與電感之間的走線應(yīng)短而寬，減少輻射發(fā)射。
• PGND和AGND應(yīng)在輸出電容的返回端連接。
• 電源走線和負(fù)載連接應(yīng)短而寬，以提高效率。
• BIAS電容的接地端應(yīng)緊鄰AGND引腳，并通過短而寬的走線連接。

八、應(yīng)用場景

（一）為USB Type - C電源傳輸端口控制器供電

適用于使用USB Type - C進(jìn)行充電的電池供電系統(tǒng)，雙輸入電源MUX可確保設(shè)備始終有電源供應(yīng)，低IQ消耗可使設(shè)備保持始終開啟狀態(tài)，3V - 24V的輸入電壓范圍可覆蓋整個PD電壓范圍，硬件或軟件使能提供了靈活的控制方式。

（二）為始終開啟的時鐘和傳感器提供備用電源

集成的雙輸入電源MUX可在主電源突然中斷時，無縫切換到備用電源，確保關(guān)鍵電路的正常運行，VOUT幾乎不受影響。

（三）創(chuàng)建即時開啟系統(tǒng)

可用于實現(xiàn)即時開啟的電池充電系統(tǒng)，電池充電器從USB電源充電，雙輸入電源MUX選擇較高電壓（USB）為降壓轉(zhuǎn)換器供電，USB斷開時切換到電池電源。

九、總結(jié)

MAX77756憑借其寬輸入電源范圍、雙輸入電源MUX、低靜態(tài)電流、安全易用、小尺寸封裝等諸多優(yōu)勢，在電源管理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。無論是在USB Type - C設(shè)備、始終開啟的電路還是即時開啟系統(tǒng)中，都能發(fā)揮出色的性能。工程師們在設(shè)計電源管理電路時，不妨考慮這款優(yōu)秀的降壓調(diào)節(jié)器，它將為你的設(shè)計帶來更多的便利和可靠性。

你在實際應(yīng)用中是否使用過類似的降壓調(diào)節(jié)器？在設(shè)計過程中遇到過哪些問題？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。