高效無縫轉(zhuǎn)換的MAX8625A升降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器

一、引言

在如今的便攜式設(shè)備如PDA、智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)（DSC）、MP3播放器以及電池供電的硬盤驅(qū)動(dòng)器等產(chǎn)品中，電源管理芯片的性能對(duì)設(shè)備的整體表現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。MAX8625A這款高效、無縫轉(zhuǎn)換的升降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，就是為滿足這些設(shè)備的電源需求而設(shè)計(jì)的。下面我們就來詳細(xì)了解一下它的特點(diǎn)、性能和應(yīng)用。

文件下載：MAX8625.pdf

二、產(chǎn)品概述

（一）基本功能

MAX8625A是一款PWM升降壓調(diào)節(jié)器，能夠?yàn)楸銛y式電池供電設(shè)備中的數(shù)字邏輯、硬盤驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)等負(fù)載供電。它可以在2.5V至5.5V的輸入電壓下，提供固定的3.3V或1.25V至4V可調(diào)的輸出電壓，最大輸出電流可達(dá)0.8A，并且采用了2A的峰值電流限制。

（二）獨(dú)特拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

Maxim專有的H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是其一大亮點(diǎn)。它能夠在所有工作模式下實(shí)現(xiàn)無縫轉(zhuǎn)換，避免了其他設(shè)備常見的電壓毛刺問題。四個(gè)內(nèi)部MOSFET（兩個(gè)開關(guān)和兩個(gè)同步整流器）配合內(nèi)部補(bǔ)償電路，大大減少了外部元件的使用。

（三）工作模式選擇

通過SKIP輸入引腳，用戶可以選擇低噪聲、固定頻率的PWM模式，或者高效的跳過模式。在跳過模式下，轉(zhuǎn)換器在輕負(fù)載時(shí)會(huì)自動(dòng)切換到PFM模式，以實(shí)現(xiàn)最佳的輕負(fù)載效率。內(nèi)部振蕩器工作在1MHz，允許使用較小的外部電感器和電容器。

（四）保護(hù)功能

MAX8625A具備多種保護(hù)功能。電流限制電路可以在輸出過載時(shí)關(guān)閉IC，軟啟動(dòng)電路能減少啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。此外，True Shutdown功能可以在IC禁用時(shí)將輸出與輸入斷開。它采用3mm x 3mm、14引腳的TDFN封裝。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 便攜式設(shè)備：如PDA和智能手機(jī)、DSC和攝像機(jī)、MP3播放器和手機(jī)等。
2. 電池供電的硬盤驅(qū)動(dòng)器（HDD）：為其提供穩(wěn)定的電源。

四、引腳配置

五、電氣特性

（一）絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用和保護(hù)器件至關(guān)重要。MAX8625A的絕對(duì)最大額定值包括輸入、輸出、SKIP和ON引腳到GND的電壓范圍，REF和FB引腳到GND的電壓范圍，LX1和LX2的電流限制，以及不同溫度條件下的功率耗散、工作溫度范圍、結(jié)溫、存儲(chǔ)溫度范圍和焊接溫度等。

（二）電氣參數(shù)

在特定條件下（如 (V_{IN}=3.6V) ， (ON=overline{SKIP}=IN) ，F(xiàn)B = GND， (VoUT =3.3V) 等），MAX8625A的各項(xiàng)電氣參數(shù)表現(xiàn)良好，如不同模式下的靜態(tài)電源電流、輸出電壓精度、最大輸出電流、軟啟動(dòng)特性、負(fù)載調(diào)節(jié)和線性調(diào)節(jié)等。

六、典型工作特性

通過一系列的圖表展示了MAX8625A在不同條件下的工作特性，包括跳過模式效率與輸入電壓的關(guān)系、效率與負(fù)載電流的關(guān)系、輸出電壓與負(fù)載電流的關(guān)系等。這些特性曲線有助于工程師在實(shí)際應(yīng)用中更好地了解和優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。

七、詳細(xì)工作原理

（一）控制方案

MAX8625A采用四個(gè)內(nèi)部開關(guān)的非反相升降壓轉(zhuǎn)換器，控制邏輯根據(jù)輸出電壓調(diào)節(jié)需求確定哪兩個(gè)內(nèi)部MOSFET工作。它在每個(gè)開關(guān)周期使用三個(gè)工作階段，必要時(shí)還會(huì)進(jìn)入第四階段（保持階段）。PWM控制器通過定時(shí)器和峰值電流調(diào)節(jié)來設(shè)置每個(gè)階段的時(shí)間，避免了傳統(tǒng)H橋轉(zhuǎn)換器的模式轉(zhuǎn)換問題，減少了紋波。

（二）降壓操作

當(dāng) (V_{IN }> VOUT) 且為中重負(fù)載時(shí)，MOSFETs P1和N2在時(shí)鐘邊緣開啟，開始第一階段，電感電流上升。第二階段N2關(guān)閉，P2開啟，繼續(xù)增加電感電流并向輸出傳輸電荷。第三階段N1開啟，電感電流下降到誤差信號(hào)設(shè)定的谷值電流調(diào)節(jié)點(diǎn)。輕負(fù)載時(shí)，若電感電流在第三階段降為零，轉(zhuǎn)換器會(huì)切換到第四階段以降低功耗。

（三）升壓操作

當(dāng) (V_{IN }< VOUT) 且為中重負(fù)載時(shí)，MOSFETs P1和N2在時(shí)鐘邊緣開啟，電感電流上升。第一階段結(jié)束后進(jìn)入緩慢放電階段，P2開啟。第三階段P1關(guān)閉，N1開啟。輕負(fù)載時(shí)，電感電流在第三階段降為零，轉(zhuǎn)換器切換到第四階段。

（四）升降壓過渡區(qū)操作

當(dāng) (V_{IN }= VOUT) 時(shí)，轉(zhuǎn)換器仍會(huì)經(jīng)歷三個(gè)階段，大部分時(shí)間處于第二階段，此時(shí)電感電流變化率幾乎為零，避免了其他升降壓轉(zhuǎn)換器在升壓和降壓模式之間的過渡毛刺或振蕩。

（五）強(qiáng)制PWM模式

將SKIP引腳驅(qū)動(dòng)為高電平，MAX8625A工作在強(qiáng)制PWM模式，以恒定的1MHz開關(guān)頻率工作，無脈沖跳過，適用于對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用，但輕負(fù)載時(shí)功耗較高。

（六）跳過模式

將SKIP引腳驅(qū)動(dòng)為低電平，MAX8625A工作在跳過模式，輕負(fù)載時(shí)僅在必要時(shí)切換，中重負(fù)載時(shí)仍采用固定頻率PWM，可提高輕負(fù)載效率，將輸入靜態(tài)電流降低到37μA（典型值）。

（七）負(fù)載調(diào)節(jié)和瞬態(tài)響應(yīng)

負(fù)載瞬變時(shí)，輸出電壓會(huì)因輸出電容的ESR而瞬間變化，隨后根據(jù)環(huán)路補(bǔ)償速度進(jìn)一步偏離。增加輸出電容可減少輸出電壓下降，典型應(yīng)用電路可將輸出瞬態(tài)下降限制在3%以內(nèi)。

（八）軟啟動(dòng)

內(nèi)部軟啟動(dòng)電路在8ms內(nèi)通過內(nèi)部DAC對(duì)峰值電感電流進(jìn)行斜坡上升，輸出達(dá)到穩(wěn)壓后，電流限制立即跳到最大閾值，即使在8ms軟啟動(dòng)時(shí)間未完成時(shí)也能實(shí)現(xiàn)滿負(fù)載能力。

（九）關(guān)機(jī)

將ON引腳驅(qū)動(dòng)為低電平，MAX8625A進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，電源電流降至1μA以下，輸出與輸入斷開，LX1和LX2連接到GND。

（十）故障和熱關(guān)機(jī)

MAX8625A具有電流限制和熱關(guān)機(jī)電路。當(dāng)電感電流超過電流限制（2A）時(shí)，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入第三階段，啟動(dòng)100ms定時(shí)器。若過流事件持續(xù)且輸出在100ms內(nèi)失穩(wěn)，IC進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，需切換ON引腳清除故障。熱關(guān)機(jī)電路在芯片溫度超過+165°C時(shí)禁用IC開關(guān)，溫度下降15°C后開始軟啟動(dòng)。

八、應(yīng)用信息

（一）輸出電壓選擇

MAX8625A輸出標(biāo)稱固定為3.3V，將FB連接到GND可選擇內(nèi)部固定輸出電壓。若需要可調(diào)輸出電壓，可將FB連接到外部電阻分壓器的中心抽頭，根據(jù)公式 (R 1=100 k Omega timesleft(frac{V{OUT }}{V{FB}}-1right)) 計(jì)算R1的值，其中 (V{FB}=1.25V) ， (V{OUT}) 為期望的輸出穩(wěn)壓電壓，且 (V_{OUT}) 需在1.25V至4V之間。

（二）最大輸出電流計(jì)算

MAX8625A電路提供的最大輸出電流取決于電感值、開關(guān)頻率、效率和輸入/輸出電壓，可參考典型工作特性中的最大負(fù)載電流與輸入電壓關(guān)系圖。

（三）電容選擇

由于輸入和輸出紋波電流在該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中均為不連續(xù)的，因此輸入和輸出均應(yīng)選擇至少兩個(gè)22μF的陶瓷電容。為了在寬溫度范圍內(nèi)獲得最佳穩(wěn)定性，建議使用X5R或更好的電介質(zhì)。

（四）電感選擇

MAX8625A推薦的電感范圍為3.3μH至4.7μH。較大的電感值可減小紋波，較小的電感值可提供更好的瞬態(tài)響應(yīng)。對(duì)于3.3V固定輸出和0.8A負(fù)載，建議使用額定電流為2A的3.3μH電感。

（五）PCB布局和布線

良好的PCB布局對(duì)于MAX8625A實(shí)現(xiàn)最佳性能至關(guān)重要。應(yīng)盡量縮短和加寬承載不連續(xù)電流的導(dǎo)體和高電流路徑，將反饋網(wǎng)絡(luò)（R1和R2）靠近IC，高dv/dt節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量小并遠(yuǎn)離FB。輸入和輸出電容應(yīng)盡可能靠近IC。

九、總結(jié)

MAX8625A升降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器憑借其高效、無縫轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，以及豐富的保護(hù)功能和靈活的工作模式，為便攜式設(shè)備和電池供電的硬盤驅(qū)動(dòng)器等應(yīng)用提供了可靠的電源解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇輸出電壓、電容和電感等元件，并注意PCB布局和布線，以充分發(fā)揮MAX8625A的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類似的DC - DC轉(zhuǎn)換器時(shí)，遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。