深入解析MAX5080/MAX5081：1A、40V降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)計領(lǐng)域，DC - DC轉(zhuǎn)換器是不可或缺的一部分，它能高效地將輸入電壓轉(zhuǎn)換為所需的輸出電壓。今天，我們就來深入探討Maxim Integrated推出的MAX5080/MAX5081這兩款1A、40V的MAXPower降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX5080/MAX5081是具有片上0.3Ω高端開關(guān)的250kHz PWM降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器。MAX5080的輸入電壓范圍為4.5V至40V，而MAX5081為7.5V至40V。輸出電壓可在1.23V至32V之間調(diào)節(jié)，并且能夠提供高達1A的負載電流。

這兩款器件采用電壓模式控制方案，在高壓開關(guān)環(huán)境中具有良好的抗噪性能，還提供外部補償功能，允許用戶靈活選擇電感器值和電容器類型。開關(guān)頻率內(nèi)部固定為250kHz，并且可以通過SYNC輸入與外部時鐘信號同步。輕載時，器件會自動切換到脈沖跳躍模式，提高效率。此外，它們還具備可編程欠壓鎖定、軟啟動、逐周期電流限制、打嗝模式輸出短路保護和熱關(guān)斷等保護功能。

二、產(chǎn)品特性

2.1 寬輸入電壓范圍

MAX5080的輸入電壓范圍為4.5V至40V，MAX5081為7.5V至40V，這使得它們能夠適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境。

2.2 高輸出電流能力

能夠提供高達1A的輸出電流，滿足大多數(shù)中小功率應(yīng)用的需求。

2.3 可調(diào)輸出電壓

輸出電壓可在1.23V至32V之間調(diào)節(jié)，為不同的負載提供靈活的供電方案。

2.4 固定開關(guān)頻率與同步功能

內(nèi)部固定開關(guān)頻率為250kHz，并且可以與150kHz至350kHz的外部時鐘信號同步，方便在多電源系統(tǒng)中進行同步操作。

2.5 輕載效率優(yōu)化

輕載時自動切換到脈沖跳躍模式，降低靜態(tài)電流，提高效率。

2.6 多種保護功能

包括逐周期電流限制、打嗝模式輸出短路保護和熱關(guān)斷，確保器件在異常情況下的安全性和可靠性。

2.7 緊湊封裝

采用節(jié)省空間的16引腳TQFN封裝，并且具有良好的散熱性能，能夠在-40°C至+125°C的溫度范圍內(nèi)正常工作。

三、電氣特性

3.1 輸入電壓與欠壓鎖定

MAX5080的輸入電壓范圍為4.5V至40V，MAX5081為7.5V至40V。欠壓鎖定閾值在MAX5080中為3.9V至4.2V（VIN上升），在MAX5081中為6.8V至7.3V（VIN上升）。

3.2 開關(guān)電源電流與效率

在PWM操作模式下，MAX5080的開關(guān)電源電流典型值為10.5mA，MAX5081為9.5mA。當VIN = 12V，VOUT = 3.3V，IOUT = 1A時，效率典型值為84%；當VIN = 4.5V，VOUT = 3.3V，IOUT = 1A（MAX5080）時，效率可達88%。

3.3 無負載電源電流與關(guān)斷電流

在PFM操作模式下，MAX5080的無負載電源電流典型值為1.4mA，MAX5081為1.3mA。關(guān)斷電流在VON/OFF = 0V，V = 40V時，最大值為300μA。

3.4 誤差放大器與軟啟動

軟啟動電流典型值為15μA，參考電壓（軟啟動）為1.228V。FB調(diào)節(jié)電壓在1.215V至1.240V之間。

3.5 振蕩器與同步

內(nèi)部振蕩器頻率在V SYNC = 0V時為225kHz至275kHz，最大占空比在不同輸入電壓下均可達87%。SYNC高電平電壓為2.2V，低電平電壓為0.8V，同步頻率范圍為150kHz至350kHz。

3.6 功率開關(guān)與電荷泵

開關(guān)導通電阻在V BST - V LX = 6V時典型值為0.3Ω，開關(guān)柵極電荷為6nC。MAX5080的電荷泵在特定條件下有相應(yīng)的輸出電壓和導通電阻特性。

3.7 電流限制與熱關(guān)斷

脈沖跳躍閾值為100mA至300mA，逐周期電流限制為1.4A至2.6A。熱關(guān)斷溫度在溫度上升時為+160°C，熱關(guān)斷遲滯為20°C。

四、引腳配置與功能

4.1 引腳配置

MAX5080和MAX5081采用16引腳TQFN封裝，引腳包括COMP、FB、ON/OFF、SS、SYNC、DVREG、C+、C - 、PGND、BST、LX、IN、REG、SGND等。

4.2 引腳功能

• COMP：誤差放大器輸出，連接到補償反饋網(wǎng)絡(luò)。
• FB：反饋調(diào)節(jié)點，連接到電阻分壓器的中心抽頭，用于設(shè)置輸出電壓。
• ON/OFF：用于控制器件的開關(guān)和外部欠壓鎖定，上升閾值約為1.23V。
• SS：軟啟動和參考輸出，連接一個電容到SGND以設(shè)置軟啟動時間。
• SYNC：振蕩器同步輸入，可由150kHz至350kHz的外部時鐘驅(qū)動。
• DVREG：高端MOSFET驅(qū)動器的柵極驅(qū)動電源，與REG外部連接。

五、工作原理

5.1 內(nèi)部線性穩(wěn)壓器（REG）

REG是一個5V（MAX5080）或8V（MAX5081）的LDO輸出端，為IC提供電源。在正常工作時，REG僅用于為內(nèi)部電路供電，不應(yīng)為外部負載供電。

5.2 欠壓鎖定（UVLO）

MAX5080/MAX5081提供內(nèi)部和外部兩種欠壓鎖定功能。內(nèi)部UVLO固定在4.1V（MAX5080）或7.1V（MAX5081），外部UVLO可通過ON/OFF引腳進行編程。當外部UVLO高于內(nèi)部UVLO時，外部UVLO優(yōu)先。

5.3 軟啟動和參考（SS）

SS是1.23V參考旁路連接，同時控制軟啟動周期。啟動時，在VIN施加且內(nèi)部和外部UVLO閾值達到后，器件進入軟啟動。軟啟動時間可通過公式(t{S S}=frac{1.23 V × C{S S}}{15 mu A})計算。

5.4 內(nèi)部電荷泵（MAX5080）

MAX5080具有內(nèi)部電荷泵，可增強內(nèi)部MOSFET的導通能力，允許輸入電壓低至4.5V。需要連接飛跨電容（CF）、升壓二極管和自舉電容（CBST）。

5.5 誤差放大器

內(nèi)部誤差放大器的輸出（COMP）用于頻率補償，具有80dB的開環(huán)增益和1.8MHz的GBW乘積。

5.6 振蕩器/同步輸入（SYNC）

當SYNC連接到SGND時，器件使用內(nèi)部振蕩器，開關(guān)頻率固定為250kHz。外部同步時，SYNC由150kHz至350kHz的外部時鐘驅(qū)動，器件同步到SYNC的上升沿。

5.7 PWM比較器/電壓前饋

內(nèi)部250kHz的斜坡發(fā)生器與誤差放大器的輸出進行比較，生成PWM信號。斜坡的最大幅度會自動調(diào)整，以補償輸入電壓和振蕩器頻率的變化。

5.8 輸出短路保護（打嗝模式）

采用打嗝模式保護，當連續(xù)出現(xiàn)七個逐周期電流限制事件時，器件會關(guān)閉并在512個時鐘周期后以軟啟動序列重啟。

5.9 熱過載保護

當芯片溫度超過+160°C時，內(nèi)部熱傳感器會關(guān)閉器件，待溫度下降20°C后，器件以軟啟動序列重啟。

六、應(yīng)用信息

6.1 設(shè)置欠壓鎖定

通過連接一個電阻分壓器從IN到ON/OFF再到SGND，可以設(shè)置UVLO閾值。公式為(R 1=R 2 timesleft[frac{V{IN}}{V{ON / overline{OFF}}}-1right])，其中(V_{ON/OFF }=1.23 ~V)，R2應(yīng)小于600kΩ。

6.2 設(shè)置輸出電壓

連接一個電阻分壓器從OUT到FB再到SGND，可設(shè)置輸出電壓。公式為(R 4=frac{R 3}{left[frac{V{OUT }}{V{F B}}-1right]})，其中(V_{FB}=1.23 ~V)。

6.3 電感器選擇

需要考慮電感值（L）、峰值電感電流（IPEAK）和電感飽和電流（ISAT）。電感值可通過公式(L=frac{V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)}{V{IN } × f{SW} × Delta I{P-P}})計算，建議選擇?IP - P等于滿載電流的40%。同時，應(yīng)選擇ISAT規(guī)格高于最大峰值電流限制2.6A的電感器。

6.4 輸入電容器選擇

輸入電容器的選擇要考慮輸入電壓紋波，紋波由?VQ（電容器放電引起）和?VESR（輸入電容器的ESR引起）組成?？赏ㄟ^公式(C{I N}=frac{I{OUTMAX } × D(1-D)}{left(Delta V{Q} × f{SW}right)})和(E S R=frac{Delta V{E S R}}{left(I_{OUTMAX }+frac{Delta I{P-P}}{2}right)})計算所需的輸入電容和ESR。

6.5 輸出電容器選擇

輸出電壓紋波和負載階躍時輸出電壓的最大偏差決定了輸出電容及其ESR。輸出紋波主要由?VQ和?VESR組成，可通過公式(Delta V{Q}=frac{Delta I{PP}}{16 × C{OUT } × f{SW}})和(Delta V{ESR}=ESR × Delta I{P-P})計算。在負載階躍時，還需考慮輸出電容的ESL，可通過公式(ESR=frac{Delta V{ESR}}{l{STEP }})、(COUT =frac{I{STEP } × t{RESPONSE }}{Delta V{Q}})和(ESL=frac{Delta V{ESL} × t{STEP }}{I{STEP }})計算所需的ESR、ESL和電容值。

6.6 補償設(shè)計

MAX5080/MAX5081采用電壓模式控制方案，需要進行補償設(shè)計以實現(xiàn)穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)輸出電容器的ESR不同，分為(f{C}{ZESR})和(f{C}>f{ZESR})兩種情況進行補償計算。