MAX77801：高效的5.5V輸入、2A降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，一款性能卓越的降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器往往能為產(chǎn)品的穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。今天，我們就來(lái)深入了解一下Analog Devices推出的MAX77801，這是一款專(zhuān)為單節(jié)鋰離子電池供電應(yīng)用設(shè)計(jì)的高效降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX77801是一款同步升降壓（buck - boost）DC - DC轉(zhuǎn)換器，集成了開(kāi)關(guān)，可在2.3V至5.5V的電源電壓下工作。其輸出電壓可通過(guò)I2C接口在2.60V至4.18V之間以12.5mV的步長(zhǎng)進(jìn)行配置，工廠默認(rèn)啟動(dòng)電壓有3.3V、3.4V和3.75V可選。該器件支持升壓模式下高達(dá)2A的輸出電流和降壓模式下高達(dá)3A的輸出電流，峰值效率可達(dá)97%，具有出色的性能表現(xiàn)。

二、應(yīng)用場(chǎng)景

這款轉(zhuǎn)換器適用于多種單節(jié)鋰離子電池供電的設(shè)備，如手持掃描儀、移動(dòng)支付終端、安全攝像頭以及AR/VR頭戴設(shè)備等。在這些設(shè)備中，穩(wěn)定的電源供應(yīng)是保證設(shè)備正常工作的關(guān)鍵，而MAX77801正好能夠滿足這一需求。

三、功能特性

（一）電壓和電流范圍

• 輸入電壓范圍：2.3V至5.5V，能夠適應(yīng)較寬的電源電壓波動(dòng)。
• 輸出電壓范圍：2.60V至4.18V，可通過(guò)I2C編程以12.5mV的步長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整，滿足不同設(shè)備對(duì)輸出電壓的需求。
• 輸出電流：升壓模式下最大支持2A（(V{IN}=3.0 ~V) ，(V{OUT }=3.4 ~V) ），降壓模式下最大支持3A。

（二）高效性能

• 峰值效率：高達(dá)97%，有效降低了能量損耗，提高了電源轉(zhuǎn)換效率。
• 輕載效率：具備SKIP模式，在輕載情況下能進(jìn)一步優(yōu)化效率。
• 低靜態(tài)電流：典型值為55μA，降低了系統(tǒng)的功耗。

（三）出色的控制與保護(hù)

• 控制算法：采用獨(dú)特的控制算法，實(shí)現(xiàn)了降壓和升壓模式之間的無(wú)縫過(guò)渡，同時(shí)具備出色的負(fù)載和線路瞬態(tài)響應(yīng)。
• 保護(hù)功能：具備軟啟動(dòng)、熱關(guān)斷、過(guò)壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)等多種保護(hù)功能，保障了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（四）接口與配置

• I2C接口：支持3.4MHz高速I(mǎi)2C串行接口，可用于動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整、系統(tǒng)電源優(yōu)化和故障回讀等功能。
• 引腳控制：設(shè)有專(zhuān)用的使能（EN）和電源良好（POK）引腳，方便進(jìn)行簡(jiǎn)單的硬件控制。

四、電氣特性

（一）絕對(duì)最大額定值

在設(shè)計(jì)電路時(shí)，我們需要關(guān)注器件的絕對(duì)最大額定值，以確保器件的安全使用。MAX77801的各引腳電壓、電流和溫度等參數(shù)都有明確的限制，例如各引腳相對(duì)于地的電壓范圍在 - 0.3V至 + 6.0V之間，LX1/LX2連續(xù)RMS電流最大為3.3A，工作結(jié)溫范圍為 - 40°C至 + 125°C等。

（二）降壓 - 升壓電氣特性

在不同的輸入電壓、輸出電壓和溫度條件下，MAX77801的各項(xiàng)電氣參數(shù)都有明確的指標(biāo)。例如，輸入電壓范圍為2.3V至5.5V，關(guān)機(jī)電源電流在不同溫度下有不同的典型值，輸出電壓精度在PWM模式和SKIP模式下也有相應(yīng)的規(guī)定。

（三）I2C電氣特性

I2C接口的電氣特性對(duì)于通信的穩(wěn)定性至關(guān)重要。MAX77801支持多種I2C通信速度，包括標(biāo)準(zhǔn)模式（0Hz至100kHz）、快速模式（0Hz至400kHz）、快速模式加（0Hz至1MHz）和高速模式（0Hz至3.4MHz）。不同模式下，時(shí)鐘頻率、數(shù)據(jù)保持時(shí)間、建立時(shí)間等參數(shù)都有相應(yīng)的要求。

五、典型應(yīng)用電路與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）典型應(yīng)用電路

典型應(yīng)用電路中，需要合理選擇電感、輸入電容和輸出電容。電感建議選擇1μH、飽和電流7A或更高的電感，如Coilcraft的XAL4020 - 102MEB和Sumida的CDMT40D20HF - 1R0NC。輸入電容選擇10μF陶瓷電容，輸出電容有效電容值建議最小為16μF，通常推薦使用47μF 10V的陶瓷電容。

（二）PCB布局指南

PCB布局對(duì)于降低開(kāi)關(guān)功率損耗和保證電路的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。以下是一些關(guān)鍵的布局要點(diǎn)：

• 電容放置：輸入電容和輸出電容應(yīng)分別緊鄰IC的IN引腳和OUT引腳放置，以減少輸入和輸出電流回路中的寄生電感。
• 電感布局：電感應(yīng)靠近LX引腳，且連接電感和LX引腳的走線應(yīng)短而寬，以降低PCB走線阻抗。
• 接地處理：優(yōu)先保證IC、電容和電感下方的低阻抗接地平面，AGND必須與PGND在PCB的低阻抗接地平面上仔細(xì)連接。
• 其他要點(diǎn)：FB引腳應(yīng)通過(guò)專(zhuān)用走線連接到調(diào)節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)離嘈雜的網(wǎng)絡(luò)；電源走線和負(fù)載連接應(yīng)短而寬，以提高轉(zhuǎn)換器效率。

六、控制與操作

（一）使能控制

通過(guò)將EN引腳電壓升高到(V{IH})閾值以上可啟用降壓 - 升壓輸出，將EN引腳電壓降低到(V{IL})閾值以下則禁用輸出。EN引腳內(nèi)部有一個(gè)800kΩ（典型值）的下拉電阻到AGND，可通過(guò)I2C接口清除EN_PD位來(lái)禁用內(nèi)部下拉電阻。

（二）動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整（DVS）

MAX77801具備DVS功能，可動(dòng)態(tài)改變輸出電壓。DVS引腳狀態(tài)決定了降壓 - 升壓是調(diào)節(jié)到(V{OUT_DVS_L})還是(V{OUT_DVS_H})。在軟啟動(dòng)完成后，內(nèi)部邏輯根據(jù)DVS輸入設(shè)置(V_{out})。同時(shí)，該轉(zhuǎn)換器支持可編程的電壓上升和下降斜率控制。

（三）軟啟動(dòng)

IC通過(guò)在固定時(shí)間內(nèi)降低峰值電感電流限制（(I{LIM_LX})）來(lái)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，軟啟動(dòng)時(shí)間在啟動(dòng)延遲（(t{ON_DLY})）后立即開(kāi)始，可有效控制啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。

（四）突發(fā)模式

設(shè)備實(shí)現(xiàn)了突發(fā)模式，用于處理短時(shí)間的重載瞬變。當(dāng)負(fù)載需要的峰值電感電流超過(guò)(I{LIM_LX})時(shí)，降壓 - 升壓會(huì)暫時(shí)將峰值電感電流限制提高到(I{LIM_LX_HIGH})，若重載持續(xù)時(shí)間超過(guò)800μs（典型值），突發(fā)模式將停用，峰值電感電流限制恢復(fù)到(I_{LIM_LX})。

（五）電源良好（POK）輸出

POK是一個(gè)開(kāi)漏輸出引腳，用于監(jiān)測(cè)輸出電壓。默認(rèn)情況下為高電平有效，可通過(guò)POK_POL位將其極性改為低電平有效。當(dāng)降壓 - 升壓輸出達(dá)到目標(biāo)調(diào)節(jié)電壓的80%時(shí)，POK置高；當(dāng)輸出降至目標(biāo)電壓的75%以下或降壓 - 升壓被禁用時(shí)，POK置低。

七、I2C通信

（一）通信協(xié)議

MAX77801支持I2C通信，包括寫(xiě)入單個(gè)寄存器、寫(xiě)入連續(xù)寄存器、讀取單個(gè)寄存器和讀取連續(xù)寄存器等操作。不同操作有相應(yīng)的通信協(xié)議，如寫(xiě)入單個(gè)寄存器時(shí)，主設(shè)備需發(fā)送起始條件、7位從設(shè)備地址、寫(xiě)位、8位寄存器指針、數(shù)據(jù)字節(jié)，從設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)答，最后主設(shè)備發(fā)送停止條件或重復(fù)起始條件。

（二）高速模式

要進(jìn)入高速模式（最高3.4MHz），需要特定的協(xié)議。主設(shè)備先在1MHz或更低的總線速度下開(kāi)始協(xié)議，發(fā)送特定的8位主代碼，從設(shè)備發(fā)出非應(yīng)答信號(hào)后，主設(shè)備即可將總線速度提高到3.4MHz并進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

八、寄存器映射

MAX77801的寄存器在欠壓鎖定（(VSYS < V_{UVLO_F}) ）或設(shè)備禁用（EN引腳為低電平）時(shí)會(huì)復(fù)位到默認(rèn)值。其寄存器包括DEVICE_ID、STATUS、CONFIG1、CONFIG2、VOUT_DVS_L和VOUT_DVS_H等，每個(gè)寄存器都有特定的功能和位域定義，可通過(guò)I2C接口進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

綜上所述，MAX77801是一款功能強(qiáng)大、性能出色的降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器，在單節(jié)鋰離子電池供電設(shè)備的電源管理方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇器件參數(shù)，優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮其性能。大家在使用過(guò)程中是否遇到過(guò)類(lèi)似器件的應(yīng)用難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。