MAX77932C：8A 雙相開關電容轉換器的卓越性能與應用

在當今電子設備不斷追求高性能、小型化和低功耗的趨勢下，電源管理芯片的性能和特性對于整個系統的運行起著至關重要的作用。今天，我們就來深入了解一款具有卓越性能的電源管理芯片——MAX77932C 8A 雙相開關電容轉換器。

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一、產品概述

MAX77932C 是一款獨立的雙相開關電容轉換器，集成了電源開關，能夠提供高達 8A 的輸出電流，并將輸入電壓減半。這種特性使得它非常適合那些使用 2S Li+ 電池，同時需要為以 1S 等效電壓運行的電路供電的應用。對于從 1S 電池配置遷移到 2S 電池配置的應用，MAX77932C 也能輕松勝任，通過將 2S 電池電壓轉換為 1S 等效輸出，讓設計師可以保留現有的下游 1S 電源架構。

二、產品特點與優勢

（一）高效轉換與小尺寸設計

• 采用無電感開關電容轉換器拓撲結構，縮小了整體占用空間，降低了電路的最大高度。
• 高達 1.5MHz 的高開關頻率，減少了所需電容器的尺寸和數量，進一步減小了解決方案的占用空間。
• 具有業界領先的 98.5% 的峰值效率，簡化了熱設計，適用于消費、醫療和工業等多種應用場景。

（二）低功耗與保護功能

• 工作時靜態電流僅為 30μA，關機時為 4μA，有效降低了功耗。
• 集成了過壓、欠壓、過流和熱保護功能，確保了設備的安全運行。
• 內置頻率抖動功能，最大限度地降低了電磁干擾（EMI）。

（三）可編程性與靈活性

• 具備 (I^{2}C) 兼容的 2 線串行接口，支持高達 3.4MHz 的 SCL 時鐘速率。
• 通過 (I^{2}C) 接口可輕松調節如過流保護（OCP）、過壓鎖定（OVLO）或欠壓鎖定（UVLO）閾值、開關頻率、軟啟動電流和持續時間等轉換器參數。

三、產品應用領域

MAX77932C 的卓越性能使其在多個領域都有廣泛的應用，包括但不限于：

• 移動設備：智能手機、平板電腦、超極本電腦、Chromebook 等。
• 攝影設備：數碼單反相機（DSLR）和無反光鏡相機。
• 便攜設備：移動電源、便攜式打印機、便攜式游戲機、移動銷售點（mPOS）設備等。
• 通信設備：雙向無線電。

四、電氣特性詳細解讀

（一）電源相關特性

• 待機電流：在關機狀態下，當 (EN = LOW)，(V{IN} = 8.4V)，(V{VIO} = 0V)，(T{A} = +25°C) 時，關機電源電流 (I{SHDN}) 為 4 - 15μA。
• 靜態電流：在自動模式下，(V{IN} = 8.4V) 時，靜態電流 (I{Q1}) 為 30μA。

（二）電壓鎖定特性

• 欠壓鎖定閾值：欠壓鎖定閾值 (V{UVLO}) 分為上升閾值 (V{UVLOR})（典型值 4.9V）和下降閾值 (V{UVLO_F})（OTP 選項有 4.1V、4.3V、4.5V、4.7V 等）。

（三）效率特性

• 輕載效率：輸出電流 (I{OUT} = 1mA)，(V{IN} = 7.4V) 時，輕載效率 (η{LIGHT1}) 為 92%；(I{OUT} = 30mA) 時，輕載效率 (η_{LIGHT2}) 為 97%。
• 峰值效率：在 (V{IN} = 7.4V)，(f{SW} = 0.25MHz) 時，峰值效率 (η_{PEAK}) 可達 98.5%。
• 重載效率：輸出電流 (I{OUT} = 8A)，(V{IN} = 7.4V) 時，重載效率 (η_{HEAVY}) 為 95%。

（四）開關特性

• 開關頻率：支持 (I^{2}C) 可編程，選項有 0.25MHz、0.5MHz、0.75MHz、1MHz、1.2MHz、1.5MHz 等。
• 頻率抖動率：(I^{2}C) 可編程選項有 OFF、3%、6%、12%，默認 3%。

五、引腳配置與功能

（一）引腳配置概述

MAX77932C 采用 2.4mm x 2.8mm x 0.4mm 間距的 42 引腳晶圓級封裝（WLP），引腳配置涵蓋了電源輸入、內部柵極驅動器電源輸入、飛跨電容連接、輸出、接地、數字控制和通信等多種功能引腳。

（二）部分關鍵引腳功能

• IN：芯片的電源輸入引腳，需在 IN 和 PGND 之間連接一個 4.7μF 的電容器。
• BSTxP 和 BSTxN：內部柵極驅動器的電源輸入引腳，分別在 BSTxP 與 CFxP、BSTxN 與 CFxN 之間連接 0.047μF 的自舉電容器。
• CFxP 和 CFxN：飛跨電容的正負極引腳，建議在 CFxP 和 CFxN 之間連接 2 x 47μF 的電容器。
• OUT：開關電容轉換器的輸出引腳，需在 OUT 和 PGND 之間連接 2 x 10μF 的電容器。
• PGOOD：電源良好指示輸出引腳，軟啟動后輸出 1.8V，正常運行時保持該電壓。

六、工作模式與控制

（一）啟動與軟啟動

• 設備啟動時，飛跨電容與輸出電容并聯，內部電流源將電容器充電至接近正常運行時目標 (V_{IN}/2) 的電壓。軟啟動電流可通過 (I^{2}C) 配置。
• 如果在 120ms（默認軟啟動超時設置）內輸出電壓未達到接近 (V_{IN}/2) 的電壓，芯片將產生軟啟動定時器故障中斷（SS_FLT_INT）并返回待機狀態；軟啟動成功后，開關電容轉換器進入正常運行狀態。

（二）工作模式

• 自動模式（自動跳過模式）：當輸出負載電流較低時，可配置為自動進入跳過模式，僅當輸出電壓低于跳過操作閾值時才開啟開關，以節省功率。默認配置為 SCC_CFG1.FIX_FREQ = 0 時可實現此功能。
• 固定頻率模式：配置為 SCC_CFG1.FIXFREQ = 1 時，開關電容轉換器始終工作，在 OUT 引腳提供未調節的 (V{IN}/2) 電壓。

（三）使能控制

• 通過 EN 引腳使能或禁用：當 (V_{IO}) 保持低電平時，可通過數字控制 EN 引腳來使能或禁用芯片。EN 引腳為高電平有效，當 EN 引腳拉高時間超過 EN 消抖時間后，芯片啟動軟啟動操作。
• 通過 EN 和 (V_{IO}) 使能或禁用：保持有效的 (V_{IO}) 可使芯片保持啟用狀態，EN 可配置為按鈕操作。
• 通過 (I^{2}C) 使能：某些應用在芯片輸出啟用前即可提供 (V_{IO})，此時主機微控制器可通過 (I^{2}C) 向 SCC_EN 寄存器寫入 0x1 來啟用芯片輸出，寫入 0x0 來禁用輸出。

七、保護功能

（一）過流保護

提供兩層過流保護：通過監測輸出電流檢測過流情況 OCP1；通過感測輸出電壓實現更快的短路保護 OCP2。當輸出電流 (≥ OCP1) 或輸出電壓 (≤ V_{IN}/2 - OCP2) 時，芯片保護并禁用輸出。

（二）過壓保護

• 輸入過壓保護（IOVP）：當 (V{IN}) 高于 (V{IOVP})（可通過 (I^{2}C) 編程為 9.5V、10.0V、10.5V 或 11.0V）時，開關電容轉換器禁用輸出并進入待機模式。
• 輸出過壓保護（OOVP）：默認輸出過壓保護閾值為 5V，可通過 (I^{2}C) 進行調節。

（三）熱保護

• 芯片具有熱保護電路，當管芯溫度超過 +155°C 時，芯片進入熱關斷狀態，設置 T_SHDN_INT 位。熱關斷后，當管芯溫度降低 +15°C 時，熱關斷狀態解除，用戶可重新啟用開關電容轉換器。
• 此外，還有在 +100°C 和 +120°C 觸發的額外比較器，分別產生 T_ALM1 和 T_ALM2 中斷。

八、(I^{2}C) 接口與寄存器配置

（一）(I^{2}C) 接口概述

芯片作為從機發送器/接收器，具有特定的從機地址。支持 1000kHz（標準、快速和快速模式加）和 3.4MHz（HS 模式，(C_{B} = 100pF)）等不同的時鐘頻率。

（二）寄存器配置

芯片包含多個寄存器，如 INT_SRC、INT_SRC_M、STATUS、SCC_EN 等，通過對這些寄存器的讀寫操作，可以實現中斷管理、狀態監測、轉換器使能和配置等功能。例如，通過 SCC_EN 寄存器的 0b1 值可啟用開關電容轉換器，通過 SCC_CFG1 寄存器的 FIX_FREQ 位可配置工作模式。

九、設計建議

（一）電容選擇

• 輸入電容 (C_{IN})：用于降低從輸入電源汲取的電流峰值和減少設備中的開關噪聲，建議使用具有 X5R 或 X7R 電介質的陶瓷電容器，大多數應用中每相 4.7μF 電容即可。
• 輸出電容 (C_{OUT})：用于保持輸出電壓紋波小，同樣推薦使用具有 X5R 或 X7R 電介質的陶瓷電容器，每相最小推薦電容為 10μF。
• 飛跨電容 (C_{FLY})：在開關頻率下需具有低阻抗，推薦使用 2x47μF 的 X5R 或 X7R 陶瓷電容器以實現優化效率。

（二）布局指南

• 飛跨電容 (C_{FLY}) 應盡可能靠近芯片放置。
• 所有電源走線在兩相之間應盡可能對稱。
• 若不允許在電容下方有電源走線，可保持飛跨電容位置不變，在芯片 OUT 引腳附近設置大量過孔將其引至另一層，并使用多層相同走線來加強 OUT 走線。
• AGND 引腳不應直接連接到頂層 PGND，應通過過孔連接到更穩定的系統接地平面。
• 內部引腳（如 BST1P/N、BST2P/N 和 HVDD）需通過過孔連接，使用盡可能寬的走線連接這些引腳，并確保到相應電容器的路徑最短。

十、總結

MAX77932C 8A 雙相開關電容轉換器以其高效的轉換性能、豐富的保護功能、靈活的可編程性和小尺寸設計，為電子工程師在電源管理設計中提供了一個優秀的選擇。無論是在移動設備、攝影設備還是其他便攜設備和工業應用中，MAX77932C 都能發揮其優勢，幫助設計師實現高性能、小型化和低功耗的設計目標。在實際應用中，工程師們需要根據具體的設計要求，合理選擇電容、優化布局，并正確配置寄存器，以充分發揮 MAX77932C 的性能。

大家在使用 MAX77932C 過程中遇到過哪些問題或者有什么獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享交流。