探索 MAX42402/MAX42403：高性能同步降壓轉換器的卓越之選

在電子工程師的日常設計中，選擇一款合適的降壓轉換器至關重要。今天，我們就來深入了解一下 Analog Devices 推出的 MAX42402/MAX42403 36V、2.5A/3.5A 全集成同步降壓轉換器，看看它有哪些獨特的性能和優勢。

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一、產品概述

MAX42402/MAX42403 是一款小巧的同步降壓轉換器，集成了高端和低端開關。它的設計目標是在 4.5V 至 36V 的寬輸入電壓范圍內提供高達 2.5A/3.5A 的輸出電流。通過觀察 PGOOD 信號，我們可以輕松監測電壓質量。此外，該轉換器能夠以 99%的占空比運行，適用于工業應用。

二、關鍵特性與優勢

2.1 多功能小尺寸設計

• 寬輸入電壓范圍：4.5V 至 36V 的輸入電壓范圍，使其能夠適應多種不同的電源環境。
• 集成 FET 的同步 DC - DC 轉換器：最高可提供 2.5A/3.5A 的輸出電流，滿足不同負載需求。
• 超低靜態電流：在輕載時自動進入跳周期模式，無負載時靜態電流僅為 27μA。
• 可選開關頻率：提供 1.5MHz/400kHz 兩種固定內部頻率選項，允許使用小型外部組件并降低輸出紋波。
• 擴頻選項：有助于減少 EMI 輻射，提高電磁兼容性。
• 內部軟啟動：不同頻率下有不同的軟啟動時間，400kHz 時為 2.5ms，1.5MHz 時為 3.5ms，可限制啟動浪涌電流。
• 可編程輸出電壓：400kHz 時輸出電壓范圍為 0.8V 至 14V，1.5MHz 時為 0.8V 至 12V。
• 99%占空比運行：具有低 dropout 特性，適用于對電壓精度要求較高的應用。
• 高精度：滿足安全關鍵應用的需求。
• 精準使能閾值：可實現完全可編程的欠壓鎖定（UVLO）閾值。
• 準確的窗口式 PGOOD 信號：方便監測輸出電壓質量。
• 強制 PWM 和跳周期操作模式：可根據不同的負載情況選擇合適的工作模式。
• 多種保護功能：具備過溫、過壓和短路保護，提高系統的可靠性。
• 小尺寸封裝：采用 3mm x 3mm FC2QFN 封裝，節省電路板空間。
• 寬工作溫度范圍：-40°C 至 +125°C，適應惡劣的工業環境。

2.2 電氣特性詳解

三、引腳配置與功能

3.1 引腳分布

3.2 引腳功能詳解

• 線性穩壓器輸出（BIAS）：器件包含一個 1.8V 線性穩壓器（VBIAS），為內部電路塊提供電源。需從 BIAS 到 GND 連接一個 2.2μF 陶瓷電容。
• 系統使能（EN）：使能控制輸入（EN）用于從低功耗關斷模式激活器件。將 EN 置高可開啟內部線性 BIAS LDO。當 VBIAS 高于內部鎖定閾值（典型值 1.63V）時，轉換器啟用，輸出電壓按編程的軟啟動時間上升。將 EN 置低可關閉器件，此時 BIAS 穩壓器和柵極驅動器關閉，靜態電流降至 2.75μA（典型值）。
• 同步輸入（SYNC）：SYNC 是一個邏輯電平輸入，用于操作模式選擇和頻率控制。將 SYNC 連接到 BIAS 可啟用強制固定頻率操作（FPWM），連接到 GND 可啟用輕載效率的自動跳周期模式操作。SYNC 也可連接到外部時鐘，實現強制頻率操作。器件在兩個周期內與外部時鐘同步，在施加信號的上升沿同步。當 SYNC 處的外部時鐘信號缺失超過兩個時鐘周期時，IC 切換到使用內部時鐘。
• 軟啟動：器件具有固定的內部軟啟動時間，取決于頻率。軟啟動時間通過迫使輸出電壓向其調節點上升來限制啟動浪涌電流。400kHz 時軟啟動斜坡率為 2.5ms（典型值），1.5MHz 時為 3.5ms（典型值）。
• 擴頻：器件具有擴頻選項。當 SPS 引腳置高時，啟用擴頻功能，內部工作頻率相對于內部生成的工作頻率變化 ±6%。調制信號是一個周期為 300μs（1.5MHz 時）或 1.25ms（400kHz 時）的三角波。如果器件與外部時鐘同步，則擴頻功能禁用。
• 電源良好輸出（PGOOD）：MAX42402/MAX42403 具有開漏電源良好輸出（PGOOD），用于監測輸出電壓質量。PGOOD 是一個高電平有效輸出信號，當 VOUT 低于其標稱值的 93%（典型值）或高于其標稱值的 105%（典型值）時拉低。需連接一個 20kΩ（典型值）上拉電阻到外部電源或片上 BIAS 輸出。

四、保護功能

4.1 過流和短路保護

器件具有電流限制功能，可保護輸出免受短路和過載條件的影響。在短路或過載情況下，高端開關保持導通，直到電感電流達到指定的 LX 電流限制閾值。然后轉換器關閉高端開關，打開低端開關，使電感電流下降。當電感電流低于低端谷值電流限制閾值時，轉換器再次打開高端開關。此循環重復，直到短路或過載條件消除。當輸出電壓在電流限制期間低于調節電壓的 50%時，檢測到短路，打嗝模式激活，輸出關閉 35ms（1.5MHz 時為 10 x 3.5ms）或 25ms（400kHz 時為 10 x 2.5ms），然后嘗試重啟。只要短路條件存在，此過程將無限重復。打嗝模式在軟啟動期間禁用。

4.2 熱關斷

熱關斷功能可保護器件免受過高溫影響。當結溫超過 +175°C 時，內部傳感器關閉降壓轉換器，使 IC 冷卻。結溫下降 15°C 后，傳感器再次打開 IC。

4.3 過壓保護

IC 具有輸出過壓保護功能。在跳周期模式下發生過壓事件時，高端開關關閉，低端開關打開，直到電感電流達到固定負值。達到該值后，低端開關關閉，并在下一個周期再次打開，直到輸出降至過壓下降閾值以下。這樣，輸出迅速放電并恢復到調節狀態。

五、應用信息

5.1 設置輸出電壓

MAX42402/MAX42403 具有可調輸出電壓功能。可使用外部電阻分壓器將輸出電壓調節在 0.8V 至 14V（1.5MHz 時為 0.8V 至 12V）之間。計算公式為： [R{F B 1}=R{F B 2}left[left(frac{V{OUT }}{V{F B}}right)-1right]; where V_{F B}=0.8 V] 同時，文檔提供了不同輸出電壓范圍的組件選擇建議，包括電感、輸出電容和前饋電容的推薦值。

5.2 輸入電容選擇

輸入濾波電容可減少從電源汲取的峰值電流，降低電路開關引起的輸入噪聲和電壓紋波。建議將輸入電容對稱地分布在兩個 SUP 引腳之間，每個 SUP 引腳連接一個 2.2μF（最小）陶瓷電容以降低輸入電壓紋波。為提高噪聲免疫力，可在每個 SUP 引腳添加一個 0.1μF 的高頻陶瓷旁路電容。此外，通常還需要一個具有較高等效串聯電阻（ESR）的大容量電容，如電解電容，以降低前端電路的 Q 值，并提供所需的剩余電容以最小化輸入電壓紋波。輸入電容的 RMS 電流要求可通過以下公式計算： [I{RMS }=I{LOAD(MAX) } timesleft(frac{sqrt{V{OUT } timesleft(V{SUP }-V{OUT }right)}}{V{SUP }}right)] 當輸入電壓等于輸出電壓的兩倍時，(I{RMS}) 達到最大值： [V{SUP }=2 × V{OUT }] [I{RMS }=frac{I{LOAD(MAX)}}{2}] 為確保長期可靠性，應選擇在 RMS 輸入電流下自熱溫度上升小于 +10°C 的輸入電容。輸入電壓紋波由 (Delta V{Q})（由電容放電引起）和 (Delta V{ESR})（由電容的 ESR 引起）組成。可使用以下公式計算指定輸入電壓紋波所需的輸入電容和 ESR： [C{I N}=frac{I{OUT } × D(1-D)}{Delta V{Q} × f{S W}}] [D=frac{V{OUT }}{V{SUP }}] [Delta I{L}=frac{left(V{S U P}-V{OUT }right) × V{OUT }}{V{S U P} × f{S W} × L}] [E S R{I N}=frac{Delta V{E S R}}{I{OUT }+Delta I_{L} / 2}]

5.3 輸出電容選擇

輸出電容的選擇應滿足輸出電壓紋波、負載瞬態響應和環路穩定性要求。在負載階躍期間，輸出電流幾乎瞬間變化，而電感反應較慢。在此過渡期間，負載變化需求由輸出電容提供，這會導致輸出電壓出現下沖/過沖。輸出電容也會影響控制環路的穩定性。輸出紋波由 (Delta V{Q})（由電容放電引起）和 (Delta V{ESR})（由輸出電容的 ESR 引起）組成。應使用低 ESR 的陶瓷或鋁電解電容作為輸出電容。對于鋁電解電容，整個輸出紋波由 (Delta V_{ESR}) 貢獻。可使用以下公式計算 ESR 要求并