汽車級(jí)2V至36V、6A降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器MAX25239/MAX25240的深度解析

在汽車電子領(lǐng)域，電源管理是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天我們要探討的是Analog Devices的MAX25239/MAX25240，這兩款降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器專為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有諸多出色的特性。

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一、產(chǎn)品概述

MAX25239/MAX25240是小型同步降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器，集成了H橋開關(guān)。它能在輸入電壓高于、低于或等于輸出調(diào)節(jié)電壓的情況下，提供3V至20V范圍內(nèi)的固定輸出調(diào)節(jié)電壓和外部可調(diào)輸出電壓。其輸入電壓范圍為2V至36V，典型輸入電流限制選項(xiàng)有8.2A和10A，根據(jù)輸入 - 輸出電壓比和工作頻率，可支持高達(dá)6A的連續(xù)負(fù)載電流。

二、關(guān)鍵特性

（一）開關(guān)頻率選項(xiàng)

該轉(zhuǎn)換器提供2.1MHz、400kHz和200kHz三種開關(guān)頻率選項(xiàng)。2.1MHz的高開關(guān)頻率允許使用小型外部組件并減少輸出紋波，還能保證無AM頻段干擾；而400kHz或200kHz的開關(guān)頻率則提供更好的效率，減輕功耗問題。

（二）工作模式

SYNC輸入允許三種操作模式：具有超低靜態(tài)電流的跳過模式、強(qiáng)制固定頻率PWM操作以及與外部時(shí)鐘同步。此外，它還包含擴(kuò)頻頻率調(diào)制，以最小化EMI干擾。

（三）保護(hù)功能

具備電源正常（POK）指示器、欠壓鎖定、過壓保護(hù)、逐周期電流限制和熱關(guān)斷等功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。

（四）封裝形式

提供小型的4.25mm x 4.25mm x 0.75mm、22引腳FC2QFN和5.00mm x 5.00mm x 0.75mm、18引腳FCQFN封裝，有助于減少BOM成本和電路板空間。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX25239/MAX25240適用于多種汽車應(yīng)用，如ADAS ECU、信息娛樂系統(tǒng)、車身電子、啟停系統(tǒng)和負(fù)載點(diǎn)電源等。

四、詳細(xì)工作原理

（一）H橋操作

H橋由四個(gè)開關(guān)HS1、LS1、HS2和LS2組成。根據(jù)輸入和輸出電壓的比例，有三種工作模式：

1. 降壓模式：當(dāng)輸入電壓遠(yuǎn)高于輸出電壓時(shí)，HS2始終導(dǎo)通，LS2始終關(guān)斷，HS1和LS1以開關(guān)頻率切換，采用峰值電流模式控制方案確定開關(guān)的導(dǎo)通脈沖寬度。
2. 升壓模式：當(dāng)輸入電壓遠(yuǎn)低于輸出電壓時(shí)，HS1始終導(dǎo)通，LS1始終關(guān)斷，HS2和LS2以開關(guān)頻率工作，同樣采用峰值電流模式控制方案。
3. 降壓 - 升壓模式：當(dāng)輸入電壓接近輸出電壓時(shí)，四個(gè)開關(guān)根據(jù)需要以開關(guān)頻率導(dǎo)通/關(guān)斷，以在過渡區(qū)域保持高效率和穩(wěn)定的輸出電壓。

（二）線性穩(wěn)壓器輸出（VCC）

器件包含一個(gè)1.8V線性穩(wěn)壓器（VCC），為內(nèi)部電路塊供電。啟動(dòng)時(shí)，偏置穩(wěn)壓器從輸入獲取電源，啟動(dòng)完成后切換到輸出。對(duì)于輸出電壓低于1.8V的情況，偏置穩(wěn)壓器始終由輸入供電。

（三）軟啟動(dòng)

具有2.5ms的軟啟動(dòng)時(shí)間，通過迫使輸出電壓向調(diào)節(jié)點(diǎn)斜坡上升來限制啟動(dòng)浪涌電流。

（四）電流限制/打嗝模式

當(dāng)出現(xiàn)短路或過載情況時(shí)，高端MOSFET保持導(dǎo)通，直到電感電流達(dá)到電流限制閾值，然后低端MOSFET導(dǎo)通使電感電流下降。如果輸出電壓低于目標(biāo)的50%，則啟用打嗝模式，輸出關(guān)閉5ms后嘗試通過軟啟動(dòng)再次上電。

（五）電源正常輸出（PGOOD）

這是一個(gè)開漏電源正常指示器，當(dāng)輸出電壓低于93%（典型值）的下降閾值時(shí)，PGOOD置低；當(dāng)輸出電壓高于94%（典型值）的上升閾值時(shí)，PGOOD置高。

（六）同步輸入（SYNC）

SYNC引腳用于操作模式選擇和頻率控制。連接到VCC或外部時(shí)鐘可啟用強(qiáng)制固定頻率（FPWM）操作；連接到GND可啟用自動(dòng)跳過模式，以提高輕載效率。

（七）系統(tǒng)使能（EN）

使能控制輸入（EN）可將器件從低功耗關(guān)斷模式激活。EN與汽車電池電平至1.8V的輸入兼容，當(dāng)EN為高電平時(shí)，內(nèi)部線性（VCC）穩(wěn)壓器開啟，輸出電壓按編程的軟啟動(dòng)時(shí)間上升。

（八）擴(kuò)頻選項(xiàng)（SPS）

當(dāng)SPS引腳拉高時(shí)，工作頻率以開關(guān)頻率為中心變化±6%。如果器件與外部時(shí)鐘同步，則內(nèi)部擴(kuò)頻功能禁用。

（九）熱關(guān)斷保護(hù)

當(dāng)結(jié)溫超過+175°C時(shí)，傳感器關(guān)閉轉(zhuǎn)換器，結(jié)溫下降20°C后再次開啟。熱關(guān)斷僅禁用功率開關(guān)，VCC穩(wěn)壓器和IC邏輯在熱關(guān)斷期間保持活躍。

五、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）電感選擇

電感的設(shè)計(jì)需要在轉(zhuǎn)換器的尺寸、效率、控制、帶寬和穩(wěn)定性之間進(jìn)行權(quán)衡。對(duì)于降壓 - 升壓應(yīng)用，由于升壓和降壓 - 升壓模式中存在右半平面（RHP）零點(diǎn)，選擇合適的電感值更為關(guān)鍵。通常，電感峰值 - 峰值電流紋波為最大電感電流的40%是速度和效率之間的良好折衷。

（二）最大輸出電流

MAX25239/MAX25240通過檢測電感峰值電流來限制輸出電流。最大輸出電流由影響電感峰值電流的工作條件和組件選擇決定。在重負(fù)載和高輸出電壓下，熱限制會(huì)影響輸出電流能力。

（三）輸入電容

輸入電容可減少從電源汲取的峰值電流，降低電路開關(guān)引起的輸入噪聲和電壓紋波。根據(jù)給定的最大輸入電壓紋波，可計(jì)算輸入電容值。建議選擇陶瓷電容，因其具有低ESR、ESL、小尺寸和高電流紋波能力。

（四）輸出電容

在升壓模式下，輸出電容會(huì)承受高不連續(xù)紋波電流。根據(jù)給定的最大電壓紋波，可計(jì)算輸出電容值。同時(shí)，輸出電容的選擇還需滿足負(fù)載瞬態(tài)要求。同樣，陶瓷電容是推薦的選擇。

（五）輸出電壓設(shè)置

將FB連接到VCC可啟用由預(yù)設(shè)內(nèi)部電阻分壓器設(shè)置的固定輸出電壓。要在3V至20V之間外部調(diào)整輸出電壓，可連接一個(gè)電阻分壓器。

（六）誤差放大器補(bǔ)償設(shè)計(jì)

MAX25240轉(zhuǎn)換器使用內(nèi)部跨導(dǎo)誤差放大器，其反相輸入和輸出端子可供用戶進(jìn)行外部頻率補(bǔ)償。補(bǔ)償設(shè)計(jì)需要一些迭代以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)，要注意在深升壓模式和重負(fù)載下的設(shè)計(jì)。

（七）PCB布局指南

精心的PCB布局對(duì)于實(shí)現(xiàn)低開關(guān)損耗和穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。應(yīng)遵循一些布局準(zhǔn)則，如將陶瓷旁路電容靠近輸入和輸出引腳、隔離功率地和模擬地、保持高電流路徑短等。

六、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了2.1MHz和400kHz的典型應(yīng)用電路示例，分別對(duì)應(yīng)不同的電流限制和輸出電壓設(shè)置。

七、訂購信息

提供了不同型號(hào)的訂購信息，包括固定輸出電壓、電流限制、開關(guān)頻率等選項(xiàng)。

總之，MAX25239/MAX25240是一款功能強(qiáng)大、性能出色的汽車級(jí)降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器，在汽車電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，可根據(jù)具體需求合理選擇和應(yīng)用該器件。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。