MAX17623/MAX17624同步降壓轉換器：高效電源解決方案解析

在電子設備的設計中，電源管理是至關重要的一環。一款性能優良的電壓調節器能夠為設備提供穩定、高效的電源，從而保障設備的正常運行。今天，我們就來詳細探討一下Maxim Integrated推出的MAX17623和MAX17624這兩款同步降壓轉換器。

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一、產品概述

MAX17623和MAX17624屬于Himalaya系列，是高頻同步降壓DC - DC轉換器，集成了MOSFET和內部補償電路。它們的輸入電壓范圍為2.9V至5.5V，支持最大1A的輸出電流，輸出電壓可在0.8V至3.3V之間進行調節。這兩款轉換器采用8引腳、2mm×2mm的TDFN封裝，體積小巧，非常適合對空間要求較高的應用場景。

二、關鍵特性與優勢

（一）易用性

• 寬輸入輸出范圍：2.9V至5.5V的輸入電壓范圍和0.8V至3.3V的可調輸出電壓，能夠適應多種不同的電源和負載需求。
• 高精度反饋：±1%的反饋精度，確保輸出電壓的穩定性和準確性。
• 大輸出電流：最高可達1A的輸出電流，可滿足大多數中小功率負載的供電需求。
• 固定頻率運行：MAX17623以2MHz的固定開關頻率運行，MAX17624則以4MHz的固定開關頻率運行，便于工程師進行電路設計和頻率規劃。
• 內部補償：內部補償電路的設計，減少了外部元件的使用，簡化了電路設計。
• 全陶瓷電容：可以使用全陶瓷電容，提高了電路的穩定性和可靠性。

（二）高效率

• 模式可選：提供PWM（脈沖寬度調制）和PFM（脈沖頻率調制）兩種模式供用戶選擇。在輕負載情況下，PFM模式能夠跳過脈沖，提高效率；而在對頻率敏感的應用中，PWM模式可以提供固定的開關頻率。
• 低關斷電流：關斷電流低至0.1μA（典型值），有效降低了功耗，延長了電池供電設備的續航時間。

（三）靈活設計

• 軟啟動與預偏置啟動：內部集成了軟啟動功能，可減少輸入浪涌電流；同時支持預偏置啟動，適用于多種復雜的啟動場景。
• 電源良好輸出：采用開漏輸出的PGOOD引腳，用于指示輸出電壓的狀態，方便系統進行故障檢測和管理。

（四）穩健運行

• 過溫保護：當結溫超過+165°C時，熱過載保護功能會自動關閉設備，防止設備因過熱而損壞。
• 過流保護：具備強大的過流保護功能，在過載和輸出短路情況下，能夠有效保護設備。
• 寬工作溫度范圍：環境工作溫度范圍為 - 40°C至+125°C，結溫范圍為 - 40°C至+150°C，適用于各種惡劣的工業和戶外環境。

三、應用領域

• 負載點電源：為系統中的特定負載提供穩定的電源。
• 標準5V軌電源：可作為標準5V電源的降壓解決方案。
• 電池供電應用：其低功耗和寬輸入電壓范圍，非常適合電池供電的設備，如便攜式電子設備、物聯網設備等。
• 分布式電源系統：在分布式電源系統中，為各個模塊提供高效的電源轉換。
• 工業傳感器和過程控制：為工業傳感器和過程控制設備提供穩定可靠的電源。

四、電氣特性詳解

（一）輸入電源

輸入電壓范圍為2.9V至5.5V，在關斷模式下，輸入電源電流僅為0.1μA（典型值）。在PFM模式下，無負載時的靜態電流為40μA；在PWM模式下，MAX17623的靜態電流為4.5mA，MAX17624的靜態電流為6mA。

（二）功率MOSFET

高側pMOSFET和低側nMOSFET的導通電阻在不同輸入電壓和輸出電流條件下有不同的表現。例如，在VIN = 3.6V、IOUT = 190mA時，高側pMOSFET的導通電阻典型值為120mΩ，低側nMOSFET的導通電阻典型值為80mΩ。

（三）定時參數

開關頻率方面，MAX17623為2MHz（典型值），MAX17624為4MHz（典型值）。最大占空比可達100%，LX死區時間為3ns，軟啟動時間固定為1ms。

（四）反饋與電流限制

反饋調節電壓為0.8V至1V，FB電壓精度在PWM模式下為±1%。電流限制方面，峰值電流限制閾值典型值為2A，谷值電流限制閾值典型值為1.5A，負電流限制閾值為 - 1.09A。

（五）電源良好輸出

PGOOD引腳的上升閾值為93.5%（典型值），下降閾值為90%（典型值），輸出低電平為200mV（典型值）。

五、模式選擇與工作原理

（一）模式選擇

MODE引腳的邏輯狀態在EN引腳電壓高于其上升閾值且所有內部電壓準備好允許LX開關后被鎖存。如果MODE引腳在上電時未連接，則器件在輕負載時以PFM模式運行；如果MODE引腳接地，則器件在所有負載下以恒定頻率的PWM模式運行。在正常運行期間，MODE引腳的狀態變化將被忽略。

（二）PWM運行

在PWM模式下，器件的輸出電流可以為負，適用于對頻率敏感的應用，能夠在所有負載下提供固定的開關頻率。但在輕負載情況下，PWM模式的效率相對較低。

（三）PFM運行

PFM模式禁止器件輸出負電流，并在輕負載時跳過脈沖以提高效率。在低負載電流下，如果電感電流的峰值連續64個周期小于350mA且電感電流達到零，則器件進入PFM模式。

六、保護功能

（一）欠壓鎖定

當IN引腳電壓高于2.8V（典型值）且EN引腳為高電平時，器件開啟；當IN引腳電壓低于UVLO閾值200mV時，器件關閉。

（二）過流保護

當檢測到電感電流超過內部峰值電流限制（典型值為2A）時，高側MOSFET關閉，低側MOSFET開啟。當電感電流下降到1.5A（典型值）以下后，高側MOSFET再次開啟，繼續循環工作。

（三）熱過載保護

當結溫超過+165°C時，片上熱傳感器將關閉器件，關閉內部功率MOSFET，使器件冷卻。當結溫下降10°C后，熱傳感器將再次開啟器件。

七、元件選擇與設計要點

（一）電感選擇

對于MAX17623，建議選擇1.5μH的電感；對于MAX17624，建議選擇1μH的電感。電感的飽和電流額定值應足夠高，以確保在電感電流超過內部峰值電流限制（典型值為2A）之前不會飽和。同時，應選擇低損耗、直流電阻盡可能小的電感，以提高效率。

（二）輸入電容選擇

輸入電容的主要作用是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。輸入電容的RMS電流需求可通過公式(I{RMS }=I{OUT(MAX) } × frac{sqrt{V{OUT } timesleft(V{IN }-V{OUT }right)}}{V{IN }})計算。為了保證長期可靠性，應選擇在RMS輸入電流下溫度上升小于+10°C的輸入電容。建議使用低ESR、高紋波電流能力的陶瓷電容，如X7R電容。輸入電容的計算公式為(C{I N}=I{OUT(M A X)} × frac{D times(1-D)}{f{S W} × eta × Delta V{I N}})。

（三）輸出電容選擇

對于MAX17623，建議使用最小22μF的輸出電容；對于MAX17624，建議使用最小10μF的輸出電容。輸出電容的作用是濾波和存儲能量，以支持負載瞬態條件下的輸出電壓，并穩定器件的內部控制環路。在選擇輸出電容時，需要考慮陶瓷電容的直流電壓降額問題。

（四）輸出電壓調整

通過連接外部電阻分壓器到FB引腳，可以設置輸出電壓。計算公式為(R 1=R 2 timesleft[frac{V_{OUT }}{0.8}-1right])，其中R2應選擇小于37.4kΩ。

（五）功率損耗與結溫估算

功率損耗可通過公式(P{LOSS }=P{OUT } timesleft(frac{1}{eta}-1right)-left(I{OUT }^{2} × R{D C R}right))計算，其中(P{OUT }=V{OUT } × I{OUT })。結溫可通過公式(T{J}=T{A}+left(theta{JA} × P{Loss }right))估算，其中(theta{JA})為封裝的結到環境熱阻（四層板為85.3°C/W）。如果應用中有熱管理系統，可通過公式(T{J}=T{E P}+left(theta{J C} × P{L O S S}right))估算結溫，其中(theta_{JC})為結到外殼的熱阻（8.9°C/W）。

八、PCB布局指南

PCB布局對于MAX17623/MAX17624的性能至關重要。為了實現干凈、穩定的運行，應遵循以下布局原則：

• 輸入輸出電容：輸入電容應盡可能靠近IN和GND引腳，輸出電容應盡可能靠近OUT和GND引腳，以減少寄生電感和電阻。
• 反饋電阻：電阻反饋分壓器應盡可能靠近FB引腳，以確保反饋信號的準確性。
• 接地平面：所有GND連接應連接到盡可能大的銅平面區域，以降低接地阻抗。
• 電源走線：承載脈動電流的走線應短而寬，以減少寄生電感。
• 過孔使用：使用多個過孔將內部GND平面連接到頂層GND平面，提高散熱性能。

九、典型應用電路

文檔中給出了多個典型應用電路，包括0.8V、1.5V和3.3V輸出的電路示例。這些電路詳細列出了各個元件的參數和型號，為工程師的實際設計提供了參考。例如，在0.8V、1A的典型應用電路中，使用了1.5μH的電感、22μF的輸出電容和2.2μF的輸入電容。

十、總結

MAX17623和MAX17624同步降壓轉換器以其高性能、高集成度和豐富的保護功能，為電子工程師提供了一種優秀的電源管理解決方案。無論是在電池供電的便攜式設備，還是工業傳感器和分布式電源系統中，這兩款轉換器都能夠發揮出其獨特的優勢。在實際設計過程中，工程師需要根據具體的應用需求，合理選擇元件參數，優化PCB布局，以充分發揮這兩款轉換器的性能。你在使用類似電源轉換器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。