MAX77597：小身材大能量的降壓轉換器

作為電子工程師，在電源管理設計中，我們總是在尋找性能卓越、功能豐富且小巧精致的降壓轉換器。今天，就來和大家詳細聊聊 Maxim Integrated 推出的 MAX77597 降壓轉換器。

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產品概述

MAX77597 是一款集成開關的小型同步降壓轉換器。它的輸入電壓范圍為 3.5V 至 36V，能提供高達 300mA 的輸出電流，而在無負載（固定輸出版本）時僅消耗 1.1μA 的靜態電流。其輸出電壓固定為 3.3V，工作頻率固定在 1.7MHz，這使得它可以使用較小的外部組件并降低輸出紋波。該器件提供強制 PWM 和跳周期兩種工作模式，跳周期模式下靜態電流低至 1.1μA。它采用 2mm x 2.5mm 的 10 引腳 TDFN 封裝，工作溫度范圍為 -40°C 至 +85°C。

產品優勢與特點

靈活的電源適應性

• 寬輸入電壓范圍：VIN 范圍為 3.5V 至 36V，能適應多種電源輸入，如 2S、3S 或 4S 鋰離子電池，以及 5V、12V 或 20V 的 USB Type - C 輸入電源。
• 高輸出電流能力：可提供高達 300mA 的輸出電流，滿足多數中小功率應用的需求。
• 低壓降高效運行：最大占空比可達 98%，能在接近壓降的情況下高效運行，非常適合電池供電的應用。

低功耗與長續航

• 超低靜態電流：固定輸出 3.3V 時，靜態電流僅 1.1μA，能有效降低功耗，延長電池使用壽命。
• 高效率表現：在 12V 輸入、3.3V 輸出時，峰值效率可達 86%。

小尺寸解決方案

• 高頻工作：1.7MHz 的工作頻率允許使用更小的外部組件，減小了整體解決方案的尺寸。
• 微型封裝：采用 2.0mm x 2.5mm x 0.75mm 的 10 引腳 TDFN 封裝，節省 PCB 空間。

高可靠性設計

• 多重保護功能：具備短路保護和熱保護功能，確保在異常情況下器件的安全。
• 軟啟動功能：內部 6.67ms 的軟啟動功能可最小化浪涌電流。
• 電流模式控制架構：提供更精確的控制和更好的穩定性。
• 高耐壓能力：輸入電壓耐受能力高達 42V，增強了器件的可靠性。

電氣特性

供電與電流特性

• 供電電壓 VSUP 范圍為 3.5V 至 36V，短時間（t < 500ms）可承受 42V。
• 關斷狀態（VEN = 0V）下，供電電流僅 0.75μA 至 3.0μA。
• 無負載、固定 3.3V 輸出時，供電電流為 1.1μA 至 3.0μA。

電壓與電流精度

• 輸出電壓精度高，在 6V ≤ VSUP ≤ 36V、負載電流 0 至 300mA 時，3.3V 輸出電壓的誤差在 3.1V 至 3.4V 之間。
• 高側和低側 DMOS 的導通電阻分別為 1000mΩ 至 2200mΩ 和 500mΩ 至 1200mΩ。

其他特性

• 開關頻率為 1.58MHz 至 1.82MHz，固定在 1.7MHz 附近。
• RESET 輸出可監測輸出電壓，閾值在 86% 至 96%V OUT 之間。

工作模式與控制

強制 PWM 與跳周期模式

MAX77597 可通過 MODE 引腳在強制 PWM 和跳周期模式之間切換。連接 MODE 到 BIAS 啟用強制 PWM 模式，此時轉換器保持恒定的開關頻率，便于對開關噪聲進行濾波。將 MODE 連接到地或不連接，則啟用跳周期模式，該模式下靜態電流超低，僅 1.1μA。在跳周期模式中，轉換器的開關頻率取決于負載，直到輸出負載達到跳變閾值，在高負載電流下，其工作模式與強制 PWM 模式相似，這種模式有助于提高輕載應用的效率。

系統啟用與欠壓鎖定

通過 EN 引腳可控制器件的啟用和關斷，EN 與低至 2.4V 的輸入電平兼容。當 VBIAS 下降到欠壓鎖定（UVLO）電平（典型值 2.8V）以下時，器件會停止開關操作；當 VBIAS 上升到 UVLO 上升閾值以上時，控制器進入啟動序列并恢復正常運行。

啟動與軟啟動

器件具有內部軟啟動定時器，輸出電壓軟啟動斜坡時間典型值為 6.67ms。如果在軟啟動定時器到期后遇到短路或欠壓情況，器件將禁用 16.5ms（典型值），然后重新嘗試軟啟動，直到短路情況消除。

應用與設計要點

應用領域

• 便攜式設備：如由 2S、3S 或 4S 鋰離子電池供電的便攜式設備。
• USB Type - C 設備：可適應 5V、12V 或 20V 的 USB Type - C 輸入電源。
• 負載點應用：為特定負載提供穩定的電源。

元件選擇

• 電感選擇：需考慮電感值（L）、電感飽和電流（ISAT）和直流電阻（RDCR）。選擇電感值時，可先確定電感峰 - 峰交流電流與直流平均電流的比率（LIR），一般選擇 30% 的比率是尺寸和損耗的較好折衷。根據公式 (L=frac{V{OUT } timesleft(V{SUP }-V{OUT }right)}{V{SUP } × f{SW } × I{OUT } × LIR }) 計算電感值。
• 輸入電容：輸入濾波電容可降低從電源汲取的峰值電流，減少電路開關引起的輸入噪聲和電壓紋波。根據公式 (I{RMS }=I{LOAD(MAX)} frac{sqrt{V{OUT } timesleft(V{SUP }-V{OUT }right)}}{V{SUP }}) 計算輸入電容的 RMS 電流要求，選擇在 RMS 輸入電流下自熱溫度上升小于 +10°C 的輸入電容，以確保長期可靠性。同時，可根據輸入電壓紋波要求計算輸入電容的 ESR 和電容值。
• 輸出電容：輸出濾波電容的 ESR 要足夠低，以滿足輸出紋波和負載瞬態要求。電容值要足夠高，以吸收電感能量。當使用高電容、低 ESR 電容時，輸出電壓紋波主要由電容的 ESR 決定，可根據公式 (V{RIPPLE(P - P)}=ESR × I{LOAD(MAX)} × LIR) 選擇合適的電容。

PCB 布局指南

• 輸入電容（4.7μF）應緊鄰器件的 SUP 引腳放置，以有效去耦高頻噪聲。
• 將暴露焊盤焊接到器件下方的大銅平面區域，并在銅平面上添加小過孔或大過孔，以實現高效的熱傳遞。
• 隔離功率組件和高電流路徑與敏感的模擬電路，防止噪聲耦合到模擬信號中。
• 保持高電流路徑短，特別是在接地端子處，以確保穩定、無抖動的操作。
• 在輸出電容的返回端子處將 PGND 和 AGND 連接在一起，避免在其他位置連接。
• 保持電源走線和負載連接短，以提高效率。
• 將 BIAS 電容的接地端靠近 AGND 引腳，并使用短而寬的走線連接。

總結

MAX77597 降壓轉換器以其寬輸入電壓范圍、低功耗、小尺寸和高可靠性等特點，為電子工程師在電源管理設計中提供了一個優秀的選擇。在實際應用中，合理選擇外部元件和遵循 PCB 布局指南，能充分發揮其性能優勢。大家在使用過程中有沒有遇到過什么問題呢？或者對于電源管理設計還有哪些疑問，歡迎一起交流探討。