MAX20471/MAX20472/MAX20472B：高效低電壓同步升壓轉換器的設計與應用

在電子設備的電源管理領域，高效的升壓轉換器至關重要。今天，我們來詳細探討Analog Devices公司的MAX20471、MAX20472和MAX20472B這三款低電壓同步升壓轉換器，它們在汽車等領域有著廣泛的應用前景。

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一、產品概述

MAX20471、MAX20472和MAX20472B是高效的低電壓DC - DC轉換器，能夠將3.0V至4.0V的輸入電源升壓至3.8V至5.25V（工廠可配置），輸出電流有500mA和1A兩種選擇。在負載、線路和溫度范圍內，這些轉換器能實現±1.5%的輸出誤差，性能十分出色。

（一）特點優勢

1. 多模式工作：具備2.2MHz（MAX20472B為2.0MHz）固定頻率的PWM模式，可提供更好的抗噪聲能力和負載瞬態響應；還有脈沖頻率調制模式（skip），在輕載運行時能提高效率。
2. 低輻射：可編程擴頻頻率調制可最大程度減少輻射電磁干擾，這對于對電磁兼容性要求較高的應用場景至關重要。
3. 集成開關：集成的低RDSON開關在重載時提高效率，并且相對于分立解決方案，使布局更加簡單。
4. 保護功能：擁有True Shutdown?、軟啟動、過流和過溫保護等功能，保障了設備的可靠性和穩定性。

（二）應用場景

主要應用于汽車負載點和汽車CAN收發器等領域，能滿足汽車電子系統對電源的嚴格要求。

二、關鍵參數與特性

（一）絕對最大額定值

了解這些參數對于正確使用和保護設備至關重要。例如，EN、SYNC到GND的電壓范圍為 - 0.3V至6V，AV到GND的電壓范圍同樣是 - 0.3V至6V等。最大連續RMS電流為2.5A，輸出短路持續時間為連續。不同封裝的連續功率耗散也有所不同，如12引腳TDFN - EP在70°C以上時需以24.4mW/°C的速率降額，8引腳SOIC在70°C以上時以7.8mW/°C的速率降額。

（二）電氣特性

1. 電源電壓范圍：輸入電源電壓范圍為3V至4.25V，但FPWM操作僅保證在4.0V以下的電源電壓。
2. 開關頻率：內部產生的PWM開關頻率，MAX20471/MAX20472為2.2MHz，MAX20472B為2.0MHz。
3. 輸出電壓精度：在負載電流從0A到最大值、3V ≤ VAV ≤ 4.25V的條件下，輸出電壓精度為±1.5%。
4. MOS管參數：pMOS導通電阻和nMOS導通電阻在特定條件下有相應的數值，如VAV = 3.3V，ILX = 0.18A時，pMOS導通電阻為150mΩ，nMOS導通電阻為100mΩ。

（三）典型工作特性

通過負載瞬態響應、效率與輸入電壓關系、最大輸出電流和線路調節等典型特性曲線，我們可以直觀地了解轉換器在不同工作條件下的性能表現。例如，在不同輸入電壓和負載電流下，轉換器的效率會有所變化，這對于優化電源設計非常有幫助。

三、引腳配置與功能

（一）引腳配置

MAX20471/MAX20472/MAX20472B有不同的封裝形式，如12引腳TDFN、12引腳SWTDFN和8引腳SOIC（僅MAX20471）。每個引腳都有其特定的功能，例如：

• SSEN：擴頻使能引腳，連接到VAy可啟用擴頻功能。
• OUT：輸出電壓引腳。
• LX：電感連接引腳，連接到電感的開關側。
• RESET：開漏復位輸出引腳，需要通過外部電阻上拉以獲得邏輯信號。

（二）詳細功能

1. 使能輸入（EN）：激活IC的通道，從低功耗關機狀態進入正常工作狀態。當EN為高電平時，輸出電壓會按照編程的軟啟動時間上升。
2. RESET輸出：當相應的輸出電壓超出UV/OV窗口時，RESET引腳會拉低。復位超時時間可在0.5ms、3.7ms、7.4ms或14.8ms中選擇。
3. 內部振蕩器：具有擴頻振蕩器，可使內部工作頻率相對于內部產生的典型工作頻率上下變化±3%，有助于減少電磁輻射。
4. 同步（SYNC）：根據SYNC引腳的狀態，轉換器可在脈沖跳過模式和固定頻率FPWM模式之間切換。對于MAX20471/MAX20472，如果SYNC未連接或接地且負載電流低于跳過模式電流閾值，將工作在高效的脈沖跳過模式；如果SYNC連接到VAV或有頻率輸入，則始終工作在FPWM模式。MAX20472B的SYNC引腳操作有所不同，未連接或接地時始終處于脈沖跳過操作，連接到VAV或有頻率輸入時則工作在FPWM模式。
5. 軟啟動：內置1.9ms的固定軟啟動時間，可限制啟動浪涌電流，使輸出電壓平穩上升到調節點。
6. 電流限制/短路保護：當輸出出現短路或過載情況時，低側MOSFET會保持導通，直到電感電流達到其電流限制閾值，然后高側MOSFET導通使電感電流下降，如此循環，直到短路或過載情況消除。
7. PWM/SKIP模式：通過SYNC引腳可選擇轉換器工作在SKIP模式或強制PWM模式。在PWM模式下，轉換器以恒定頻率和可變導通時間進行開關；在SKIP模式下，開關頻率取決于負載，輕載時可提高效率。
8. 過溫保護：當結溫超過165°C（典型值）時，內部熱傳感器會關閉內部偏置調節器和降壓控制器，使IC冷卻。結溫下降15°C后，熱傳感器會重新開啟IC。
9. 升壓轉換器短路保護：具備啟動時短路保護和啟動后短路/過載保護功能。啟動后，如果輸出短路或過載，會進入充電模式；若充電模式持續超過1.9ms，升壓轉換器會關閉并在120ms后自動嘗試重啟，這就是所謂的打嗝模式。

四、應用設計要點

（一）輸入電容

建議在DC - DC輸入使用2.2μF的X7R陶瓷電容，VAV引腳使用1μF的X7R陶瓷電容，以減少從電源吸取的峰值電流，降低電路開關引起的輸入噪聲和電壓紋波。

（二）電感選擇

對于MAX20472/MAX20471和MAX20472B，建議使用1μH的電感。對于鐵氧體磁芯，飽和電流應大于最大電流限制；對于軟飽和磁芯，只要最大電流限制下的電感大于標稱電感的50%，飽和電流可以小于最大電流限制。

（三）升壓輸出電容

MAX20471、MAX20472和MAX20472B設計為與低ESR陶瓷電容配合使用以保證穩定性。輸出電容的計算可參考以下公式： [C_{OUTMIN }=frac{55 mu sec }{V{OUT }}] [C_{OUTNOM }=frac{110 mu sec }{V{OUT }}] 但最終電路的相位裕度需要實際測量以確保穩定性。

（四）PCB布局指南

在進行PCB布局時，應將DC - DC電源組件靠近放置，布線盡量短，以減小環路面積。輸出電容、功率電感和輸入電容應靠近IC封裝。輸出電容承受的紋波電流最大，應放置在離IC最近的位置。高電流承載的走線，如輸入（LX）和OUT，應加寬。通過過孔連接IC的暴露焊盤，以提供最佳的接地和散熱連接，并在電源走線下方放置大面積的接地平面。

五、訂購信息

不同的型號在溫度范圍、引腳封裝、輸出電壓、保持時間、輸入電流限制、充電電流等方面有所差異。例如，MAX20471ATCA/V + 的輸出電壓為5V，輸入電流限制為1.8A，充電電流為1.7A（±30%），采用12引腳TDFN - EP封裝。在選擇具體型號時，需要根據實際應用需求進行綜合考慮。

MAX20471、MAX20472和MAX20472B這三款低電壓同步升壓轉換器憑借其高效、多功能和可靠的特性，為汽車等領域的電源設計提供了優秀的解決方案。在實際應用中，我們需要根據具體需求合理選擇型號，并注意各個設計要點，以確保電源系統的穩定和高效運行。你在使用這類升壓轉換器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。