MAX17503：4.5V - 60V、2.5A高效同步降壓DC - DC轉換器

在電子設計領域，電源管理一直是至關重要的環節。一款性能出色的DC - DC轉換器能夠為系統提供穩定、高效的電源供應，從而保障整個系統的穩定運行。今天，我們就來詳細探討一下Maxim Integrated推出的MAX17503和MAX17503S這兩款高效同步降壓DC - DC轉換器。

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一、產品概述

MAX17503/MAX17503S屬于Himalaya系列電壓調節器IC，它們具備高集成度和出色的性能，能夠實現更涼爽、更小且更簡單的電源解決方案。該轉換器支持4.5V至60V的寬輸入電壓范圍，可提供高達2.5A的輸出電流，輸出電壓范圍為0.9V至90%VIN 。內置補償功能使得在整個輸出電壓范圍內無需外部補償組件，大大簡化了設計。反饋（FB）調節精度在 - 40°C至 + 125°C的溫度范圍內可達±1.1% 。

二、產品特性

（一）控制模式靈活

MAX17503/MAX17503S采用峰值電流模式控制架構，通過MODE引腳可以實現PWM（脈沖寬度調制）、PFM（脈沖頻率調制）和DCM（不連續導通模式）三種控制模式。

• PWM模式：在所有負載下提供恒定頻率操作，適用于對開關頻率敏感的應用。但在輕負載下，其效率相對PFM和DCM模式較低。
• PFM模式：禁用負電感電流，并在輕負載時跳過脈沖以提高效率。當輸出電壓達到標稱電壓的102.3%時，進入休眠模式，以節省靜態電流；當輸出電壓降至101.1%時，恢復正常工作。不過，該模式下輸出電壓紋波較大，且輕負載時開關頻率不恒定。
• DCM模式：在輕負載下實現恒定頻率操作，不跳過脈沖，僅禁用負電感電流，效率介于PWM和PFM模式之間。

（二）功能豐富

• 可編程軟啟動：用戶可以通過連接電容到SS引腳來設置軟啟動時間，減少輸入浪涌電流。
• 輸出使能/輸入欠壓鎖定（EN/UVLO）：允許用戶在所需的輸入電壓水平下開啟器件。
• 開漏RESET引腳：在輸出電壓成功調節后，為系統提供延遲的電源良好信號。
• 外部時鐘同步（SYNC）：內部振蕩器可與SYNC引腳的外部時鐘信號同步，外部時鐘頻率需在1.1 x fSW至1.4 x fSW之間，最小脈沖寬度應大于50ns 。

（三）高效節能

• 高轉換效率：峰值效率可達94%，PFM和DCM模式在輕負載下具有較高的效率。
• 低靜態電流：關機電流典型值為2.8μA 。

（四）可靠運行

• 打嗝模式電流限制和自動重試啟動：在過載和輸出短路情況下，提供強大的過流保護。
• 內置輸出電壓監控：通過RESET引腳監控輸出電壓。
• 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 。

三、電氣特性

（一）輸入電源

輸入電壓范圍為4.5V至60V，輸入關機電流典型值為2.8μA 。不同模式下的輸入靜態電流也有所不同，例如在PFM模式下，VFB = 1V且MODE = open時，輸入靜態電流典型值為162μA 。

（二）使能/欠壓鎖定（EN/UVLO）

EN/UVLO閾值在上升和下降時有所不同，上升閾值典型值為1.215V，下降閾值典型值為1.09V 。輸入泄漏電流在V EN/UVLO = 0V且TA = + 25oC時，范圍為 - 50nA至 + 50nA 。

（三）LDO

VCC輸出電壓范圍在6V < VIN < 60V且IVCC = 1mA時為4.75V至5.25V 。VCC電流限制典型值為54mA，VCC壓差在VIN = 4.5V且IVCC = 20mA時為4.05V 。

（四）功率MOSFET和BST驅動器

高端nMOS導通電阻典型值為165mΩ，低端nMOS導通電阻典型值為80mΩ 。LX泄漏電流在TA = + 25oC時，范圍為 - 2μA至 + 2μA 。

（五）軟啟動（SS）

充電電流在VSS = 0.5V時，典型值為5μA 。

（六）反饋（FB）

FB調節電壓在 - 40oC ≤ TA ≤ + 125oC時，范圍為0.89V至0.91V 。FB輸入偏置電流在0 < VFB < 1V且TA = + 25oC時，范圍為 - 50nA至 + 50nA 。

（七）電流限制

峰值電流限制閾值典型值為3.7A，失控電流限制閾值典型值為4.3A，谷值電流限制閾值在不同模式下有所不同。

四、應用信息

（一）元件選擇

• 輸入電容：輸入濾波電容可減少從電源汲取的峰值電流，降低輸入電壓紋波。應選擇在RMS輸入電流下溫度上升小于 + 10oC的電容，推薦使用低ESR陶瓷電容。輸入電容的RMS電流要求可通過公式計算，輸入電容值可根據公式[C{IN}=frac{I{OUT(MAX)} × D ×(1 - D)}{eta × f{SW} × Delta V{IN}}]計算。
• 電感：選擇電感時，需考慮電感值、飽和電流和直流電阻。電感值可根據公式[L=frac{V{OUT}}{f{SW}}]計算，飽和電流額定值應高于峰值電流限制值3.7A 。
• 輸出電容：推薦使用X7R陶瓷輸出電容，其在工業應用中具有良好的溫度穩定性。輸出電容的大小應能支持50%最大輸出電流的階躍負載，輸出電壓偏差控制在輸出電壓變化的3%以內。最小輸出電容值可通過公式[C{OUT}=frac{1}{2} × frac{I{STEP} × t{RESPONSE}}{Delta V{OUT}}]計算。
• 軟啟動電容：通過連接電容到SS引腳來設置軟啟動時間，最小軟啟動電容值可根據公式[C{SS} geq 28 × 10^{-6} × C{SEL} × V{OUT}]計算，軟啟動時間與電容值的關系為[t{SS}=frac{C_{SS}}{5.55 × 10^{-6}}]。

（二）參數設置

• 設置開關頻率（RT）：通過連接電阻從RT引腳到SGND可將開關頻率編程為100kHz至2.2MHz 。開關頻率與電阻值的關系為[R{RT} cong frac{21 × 10^{3}}{f{SW}}-1.7]，若RT引腳開路，器件將以默認的500kHz頻率運行。
• 設置輸入欠壓鎖定電平：通過連接電阻分壓器從VIN到SGND，并將分壓器的中心節點連接到EN/UVLO引腳，可設置器件開啟的電壓。
• 調節輸出電壓：通過連接電阻分壓器從輸出電容的正端到SGND，并將分壓器的中心節點連接到FB引腳，可設置輸出電壓。電阻R3和R4的值可根據公式計算。

（三）PCB布局指南

• 所有承載脈沖電流的連接應盡可能短且寬，以減少電感。
• 陶瓷輸入濾波電容應靠近IC的VIN引腳放置，VCC引腳的旁路電容也應靠近引腳放置。
• 模擬小信號地和開關電流的功率地應分開，在VCC旁路電容的返回端連接。
• 接地平面應盡可能連續，避免高開關電流的走線直接跨越接地平面的不連續處。
• 在器件的暴露焊盤下方應提供多個熱過孔，以連接到大面積接地平面，提高散熱效率。

五、典型應用電路

文檔中給出了不同輸出電壓和開關頻率的典型應用電路，包括5V輸出、500kHz開關頻率；3.3V輸出、500kHz開關頻率；5V輸出、1MHz開關頻率；3.3V輸出、1MHz開關頻率以及3.3V輸出、100kHz開關頻率等電路示例，為工程師的設計提供了參考。

六、總結

MAX17503/MAX17503S是一款功能強大、性能出色的同步降壓DC - DC轉換器，具有寬輸入電壓范圍、高轉換效率、靈活的控制模式和豐富的保護功能等優點。在工業電源、基站電源、通用負載點等應用中具有廣泛的應用前景。工程師在設計過程中，應根據具體的應用需求，合理選擇元件、設置參數，并遵循PCB布局指南，以確保系統的穩定運行。大家在使用這款轉換器的過程中，有沒有遇到過什么問題或者有什么獨特的設計經驗呢？歡迎在評論區分享交流。