深入剖析MAX77859：高性能USB - PD/PPS應(yīng)用的理想選擇

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，一款優(yōu)秀的轉(zhuǎn)換器對于提升設(shè)備性能和用戶體驗(yàn)至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下Analog Devices推出的MAX77859，一款專為USB - PD/PPS應(yīng)用設(shè)計(jì)的2.5V至22V輸入、7.8A開關(guān)電流的高效降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器。

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產(chǎn)品亮點(diǎn)解析

寬輸入電壓范圍

MAX77859支持2.5V至22V的寬輸入電壓范圍，這使得它能夠適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境，無論是低電壓的電池供電設(shè)備，還是高電壓的適配器供電系統(tǒng)，都能穩(wěn)定工作。這種靈活性大大拓展了其應(yīng)用場景，為工程師在設(shè)計(jì)不同類型的電子設(shè)備時(shí)提供了更多的選擇。

可編程輸出電壓

該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓具有可編程性。使用內(nèi)部反饋電阻時(shí)，輸出電壓范圍為3.2V至16V；使用外部反饋電阻時(shí)，輸出電壓范圍可擴(kuò)展至3.0V至20V。這種可編程特性使得工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，靈活調(diào)整輸出電壓，滿足不同設(shè)備的供電要求。

高輸出電流能力

在降壓模式下，MAX77859能夠提供高達(dá)6A的輸出電流；在升壓模式下（ (V{IN}=3.7V) ， (V{OUT}=5V) ），也能達(dá)到4A的輸出電流。這使得它能夠?yàn)楦吖β试O(shè)備提供充足的電力支持，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

高效的工作模式

它具備自動SKIP模式和強(qiáng)制PWM（FPWM）模式。在輕載或無負(fù)載條件下，自動進(jìn)入SKIP模式，能夠有效提高效率，降低功耗；而在需要最低輸出紋波的應(yīng)用中，可以通過FPWM引腳或I2C接口使能FPWM模式，滿足特定的性能需求。

豐富的保護(hù)功能

MAX77859集成了多種保護(hù)功能，如欠壓鎖定（UVLO）、開關(guān)電流過流保護(hù)（SW OCP）、輸出電流過流保護(hù)（OUT OCP，僅MAX77859A）和熱關(guān)斷（THS）等。這些保護(hù)功能能夠有效保護(hù)轉(zhuǎn)換器和設(shè)備免受異常情況的損害，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵應(yīng)用場景

USB PD 3.0（PPS）動態(tài)可重構(gòu)處理器（DRP）應(yīng)用

目前，超極本USB Type - C端口的最高輸出功率為15W（5V，3A），而MAX77859能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)30W的USB PD輸出，并且符合PPS標(biāo)準(zhǔn)。這意味著它可以將任何USB Type - C PD兼容的智能手機(jī)和外設(shè)的充電速度提高一倍。例如，使用超極本對周邊設(shè)備進(jìn)行15分鐘的快速充電，就可以支持設(shè)備數(shù)小時(shí)的運(yùn)行，大大提升了用戶的使用體驗(yàn)。

空間受限的應(yīng)用

在USB - C PD DRP設(shè)計(jì)中，尤其是靠近端口區(qū)域，空間非常有限。傳統(tǒng)的降壓 - 升壓拓?fù)湓O(shè)計(jì)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)USB PD功能，但解決方案的尺寸往往成為關(guān)鍵瓶頸。而MAX77859是一款完全集成的降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器，與具有類似輸出功率能力的分立降壓 - 升壓解決方案相比，能夠?qū)⒔鉀Q方案的尺寸縮小80%以上，非常適合空間受限的應(yīng)用場景。

技術(shù)細(xì)節(jié)分析

啟動與軟啟動過程

當(dāng)輸入電壓 (V{IN}) 高于UVLO閾值 (V{UVLOR}) 且EN引腳為邏輯高電平時(shí)，MAX77859開始啟動。首先，內(nèi)部偏置電路（ (V{L}) ）開啟，通常需要100μs（ (t{SUDLY}) ）來穩(wěn)定。然后，轉(zhuǎn)換器會讀取SEL引腳的電阻值，以設(shè)置I2C接口目標(biāo)地址、開關(guān)電流限制閾值以及選擇使用內(nèi)部或外部反饋電阻，這個(gè)過程通常需要200μs（ (t{RSEL}) ）。接著，檢查 (V_{IO}) 電壓是否有效，如果有效，則激活I(lǐng)2C接口并開始降壓 - 升壓軟啟動過程。

軟啟動功能可以避免在啟動過程中從系統(tǒng)電源汲取大量的輸入電流。默認(rèn)的軟啟動時(shí)間（ (t{SS}) ）典型值為1.7ms。在軟啟動期間，內(nèi)部參考電壓（ (V{REF}) ）會緩慢上升到目標(biāo)值。如果 (I{LIM}) 設(shè)置高于3.8A，軟啟動期間的開關(guān)電流限制閾值會降低到3.8A；如果 (I{LIM}) 設(shè)置為3.8A或更低，則軟啟動期間的開關(guān)電流限制閾值保持不變。軟啟動結(jié)束后，正常的開關(guān)電流限制閾值生效。

降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器

MAX77859的降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器采用四開關(guān)H橋配置，包含降壓、升壓或三相工作模式。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠在輸入電壓范圍內(nèi)保持輸出電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，非常適合最多4節(jié)鋰離子電池供電的應(yīng)用，可提供3V至20V的輸出電壓范圍。高開關(guān)頻率和獨(dú)特的控制算法使得該轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崿F(xiàn)最小的解決方案尺寸、低輸出噪聲以及在寬輸入電壓和輸出電流范圍內(nèi)的最高效率。

I2C串行接口

I2C兼容的兩線串行接口用于設(shè)置輸出電壓和其他功能。通過I2C接口，工程師可以動態(tài)控制輸出電壓、輸出電壓變化的斜率、輸出電流限制閾值、開關(guān)電流限制閾值、開關(guān)頻率、強(qiáng)制PWM模式操作、電源正常（POK）和故障狀態(tài)/中斷以及內(nèi)部補(bǔ)償?shù)葏?shù)。這種靈活的控制方式使得MAX77859能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

應(yīng)用設(shè)計(jì)考慮

元件選擇

• 電感選擇：建議選擇飽和電流額定值（ (I{SAT}) ）大于或等于典型高側(cè)開關(guān)電流限制閾值（ (I{LIM}) ）設(shè)置的電感。一般來說，飽和電流較低、直流電阻（DCR）較高的電感物理尺寸較小，但較高的DCR會降低轉(zhuǎn)換器的效率。同時(shí)，要根據(jù)預(yù)期的負(fù)載電流選擇電感的均方根電流額定值（ (I_{RMS}) ）。推薦在轉(zhuǎn)換器的整個(gè)工作范圍內(nèi)使用1.5μH的電感。
• 輸入電容選擇：對于大多數(shù)應(yīng)用，使用兩個(gè)35V、10μF標(biāo)稱陶瓷輸入電容（ (C{IN}) ）對IN引腳進(jìn)行旁路，確保在工作電壓下有效電容保持在1μF或更高。 (C{IN}) 能夠減少從輸入電源汲取的電流峰值，降低系統(tǒng)中的開關(guān)噪聲。選擇電容時(shí)，要特別注意其電壓額定值、初始容差、溫度變化和直流偏置特性。
• 輸出電容選擇：為了確保轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定運(yùn)行，需要足夠的輸出電容（ (C{OUT}) ）。建議選擇有效 (C{OUT}) 至少為8.2μF。較大的 (C{OUT}) 值可以改善負(fù)載瞬態(tài)性能，但會增加軟啟動和輸出電壓變化期間的輸入浪涌電流。輸出濾波電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）必須足夠低，以滿足輸出紋波和負(fù)載瞬態(tài)要求。對于大多數(shù)應(yīng)用，推薦使用兩個(gè)25V、22μF的電容作為 (C{OUT}) 。

PCB布局

PCB布局對于實(shí)現(xiàn)低開關(guān)功率損耗和干凈、穩(wěn)定的操作至關(guān)重要。對于WLP封裝，需要使用高密度互連（HDI）PCB來連接EN、FPWM、SEL和SRP引腳。在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，要遵循以下準(zhǔn)則：

• 將輸入電容（ (C{IN}) ）和輸出電容（ (C{OUT}) ）分別放置在IC的IN引腳和OUT引腳旁邊，以最小化輸入和輸出電流環(huán)路中的寄生電感。
• 將電感放置在靠近LX焊盤的位置，并使LX焊盤與電感之間的走線短而寬，以減少PCB走線阻抗。
• 將LX節(jié)點(diǎn)路由到相應(yīng)的自舉電容（ (C_{BST}) ）時(shí)，要盡量縮短走線長度。
• 使用過孔將內(nèi)部PGND焊盤連接到PCB上的低阻抗接地平面，避免創(chuàng)建PGND孤島。
• 保持電源走線和負(fù)載連接短而寬，以提高轉(zhuǎn)換器的效率。
• 當(dāng)使用輸出電流檢測功能（僅MAX77859A）時(shí)，將SRP和SRN路由到檢測電阻時(shí)要并行且盡量縮短走線長度，以減少信號中的噪聲耦合。

總結(jié)

MAX77859作為一款高性能的降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器，具有寬輸入電壓范圍、可編程輸出電壓、高輸出電流能力、高效的工作模式和豐富的保護(hù)功能等優(yōu)點(diǎn)。它在USB - PD/PPS應(yīng)用中表現(xiàn)出色，能夠滿足不同類型電子設(shè)備的供電需求。同時(shí)，通過合理的元件選擇和PCB布局，工程師可以充分發(fā)揮其性能，設(shè)計(jì)出更加高效、穩(wěn)定的電源管理系統(tǒng)。在未來的電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，MAX77859有望成為工程師們的首選之一。

大家在使用MAX77859的過程中，有沒有遇到過什么問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享交流。