MAX16935/MAX16939：36V、3.5A、2.2MHz降壓轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理芯片的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。今天我們要深入探討的MAX16935/MAX16939降壓轉(zhuǎn)換器，憑借其出色的性能和豐富的功能，成為了汽車和工業(yè)應(yīng)用中的理想選擇。

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一、產(chǎn)品概述

MAX16935/MAX16939是兩款集成了高端和低端MOSFET的3.5A電流模式降壓轉(zhuǎn)換器。為了提高效率，它們設(shè)計(jì)為與外部肖特基二極管配合使用。在輕負(fù)載應(yīng)用中，低端MOSFET能夠?qū)崿F(xiàn)固定頻率的強(qiáng)制PWM（FPWM）操作。

該系列轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍為3.5V至36V，無負(fù)載時(shí)僅消耗28μA的靜態(tài)電流。開關(guān)頻率可通過電阻在220kHz至2.2MHz之間進(jìn)行編程，還能與外部時(shí)鐘同步。輸出電壓有3.3V/5V固定輸出和1V至10V可調(diào)輸出兩種選擇。其寬輸入電壓范圍以及在欠壓瞬變期間能以98%占空比運(yùn)行的能力，使其非常適合汽車和工業(yè)應(yīng)用。

二、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢

2.1 集成與高頻設(shè)計(jì)節(jié)省空間

• 集成3.5A高端開關(guān)：減少了外部元件的使用，降低了電路板空間需求。
• 低BOM成本的電流模式控制架構(gòu)：簡化了設(shè)計(jì)，降低了成本。
• 固定輸出電壓精度±2%或外部電阻可調(diào)（1V至10V）：滿足不同應(yīng)用的需求。
• 220kHz至2.2MHz開關(guān)頻率，三種操作模式：包括跳過模式、強(qiáng)制固定頻率操作和外部頻率同步，提供了靈活的設(shè)計(jì)選擇。
• 自動(dòng)LX壓擺率調(diào)整：在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳效率。

2.2 180°異相時(shí)鐘輸出

SYNCOUT引腳提供180°異相時(shí)鐘輸出，可用于級聯(lián)電源，增加功率輸出。

2.3 擴(kuò)頻頻率調(diào)制降低EMI

內(nèi)部擴(kuò)頻選項(xiàng)可優(yōu)化EMI性能，減少電磁干擾。

2.4 寬輸入電壓范圍支持汽車應(yīng)用

• 3.5V至36V輸入電壓范圍（42V耐受）：適應(yīng)汽車電源系統(tǒng)的電壓波動(dòng)。
• 使能輸入兼容3.3V邏輯電平至42V：方便與各種控制信號接口。

2.5 強(qiáng)大的性能支持廣泛的汽車應(yīng)用

• -40°C至+125°C汽車溫度范圍：確保在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：防止芯片過熱損壞。
• AEC - Q100認(rèn)證：符合汽車級標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 電源良好輸出實(shí)現(xiàn)電源排序

PGOOD輸出可用于電源排序，方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.7 過壓保護(hù)

MAX16939提供更嚴(yán)格的過壓保護(hù)，可減少過沖電壓。

三、電氣特性

3.1 電源電壓與電流

• 電源電壓：SUP和SUPSW引腳的輸入電壓范圍為3.5V至36V，負(fù)載突降事件時(shí)可耐受42V電壓。
• 電源電流：待機(jī)模式下，不同輸出電壓和型號的電源電流有所不同，典型值為22 - 32μA。
• 關(guān)斷電源電流：V_EN = 0V時(shí)，關(guān)斷電源電流典型值為5μA。

3.2 其他特性

• BIAS調(diào)節(jié)器電壓：在6V至42V輸入電壓下，輸出4.7 - 5.4V。
• 熱關(guān)斷閾值：典型值為+175°C，具有15°C的遲滯。

四、典型工作特性

通過一系列圖表展示了MAX16935/MAX16939在不同條件下的工作特性，包括輸出電壓負(fù)載調(diào)節(jié)、效率與負(fù)載電流關(guān)系、開關(guān)頻率與負(fù)載電流關(guān)系等。這些特性有助于工程師在設(shè)計(jì)時(shí)更好地了解芯片的性能，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。

五、引腳配置與功能

5.1 引腳配置

提供了TQFN和TSSOP兩種封裝的引腳配置圖，方便工程師進(jìn)行電路板布局。

5.2 引腳功能

• SYNCOUT：開漏時(shí)鐘輸出，輸出與內(nèi)部振蕩器180°異相的信號。
• FSYNC：同步輸入，用于選擇操作模式和頻率控制。
• FOSC：電阻可編程開關(guān)頻率設(shè)置控制輸入。
• OUT：開關(guān)調(diào)節(jié)器輸出，在待機(jī)模式下為內(nèi)部電路供電。
• FB：反饋輸入，用于設(shè)置輸出電壓。
• COMP：誤差放大器輸出，需連接RC網(wǎng)絡(luò)以確保穩(wěn)定運(yùn)行。
• BIAS：線性調(diào)節(jié)器輸出，為內(nèi)部電路供電。
• AGND：模擬地。
• BST：高端驅(qū)動(dòng)器電源。
• EN：使能輸入，高電平使能，低電平關(guān)斷。
• SUP：電壓電源輸入。
• SUPSW：內(nèi)部高端開關(guān)電源輸入。
• LX：電感開關(guān)節(jié)點(diǎn)。
• PGND：功率地。
• PGOOD：開漏、低電平有效電源良好輸出。

六、詳細(xì)工作原理

6.1 寬輸入電壓范圍

該系列轉(zhuǎn)換器有兩個(gè)獨(dú)立的電源輸入（SUP和SUPSW），輸入電壓范圍為3.5V至36V。在冷啟動(dòng)等情況下，輸入電壓可能低于輸出電壓，此時(shí)轉(zhuǎn)換器以高占空比模式運(yùn)行，減少輸入到輸出的壓降。

6.2 線性調(diào)節(jié)器輸出（BIAS）

芯片內(nèi)部集成了一個(gè)5V線性調(diào)節(jié)器（BIAS），為內(nèi)部電路提供電源。需在BIAS引腳與AGND之間連接一個(gè)1μF陶瓷電容。

6.3 電源良好輸出（PGOOD）

PGOOD為開漏輸出，當(dāng)輸出電壓高于其調(diào)節(jié)電壓的95%時(shí)，PGOOD置高；當(dāng)輸出電壓低于92%時(shí)，PGOOD置低。

6.4 過壓保護(hù)（OVP）

當(dāng)輸出電壓達(dá)到OVP閾值時(shí)，高端開關(guān)關(guān)閉，低端開關(guān)打開，直到達(dá)到負(fù)電流限制。MAX16939提供更低的過壓保護(hù)閾值。

6.5 同步輸入（FSYNC）

FSYNC為邏輯電平輸入，用于選擇操作模式和頻率控制。連接到BIAS或外部時(shí)鐘可啟用固定頻率FPWM操作；連接到AGND可啟用跳過模式。

6.6 系統(tǒng)使能（EN）

EN為使能控制輸入，高電平激活芯片，低電平關(guān)斷芯片。關(guān)斷時(shí)，內(nèi)部線性調(diào)節(jié)器和柵極驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉，靜態(tài)電流降至5μA。

6.7 擴(kuò)頻選項(xiàng)

芯片內(nèi)部有擴(kuò)頻選項(xiàng)，可優(yōu)化EMI性能。當(dāng)與外部時(shí)鐘同步時(shí)，內(nèi)部擴(kuò)頻功能禁用，但會(huì)將外部時(shí)鐘的調(diào)制信號傳遞到SYNCOUT引腳。

6.8 自動(dòng)壓擺率控制

芯片具有自動(dòng)壓擺率調(diào)整功能，可優(yōu)化內(nèi)部HSFET柵極驅(qū)動(dòng)的上升時(shí)間，減少EMI。

6.9 內(nèi)部振蕩器（FOSC）

開關(guān)頻率由連接在FOSC和AGND之間的電阻（RFOSC）設(shè)置。

6.10 同步輸出（SYNCOUT）

SYNCOUT為開漏輸出，輸出與內(nèi)部振蕩器180°異相的信號。

6.11 過溫保護(hù)

當(dāng)結(jié)溫超過175°C（典型值）時(shí)，內(nèi)部熱傳感器關(guān)閉內(nèi)部偏置調(diào)節(jié)器和降壓控制器，結(jié)溫下降15°C后重新開啟。

七、應(yīng)用信息

7.1 設(shè)置輸出電壓

將FB連接到BIAS可獲得固定5V輸出電壓；若要設(shè)置其他輸出電壓，需連接一個(gè)電阻分壓器到FB和AGND。

7.2 FPWM/跳過模式

芯片提供引腳可選的跳過模式或固定頻率PWM模式。連接FSYNC到BIAS或外部時(shí)鐘可啟用固定頻率FPWM模式；連接到GND可啟用跳過模式。跳過模式可在輕負(fù)載應(yīng)用中提高效率。

7.3 電感選擇

選擇電感時(shí)，需考慮電感值（L）、電感飽和電流（ISAT）和直流電阻（RDCR）。建議選擇30%峰 - 峰紋波電流與平均電流比（LIR = 0.3），并根據(jù)公式計(jì)算電感值。

7.4 輸入電容

輸入濾波電容可減少電源的峰值電流和輸入電壓紋波。需根據(jù)公式計(jì)算輸入電容的RMS電流和ESR，選擇低ESR、高紋波電流能力的陶瓷電容。

7.5 輸出電容

輸出濾波電容需具有足夠低的ESR以滿足輸出紋波和負(fù)載瞬態(tài)要求。通常根據(jù)ESR和電壓額定值選擇電容。

7.6 整流器選擇

在跳過模式下，需要一個(gè)外部肖特基二極管整流器作為續(xù)流二極管。選擇時(shí)，應(yīng)選擇電壓額定值大于最大預(yù)期輸入電壓、正向電壓降低的肖特基二極管。

7.7 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

芯片使用內(nèi)部跨導(dǎo)誤差放大器，輸出電容和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)決定了環(huán)路穩(wěn)定性。對于陶瓷電容輸出濾波的應(yīng)用，只需一個(gè)簡單的單串聯(lián)電阻（RC）和電容（CC）即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高帶寬環(huán)路；對于其他類型的電容，可能需要添加另一個(gè)補(bǔ)償電容（CF）來抵消ESR零點(diǎn)。

八、PCB布局指南

8.1 散熱設(shè)計(jì)

在IC封裝下方使用大面積連續(xù)銅平面，確保散熱組件有足夠的散熱空間。IC底部焊盤必須焊接到該銅平面，以實(shí)現(xiàn)有效散熱。

8.2 隔離設(shè)計(jì)

將功率組件和高電流路徑與敏感的模擬電路隔離，防止噪聲耦合到模擬信號中。

8.3 縮短高電流路徑

保持高電流路徑短，特別是在接地端子處，以確保穩(wěn)定、無抖動(dòng)的操作。

8.4 縮短功率走線和負(fù)載連接

使用厚銅PCB（2oz vs. 1oz）可提高滿載效率。

8.5 模擬信號布線

將模擬信號線遠(yuǎn)離高頻平面，確保反饋到IC的敏感信號的完整性。

8.6 接地設(shè)計(jì)

模擬和功率部分的接地連接應(yīng)靠近IC，以減少接地電流環(huán)路。

九、典型應(yīng)用電路

文檔提供了典型應(yīng)用電路圖，展示了各個(gè)元件的連接方式。在特定操作條件下（VBAT ≥25V、VOUT ≤5V、fSW ≥1.8MHz、FPWM模式啟用），需要在LX引腳添加一個(gè)1Ω電阻和220pF電容的濾波電路。

十、訂購信息

提供了不同型號的訂購信息，包括輸出電壓、擴(kuò)頻選項(xiàng)、溫度范圍、封裝等。

MAX16935/MAX16939降壓轉(zhuǎn)換器以其豐富的功能和出色的性能，為汽車和工業(yè)應(yīng)用提供了可靠的電源解決方案。工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇元件參數(shù)，優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮芯片的優(yōu)勢。你在使用這款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。