MAX77932C：8A 双相开关电容转换器的卓越性能与应用

在当今电子设备不断追求高性能、小型化和低功耗的趋势下，电源管理芯片的性能和特性对于整个系统的运行起着至关重要的作用。今天，我们就来深入了解一款具有卓越性能的电源管理芯片——MAX77932C 8A 双相开关电容转换器。

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一、产品概述

MAX77932C 是一款独立的双相开关电容转换器，集成了电源开关，能够提供高达 8A 的输出电流，并将输入电压减半。这种特性使得它非常适合那些使用 2S Li+ 电池，同时需要为以 1S 等效电压运行的电路供电的应用。对于从 1S 电池配置迁移到 2S 电池配置的应用，MAX77932C 也能轻松胜任，通过将 2S 电池电压转换为 1S 等效输出，让设计师可以保留现有的下游 1S 电源架构。

二、产品特点与优势

（一）高效转换与小尺寸设计

• 采用无电感开关电容转换器拓扑结构，缩小了整体占用空间，降低了电路的最大高度。
• 高达 1.5MHz 的高开关频率，减少了所需电容器的尺寸和数量，进一步减小了解决方案的占用空间。
• 具有业界领先的 98.5% 的峰值效率，简化了热设计，适用于消费、医疗和工业等多种应用场景。

（二）低功耗与保护功能

• 工作时静态电流仅为 30μA，关机时为 4μA，有效降低了功耗。
• 集成了过压、欠压、过流和热保护功能，确保了设备的安全运行。
• 内置频率抖动功能，最大限度地降低了电磁干扰（EMI）。

（三）可编程性与灵活性

• 具备 (I^{2}C) 兼容的 2 线串行接口，支持高达 3.4MHz 的 SCL 时钟速率。
• 通过 (I^{2}C) 接口可轻松调节如过流保护（OCP）、过压锁定（OVLO）或欠压锁定（UVLO）阈值、开关频率、软启动电流和持续时间等转换器参数。

三、产品应用领域

MAX77932C 的卓越性能使其在多个领域都有广泛的应用，包括但不限于：

• 移动设备：智能手机、平板电脑、超极本电脑、Chromebook 等。
• 摄影设备：数码单反相机（DSLR）和无反光镜相机。
• 便携设备：移动电源、便携式打印机、便携式游戏机、移动销售点（mPOS）设备等。
• 通信设备：双向无线电。

四、电气特性详细解读

（一）电源相关特性

• 待机电流：在关机状态下，当 (EN = LOW)，(V{IN} = 8.4V)，(V{VIO} = 0V)，(T{A} = +25°C) 时，关机电源电流 (I{SHDN}) 为 4 - 15μA。
• 静态电流：在自动模式下，(V{IN} = 8.4V) 时，静态电流 (I{Q1}) 为 30μA。

（二）电压锁定特性

• 欠压锁定阈值：欠压锁定阈值 (V{UVLO}) 分为上升阈值 (V{UVLOR})（典型值 4.9V）和下降阈值 (V{UVLO_F})（OTP 选项有 4.1V、4.3V、4.5V、4.7V 等）。

（三）效率特性

• 轻载效率：输出电流 (I{OUT} = 1mA)，(V{IN} = 7.4V) 时，轻载效率 (η{LIGHT1}) 为 92%；(I{OUT} = 30mA) 时，轻载效率 (η_{LIGHT2}) 为 97%。
• 峰值效率：在 (V{IN} = 7.4V)，(f{SW} = 0.25MHz) 时，峰值效率 (η_{PEAK}) 可达 98.5%。
• 重载效率：输出电流 (I{OUT} = 8A)，(V{IN} = 7.4V) 时，重载效率 (η_{HEAVY}) 为 95%。

（四）开关特性

• 开关频率：支持 (I^{2}C) 可编程，选项有 0.25MHz、0.5MHz、0.75MHz、1MHz、1.2MHz、1.5MHz 等。
• 频率抖动率：(I^{2}C) 可编程选项有 OFF、3%、6%、12%，默认 3%。

五、引脚配置与功能

（一）引脚配置概述

MAX77932C 采用 2.4mm x 2.8mm x 0.4mm 间距的 42 引脚晶圆级封装（WLP），引脚配置涵盖了电源输入、内部栅极驱动器电源输入、飞跨电容连接、输出、接地、数字控制和通信等多种功能引脚。

（二）部分关键引脚功能

• IN：芯片的电源输入引脚，需在 IN 和 PGND 之间连接一个 4.7μF 的电容器。
• BSTxP 和 BSTxN：内部栅极驱动器的电源输入引脚，分别在 BSTxP 与 CFxP、BSTxN 与 CFxN 之间连接 0.047μF 的自举电容器。
• CFxP 和 CFxN：飞跨电容的正负极引脚，建议在 CFxP 和 CFxN 之间连接 2 x 47μF 的电容器。
• OUT：开关电容转换器的输出引脚，需在 OUT 和 PGND 之间连接 2 x 10μF 的电容器。
• PGOOD：电源良好指示输出引脚，软启动后输出 1.8V，正常运行时保持该电压。

六、工作模式与控制

（一）启动与软启动

• 设备启动时，飞跨电容与输出电容并联，内部电流源将电容器充电至接近正常运行时目标 (V_{IN}/2) 的电压。软启动电流可通过 (I^{2}C) 配置。
• 如果在 120ms（默认软启动超时设置）内输出电压未达到接近 (V_{IN}/2) 的电压，芯片将产生软启动定时器故障中断（SS_FLT_INT）并返回待机状态；软启动成功后，开关电容转换器进入正常运行状态。

（二）工作模式

• 自动模式（自动跳过模式）：当输出负载电流较低时，可配置为自动进入跳过模式，仅当输出电压低于跳过操作阈值时才开启开关，以节省功率。默认配置为 SCC_CFG1.FIX_FREQ = 0 时可实现此功能。
• 固定频率模式：配置为 SCC_CFG1.FIXFREQ = 1 时，开关电容转换器始终工作，在 OUT 引脚提供未调节的 (V{IN}/2) 电压。

（三）使能控制

• 通过 EN 引脚使能或禁用：当 (V_{IO}) 保持低电平时，可通过数字控制 EN 引脚来使能或禁用芯片。EN 引脚为高电平有效，当 EN 引脚拉高时间超过 EN 消抖时间后，芯片启动软启动操作。
• 通过 EN 和 (V_{IO}) 使能或禁用：保持有效的 (V_{IO}) 可使芯片保持启用状态，EN 可配置为按钮操作。
• 通过 (I^{2}C) 使能：某些应用在芯片输出启用前即可提供 (V_{IO})，此时主机微控制器可通过 (I^{2}C) 向 SCC_EN 寄存器写入 0x1 来启用芯片输出，写入 0x0 来禁用输出。

七、保护功能

（一）过流保护

提供两层过流保护：通过监测输出电流检测过流情况 OCP1；通过感测输出电压实现更快的短路保护 OCP2。当输出电流 (≥ OCP1) 或输出电压 (≤ V_{IN}/2 - OCP2) 时，芯片保护并禁用输出。

（二）过压保护

• 输入过压保护（IOVP）：当 (V{IN}) 高于 (V{IOVP})（可通过 (I^{2}C) 编程为 9.5V、10.0V、10.5V 或 11.0V）时，开关电容转换器禁用输出并进入待机模式。
• 输出过压保护（OOVP）：默认输出过压保护阈值为 5V，可通过 (I^{2}C) 进行调节。

（三）热保护

• 芯片具有热保护电路，当管芯温度超过 +155°C 时，芯片进入热关断状态，设置 T_SHDN_INT 位。热关断后，当管芯温度降低 +15°C 时，热关断状态解除，用户可重新启用开关电容转换器。
• 此外，还有在 +100°C 和 +120°C 触发的额外比较器，分别产生 T_ALM1 和 T_ALM2 中断。

八、(I^{2}C) 接口与寄存器配置

（一）(I^{2}C) 接口概述

芯片作为从机发送器/接收器，具有特定的从机地址。支持 1000kHz（标准、快速和快速模式加）和 3.4MHz（HS 模式，(C_{B} = 100pF)）等不同的时钟频率。

（二）寄存器配置

芯片包含多个寄存器，如 INT_SRC、INT_SRC_M、STATUS、SCC_EN 等，通过对这些寄存器的读写操作，可以实现中断管理、状态监测、转换器使能和配置等功能。例如，通过 SCC_EN 寄存器的 0b1 值可启用开关电容转换器，通过 SCC_CFG1 寄存器的 FIX_FREQ 位可配置工作模式。

九、设计建议

（一）电容选择

• 输入电容 (C_{IN})：用于降低从输入电源汲取的电流峰值和减少设备中的开关噪声，建议使用具有 X5R 或 X7R 电介质的陶瓷电容器，大多数应用中每相 4.7µF 电容即可。
• 输出电容 (C_{OUT})：用于保持输出电压纹波小，同样推荐使用具有 X5R 或 X7R 电介质的陶瓷电容器，每相最小推荐电容为 10µF。
• 飞跨电容 (C_{FLY})：在开关频率下需具有低阻抗，推荐使用 2x47µF 的 X5R 或 X7R 陶瓷电容器以实现优化效率。

（二）布局指南

• 飞跨电容 (C_{FLY}) 应尽可能靠近芯片放置。
• 所有电源走线在两相之间应尽可能对称。
• 若不允许在电容下方有电源走线，可保持飞跨电容位置不变，在芯片 OUT 引脚附近设置大量过孔将其引至另一层，并使用多层相同走线来加强 OUT 走线。
• AGND 引脚不应直接连接到顶层 PGND，应通过过孔连接到更稳定的系统接地平面。
• 内部引脚（如 BST1P/N、BST2P/N 和 HVDD）需通过过孔连接，使用尽可能宽的走线连接这些引脚，并确保到相应电容器的路径最短。

十、总结

MAX77932C 8A 双相开关电容转换器以其高效的转换性能、丰富的保护功能、灵活的可编程性和小尺寸设计，为电子工程师在电源管理设计中提供了一个优秀的选择。无论是在移动设备、摄影设备还是其他便携设备和工业应用中，MAX77932C 都能发挥其优势，帮助设计师实现高性能、小型化和低功耗的设计目标。在实际应用中，工程师们需要根据具体的设计要求，合理选择电容、优化布局，并正确配置寄存器，以充分发挥 MAX77932C 的性能。

大家在使用 MAX77932C 过程中遇到过哪些问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。