探索MAX17521：60V、1A双输出高效同步降压DC - DC转换器

在电子设计的世界里，选择合适的DC - DC转换器对于实现高效、稳定的电源供应至关重要。今天，我们就来深入了解一款性能出色的产品——MAX17521双输出同步降压DC - DC转换器。

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一、产品概述

MAX17521是一款工作在4.5V至60V输入电压范围的双输出同步降压DC - DC转换器，每个输出能够提供高达1A的负载电流。其反馈电压调节精度在 - 40°C至 + 125°C的温度范围内达到±1.7%，这意味着在不同的负载、线路和温度条件下，它都能保持出色的电压稳定性。该产品采用峰值电流模式控制方案，每个输出可以在脉冲宽度调制（PWM）或脉冲频率调制（PFM）控制模式下运行，并且提供了24引脚（4mm x 5mm）的TQFN封装，还配备了仿真模型，方便工程师进行设计和验证。

二、产品特性与优势

（一）减少外部组件和总成本

• 无肖特基同步操作：这种设计避免了使用肖特基二极管，简化了电路结构，降低了成本。
• 全陶瓷电容，紧凑布局：全陶瓷电容的使用不仅减小了电路板的尺寸，还提高了电路的稳定性和可靠性。

（二）减少库存的DC - DC调节器数量

• 宽输入电压范围：4.5V至60V的宽输入范围使得该转换器能够适应多种不同的电源环境，减少了对不同输入电压调节器的需求。
• 可调节输出电压：每个输出电压可以在0.9V至92%VIN的范围内进行调节，满足了不同负载对电压的要求。
• 引脚可选的开关频率：通过引脚可以选择560kHz或300kHz的开关频率，工程师可以根据具体应用需求进行灵活配置。
• 独立的输入电压引脚：每个输出都有独立的输入电压引脚，提高了设计的灵活性。

（三）降低功耗

• 高峰值效率：峰值效率超过90%，能够有效降低能量损耗，提高电源的转换效率。
• PFM模式提高轻载效率：在轻载情况下，PFM模式可以进一步降低功耗，延长电池续航时间。
• 低关机电流：仅1μA的关机电流，在设备不工作时能够节省大量的电能。

（四）在恶劣工业环境中可靠运行

• 打嗝模式过载保护：当出现过载或短路情况时，打嗝模式可以有效保护设备，减少功率损耗。
• 可调节软启动引脚：每个输出都有可调节的软启动引脚，能够减少启动时的浪涌电流，保护设备和负载。
• 内置输出电压监控和复位功能：可以实时监控输出电压，并在电压异常时及时发出复位信号，确保系统的稳定性。
• 可调节的使能/欠压锁定阈值：根据不同的应用需求，可以灵活设置使能和欠压锁定的阈值。
• 单调启动到预偏置负载：在预偏置负载的情况下，能够实现平稳的启动过程。
• 过温保护：当芯片温度超过165°C时，过温保护功能会自动关闭芯片，防止芯片损坏。
• 宽工作温度范围： - 40°C至 + 125°C的环境工作温度范围和 - 40°C至 + 150°C的结温范围，使得该产品能够在恶劣的工业环境中稳定运行。

三、电气特性

MAX17521的电气特性涵盖了输入电源、使能/欠压锁定、频率选择、模式选择、LDO、功率MOSFET等多个方面。下面我们来重点关注一些关键参数：

（一）输入电源

• 输入电压范围：4.5V至60V，能够适应多种不同的电源输入。
• 输入关机电流：在关机模式下，输入电流仅为1μA至3.5μA，功耗极低。
• 输入开关电流：在不同的模式和频率选择下，输入开关电流有所不同，工程师可以根据具体应用进行优化。

（二）输出电压

输出电压范围可以根据频率选择引脚（FSEL）的状态进行调整，在无负载情况下，VFSEL > 2V时，输出电压范围为0.92V至0.92VIN；VFSEL < 0.8V时，输出电压范围为0.92V至0.96VIN。

（三）开关频率

开关频率可以通过FSEL引脚进行选择，当FSEL悬空时，开关频率为560kHz；当FSEL接地时，开关频率为300kHz。此外，还可以通过SYNC引脚将内部振荡器同步到外部时钟信号，外部同步时钟频率必须在1.1 x fSW至1.4 x fSW之间。

四、典型应用电路与特性曲线

文档中提供了MAX17521的典型应用电路，通过该电路可以直观地了解如何使用该转换器。同时，还给出了一系列典型的工作特性曲线，包括整体效率与输入电压、效率与负载电流、输出电压的负载调节和线性调节等。这些曲线可以帮助工程师更好地了解该产品在不同工作条件下的性能表现，从而进行合理的设计和优化。

五、引脚配置与功能

MAX17521共有24个引脚，每个引脚都有其特定的功能。下面我们来简要介绍一些关键引脚：

（一）电源相关引脚

• VIN1和VIN2：分别为两个转换器的电源输入引脚，输入电压范围为4.5V至60V，需要使用2.2μF的电容进行去耦。
• PGND1和PGND2：分别为两个转换器的功率接地引脚，需要连接到电源接地平面。
• VCC1和VCC2：分别为两个转换器的5V LDO输出引脚，需要使用1μF的陶瓷电容进行旁路。

（二）控制相关引脚

• EN/UVLO1和EN/UVLO2：分别为两个转换器的使能/欠压锁定输入引脚，通过拉高该引脚可以使能相应的转换器。
• MODE1和MODE2：分别为两个转换器的模式选择引脚，可以选择PWM或PFM模式。
• FSEL：开关频率选择引脚，通过该引脚可以选择560kHz或300kHz的开关频率。
• SS1和SS2：分别为两个转换器的软启动输入引脚，通过连接电容到SGND可以设置软启动时间。
• FB1和FB2：分别为两个转换器的反馈输入引脚，用于调节输出电压。
• RESET1和RESET2：分别为两个转换器的复位输出引脚，用于监控输出电压。

六、详细工作原理

（一）控制方案

MAX17521采用峰值电流模式控制方案。对于每个输出，内部跨导误差放大器会生成一个积分误差电压，该误差电压通过PWM比较器、高端电流检测放大器和斜率补偿发生器来设置占空比。在时钟的每个上升沿，高端pMOSFET导通，直到达到合适的或最大占空比，或者检测到峰值电流限制为止。

（二）开关周期

在高端MOSFET导通期间，电感电流上升；在开关周期的后半部分，高端MOSFET关断，低端nMOSFET导通，直到下一个时钟上升沿到来或检测到灌电流限制为止。此时，电感释放存储的能量，电流下降，并为输出提供电流。内部低RDSON的pMOS/nMOS开关确保了满载时的高效率。

（三）模式选择

该产品提供了PWM和PFM两种工作模式。PWM模式在所有负载下提供恒定的开关频率，适用于对开关频率敏感的应用；PFM模式在轻载时可以跳过脉冲，提高效率，但输出电压纹波较大，开关频率也不恒定。

七、保护功能

（一）过流保护

• 逐周期峰值电流限制：当高端开关电流超过内部限制（典型值为1.6A）时，逐周期峰值电流限制会关闭高端MOSFET。
• 失控电流限制：当高端开关电流达到1.85A（典型值）时，失控电流限制会触发打嗝模式，保护设备在高输入电压、短路等情况下的安全。

（二）打嗝模式

当输出电压在软启动完成后下降到其标称值的70%（典型值）时，打嗝模式会被触发。在打嗝模式下，转换器会暂停开关操作4096个时钟周期，然后再次尝试软启动，以减少过载故障条件下的功率损耗。

（三）复位输出

该产品包含两个复位比较器，用于监控输出电压。复位输出为开漏输出，需要外部上拉电阻。当输出电压下降到标称调节电压的92.5%以下时，复位信号变低；当输出电压上升到标称调节电压的95.5%以上时，复位信号在1024个开关周期后变高。

（四）热过载保护

当芯片的结温超过 + 165°C时，片上热传感器会关闭设备，使其冷却。当结温下降10°C后，热传感器会再次开启设备。在热关断期间，软启动会复位。

八、应用信息

（一）元件选择

• 输入电容：输入电容的选择需要考虑其RMS电流要求，计算公式为 (I{RMS }=I{OUT(MAX) } × frac{sqrt{V{OUT } timesleft(V{IN }-V{OUT }right)}}{V{IN }})。在选择电容时，应选择能够承受最大RMS电流且温度上升小于 + 10°C的电容，以确保长期可靠性。
• 电感：电感的选择需要考虑电感值、饱和电流和直流电阻。电感值可以根据公式 (L=frac{2.2 × V{OUT }}{f{SW}}) 进行计算，饱和电流应高于峰值电流限制值（1.85A）。
• 输出电容：在工业应用中，建议使用X7R陶瓷输出电容，其电容值可以根据公式 (C{OUT }=frac{1}{2} × frac{I{STEP } × t{RESPONSE }}{Delta V{OUT }}) 进行计算，其中 (t{RESPONSE } congleft(frac{0.33}{f{C}}+frac{1}{f_{sw}}right))。
• 软启动电容：软启动电容的选择需要根据输出电容和输出电压来确定，计算公式为 (C{SS} geq 56 × 10^{-6} × C{SEL} × V{OUT })，软启动时间与电容的关系为 (t{S S} geq frac{C_{S S}}{5.55 × 10^{-6}})。

（二）PCB布局

PCB布局对于实现低开关损耗和稳定运行至关重要。在布局时，应确保所有承载脉冲电流的连接尽可能短且宽，以减小环路面积，降低杂散电感和辐射EMI。同时，应将陶瓷输入滤波电容靠近VIN引脚，VCC引脚的旁路电容靠近VCC引脚，外部补偿组件靠近IC并远离电感，反馈走线应尽量远离电感。此外，模拟小信号地和开关电流的功率地应分开，并在VCC旁路电容的返回端连接在一起，接地平面应尽可能保持连续。

九、总结

MAX17521是一款功能强大、性能出色的双输出同步降压DC - DC转换器，具有宽输入电压范围、高效、可靠等优点。它适用于工业控制电源、CPU、DSP或FPGA电源、分布式电源调节等多种应用场景。在设计过程中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择元件和进行PCB布局，以充分发挥该产品的性能优势。希望通过本文的介绍，能够帮助大家更好地了解和使用MAX17521。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享交流。