MAX17620：高效小体积同步降压DC - DC转换器的设计与应用

引言

在电子设备的电源设计中，DC - DC转换器是至关重要的组件。它能够将输入电压转换为合适的输出电压，为各种负载提供稳定的电源。今天要介绍的MAX17620，是一款4MHz、微型600mA的同步降压DC - DC转换器，集成了MOSFET，具有诸多出色的特性，适用于多种应用场景。

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一、产品概述

1. 基本参数

MAX17620工作在2.7V至5.5V的输入电压范围，能够支持高达600mA的负载电流，输出电压范围为1.5V至100% (V_{IN}) 。其高频（4MHz）运行特性使得可以使用小型、低成本的电感和电容，有效减小了整体解决方案的尺寸。

2. 工作模式

该器件具有可选的PWM/跳周期模式。在PWM模式下，以4MHz的固定频率运行，适合需要恒定开关频率的应用；在轻载时可选择跳周期模式，此时静态电流仅为40µA，能提高系统在轻载时的效率。在关断模式下，电流消耗可降低至0.1µA。

3. 其他特性

• 软启动功能：可减少启动时的浪涌电流，保护电路元件。
• 使能（EN）引脚：方便控制器件的开启和关闭。
• 开漏PGOOD引脚：在输出电压成功稳压后，为系统提供电源良好信号。

4. 封装与温度范围

MAX17620采用8引脚、2mm x 2mm的TDFN封装，工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，能适应较为恶劣的工作环境。

二、应用场景

1. 负载点电源

为特定的负载提供稳定的电源，满足其对电压和电流的要求。

2. 标准5V轨电源

可将输入电压转换为稳定的5V输出，为相关电路供电。

3. 电池供电仪器

其低功耗特性和宽输入电压范围，适合电池供电的仪器设备，延长电池的使用时间。

4. 分布式电源系统

在分布式电源系统中，为各个模块提供合适的电源。

三、产品优势与特性

1. 减少外部元件，降低总成本

• 同步运行：提高效率并降低成本。
• 内部补偿：在任何输出电压下都能稳定运行。
• 全陶瓷电容解决方案：仅需5个外部元件，总解决方案尺寸仅为 (12 ~mm^{2}) 。

2. 减少DC - DC稳压器库存

• 宽输入电压范围：2.7V至5.5V，适应多种电源输入。
• 可调输出电压范围：1.5V至100% (V_{IN}) ，可根据不同需求进行调整。
• 高负载电流能力：能提供高达600mA的负载电流。
• 100%占空比运行：在电池供电应用中可充分利用电池电压范围，延长运行时间。
• 高精度参考电压： + 1% / - 0.75%的参考电压精度。

3. 降低功耗

• 高峰效率：可达91%。
• 跳周期模式：在轻载时提高效率，关断电流仅为0.1µA。

4. 可靠运行

• 峰值电流限制保护：防止过流损坏器件。
• 软启动：减少启动时的浪涌电流。
• 内置输出电压监控：通过PGOOD引脚提供电源状态信息。
• 宽温度范围运行： - 40°C至 + 125°C。

四、电气特性

1. 输入电源特性

输入电压范围为2.7V至5.5V，关断模式下输入电源电流仅为0.1µA，跳周期模式下静态电流为40µA，PWM模式下为6mA。欠压锁定阈值（UVLO）典型值为2.6V，滞回为200mV。

2. 使能引脚特性

使能引脚的低阈值为0.8V，高阈值为2V，滞回为220mV，输入泄漏电流在典型情况下为10nA。

3. 功率MOSFET特性

高侧pMOS和低侧nMOS的导通电阻会随输入电压和负载电流的变化而有所不同。同时，还具有高侧峰值电流限制、低侧谷值电流限制、低侧负电流限制和低侧过零电流限制等保护特性。

4. 开关频率特性

开关频率在MODE引脚接地时为3.84 - 4.16MHz，典型值为4MHz。最小可控导通时间为40ns，LX死区时间为3ns，软启动时间为1ms。

5. 反馈与功率良好特性

反馈电压精度在PWM模式下为 - 0.75%至 + 1%，FB输入偏置电流典型值为50 - 120nA。PGOOD引脚的上升阈值为91.5 - 95.5%，下降阈值为88 - 92%，输出低电平为200mV，输出泄漏电流为100nA。

6. 模式引脚特性

MODE引脚的上拉电流为5µA。

7. 热关断特性

热关断上升阈值温度为165°C，滞回为10°C。

五、典型应用电路与设计要点

1. 典型应用电路

以1.8V、600mA的降压调节器为例，电路中使用了2.2µF的输入电容CIN、1µH的电感L1、10µF的输出电容COUT以及相应的电阻R1和R2。通过合理选择这些元件的值，可以实现稳定的输出电压。

2. 元件选择

电感选择

• 电感值：推荐选择1µH的电感，其内部斜率补偿和电流限制针对该电感值进行了优化。
• 饱和电流：饱和电流额定值应高于最大峰值电流限制1.9A。
• 直流电阻：选择低直流电阻的电感可提高系统效率，同时，铁氧体磁芯电感能减少磁芯损耗，进一步提高效率。

输出电容选择

优先选择X7R陶瓷电容作为输出电容，因其在工业应用中具有良好的温度稳定性。器件的内部环路补偿参数针对10µF的输出电容进行了优化，为保证稳定性，建议使用至少10µF的电容。

输入电容选择

输入电容应使用低ESR的陶瓷电容，X7R温度系数电容在工业应用中较为推荐。可通过公式计算输入电容的RMS电流和电容值，以满足电路的需求。在输入源与器件输入距离较远的应用中，应并联一个电解电容，以提供必要的阻尼，防止潜在的振荡。

3. 输出电压调整

MAX17620支持1.5V至100% (V_{IN}) 的输出电压。通过连接从输出电压正端到地的电阻分压器来设置输出电压，选择R2在10kΩ至100kΩ的范围内，并使用相应的公式计算R1的值。

4. 功率损耗与温度估算

在实际应用中，需要确保器件的结温不超过 + 125°C。可以通过公式估算功率损耗和结温，根据典型工作特性或实际测量效率来确定总功率损耗。

六、PCB布局指南

PCB布局对于MAX17620的稳定运行至关重要。应遵循以下原则：

• 输入电容应尽可能靠近IN和GND引脚，并使用宽走线连接，以减少走线电感。
• 减小LX引脚与电感连接形成的面积，降低辐射EMI。
• 确保所有反馈连接短而直接。
• 避免LX节点与FB、VOUT和MODE引脚靠近。

七、总结

MAX17620作为一款高性能的同步降压DC - DC转换器，凭借其集成MOSFET、高频运行、多种工作模式、丰富的保护特性以及小尺寸封装等优势，在各种电源设计中具有广泛的应用前景。电子工程师在设计过程中，应根据具体的应用需求，合理选择元件，优化PCB布局，以充分发挥该器件的性能。你在使用类似DC - DC转换器时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。