深入解析MAX5080/MAX5081：1A、40V降压DC - DC转换器

在电子设计领域，DC - DC转换器是不可或缺的一部分，它能高效地将输入电压转换为所需的输出电压。今天，我们就来深入探讨Maxim Integrated推出的MAX5080/MAX5081这两款1A、40V的MAXPower降压DC - DC转换器。

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一、产品概述

MAX5080/MAX5081是具有片上0.3Ω高端开关的250kHz PWM降压DC - DC转换器。MAX5080的输入电压范围为4.5V至40V，而MAX5081为7.5V至40V。输出电压可在1.23V至32V之间调节，并且能够提供高达1A的负载电流。

这两款器件采用电压模式控制方案，在高压开关环境中具有良好的抗噪性能，还提供外部补偿功能，允许用户灵活选择电感器值和电容器类型。开关频率内部固定为250kHz，并且可以通过SYNC输入与外部时钟信号同步。轻载时，器件会自动切换到脉冲跳跃模式，提高效率。此外，它们还具备可编程欠压锁定、软启动、逐周期电流限制、打嗝模式输出短路保护和热关断等保护功能。

二、产品特性

2.1 宽输入电压范围

MAX5080的输入电压范围为4.5V至40V，MAX5081为7.5V至40V，这使得它们能够适应多种不同的电源环境。

2.2 高输出电流能力

能够提供高达1A的输出电流，满足大多数中小功率应用的需求。

2.3 可调输出电压

输出电压可在1.23V至32V之间调节，为不同的负载提供灵活的供电方案。

2.4 固定开关频率与同步功能

内部固定开关频率为250kHz，并且可以与150kHz至350kHz的外部时钟信号同步，方便在多电源系统中进行同步操作。

2.5 轻载效率优化

轻载时自动切换到脉冲跳跃模式，降低静态电流，提高效率。

2.6 多种保护功能

包括逐周期电流限制、打嗝模式输出短路保护和热关断，确保器件在异常情况下的安全性和可靠性。

2.7 紧凑封装

采用节省空间的16引脚TQFN封装，并且具有良好的散热性能，能够在-40°C至+125°C的温度范围内正常工作。

三、电气特性

3.1 输入电压与欠压锁定

MAX5080的输入电压范围为4.5V至40V，MAX5081为7.5V至40V。欠压锁定阈值在MAX5080中为3.9V至4.2V（VIN上升），在MAX5081中为6.8V至7.3V（VIN上升）。

3.2 开关电源电流与效率

在PWM操作模式下，MAX5080的开关电源电流典型值为10.5mA，MAX5081为9.5mA。当VIN = 12V，VOUT = 3.3V，IOUT = 1A时，效率典型值为84%；当VIN = 4.5V，VOUT = 3.3V，IOUT = 1A（MAX5080）时，效率可达88%。

3.3 无负载电源电流与关断电流

在PFM操作模式下，MAX5080的无负载电源电流典型值为1.4mA，MAX5081为1.3mA。关断电流在VON/OFF = 0V，V = 40V时，最大值为300μA。

3.4 误差放大器与软启动

软启动电流典型值为15μA，参考电压（软启动）为1.228V。FB调节电压在1.215V至1.240V之间。

3.5 振荡器与同步

内部振荡器频率在V SYNC = 0V时为225kHz至275kHz，最大占空比在不同输入电压下均可达87%。SYNC高电平电压为2.2V，低电平电压为0.8V，同步频率范围为150kHz至350kHz。

3.6 功率开关与电荷泵

开关导通电阻在V BST - V LX = 6V时典型值为0.3Ω，开关栅极电荷为6nC。MAX5080的电荷泵在特定条件下有相应的输出电压和导通电阻特性。

3.7 电流限制与热关断

脉冲跳跃阈值为100mA至300mA，逐周期电流限制为1.4A至2.6A。热关断温度在温度上升时为+160°C，热关断迟滞为20°C。

四、引脚配置与功能

4.1 引脚配置

MAX5080和MAX5081采用16引脚TQFN封装，引脚包括COMP、FB、ON/OFF、SS、SYNC、DVREG、C+、C - 、PGND、BST、LX、IN、REG、SGND等。

4.2 引脚功能

• COMP：误差放大器输出，连接到补偿反馈网络。
• FB：反馈调节点，连接到电阻分压器的中心抽头，用于设置输出电压。
• ON/OFF：用于控制器件的开关和外部欠压锁定，上升阈值约为1.23V。
• SS：软启动和参考输出，连接一个电容到SGND以设置软启动时间。
• SYNC：振荡器同步输入，可由150kHz至350kHz的外部时钟驱动。
• DVREG：高端MOSFET驱动器的栅极驱动电源，与REG外部连接。

五、工作原理

5.1 内部线性稳压器（REG）

REG是一个5V（MAX5080）或8V（MAX5081）的LDO输出端，为IC提供电源。在正常工作时，REG仅用于为内部电路供电，不应为外部负载供电。

5.2 欠压锁定（UVLO）

MAX5080/MAX5081提供内部和外部两种欠压锁定功能。内部UVLO固定在4.1V（MAX5080）或7.1V（MAX5081），外部UVLO可通过ON/OFF引脚进行编程。当外部UVLO高于内部UVLO时，外部UVLO优先。

5.3 软启动和参考（SS）

SS是1.23V参考旁路连接，同时控制软启动周期。启动时，在VIN施加且内部和外部UVLO阈值达到后，器件进入软启动。软启动时间可通过公式(t{S S}=frac{1.23 V × C{S S}}{15 mu A})计算。

5.4 内部电荷泵（MAX5080）

MAX5080具有内部电荷泵，可增强内部MOSFET的导通能力，允许输入电压低至4.5V。需要连接飞跨电容（CF）、升压二极管和自举电容（CBST）。

5.5 误差放大器

内部误差放大器的输出（COMP）用于频率补偿，具有80dB的开环增益和1.8MHz的GBW乘积。

5.6 振荡器/同步输入（SYNC）

当SYNC连接到SGND时，器件使用内部振荡器，开关频率固定为250kHz。外部同步时，SYNC由150kHz至350kHz的外部时钟驱动，器件同步到SYNC的上升沿。

5.7 PWM比较器/电压前馈

内部250kHz的斜坡发生器与误差放大器的输出进行比较，生成PWM信号。斜坡的最大幅度会自动调整，以补偿输入电压和振荡器频率的变化。

5.8 输出短路保护（打嗝模式）

采用打嗝模式保护，当连续出现七个逐周期电流限制事件时，器件会关闭并在512个时钟周期后以软启动序列重启。

5.9 热过载保护

当芯片温度超过+160°C时，内部热传感器会关闭器件，待温度下降20°C后，器件以软启动序列重启。

六、应用信息

6.1 设置欠压锁定

通过连接一个电阻分压器从IN到ON/OFF再到SGND，可以设置UVLO阈值。公式为(R 1=R 2 timesleft[frac{V{IN}}{V{ON / overline{OFF}}}-1right])，其中(V_{ON/OFF }=1.23 ~V)，R2应小于600kΩ。

6.2 设置输出电压

连接一个电阻分压器从OUT到FB再到SGND，可设置输出电压。公式为(R 4=frac{R 3}{left[frac{V{OUT }}{V{F B}}-1right]})，其中(V_{FB}=1.23 ~V)。

6.3 电感器选择

需要考虑电感值（L）、峰值电感电流（IPEAK）和电感饱和电流（ISAT）。电感值可通过公式(L=frac{V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)}{V{IN } × f{SW} × Delta I{P-P}})计算，建议选择∆IP - P等于满载电流的40%。同时，应选择ISAT规格高于最大峰值电流限制2.6A的电感器。

6.4 输入电容器选择

输入电容器的选择要考虑输入电压纹波，纹波由∆VQ（电容器放电引起）和∆VESR（输入电容器的ESR引起）组成。可通过公式(C{I N}=frac{I{OUTMAX } × D(1-D)}{left(Delta V{Q} × f{SW}right)})和(E S R=frac{Delta V{E S R}}{left(I_{OUTMAX }+frac{Delta I{P-P}}{2}right)})计算所需的输入电容和ESR。

6.5 输出电容器选择

输出电压纹波和负载阶跃时输出电压的最大偏差决定了输出电容及其ESR。输出纹波主要由∆VQ和∆VESR组成，可通过公式(Delta V{Q}=frac{Delta I{PP}}{16 × C{OUT } × f{SW}})和(Delta V{ESR}=ESR × Delta I{P-P})计算。在负载阶跃时，还需考虑输出电容的ESL，可通过公式(ESR=frac{Delta V{ESR}}{l{STEP }})、(COUT =frac{I{STEP } × t{RESPONSE }}{Delta V{Q}})和(ESL=frac{Delta V{ESL} × t{STEP }}{I{STEP }})计算所需的ESR、ESL和电容值。

6.6 补偿设计

MAX5080/MAX5081采用电压模式控制方案，需要进行补偿设计以实现稳定的闭环系统。根据输出电容器的ESR不同，分为(f{C}{ZESR})和(f{C}>f{ZESR})两种情况进行补偿计算。

6.7 功率耗散

器件的功率耗散包括开关电源电流的功率损耗（PQ）、内部功率MOSFET开关的过渡损耗（PSW）和通过内部功率MOSFET的RMS电流的功率损耗（PMOSFET）。总功率耗散可通过公式(P{TOTAL }=P{MOSFET }+P{SW}+P{Q})计算。

七、典型应用电路

文档中给出了MAX5080和MAX5081的典型应用电路，包括输入电容、电感、输出电容、电阻分压器等元件的连接方式。这些电路为实际应用提供了参考。

八、总结

MAX5080/MAX5081是两款性能出色的降压DC - DC转换器，具有宽输入电压范围、高输出电流能力、多种保护功能和灵活的调节特性。在实际应用中，需要根据具体需求合理选择电感器、电容器等元件，并进行适当的补偿设计，以确保系统的稳定性和可靠性。各位工程师在使用过程中，不妨根据这些特性和设计要点，充分发挥这两款器件的优势，为自己的项目带来更好的性能表现。