探索MAX5092/MAX5093：4V - 72V输入LDO与升压预调节器的完美结合

在电子设计领域，电源管理芯片的性能直接影响着整个系统的稳定性和效率。MAX5092/MAX5093作为一款高性能的电源管理芯片，为我们提供了出色的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款芯片。

文件下载：MAX5093.pdf

一、芯片概述

MAX5092A/MAX5092B/MAX5093A/MAX5093B是低静态电流、低压差（LDO）调节器，内置高频升压预调节器。它能在冷启动到负载突降（3.5V - 80V）的输入电压条件下，无缝提供预设的3.3V（MAX5092A/MAX5093A）或5V（MAX5092B/MAX5093B）LDO输出电压，最大输出电流可达250mA，具有良好的负载和线性调节能力。在电池正常工作时，升压预调节器完全关闭，静态电流降至65μA（典型值），非常适合常供电应用。

二、芯片特性亮点

（一）宽输入电压范围

支持3.5V - 72V的宽工作输入电压范围，启动电压为4V，能适应多种复杂的电源环境。

（二）灵活的输出电压设置

LDO输出电压可预设为3.3V、5V，也可通过外部电阻在1.5V - 9V（MAX5092）或1.5V - 10V（MAX5093）范围内进行编程调节；升压输出电压预设为7V，同样可通过外部电阻在最高11V（MAX5092）或12V（MAX5093）范围内调节。

（三）低功耗设计

LDO模式下静态电流仅65μA（(V_{IN} ≥8V)），关机电流低至5μA，有效降低系统功耗。

（四）完善的保护功能

具备输出过载、短路和热保护功能，还有带可编程超时时间的上电复位（RESET）输出，增强了系统的稳定性和可靠性。

（五）散热性能良好

采用热增强型16引脚5mm x 5mm薄型QFN封装，在+70°C的多层PCB板上可散热达2.7W。

三、芯片工作原理剖析

（一）升压转换器

采用最小关断时间、最大导通时间的脉冲频率调制（PFM）控制方案。当VBSOUT低于由VBSFB确定的调节点时，内部MOSFET导通；当电感电流达到峰值电流限制（典型值2.5A）或最大导通时间2.25μs时，MOSFET关断，且关断后至少保持1μs。这种控制方案下，开关频率和输出纹波是负载电流和输入电压的函数，无需频率补偿。

（二）线性调节器

内部采用p沟道MOSFET作为LDO的传输晶体管，升压调节器的输出连接到p - MOSFET的源极。LDO在升压调节器启动200μs后启动，可提供最大250mA的电流，典型压差电压为0.9V。LDO输出电压可通过SET输入进行设置。

（三）内部调节器（VL）

用于为所有内部低压模块供电，当VBSOUT高于5.5V时，VVL调节至5.5V；当VBSOUT低于5.5V时，VVL跟踪BSOUT的电压。

（四）上电复位输出（RESET）

是一个开漏输出引脚，当LDO输出（VOUT）低于标称输出电压的90%时，RESET在短延迟后拉低；当输出高于标称输出电压的92%时，RESET在编程的复位超时时间后变为高阻态。

（五）使能和保持输入

通过EN（高电平有效）和HOLD（低电平有效）两个逻辑输入实现自保持电路，无需额外组件。

四、芯片应用电路示例

文档中给出了多个典型应用电路，如MAX5092B和MAX5093B的工厂预编程LDO和升压输出电压电路，以及MAX5092A和MAX5093A的用户可编程LDO和升压输出电压电路。这些电路展示了芯片在不同输出电压设置下的应用方式。

五、设计指南要点

（一）电容选择

1. 输入电容（CIN）：由于升压转换器在输入电压下降时需快速启动，为保证正常工作，若电源（电池）离芯片较远，建议使用大容量、低ESR的电容。可选用47μF、100mΩ的低ESR电容，并尽可能靠近芯片输入放置。在低温环境下，可选择ESR低于40mΩ的电解电容，或并联一个10μF的低ESR陶瓷电容。
2. 升压电容（CBSOUT）：升压转换器输出电流波形不连续，需要在BSOUT端使用大容量、低ESR的电容以确保低VBSOUT纹波。可使用100mΩ或更低ESR的电解电容，也可并联一个10μF的陶瓷电容。同时，可通过公式计算所需电容的ESR和纹波电压。

   （二）电感选择

   电感值的选择具有一定灵活性。较小的电感值通常能使电路尺寸更小，但可能会增加纹波；较大的电感值可能提高效率、减少纹波，但可能会降低最大输出电流。为获得最大输出电流，应选择合适的电感值，使控制器在最大导通时间之前达到电流限制，并确保电感的最大饱和电流大于3A。

   （三）输出电压设置

3. 升压输出电压（VBSOUT）：支持预设和可调两种模式。预设模式下，将BSFB直接连接到SGND，VBSOUT固定为7V；可调模式下，将BSFB连接到外部电阻分压器的中心抽头，可对VBSOUT进行编程设置。
4. LDO输出电压（VOUT）：同样支持预设和可调两种模式。预设模式下，将SET连接到SGND，VOUT调节为3.3V（MAX5092A/MAX5093A）或5V（MAX5092B/MAX5093B）；可调模式下，将SET连接到外部电阻分压器的中心抽头，可设置不同的输出电压。

   （四）肖特基二极管选择（MAX5093_）

   MAX5093_需要在LX和BSOUT之间连接一个外部二极管，建议选择肖特基二极管，确保其峰值电流额定值大于或等于内部升压转换器MOSFET的峰值电流限制，平均正向电流额定值至少为1A，反向击穿电压大于最坏情况下的负载突降电压。

   （五）CT电容选择

   通过在CT和SGND之间连接一个电容（(C_{CT})），可对RESET的超时时间进行编程设置。当VOUT下降到LDO输出调节电压的90%以下时，CT电容的放电时间决定了RESET拉低的延迟，提供了对RESET功能的抗干扰能力。

   （六）最大输出电流计算

   芯片最大输入电压可达+72V，OUT端可提供最大250mA的电流，但实际输出电流受封装功耗限制。可通过功率耗散曲线或公式计算允许的封装功耗和最大输出电流。

   （七）PCB布局指南

   良好的PCB布局和布线对于高频开关电源的正常调节和稳定性至关重要。建议参考评估套件的PCB布局，并遵循以下原则：

5. 为SGND使用大面积铜平面，将其焊接到裸露焊盘，并在PCB的顶部和底部暴露该铜区域，避免在芯片下方将EP铜平面直接连接到引脚3（SGND），以减少接地反弹。
6. 将功率组件和大电流路径与敏感模拟电路隔离。
7. 保持大电流路径短，特别是在接地端子处。
8. 将输入电容和升压输出电容的返回端子连接到PGND_BST电源接地平面，在输入电容的负极端子处将电源接地（PGND_BST）和信号接地（SGND）平面连接在一起，且仅在此处连接。将PGND_LDO接地平面与SGND接地平面单点连接。
9. 确保反馈连接短而直接，保证BSFB和SGND之间的低阻抗路径，将BSFB的瞬态限制在100mV以下。
10. 将高速开关节点远离敏感模拟区域，使用内部PCB层作为SGND的EMI屏蔽层，以减少辐射噪声对芯片、反馈分压器和旁路电容的影响。

六、总结

MAX5092/MAX5093芯片凭借其宽输入电压范围、灵活的输出电压设置、低功耗、完善的保护功能和良好的散热性能，在电源管理领域具有很大的应用潜力。在设计过程中，合理选择电容、电感、二极管等外部组件，并遵循正确的PCB布局指南，能够充分发挥芯片的性能，为电子系统提供稳定、高效的电源解决方案。大家在实际应用中是否遇到过类似芯片的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。