解析MAX20808：高性能雙輸出降壓開關(guān)穩(wěn)壓器的卓越之選

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，一款性能出色的開關(guān)穩(wěn)壓器對于保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。今天，我們就來深入剖析Analog Devices推出的MAX20808雙輸出4A、3MHz、2.7V至16V降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，看看它究竟有哪些獨(dú)特之處。

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產(chǎn)品概述

MAX20808/MAX20808T是高度集成的雙輸出降壓DC - DC開關(guān)穩(wěn)壓器，具備高效、靈活等特點(diǎn)。它能夠在2.7V至16V的輸入電源下穩(wěn)定工作，每個輸出可在0.5V至5.8V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，單輸出最大能提供4A負(fù)載電流。而且，MAX20808還支持將兩個輸出并聯(lián)，作為單輸出雙相穩(wěn)壓器使用，可支持高達(dá)8A的負(fù)載電流。

關(guān)鍵特性

• 高功率密度與低元件數(shù)量：采用緊湊的3.5mm x 4.6mm、21引腳FC2QFN封裝，在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高功率輸出，減少了外部元件的使用，降低了成本和電路板空間。
• 雙輸出或雙相操作：既可以作為獨(dú)立的雙輸出穩(wěn)壓器為不同的負(fù)載供電，也可以配置為單輸出雙相穩(wěn)壓器，滿足不同的應(yīng)用需求。
• 單電源操作與集成LDO：集成LDO用于偏置生成，同時還支持2.5V至5.5V的外部偏置輸入，可進(jìn)一步提高效率。
• 寬工作范圍：輸入電壓范圍為2.7V至16V，輸出電壓范圍為0.5V至5.8V，開關(guān)頻率可在500kHz至3MHz之間配置，為設(shè)計提供了更大的靈活性。
• 多種保護(hù)功能：集成了正、負(fù)過流保護(hù)、輸出過壓保護(hù)和過溫保護(hù)等多種保護(hù)機(jī)制，確保了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

技術(shù)亮點(diǎn)

控制架構(gòu)

MAX20808/MAX20808T采用固定頻率、峰值電流模式控制架構(gòu)。每個控制回路包含誤差放大器、內(nèi)部電壓環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、電流檢測、內(nèi)部斜率補(bǔ)償和PWM調(diào)制器。通過這些組件的協(xié)同工作，能夠精確控制輸出電壓和電流，實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的電源轉(zhuǎn)換。

先進(jìn)調(diào)制方案（AMS）

該穩(wěn)壓器提供可選的AMS功能，相比傳統(tǒng)的固定頻率PWM方案，AMS在動態(tài)負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)方面具有顯著優(yōu)勢。它允許在前沿和后沿進(jìn)行調(diào)制，在大負(fù)載瞬變時實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)響應(yīng)，減少輸出電容的電流消耗，同時可擴(kuò)展系統(tǒng)閉環(huán)帶寬，而不會影響相位裕度，從而可以最小化輸出電容。

不連續(xù)電流模式（DCM）操作

DCM操作可提高輕載效率。當(dāng)VDDH比所需VOUT至少高2V時，設(shè)備可進(jìn)入DCM模式。在輕載情況下，當(dāng)電感谷值電流連續(xù)48個周期低于DCM比較器閾值時，設(shè)備無縫過渡到DCM模式，隨著負(fù)載減小，開關(guān)頻率降低。當(dāng)電感谷值電流高于100mA時，設(shè)備返回連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）。

有源電流平衡

當(dāng)MAX20808配置為雙相操作時，具備有源電流平衡功能，可在負(fù)載瞬變期間保持兩相電流的平衡，即使在負(fù)載階躍頻率接近開關(guān)頻率或其諧波時也能有效工作。有源電流平衡電路通過調(diào)整各相電流控制信號，最小化相電流不平衡。

內(nèi)部線性穩(wěn)壓器

內(nèi)部集成1.8V線性穩(wěn)壓器，VCC上的1.8V電壓默認(rèn)從VDDH1引腳獲取。為提高效率，建議在LDOIN引腳施加2.5V至5.5V的外部偏置輸入，使VCC上的1.8V電壓從LDOIN引腳轉(zhuǎn)換而來。LDOIN引腳可連接到輸出電壓（如果輸出電壓在2.5V至5.5V范圍內(nèi)），并且在調(diào)節(jié)過程中可隨時施加或移除該偏置輸入，而不影響調(diào)節(jié)效果。

設(shè)計要點(diǎn)

輸出電壓感應(yīng)

MAX20808/MAX20808T內(nèi)部有0.5V參考電壓，當(dāng)所需輸出電壓高于0.5V時，需使用電阻分壓器RFB1和RFB2來感應(yīng)輸出電壓。建議RFB2的值不超過5kΩ，通過公式(V{OUT }=V{REF } timesleft(1+frac{R{F B 1}}{R{F B 2}}right))計算電阻分壓器的比例。

開關(guān)頻率選擇

開關(guān)頻率可在500kHz至3MHz范圍內(nèi)選擇。對于注重解決方案尺寸的應(yīng)用，建議選擇較高的開關(guān)頻率，以減小輸出LC濾波器的數(shù)值和尺寸；對于注重效率和散熱的應(yīng)用，建議選擇較低的開關(guān)頻率，以降低開關(guān)損耗。同時，要確保所選頻率不違反最小可控導(dǎo)通時間和最小可控關(guān)斷時間的限制。

輸出電感選擇

輸出電感對穩(wěn)壓器的整體尺寸、成本和效率有重要影響。為提高電流環(huán)路抗噪能力，通常選擇使電感電流紋波至少為1A的電感。電感值可通過公式(L=frac{V{OUT }left(V{D D H}-V{OUT }right)}{V{D D H} × I{R I P P L E} × f{S W}})計算。此外，所選電感應(yīng)能保證最大負(fù)載電流的輸送，考慮到POCP比較器觸發(fā)到高端MOSFET關(guān)斷的去毛刺延遲，需對POCP閾值進(jìn)行調(diào)整。

輸出電容選擇

輸出電容的選擇主要考慮輸出電壓紋波、負(fù)載瞬變時的過沖和下沖。為滿足輸出電壓紋波要求，最小輸出電容應(yīng)滿足公式(C{OUT } geq frac{I{RIPPLE }}{8 × N × f{SW} timesleft(V{OUTRIPPLE }-E S R × I{RIPPLE }right)})；為滿足負(fù)載瞬變要求，最小輸出電容還應(yīng)滿足公式(C{OUT }geq MAXleft{ frac {left( frac {Delta I}{N}+frac {I{RIPPLE }}{2}right) ^{2}× L× N}{2× Delta V{OUT }timesleft( V{D D H}-V{OUT }right) }, frac {left( frac {Delta I}{N}+frac {I{RIPPLE}}{2}right) ^{2}× L× N}{2× Delta V{OUT }× V_{OUT }}right})。

輸入電容選擇

輸入電容的選擇取決于輸入電壓紋波要求。在雙輸出操作時，輸入電容由兩個輸出共享；在雙相操作時，需根據(jù)相應(yīng)公式計算最小輸入電容。此外，還需在每個VDDH_引腳旁邊放置0.1μF和1μF的高頻去耦電容，以抑制高頻開關(guān)噪聲。

內(nèi)部補(bǔ)償選擇

• 電壓環(huán)路增益：為保證穩(wěn)定性，建議電壓環(huán)路帶寬低于開關(guān)頻率的五分之一。對于使用多層陶瓷芯片（MLCC）輸出電容的情況，可通過公式(B W=frac{N × frac{R{F B 2}}{R{F B 2}+R{F B 1}} × frac{R{V G A}}{10 k Omega}}{2 pi × 20 m Omega × C_{OUT }})估算電壓環(huán)路帶寬，其中RVGA由PGM_引腳電阻選擇的開關(guān)頻率和電壓環(huán)路增益乘數(shù)確定。
• 斜率補(bǔ)償：當(dāng)占空比高于50%時，應(yīng)用斜率補(bǔ)償可保證電流環(huán)路穩(wěn)定性；占空比小于50%時，也建議應(yīng)用斜率補(bǔ)償以提高電流環(huán)路抗噪能力。斜率補(bǔ)償值可通過公式(frac {V{OUT}}{L}× C{SLOPE }× frac {1.6Omega }{25}leq SLOPEleq frac {V{IN}× f{SW}× C{SLOPE }}{V{OUT}}left[ 800mV-(frac {I{OUTMAX}}{N}+frac {I{RIPPLE}}{2})× frac {1.6Omega }{25}right])計算，MAX20808/MAX20808T的斜率補(bǔ)償選項(xiàng)可通過PGM1和PGM2引腳的電阻值選擇。

PCB布局指南

• 為了電氣和散熱考慮，PCB的頂層和底層的第二層應(yīng)預(yù)留為電源地（PGND）平面。
• 輸入去耦電容應(yīng)靠近IC放置，且距離VDDH_引腳不超過40mils；VCC去耦電容應(yīng)連接到PGND，并盡可能靠近VCC引腳。
• 使用模擬地銅多邊形或島連接所有模擬控制信號地，并通過靠近AGND引腳的單個連接將其連接到PGND，模擬地可作為控制信號（PGM和SNSP）的屏蔽和接地參考。
• AVDD去耦電容應(yīng)連接到AGND，并盡可能靠近AVDD引腳。
• 升壓電容應(yīng)盡可能靠近LX_和BST_引腳，與IC位于PCB的同一側(cè)。
• 反饋電阻分壓器和可選的外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)應(yīng)靠近IC放置，以減少噪聲注入。
• 電壓感測線應(yīng)被接地平面屏蔽，并遠(yuǎn)離開關(guān)節(jié)點(diǎn)和電感。
• 對于所有承載大電流的路徑和散熱路徑，建議使用多個過孔。
• 輸入電容和輸出電感應(yīng)靠近IC放置，連接到這些組件的走線應(yīng)盡可能短而寬，以最小化寄生電感和電阻。

應(yīng)用領(lǐng)域

MAX20808適用于多種應(yīng)用場景，如數(shù)據(jù)中心電源、通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器和存儲以及負(fù)載點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)器等。其高性能和靈活性使其能夠滿足不同應(yīng)用對電源的需求。

總結(jié)

MAX20808雙輸出降壓開關(guān)穩(wěn)壓器以其豐富的功能、高效的性能和靈活的配置，為電子工程師在電源設(shè)計中提供了一個優(yōu)秀的選擇。通過合理選擇和配置相關(guān)參數(shù)，結(jié)合正確的PCB布局，能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效的電源供應(yīng)。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中，不妨根據(jù)具體需求深入挖掘其潛力，讓它為你的設(shè)計增添光彩。你在使用類似穩(wěn)壓器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。