探索MAX8836Z：小尺寸大能量的PWM降壓轉(zhuǎn)換器

一、引言

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電源管理模塊至關(guān)重要。對于功率放大器（PA）的供電需求，一款高效、緊湊的降壓轉(zhuǎn)換器能為整個系統(tǒng)帶來顯著的性能提升。今天，我們就來深入了解MAXIM推出的MAX8836Z——一款2mm x 2mm WLP/UCSP封裝的1.2A PWM降壓轉(zhuǎn)換器。

文件下載：MAX8836Z.pdf

二、產(chǎn)品概述

2.1 基本特性

MAX8836Z是一款高頻降壓轉(zhuǎn)換器，專為提供超低壓差的固定輸出電壓而優(yōu)化。它集成了一個高效的PWM降壓轉(zhuǎn)換器，適用于中低功率傳輸，同時還集成了一個典型導(dǎo)通電阻為60mΩ的旁路FET，用于超低壓差操作。此外，還集成了一個200mA的低噪聲、高電源抑制比（PSRR）的低壓差穩(wěn)壓器（LDO）。

2.2 應(yīng)用場景

該產(chǎn)品主要應(yīng)用于WCDMA/NCDMA蜂窩手機(jī)、無線個人數(shù)字助理（PDA）和智能手機(jī)等設(shè)備中，為PA提供穩(wěn)定的電源。

2.3 封裝形式

MAX8836Z提供16凸點(diǎn)、2mm x 2mm的晶圓級封裝（WLP）和UCSP?封裝（最大高度0.7mm），這種小尺寸封裝非常適合對空間要求苛刻的應(yīng)用。

三、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

3.1 降壓轉(zhuǎn)換器特性

• 可選輸出電壓：支持3.1V或3.4V的可選輸出電壓，能滿足不同PA的供電需求。
• 快速響應(yīng)：從3.1V到3.4V輸出電壓變化的建立時間僅為25μs，響應(yīng)速度快。
• 低壓差：在100%占空比時，PFET導(dǎo)通電阻為60mΩ，可實(shí)現(xiàn)低壓差。
• 低輸出紋波：輸出電壓紋波低，能為PA提供穩(wěn)定的電源。
• 高輸出驅(qū)動能力：具備1.2A的輸出驅(qū)動能力，滿足PA的功率需求。
• 高精度輸出：輸出電壓精度為±2%，保證了供電的準(zhǔn)確性。
• 外部元件少：采用快速開關(guān)技術(shù)，可使用小尺寸的陶瓷輸入和輸出電容，同時反饋網(wǎng)絡(luò)集成在芯片內(nèi)部，進(jìn)一步減少了外部元件數(shù)量和整體解決方案的尺寸。

3.2 LDO特性

• 低噪聲：典型輸出噪聲為35μVRMS，能有效降低對系統(tǒng)的干擾。
• 高PSRR：典型PSRR為65dB，對電源紋波有良好的抑制作用。
• 穩(wěn)定輸出電流：保證200mA的輸出電流驅(qū)動能力。
• 低靜態(tài)電流：關(guān)機(jī)電流低至0.1μA，有助于降低功耗。

3.3 其他特性

• 寬電源電壓范圍：支持2.7V至5.5V的電源電壓范圍，適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)結(jié)溫超過+160°C時，熱關(guān)斷電路會關(guān)閉芯片，待溫度下降20°C后再重新啟動，避免芯片因過熱損壞。

四、電氣特性分析

4.1 輸入電源特性

輸入電壓范圍為2.7V至5.5V，輸入欠壓閾值典型值為2.63V，具有180mV的滯回。HP、PA_EN、EN2引腳的下拉電阻典型值為800kΩ，關(guān)機(jī)電源電流典型值為0.1μA。

4.2 邏輯控制特性

PA_EN、EN2、HP引腳的邏輯輸入高電壓為1.3V，邏輯輸入低電壓為0.4V，邏輯輸入電流在不同溫度下有相應(yīng)的規(guī)定。

4.3 輸出電壓特性

PA輸出電壓在不同條件下有不同的取值，如在特定條件下，HP = 0時輸出電壓為3.434V（典型值），HP = 1時輸出電壓為3.065V（典型值）。

4.4 其他特性

包括LX引腳的導(dǎo)通電阻、漏電流、電流限制，旁路模式的導(dǎo)通電阻、電流限制，LDO2的輸出電壓、輸出電流、電流限制、壓差、線性調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、電源抑制比、輸出噪聲等特性都有詳細(xì)的參數(shù)規(guī)定。

五、工作模式解析

5.1 降壓轉(zhuǎn)換器控制方案

采用滯回PWM控制方案，具有高效率、快速開關(guān)、快速瞬態(tài)響應(yīng)、低輸出紋波和使用小尺寸外部元件的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)輸出電壓低于調(diào)節(jié)閾值時，誤差比較器啟動開關(guān)周期，打開高端開關(guān)，直到最小導(dǎo)通時間結(jié)束且輸出電壓在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，或電感電流超過電流限制閾值。在關(guān)斷期間，低端同步整流器打開，直到高端開關(guān)再次打開。

5.2 電壓定位負(fù)載調(diào)節(jié)

通過從LX節(jié)點(diǎn)取直流反饋，消除了輸出電容引起的相位滯后，使環(huán)路非常穩(wěn)定，允許使用非常小的陶瓷輸出電容。同時，在反饋中加入電阻R3，可提高負(fù)載調(diào)節(jié)性能，減少負(fù)載瞬變或輸出電壓變化時的過沖。

5.3 降壓轉(zhuǎn)換器旁路模式

在高功率傳輸時，旁路模式通過內(nèi)部60mΩ（典型值）的旁路FET將IN1A和IN1B直接連接到PAA和PAB，同時降壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)入100%占空比運(yùn)行。這種低導(dǎo)通電阻模式可實(shí)現(xiàn)低壓差、長電池壽命和高輸出電流能力。

5.4 自動旁路模式

當(dāng)DC - DC轉(zhuǎn)換器的占空比超過99%（典型值）時，自動啟動旁路模式。為防止開關(guān)噪聲導(dǎo)致自動旁路模式誤觸發(fā)，使用IN2而不是IN1，因此IN2必須與IN1連接到同一電源。

5.5 關(guān)機(jī)模式

將PA_EN連接到GND或邏輯低電平，可使MAX8836Z的PA降壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，此時控制電路、內(nèi)部開關(guān)MOSFET和同步整流器關(guān)閉，LX變?yōu)楦咦杩?。將EN2連接到GND或邏輯低電平，可使LDO2進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，LDO輸出通過內(nèi)部1kΩ電阻拉至地。當(dāng)PA降壓轉(zhuǎn)換器和LDO都處于關(guān)機(jī)狀態(tài)時，MAX8836Z進(jìn)入極低功耗狀態(tài)，輸入電流降至0.1μA（典型值）。

5.6 降壓轉(zhuǎn)換器軟啟動

MAX8836Z的PA降壓轉(zhuǎn)換器具有內(nèi)部軟啟動電路，可限制啟動時的浪涌電流，減少輸入源上的瞬變，對于高輸出阻抗的電源（如鋰離子電池和堿性電池）特別有用。

六、元件選擇建議

6.1 電感選擇

MAX8836Z的開關(guān)頻率為1.6MHz，建議使用2.2μH的電感。電感的直流電流額定值只需匹配應(yīng)用的最大負(fù)載，為獲得最佳瞬態(tài)響應(yīng)和高效率，應(yīng)選擇直流串聯(lián)電阻在50mΩ至150mΩ范圍內(nèi)的電感。文中還給出了不同制造商的建議電感型號。

6.2 輸出電容選擇

對于PA降壓轉(zhuǎn)換器，輸出電容（CPA）應(yīng)具有低阻抗，推薦使用X5R或X7R介質(zhì)的陶瓷電容，大多數(shù)應(yīng)用建議使用4.7μF的電容。對于LDO2，輸出電容的最小值取決于負(fù)載電流，負(fù)載小于10mA時，使用0.1μF的電容即可；額定最大負(fù)載電流時，建議使用至少1μF的電容。

6.3 輸入電容選擇

PA轉(zhuǎn)換器的輸入電容（CIN1）應(yīng)具有低阻抗，推薦使用X5R或X7R介質(zhì)的陶瓷電容，大多數(shù)應(yīng)用建議使用4.7μF的電容。對于LDO，輸入電容值應(yīng)等于LDO2的輸出電容值。

七、熱考慮與PCB布局

7.1 熱考慮

在大多數(shù)應(yīng)用中，由于MAX8836Z的高效率，其散熱較少。但在高溫、重負(fù)載的應(yīng)用中，可能會超過芯片的最大結(jié)溫。當(dāng)結(jié)溫達(dá)到約+160°C時，所有功率開關(guān)關(guān)閉，LX和PA_變?yōu)楦咦杩梗琇DO2通過內(nèi)部1kΩ下拉電阻拉至地。

7.2 PCB布局

由于開關(guān)頻率高和峰值電流較大，PCB布局非常重要。應(yīng)將CIN1靠近IN1A/IN1B和PGND連接，電感和輸出電容應(yīng)盡可能靠近芯片，并且其走線應(yīng)短、直、寬。應(yīng)盡量縮短噪聲走線（如LX節(jié)點(diǎn)）的長度。

八、總結(jié)

MAX8836Z以其小尺寸、高效率、豐富的功能和良好的性能，為PA電源設(shè)計(jì)提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師需要根據(jù)具體的需求和條件，合理選擇元件、優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮MAX8836Z的優(yōu)勢。大家在使用過程中，是否遇到過類似產(chǎn)品的其他問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。