MAX1742/MAX1842：高效降壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計與應(yīng)用

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，降壓調(diào)節(jié)器是至關(guān)重要的組件，它能夠?qū)⑤^高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為適合設(shè)備使用的較低電壓。今天，我們就來深入了解一下 Maxim 公司推出的兩款優(yōu)秀的降壓調(diào)節(jié)器——MAX1742 和 MAX1842。

文件下載：MAX1742.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX1742/MAX1842 是具有同步整流和內(nèi)部開關(guān)的 1A/2.7A、1MHz 降壓調(diào)節(jié)器，采用了恒定關(guān)斷時間、脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)，非常適合筆記本和亞筆記本電腦中 5V 和 3.3V 到低電壓的轉(zhuǎn)換應(yīng)用。這兩款器件具有內(nèi)部同步整流功能，不僅提高了效率，還減少了外部組件的數(shù)量，無需外部肖特基二極管。

二、產(chǎn)品特性

1. 高效性能

• 內(nèi)部集成了 90mΩ PMOS 功率開關(guān)和 70mΩ NMOS 同步整流開關(guān)，能夠輕松提供高達(dá) 1A 的連續(xù)負(fù)載電流，最高效率可達(dá) 95%。
• 在輕載時采用獨(dú)特的 Idle Mode? 模式，可保持高效率。

2. 輸出電壓靈活

• 可預(yù)設(shè) 2.5V、1.8V 或 1.5V 輸出電壓，也可在 1.1V 至輸入電壓之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。
• 輸入電壓范圍為 3V 至 5.5V，適用于多種電源場景。

3. 其他特性

• ±1% 的輸出精度，確保輸出電壓的穩(wěn)定性。
• 可編程的恒定關(guān)斷時間操作，開關(guān)頻率最高可達(dá) 1MHz，用戶可根據(jù)需求優(yōu)化效率、輸出開關(guān)噪聲、組件尺寸和成本之間的權(quán)衡。
• 具有可調(diào)軟啟動功能，可限制啟動時的浪涌電流。
• 100% 占空比模式，適用于低壓差操作。
• 低功耗關(guān)斷模式，可將輸入與輸出斷開，使電源電流降至 1μA 以下。

三、工作模式

1. 恒定關(guān)斷時間模式

當(dāng) PMOS 開關(guān)電流大于空閑模式閾值電流時，調(diào)節(jié)器進(jìn)入恒定關(guān)斷時間模式，此時調(diào)節(jié)比較器在每個關(guān)斷時間結(jié)束時打開 PMOS 開關(guān)，使器件保持連續(xù)導(dǎo)通模式。

2. 空閑模式

在輕載情況下，當(dāng) PMOS 開關(guān)電流小于空閑模式閾值電流時，器件切換到脈沖跳過的空閑模式，通過跳過周期來提高輕載效率，減少過渡和柵極電荷損失。

3. 100% 占空比操作

當(dāng)輸入電壓接近輸出電壓時，占空比增加，直到 PMOS MOSFET 持續(xù)導(dǎo)通。此時的壓差電壓是輸出電流乘以內(nèi)部 PMOS 開關(guān)的導(dǎo)通電阻和電感中的寄生電阻。

4. 關(guān)斷模式

將 SHDN 引腳驅(qū)動為邏輯低電平，可使 MAX1742/MAX1842 進(jìn)入低功耗關(guān)斷模式，將電源電流降低至小于 1μA。

四、設(shè)計步驟

1. 選擇開關(guān)頻率

建議從 1MHz 開始，可參考最大推薦工作頻率與輸入電壓的關(guān)系圖（Figure 3）來確定合適的頻率。

2. 確定恒定關(guān)斷時間

根據(jù)輸入電壓、輸出電壓和開關(guān)頻率來選擇恒定關(guān)斷時間。

3. 選擇 RTOFF

根據(jù)關(guān)斷時間選擇 RTOFF，推薦值范圍為 36kΩ 至 430kΩ，對應(yīng)關(guān)斷時間為 0.4μs 至 4μs。

4. 選擇電感

電感的選擇需要考慮輸出電壓、關(guān)斷時間和峰峰值電感電流。一般來說，選擇電感時應(yīng)使紋波電流與負(fù)載電流的比例約為 25%（LIR = 0.25）。

5. 選擇電容

• 輸入濾波電容：應(yīng)選擇低 ESR 和低 ESL 的電容，距離 IN 引腳不超過 5mm。
• 輸出濾波電容：影響輸出電壓紋波、輸出負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和反饋環(huán)路穩(wěn)定性，需要滿足一定的 ESR 和電容值要求。

五、注意事項(xiàng)

1. 熱阻和功耗

結(jié)到環(huán)境的熱阻 θJA 高度依賴于 IC 引腳周圍的銅面積。在散熱設(shè)計時，應(yīng)將連接在 IC 上的銅面積均勻分布在高電流引腳之間。

2. 頻率變化

隨著輸出電流的增加，NMOS 和 PMOS 開關(guān)上的電壓降會增加，電感上的電壓會降低，導(dǎo)致頻率下降。頻率變化可通過公式 (Delta f{PWM}=-I{OUT } × RPMOS /left(V{IN} × t{OFF }right)) 進(jìn)行近似計算。

3. 電路布局和接地

良好的布局對于實(shí)現(xiàn) MAX1742/MAX1842 的預(yù)期輸出功率、高效率和低噪聲至關(guān)重要。應(yīng)盡量減少開關(guān)電流和高電流接地環(huán)路，將輸入電容、輸出電容和 PGND 連接在一起，并在一點(diǎn)連接到 GND。

六、總結(jié)

MAX1742/MAX1842 是兩款性能出色的降壓調(diào)節(jié)器，具有高效、靈活的特點(diǎn)，適用于多種低電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用。在設(shè)計過程中，我們需要根據(jù)具體需求選擇合適的組件，并注意熱阻、頻率變化和電路布局等問題，以確保調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用這兩款調(diào)節(jié)器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。