探索 MAX42402/MAX42403：高性能同步降压转换器的卓越之选

在电子工程师的日常设计中，选择一款合适的降压转换器至关重要。今天，我们就来深入了解一下 Analog Devices 推出的 MAX42402/MAX42403 36V、2.5A/3.5A 全集成同步降压转换器，看看它有哪些独特的性能和优势。

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一、产品概述

MAX42402/MAX42403 是一款小巧的同步降压转换器，集成了高端和低端开关。它的设计目标是在 4.5V 至 36V 的宽输入电压范围内提供高达 2.5A/3.5A 的输出电流。通过观察 PGOOD 信号，我们可以轻松监测电压质量。此外，该转换器能够以 99%的占空比运行，适用于工业应用。

二、关键特性与优势

2.1 多功能小尺寸设计

• 宽输入电压范围：4.5V 至 36V 的输入电压范围，使其能够适应多种不同的电源环境。
• 集成 FET 的同步 DC - DC 转换器：最高可提供 2.5A/3.5A 的输出电流，满足不同负载需求。
• 超低静态电流：在轻载时自动进入跳周期模式，无负载时静态电流仅为 27μA。
• 可选开关频率：提供 1.5MHz/400kHz 两种固定内部频率选项，允许使用小型外部组件并降低输出纹波。
• 扩频选项：有助于减少 EMI 辐射，提高电磁兼容性。
• 内部软启动：不同频率下有不同的软启动时间，400kHz 时为 2.5ms，1.5MHz 时为 3.5ms，可限制启动浪涌电流。
• 可编程输出电压：400kHz 时输出电压范围为 0.8V 至 14V，1.5MHz 时为 0.8V 至 12V。
• 99%占空比运行：具有低 dropout 特性，适用于对电压精度要求较高的应用。
• 高精度：满足安全关键应用的需求。
• 精准使能阈值：可实现完全可编程的欠压锁定（UVLO）阈值。
• 准确的窗口式 PGOOD 信号：方便监测输出电压质量。
• 强制 PWM 和跳周期操作模式：可根据不同的负载情况选择合适的工作模式。
• 多种保护功能：具备过温、过压和短路保护，提高系统的可靠性。
• 小尺寸封装：采用 3mm x 3mm FC2QFN 封装，节省电路板空间。
• 宽工作温度范围：-40°C 至 +125°C，适应恶劣的工业环境。

2.2 电气特性详解

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压范围	(V_{SUP})		4.5		36	V
关断时电源电流	(I_{SUP_SHDN})	(V{EN}=0)，(T{A}= +25°C)	2.75		5.00	μA
电源电流	(I_{SUP})	(V{EN}=)高，(V{OUT}=0.8V)，无负载，开关状态，(T_{A}= +25°C)	27			μA
欠压锁定上升阈值	(V_{SUP_UVLO_R})	SUP 电压上升	2.900	3.025	3.150	V
欠压锁定下降阈值	(V_{SUP_UVLO_F})	SUP 电压下降	2.600	2.725	2.850	V
BIAS 电压	(V_{BIAS})		1.8			V
BIAS 欠压锁定上升阈值	(V_{BIAS_UVLO})	BIAS 电压上升	1.58	1.63	1.68	V
BIAS 欠压锁定迟滞	(V_{BIAS_UVLO_HYS})			65		mV
输出电压可调范围	(V_{OUT})	(f_{SW}=400kHz)	0.8		14	V
		(f_{SW}=1.5MHz)	0.8		12	V
反馈电压精度	(V_{FB_PWM})	(V{FB}=0.8V)，PWM 模式，无负载，(T{J}=-40°C) 至 +125°C	0.788	0.800	0.812	V
反馈泄漏电流	(I_{FB})	(V{FB}=0.8V)，(T{A}= +25°C)			100	nA
高端 DMOS 导通电阻	(R_{DSON_HS})	(V{BIAS}=1.8V)，(I{LX}=0.5A)	96		175	mΩ
低端 DMOS 导通电阻	(R_{DSON_LS})	(V{BIAS}=1.8V)，(I{LX}=0.5A)	46		90	mΩ
高端 DMOS 电流限制阈值	(I_{LIM})	MAX42402	3.3	4.0	4.7	A
		MAX42403	4.375	5.300	6.200	A
LX 泄漏电流	(I_{LX_LKG})	(V{SUP}=36V)，(V{LX}=0V) 或 (V{LX}=36V)，(T{A}= +25°C)			1	μA
软启动斜坡时间	(t_{SS})	(f_{SW}=400kHz)		2.5		ms
		(f_{SW}=1.5MHz)		3.5		ms
最小导通时间	(t_{ON})		37		65	ns
最大占空比	(D_{MAX})	Dropout 模式	98	99		%
PWM 开关频率	(f_{SW})	(f_{SW}=400kHz)	360	400	440	kHz
		(f_{SW}=1.5MHz)	1.375	1.500	1.625	MHz
同步外部时钟频率	(f_{SYNC})	(f_{SW}=400kHz)	360		600	kHz
		(f_{SW}=1.5MHz)	1.215		1.845	MHz
扩频百分比	SPS			±6		%

三、引脚配置与功能

3.1 引脚分布

MAX42402/MAX42403 采用 15 引脚 FC2QFN 封装，各引脚功能如下：	引脚	名称	功能
1	EN	高压耐受、高电平有效数字使能输入。将 EN 置高以启用降压转换器。
2,8	NC	未连接。
3,7	SUP	内部高端电源输入。SUP 为内部开关和 LDO 提供电源。需使用 0.1μF 和 2.2μF 陶瓷电容将 SUP 旁路到 PGND。
4,6	PGND	电源地。
5	LX	电感连接引脚。将 LX 连接到电感的开关侧。
9	BST	高端 FET 栅极电压的升压飞电容连接引脚。在 BST 和 LX 之间连接一个 0.1μF 陶瓷电容。
10	GND	安静模拟地。
11	BIAS	1.8V 内部 BIAS 电源。从 BIAS 到 PGND 连接至少 2.2μF 陶瓷电容。
12	SPS	扩频使能。连接到逻辑高电平以启用内部振荡器的扩频功能，连接到逻辑低电平以禁用扩频。
13	FB	反馈输入。作为输出电压反馈输入，通过在降压输出、FB 和 GND 之间连接外部电阻分压器来设置输出电压。
14	PGOOD	开漏电源良好输出。通过上拉电阻将 PGOOD 连接到 BIAS 或外部正电源。
15	SYNC	外部时钟同步输入。连接指定频率范围内的外部时钟以启用外部时钟同步。将 SYNC 置低以启用跳周期模式，置高以启用 FPWM 模式。

3.2 引脚功能详解

• 线性稳压器输出（BIAS）：器件包含一个 1.8V 线性稳压器（VBIAS），为内部电路块提供电源。需从 BIAS 到 GND 连接一个 2.2μF 陶瓷电容。
• 系统使能（EN）：使能控制输入（EN）用于从低功耗关断模式激活器件。将 EN 置高可开启内部线性 BIAS LDO。当 VBIAS 高于内部锁定阈值（典型值 1.63V）时，转换器启用，输出电压按编程的软启动时间上升。将 EN 置低可关闭器件，此时 BIAS 稳压器和栅极驱动器关闭，静态电流降至 2.75μA（典型值）。
• 同步输入（SYNC）：SYNC 是一个逻辑电平输入，用于操作模式选择和频率控制。将 SYNC 连接到 BIAS 可启用强制固定频率操作（FPWM），连接到 GND 可启用轻载效率的自动跳周期模式操作。SYNC 也可连接到外部时钟，实现强制频率操作。器件在两个周期内与外部时钟同步，在施加信号的上升沿同步。当 SYNC 处的外部时钟信号缺失超过两个时钟周期时，IC 切换到使用内部时钟。
• 软启动：器件具有固定的内部软启动时间，取决于频率。软启动时间通过迫使输出电压向其调节点上升来限制启动浪涌电流。400kHz 时软启动斜坡率为 2.5ms（典型值），1.5MHz 时为 3.5ms（典型值）。
• 扩频：器件具有扩频选项。当 SPS 引脚置高时，启用扩频功能，内部工作频率相对于内部生成的工作频率变化 ±6%。调制信号是一个周期为 300μs（1.5MHz 时）或 1.25ms（400kHz 时）的三角波。如果器件与外部时钟同步，则扩频功能禁用。
• 电源良好输出（PGOOD）：MAX42402/MAX42403 具有开漏电源良好输出（PGOOD），用于监测输出电压质量。PGOOD 是一个高电平有效输出信号，当 VOUT 低于其标称值的 93%（典型值）或高于其标称值的 105%（典型值）时拉低。需连接一个 20kΩ（典型值）上拉电阻到外部电源或片上 BIAS 输出。

四、保护功能

4.1 过流和短路保护

器件具有电流限制功能，可保护输出免受短路和过载条件的影响。在短路或过载情况下，高端开关保持导通，直到电感电流达到指定的 LX 电流限制阈值。然后转换器关闭高端开关，打开低端开关，使电感电流下降。当电感电流低于低端谷值电流限制阈值时，转换器再次打开高端开关。此循环重复，直到短路或过载条件消除。当输出电压在电流限制期间低于调节电压的 50%时，检测到短路，打嗝模式激活，输出关闭 35ms（1.5MHz 时为 10 x 3.5ms）或 25ms（400kHz 时为 10 x 2.5ms），然后尝试重启。只要短路条件存在，此过程将无限重复。打嗝模式在软启动期间禁用。

4.2 热关断

热关断功能可保护器件免受过高温影响。当结温超过 +175°C 时，内部传感器关闭降压转换器，使 IC 冷却。结温下降 15°C 后，传感器再次打开 IC。

4.3 过压保护

IC 具有输出过压保护功能。在跳周期模式下发生过压事件时，高端开关关闭，低端开关打开，直到电感电流达到固定负值。达到该值后，低端开关关闭，并在下一个周期再次打开，直到输出降至过压下降阈值以下。这样，输出迅速放电并恢复到调节状态。

五、应用信息

5.1 设置输出电压

MAX42402/MAX42403 具有可调输出电压功能。可使用外部电阻分压器将输出电压调节在 0.8V 至 14V（1.5MHz 时为 0.8V 至 12V）之间。计算公式为： [R{F B 1}=R{F B 2}left[left(frac{V{OUT }}{V{F B}}right)-1right]; where V_{F B}=0.8 V] 同时，文档提供了不同输出电压范围的组件选择建议，包括电感、输出电容和前馈电容的推荐值。

5.2 输入电容选择

输入滤波电容可减少从电源汲取的峰值电流，降低电路开关引起的输入噪声和电压纹波。建议将输入电容对称地分布在两个 SUP 引脚之间，每个 SUP 引脚连接一个 2.2μF（最小）陶瓷电容以降低输入电压纹波。为提高噪声免疫力，可在每个 SUP 引脚添加一个 0.1μF 的高频陶瓷旁路电容。此外，通常还需要一个具有较高等效串联电阻（ESR）的大容量电容，如电解电容，以降低前端电路的 Q 值，并提供所需的剩余电容以最小化输入电压纹波。输入电容的 RMS 电流要求可通过以下公式计算： [I{RMS }=I{LOAD(MAX) } timesleft(frac{sqrt{V{OUT } timesleft(V{SUP }-V{OUT }right)}}{V{SUP }}right)] 当输入电压等于输出电压的两倍时，(I{RMS}) 达到最大值： [V{SUP }=2 × V{OUT }] [I{RMS }=frac{I{LOAD(MAX)}}{2}] 为确保长期可靠性，应选择在 RMS 输入电流下自热温度上升小于 +10°C 的输入电容。输入电压纹波由 (Delta V{Q})（由电容放电引起）和 (Delta V{ESR})（由电容的 ESR 引起）组成。可使用以下公式计算指定输入电压纹波所需的输入电容和 ESR： [C{I N}=frac{I{OUT } × D(1-D)}{Delta V{Q} × f{S W}}] [D=frac{V{OUT }}{V{SUP }}] [Delta I{L}=frac{left(V{S U P}-V{OUT }right) × V{OUT }}{V{S U P} × f{S W} × L}] [E S R{I N}=frac{Delta V{E S R}}{I{OUT }+Delta I_{L} / 2}]

5.3 输出电容选择

输出电容的选择应满足输出电压纹波、负载瞬态响应和环路稳定性要求。在负载阶跃期间，输出电流几乎瞬间变化，而电感反应较慢。在此过渡期间，负载变化需求由输出电容提供，这会导致输出电压出现下冲/过冲。输出电容也会影响控制环路的稳定性。输出纹波由 (Delta V{Q})（由电容放电引起）和 (Delta V{ESR})（由输出电容的 ESR 引起）组成。应使用低 ESR 的陶瓷或铝电解电容作为输出电容。对于铝电解电容，整个输出纹波由 (Delta V_{ESR}) 贡献。可使用以下公式计算 ESR 要求并