汽车级2V至36V、6A降压 - 升压转换器MAX25239/MAX25240的深度解析

在汽车电子领域，电源管理是一个至关重要的环节。今天我们要探讨的是Analog Devices的MAX25239/MAX25240，这两款降压 - 升压转换器专为汽车应用设计，具有诸多出色的特性。

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一、产品概述

MAX25239/MAX25240是小型同步降压 - 升压转换器，集成了H桥开关。它能在输入电压高于、低于或等于输出调节电压的情况下，提供3V至20V范围内的固定输出调节电压和外部可调输出电压。其输入电压范围为2V至36V，典型输入电流限制选项有8.2A和10A，根据输入 - 输出电压比和工作频率，可支持高达6A的连续负载电流。

二、关键特性

（一）开关频率选项

该转换器提供2.1MHz、400kHz和200kHz三种开关频率选项。2.1MHz的高开关频率允许使用小型外部组件并减少输出纹波，还能保证无AM频段干扰；而400kHz或200kHz的开关频率则提供更好的效率，减轻功耗问题。

（二）工作模式

SYNC输入允许三种操作模式：具有超低静态电流的跳过模式、强制固定频率PWM操作以及与外部时钟同步。此外，它还包含扩频频率调制，以最小化EMI干扰。

（三）保护功能

具备电源正常（POK）指示器、欠压锁定、过压保护、逐周期电流限制和热关断等功能，提高了系统的可靠性。

（四）封装形式

提供小型的4.25mm x 4.25mm x 0.75mm、22引脚FC2QFN和5.00mm x 5.00mm x 0.75mm、18引脚FCQFN封装，有助于减少BOM成本和电路板空间。

三、应用领域

MAX25239/MAX25240适用于多种汽车应用，如ADAS ECU、信息娱乐系统、车身电子、启停系统和负载点电源等。

四、详细工作原理

（一）H桥操作

H桥由四个开关HS1、LS1、HS2和LS2组成。根据输入和输出电压的比例，有三种工作模式：

1. 降压模式：当输入电压远高于输出电压时，HS2始终导通，LS2始终关断，HS1和LS1以开关频率切换，采用峰值电流模式控制方案确定开关的导通脉冲宽度。
2. 升压模式：当输入电压远低于输出电压时，HS1始终导通，LS1始终关断，HS2和LS2以开关频率工作，同样采用峰值电流模式控制方案。
3. 降压 - 升压模式：当输入电压接近输出电压时，四个开关根据需要以开关频率导通/关断，以在过渡区域保持高效率和稳定的输出电压。

（二）线性稳压器输出（VCC）

器件包含一个1.8V线性稳压器（VCC），为内部电路块供电。启动时，偏置稳压器从输入获取电源，启动完成后切换到输出。对于输出电压低于1.8V的情况，偏置稳压器始终由输入供电。

（三）软启动

具有2.5ms的软启动时间，通过迫使输出电压向调节点斜坡上升来限制启动浪涌电流。

（四）电流限制/打嗝模式

当出现短路或过载情况时，高端MOSFET保持导通，直到电感电流达到电流限制阈值，然后低端MOSFET导通使电感电流下降。如果输出电压低于目标的50%，则启用打嗝模式，输出关闭5ms后尝试通过软启动再次上电。

（五）电源正常输出（PGOOD）

这是一个开漏电源正常指示器，当输出电压低于93%（典型值）的下降阈值时，PGOOD置低；当输出电压高于94%（典型值）的上升阈值时，PGOOD置高。

（六）同步输入（SYNC）

SYNC引脚用于操作模式选择和频率控制。连接到VCC或外部时钟可启用强制固定频率（FPWM）操作；连接到GND可启用自动跳过模式，以提高轻载效率。

（七）系统使能（EN）

使能控制输入（EN）可将器件从低功耗关断模式激活。EN与汽车电池电平至1.8V的输入兼容，当EN为高电平时，内部线性（VCC）稳压器开启，输出电压按编程的软启动时间上升。

（八）扩频选项（SPS）

当SPS引脚拉高时，工作频率以开关频率为中心变化±6%。如果器件与外部时钟同步，则内部扩频功能禁用。

（九）热关断保护

当结温超过+175°C时，传感器关闭转换器，结温下降20°C后再次开启。热关断仅禁用功率开关，VCC稳压器和IC逻辑在热关断期间保持活跃。

五、应用设计要点

（一）电感选择

电感的设计需要在转换器的尺寸、效率、控制、带宽和稳定性之间进行权衡。对于降压 - 升压应用，由于升压和降压 - 升压模式中存在右半平面（RHP）零点，选择合适的电感值更为关键。通常，电感峰值 - 峰值电流纹波为最大电感电流的40%是速度和效率之间的良好折衷。

（二）最大输出电流

MAX25239/MAX25240通过检测电感峰值电流来限制输出电流。最大输出电流由影响电感峰值电流的工作条件和组件选择决定。在重负载和高输出电压下，热限制会影响输出电流能力。

（三）输入电容

输入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。根据给定的最大输入电压纹波，可计算输入电容值。建议选择陶瓷电容，因其具有低ESR、ESL、小尺寸和高电流纹波能力。

（四）输出电容

在升压模式下，输出电容会承受高不连续纹波电流。根据给定的最大电压纹波，可计算输出电容值。同时，输出电容的选择还需满足负载瞬态要求。同样，陶瓷电容是推荐的选择。

（五）输出电压设置

将FB连接到VCC可启用由预设内部电阻分压器设置的固定输出电压。要在3V至20V之间外部调整输出电压，可连接一个电阻分压器。

（六）误差放大器补偿设计

MAX25240转换器使用内部跨导误差放大器，其反相输入和输出端子可供用户进行外部频率补偿。补偿设计需要一些迭代以达到优化设计，要注意在深升压模式和重负载下的设计。

（七）PCB布局指南

精心的PCB布局对于实现低开关损耗和稳定运行至关重要。应遵循一些布局准则，如将陶瓷旁路电容靠近输入和输出引脚、隔离功率地和模拟地、保持高电流路径短等。

六、典型应用电路

文档中给出了2.1MHz和400kHz的典型应用电路示例，分别对应不同的电流限制和输出电压设置。

七、订购信息

提供了不同型号的订购信息，包括固定输出电压、电流限制、开关频率等选项。

总之，MAX25239/MAX25240是一款功能强大、性能出色的汽车级降压 - 升压转换器，在汽车电子领域具有广泛的应用前景。电子工程师在设计相关电路时，可根据具体需求合理选择和应用该器件。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。