解析MAX77887：高效纳米功率升降压转换器的卓越之选

在电子设备的电源管理领域，高效、稳定且功能丰富的电源转换器一直是工程师们追求的目标。今天，我们就来深入探讨一款备受瞩目的产品——Analog Devices的MAX77887纳米功率升降压转换器，它凭借其独特的性能和丰富的功能，在众多应用场景中展现出了强大的优势。

文件下载：MAX77887.pdf

1. 产品概述

MAX77887是一款高效的纳米功率升降压转换器，具备输入电压监测功能，能够确保电池电压不低于预设阈值，从而有效保护电池。其输入电源范围为1.8V至5.5V，输出电压可通过连接到硬件控制引脚(R_{SEL1})的电阻在1.8V至5.2V之间进行配置。该转换器可在CCM（连续导通模式）、Skip（跳周期模式）和Low Power Mode（低功耗模式）下运行，以在宽负载电流范围内实现最高效率。

2. 关键特性与优势

2.1 宽输入输出电压范围

• 输入电压：支持1.8V至5.5V的输入电压范围，这使得它能够适应多种电源供电场景，无论是单节电池供电还是其他电源系统，都能稳定工作。
• 输出电压：输出电压可在1.8V至5.2V之间灵活配置，满足不同负载对电压的需求。

2.2 高效节能

• 峰值效率：高达92.5%（5.5VIN，3.8VOUT）的峰值效率，能够有效减少能量损耗，提高电源利用率。
• 低静态电流：典型静态电流仅为430nA，关机电流低至10nA，非常适合对功耗要求苛刻的应用，如物联网设备和可穿戴设备。

2.3 灵活的配置选项

• RSEL配置：通过RSEL1和RSEL2两个硬件控制引脚，可实现输出电压、开关电流限制和输入电压监测阈值的灵活配置。例如，RSEL1可选择1.8V至5.2V的预设输出电压，RSEL2可配置两种不同的开关电流限制（400mA/200mA）和16种输入电压监测阈值。

2.4 完善的保护功能

• 输入欠压锁定（UVLO）：当输入电压低于设定阈值时，自动关闭转换器，保护设备免受低电压影响。
• 开关电流限制：提供逐周期的开关电流限制，防止转换器因过流而损坏。
• 热关断（THS）：当芯片温度超过设定阈值时，自动关闭转换器，避免过热损坏。

3. 应用领域

MAX77887适用于多种应用场景，包括：

• LPWAN SoC配套电源解决方案：为低功耗广域网系统芯片提供稳定的电源支持。
• 物联网和可穿戴应用：满足物联网设备和可穿戴设备对低功耗、小尺寸的要求。
• 资产追踪器：为资产追踪设备提供可靠的电源，确保设备长时间稳定运行。
• 智能电表：为智能电表提供精确的电源管理，保证电表的准确计量。

4. 电气特性详解

4.1 输入电源

• 工作电压范围：1.8V至5.5V，确保在不同电源条件下都能正常工作。
• 输入欠压锁定：上升阈值为1.7V至1.8V（典型值1.75V），滞后为60mV，有效防止因输入电压过低而导致的系统故障。
• 关机电源电流：仅10nA至100nA（典型值10nA），大大降低了待机功耗。
• 输入静态电流：在无开关操作时，典型值为430nA，最大值为930nA。

4.2 输出电压

• 输出电压范围：1.8V至5.2V，可通过RSEL1引脚灵活配置。
• 输出电压精度：在CCM模式下，温度范围为 -40°C至 +125°C时，精度为 -2%至 +2%；在LPM和Skip模式下，25°C时精度为 -1.0%至 +4.0%。

4.3 逻辑电平

• 输入低电平：0.4V，输入高电平为1.2V，确保数字输入信号的准确识别。

4.4 热保护

• 热关断阈值：典型值为165°C，滞后为20°C，有效保护芯片免受过热损坏。

4.5 升降压调节器

• 开关电流限制：根据RSEL2电阻值的不同，可配置为400mA或200mA。
• 低侧开关导通电阻：典型值为250mΩ，高侧开关导通电阻同样为250mΩ。
• 开启延迟时间：从EN信号上升沿到输出电压开始上升的延迟时间为1.6ms至2.7ms。
• 线路调节：在输入电压1.8V至5.5V、输出电流0A至50mA时，调节范围为 -1.1%至 +1.1%。
• 负载调节：在不同负载电流和工作模式下，负载调节范围在0.7%至0.8%之间。
• 最小有效输出电容：为100µF，确保输出电压的稳定性。

5. 工作模式分析

5.1 启动过程

当EN引脚变为高电平且输入电压大于输入欠压锁定上升阈值时，芯片启动偏置电路，然后依次读取两个SEL引脚的电阻值。典型情况下，EN信号上升沿后1.6ms开始软启动过程，软启动期间斜率保持在0.5V/ms，当输出达到目标调节电压时，软启动完成。如果输出已预偏置到目标电压，则跳过软启动过程，直接进入正常调节。

5.2 升降压控制方案

采用自适应导通时间电流模式控制，利用H桥拓扑通过单个电感和输出电容调节输出电压。H桥拓扑有三个开关阶段：

• 阶段1：(HS1 = ON)，(LS2 = ON)，电感储能，电感电流以与输入电压除以电感值成正比的速率上升。
• 阶段2：(HS1 = ON)，(HS2 = ON)，电感电流根据电感两端的差分电压上升或下降。
• 阶段3：(LS1 = ON)，(HS2 = ON)，电感电流以与输出电压除以电感值成正比的速率下降。

根据输入输出电压的关系，可实现升压、降压和三相操作。

5.3 低功耗模式

当负载电流非常低时，芯片自动进入低功耗模式。在此模式下，误差放大器和其他内部模块停用，以降低静态电流消耗。使用低功耗电压比较器监测输出电压，当负载电流降低且开关频率降至FMIN（典型值133kHz）时，芯片以FMIN开关，直到输出电压超过目标输出电压的2%，此时进入低功耗模式。当负载增加时，芯片以更高频率开关，当开关频率达到FMIN时，继续以FMIN开关，直到输出降至目标电压，然后进入Skip模式。

5.4 Skip模式和CCM模式

当负载足够高且开关频率高于FMIN时，芯片退出低功耗模式，进入Skip模式。在Skip模式下，当输出电压达到目标值时，触发预定长度的导通时间。在较高输出负载电流下，当电感电流无过零情况时，芯片进入CCM模式，采用自适应导通时间控制调节到目标电压。

6. 引脚配置与功能

MAX77887采用9引脚WLP封装，各引脚功能如下：	PIN	NAME	FUNCTION	Type
A1	LX1	升降压转换器的开关节点1	电源
A2	PGND	升降压转换器电源地	电源地
A3	LX2	升降压转换器的开关节点2	电源
B1	IN	升降压转换器输入，需通过10V 10uF陶瓷电容旁路到GND引脚	电源输入
B2	AGND	升降压转换器模拟地	模拟地
B3	OUT	升降压转换器输出，需通过10V 22uF陶瓷电容旁路到GND引脚	电源输出
C1	EN	升降压使能输入	数字输入
C2	SEL1	配置选择，连接电阻到PGND以选择输出电压	模拟输入
C3	SEL2	配置选择，连接电阻到PGND以设置开关电流限制和输入电压监测阈值	模拟输入

7. PCB布局指南

为了实现低开关功率损耗和干净、稳定的操作，PCB布局至关重要。以下是一些布局指南：

• 输入电容：应紧邻设备的IN引脚放置，以有效解耦高频噪声。
• 低阻抗接地平面：优先在IC、(C{OUT})、(C{IN})和电感下方设置低阻抗接地平面，避免切断该平面，以免中断开关电流回路。
• AGND连接：AGND必须小心连接到PGND，将AGND连接到PCB上的低阻抗接地平面（与PGND同一网络），远离任何关键回路。
• 电源走线和负载连接：保持电源走线和负载连接短而宽，以提高效率。

8. 总结

MAX77887作为一款高性能的纳米功率升降压转换器，凭借其宽输入输出电压范围、高效节能、灵活配置和完善的保护功能，在物联网、可穿戴设备、资产追踪器等领域具有广阔的应用前景。工程师们在设计电源管理系统时，可充分考虑MAX77887的特性，以实现高效、稳定的电源解决方案。你在使用类似的电源转换器时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。