深入剖析MAX77859：高性能USB - PD/PPS应用的理想选择

在电子设备的电源管理领域，一款优秀的转换器对于提升设备性能和用户体验至关重要。今天，我们就来深入了解一下Analog Devices推出的MAX77859，一款专为USB - PD/PPS应用设计的2.5V至22V输入、7.8A开关电流的高效降压 - 升压转换器。

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产品亮点解析

宽输入电压范围

MAX77859支持2.5V至22V的宽输入电压范围，这使得它能够适应多种不同的电源环境，无论是低电压的电池供电设备，还是高电压的适配器供电系统，都能稳定工作。这种灵活性大大拓展了其应用场景，为工程师在设计不同类型的电子设备时提供了更多的选择。

可编程输出电压

该转换器的输出电压具有可编程性。使用内部反馈电阻时，输出电压范围为3.2V至16V；使用外部反馈电阻时，输出电压范围可扩展至3.0V至20V。这种可编程特性使得工程师可以根据具体的应用需求，灵活调整输出电压，满足不同设备的供电要求。

高输出电流能力

在降压模式下，MAX77859能够提供高达6A的输出电流；在升压模式下（ (V{IN}=3.7V) ， (V{OUT}=5V) ），也能达到4A的输出电流。这使得它能够为高功率设备提供充足的电力支持，确保设备的稳定运行。

高效的工作模式

它具备自动SKIP模式和强制PWM（FPWM）模式。在轻载或无负载条件下，自动进入SKIP模式，能够有效提高效率，降低功耗；而在需要最低输出纹波的应用中，可以通过FPWM引脚或I²C接口使能FPWM模式，满足特定的性能需求。

丰富的保护功能

MAX77859集成了多种保护功能，如欠压锁定（UVLO）、开关电流过流保护（SW OCP）、输出电流过流保护（OUT OCP，仅MAX77859A）和热关断（THS）等。这些保护功能能够有效保护转换器和设备免受异常情况的损害，提高系统的可靠性和稳定性。

关键应用场景

USB PD 3.0（PPS）动态可重构处理器（DRP）应用

目前，超极本USB Type - C端口的最高输出功率为15W（5V，3A），而MAX77859能够实现高达30W的USB PD输出，并且符合PPS标准。这意味着它可以将任何USB Type - C PD兼容的智能手机和外设的充电速度提高一倍。例如，使用超极本对周边设备进行15分钟的快速充电，就可以支持设备数小时的运行，大大提升了用户的使用体验。

空间受限的应用

在USB - C PD DRP设计中，尤其是靠近端口区域，空间非常有限。传统的降压 - 升压拓扑设计虽然能够实现USB PD功能，但解决方案的尺寸往往成为关键瓶颈。而MAX77859是一款完全集成的降压 - 升压转换器，与具有类似输出功率能力的分立降压 - 升压解决方案相比，能够将解决方案的尺寸缩小80%以上，非常适合空间受限的应用场景。

技术细节分析

启动与软启动过程

当输入电压 (V{IN}) 高于UVLO阈值 (V{UVLOR}) 且EN引脚为逻辑高电平时，MAX77859开始启动。首先，内部偏置电路（ (V{L}) ）开启，通常需要100μs（ (t{SUDLY}) ）来稳定。然后，转换器会读取SEL引脚的电阻值，以设置I²C接口目标地址、开关电流限制阈值以及选择使用内部或外部反馈电阻，这个过程通常需要200μs（ (t{RSEL}) ）。接着，检查 (V_{IO}) 电压是否有效，如果有效，则激活I²C接口并开始降压 - 升压软启动过程。

软启动功能可以避免在启动过程中从系统电源汲取大量的输入电流。默认的软启动时间（ (t{SS}) ）典型值为1.7ms。在软启动期间，内部参考电压（ (V{REF}) ）会缓慢上升到目标值。如果 (I{LIM}) 设置高于3.8A，软启动期间的开关电流限制阈值会降低到3.8A；如果 (I{LIM}) 设置为3.8A或更低，则软启动期间的开关电流限制阈值保持不变。软启动结束后，正常的开关电流限制阈值生效。

降压 - 升压调节器

MAX77859的降压 - 升压调节器采用四开关H桥配置，包含降压、升压或三相工作模式。这种拓扑结构能够在输入电压范围内保持输出电压的稳定调节，非常适合最多4节锂离子电池供电的应用，可提供3V至20V的输出电压范围。高开关频率和独特的控制算法使得该转换器能够实现最小的解决方案尺寸、低输出噪声以及在宽输入电压和输出电流范围内的最高效率。

I²C串行接口

I²C兼容的两线串行接口用于设置输出电压和其他功能。通过I²C接口，工程师可以动态控制输出电压、输出电压变化的斜率、输出电流限制阈值、开关电流限制阈值、开关频率、强制PWM模式操作、电源正常（POK）和故障状态/中断以及内部补偿等参数。这种灵活的控制方式使得MAX77859能够适应不同的应用需求，提高系统的性能和可靠性。

应用设计考虑

元件选择

• 电感选择：建议选择饱和电流额定值（ (I{SAT}) ）大于或等于典型高侧开关电流限制阈值（ (I{LIM}) ）设置的电感。一般来说，饱和电流较低、直流电阻（DCR）较高的电感物理尺寸较小，但较高的DCR会降低转换器的效率。同时，要根据预期的负载电流选择电感的均方根电流额定值（ (I_{RMS}) ）。推荐在转换器的整个工作范围内使用1.5μH的电感。
• 输入电容选择：对于大多数应用，使用两个35V、10μF标称陶瓷输入电容（ (C{IN}) ）对IN引脚进行旁路，确保在工作电压下有效电容保持在1μF或更高。 (C{IN}) 能够减少从输入电源汲取的电流峰值，降低系统中的开关噪声。选择电容时，要特别注意其电压额定值、初始容差、温度变化和直流偏置特性。
• 输出电容选择：为了确保转换器的稳定运行，需要足够的输出电容（ (C{OUT}) ）。建议选择有效 (C{OUT}) 至少为8.2μF。较大的 (C{OUT}) 值可以改善负载瞬态性能，但会增加软启动和输出电压变化期间的输入浪涌电流。输出滤波电容的等效串联电阻（ESR）必须足够低，以满足输出纹波和负载瞬态要求。对于大多数应用，推荐使用两个25V、22μF的电容作为 (C{OUT}) 。

PCB布局

PCB布局对于实现低开关功率损耗和干净、稳定的操作至关重要。对于WLP封装，需要使用高密度互连（HDI）PCB来连接EN、FPWM、SEL和SRP引脚。在设计PCB时，要遵循以下准则：

• 将输入电容（ (C{IN}) ）和输出电容（ (C{OUT}) ）分别放置在IC的IN引脚和OUT引脚旁边，以最小化输入和输出电流环路中的寄生电感。
• 将电感放置在靠近LX焊盘的位置，并使LX焊盘与电感之间的走线短而宽，以减少PCB走线阻抗。
• 将LX节点路由到相应的自举电容（ (C_{BST}) ）时，要尽量缩短走线长度。
• 使用过孔将内部PGND焊盘连接到PCB上的低阻抗接地平面，避免创建PGND孤岛。
• 保持电源走线和负载连接短而宽，以提高转换器的效率。
• 当使用输出电流检测功能（仅MAX77859A）时，将SRP和SRN路由到检测电阻时要并行且尽量缩短走线长度，以减少信号中的噪声耦合。

总结

MAX77859作为一款高性能的降压 - 升压转换器，具有宽输入电压范围、可编程输出电压、高输出电流能力、高效的工作模式和丰富的保护功能等优点。它在USB - PD/PPS应用中表现出色，能够满足不同类型电子设备的供电需求。同时，通过合理的元件选择和PCB布局，工程师可以充分发挥其性能，设计出更加高效、稳定的电源管理系统。在未来的电子设备设计中，MAX77859有望成为工程师们的首选之一。

大家在使用MAX77859的过程中，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。