MAX77597：小身材大能量的降压转换器

作为电子工程师，在电源管理设计中，我们总是在寻找性能卓越、功能丰富且小巧精致的降压转换器。今天，就来和大家详细聊聊 Maxim Integrated 推出的 MAX77597 降压转换器。

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产品概述

MAX77597 是一款集成开关的小型同步降压转换器。它的输入电压范围为 3.5V 至 36V，能提供高达 300mA 的输出电流，而在无负载（固定输出版本）时仅消耗 1.1μA 的静态电流。其输出电压固定为 3.3V，工作频率固定在 1.7MHz，这使得它可以使用较小的外部组件并降低输出纹波。该器件提供强制 PWM 和跳周期两种工作模式，跳周期模式下静态电流低至 1.1μA。它采用 2mm x 2.5mm 的 10 引脚 TDFN 封装，工作温度范围为 -40°C 至 +85°C。

产品优势与特点

灵活的电源适应性

• 宽输入电压范围：VIN 范围为 3.5V 至 36V，能适应多种电源输入，如 2S、3S 或 4S 锂离子电池，以及 5V、12V 或 20V 的 USB Type - C 输入电源。
• 高输出电流能力：可提供高达 300mA 的输出电流，满足多数中小功率应用的需求。
• 低压降高效运行：最大占空比可达 98%，能在接近压降的情况下高效运行，非常适合电池供电的应用。

低功耗与长续航

• 超低静态电流：固定输出 3.3V 时，静态电流仅 1.1μA，能有效降低功耗，延长电池使用寿命。
• 高效率表现：在 12V 输入、3.3V 输出时，峰值效率可达 86%。

小尺寸解决方案

• 高频工作：1.7MHz 的工作频率允许使用更小的外部组件，减小了整体解决方案的尺寸。
• 微型封装：采用 2.0mm x 2.5mm x 0.75mm 的 10 引脚 TDFN 封装，节省 PCB 空间。

高可靠性设计

• 多重保护功能：具备短路保护和热保护功能，确保在异常情况下器件的安全。
• 软启动功能：内部 6.67ms 的软启动功能可最小化浪涌电流。
• 电流模式控制架构：提供更精确的控制和更好的稳定性。
• 高耐压能力：输入电压耐受能力高达 42V，增强了器件的可靠性。

电气特性

供电与电流特性

• 供电电压 VSUP 范围为 3.5V 至 36V，短时间（t < 500ms）可承受 42V。
• 关断状态（VEN = 0V）下，供电电流仅 0.75μA 至 3.0μA。
• 无负载、固定 3.3V 输出时，供电电流为 1.1μA 至 3.0μA。

电压与电流精度

• 输出电压精度高，在 6V ≤ VSUP ≤ 36V、负载电流 0 至 300mA 时，3.3V 输出电压的误差在 3.1V 至 3.4V 之间。
• 高侧和低侧 DMOS 的导通电阻分别为 1000mΩ 至 2200mΩ 和 500mΩ 至 1200mΩ。

其他特性

• 开关频率为 1.58MHz 至 1.82MHz，固定在 1.7MHz 附近。
• RESET 输出可监测输出电压，阈值在 86% 至 96%V OUT 之间。

工作模式与控制

强制 PWM 与跳周期模式

MAX77597 可通过 MODE 引脚在强制 PWM 和跳周期模式之间切换。连接 MODE 到 BIAS 启用强制 PWM 模式，此时转换器保持恒定的开关频率，便于对开关噪声进行滤波。将 MODE 连接到地或不连接，则启用跳周期模式，该模式下静态电流超低，仅 1.1μA。在跳周期模式中，转换器的开关频率取决于负载，直到输出负载达到跳变阈值，在高负载电流下，其工作模式与强制 PWM 模式相似，这种模式有助于提高轻载应用的效率。

系统启用与欠压锁定

通过 EN 引脚可控制器件的启用和关断，EN 与低至 2.4V 的输入电平兼容。当 VBIAS 下降到欠压锁定（UVLO）电平（典型值 2.8V）以下时，器件会停止开关操作；当 VBIAS 上升到 UVLO 上升阈值以上时，控制器进入启动序列并恢复正常运行。

启动与软启动

器件具有内部软启动定时器，输出电压软启动斜坡时间典型值为 6.67ms。如果在软启动定时器到期后遇到短路或欠压情况，器件将禁用 16.5ms（典型值），然后重新尝试软启动，直到短路情况消除。

应用与设计要点

应用领域

• 便携式设备：如由 2S、3S 或 4S 锂离子电池供电的便携式设备。
• USB Type - C 设备：可适应 5V、12V 或 20V 的 USB Type - C 输入电源。
• 负载点应用：为特定负载提供稳定的电源。

元件选择

• 电感选择：需考虑电感值（L）、电感饱和电流（ISAT）和直流电阻（RDCR）。选择电感值时，可先确定电感峰 - 峰交流电流与直流平均电流的比率（LIR），一般选择 30% 的比率是尺寸和损耗的较好折衷。根据公式 (L=frac{V{OUT } timesleft(V{SUP }-V{OUT }right)}{V{SUP } × f{SW } × I{OUT } × LIR }) 计算电感值。
• 输入电容：输入滤波电容可降低从电源汲取的峰值电流，减少电路开关引起的输入噪声和电压纹波。根据公式 (I{RMS }=I{LOAD(MAX)} frac{sqrt{V{OUT } timesleft(V{SUP }-V{OUT }right)}}{V{SUP }}) 计算输入电容的 RMS 电流要求，选择在 RMS 输入电流下自热温度上升小于 +10°C 的输入电容，以确保长期可靠性。同时，可根据输入电压纹波要求计算输入电容的 ESR 和电容值。
• 输出电容：输出滤波电容的 ESR 要足够低，以满足输出纹波和负载瞬态要求。电容值要足够高，以吸收电感能量。当使用高电容、低 ESR 电容时，输出电压纹波主要由电容的 ESR 决定，可根据公式 (V{RIPPLE(P - P)}=ESR × I{LOAD(MAX)} × LIR) 选择合适的电容。

PCB 布局指南

• 输入电容（4.7μF）应紧邻器件的 SUP 引脚放置，以有效去耦高频噪声。
• 将暴露焊盘焊接到器件下方的大铜平面区域，并在铜平面上添加小过孔或大过孔，以实现高效的热传递。
• 隔离功率组件和高电流路径与敏感的模拟电路，防止噪声耦合到模拟信号中。
• 保持高电流路径短，特别是在接地端子处，以确保稳定、无抖动的操作。
• 在输出电容的返回端子处将 PGND 和 AGND 连接在一起，避免在其他位置连接。
• 保持电源走线和负载连接短，以提高效率。
• 将 BIAS 电容的接地端靠近 AGND 引脚，并使用短而宽的走线连接。

总结

MAX77597 降压转换器以其宽输入电压范围、低功耗、小尺寸和高可靠性等特点，为电子工程师在电源管理设计中提供了一个优秀的选择。在实际应用中，合理选择外部元件和遵循 PCB 布局指南，能充分发挥其性能优势。大家在使用过程中有没有遇到过什么问题呢？或者对于电源管理设计还有哪些疑问，欢迎一起交流探讨。