MAX20471/MAX20472/MAX20472B：高效低电压同步升压转换器的设计与应用

在电子设备的电源管理领域，高效的升压转换器至关重要。今天，我们来详细探讨Analog Devices公司的MAX20471、MAX20472和MAX20472B这三款低电压同步升压转换器，它们在汽车等领域有着广泛的应用前景。

文件下载：MAX20472B.pdf

一、产品概述

MAX20471、MAX20472和MAX20472B是高效的低电压DC - DC转换器，能够将3.0V至4.0V的输入电源升压至3.8V至5.25V（工厂可配置），输出电流有500mA和1A两种选择。在负载、线路和温度范围内，这些转换器能实现±1.5%的输出误差，性能十分出色。

（一）特点优势

1. 多模式工作：具备2.2MHz（MAX20472B为2.0MHz）固定频率的PWM模式，可提供更好的抗噪声能力和负载瞬态响应；还有脉冲频率调制模式（skip），在轻载运行时能提高效率。
2. 低辐射：可编程扩频频率调制可最大程度减少辐射电磁干扰，这对于对电磁兼容性要求较高的应用场景至关重要。
3. 集成开关：集成的低RDSON开关在重载时提高效率，并且相对于分立解决方案，使布局更加简单。
4. 保护功能：拥有True Shutdown™、软启动、过流和过温保护等功能，保障了设备的可靠性和稳定性。

（二）应用场景

主要应用于汽车负载点和汽车CAN收发器等领域，能满足汽车电子系统对电源的严格要求。

二、关键参数与特性

（一）绝对最大额定值

了解这些参数对于正确使用和保护设备至关重要。例如，EN、SYNC到GND的电压范围为 - 0.3V至6V，AV到GND的电压范围同样是 - 0.3V至6V等。最大连续RMS电流为2.5A，输出短路持续时间为连续。不同封装的连续功率耗散也有所不同，如12引脚TDFN - EP在70°C以上时需以24.4mW/°C的速率降额，8引脚SOIC在70°C以上时以7.8mW/°C的速率降额。

（二）电气特性

1. 电源电压范围：输入电源电压范围为3V至4.25V，但FPWM操作仅保证在4.0V以下的电源电压。
2. 开关频率：内部产生的PWM开关频率，MAX20471/MAX20472为2.2MHz，MAX20472B为2.0MHz。
3. 输出电压精度：在负载电流从0A到最大值、3V ≤ VAV ≤ 4.25V的条件下，输出电压精度为±1.5%。
4. MOS管参数：pMOS导通电阻和nMOS导通电阻在特定条件下有相应的数值，如VAV = 3.3V，ILX = 0.18A时，pMOS导通电阻为150mΩ，nMOS导通电阻为100mΩ。

（三）典型工作特性

通过负载瞬态响应、效率与输入电压关系、最大输出电流和线路调节等典型特性曲线，我们可以直观地了解转换器在不同工作条件下的性能表现。例如，在不同输入电压和负载电流下，转换器的效率会有所变化，这对于优化电源设计非常有帮助。

三、引脚配置与功能

（一）引脚配置

MAX20471/MAX20472/MAX20472B有不同的封装形式，如12引脚TDFN、12引脚SWTDFN和8引脚SOIC（仅MAX20471）。每个引脚都有其特定的功能，例如：

• SSEN：扩频使能引脚，连接到VAy可启用扩频功能。
• OUT：输出电压引脚。
• LX：电感连接引脚，连接到电感的开关侧。
• RESET：开漏复位输出引脚，需要通过外部电阻上拉以获得逻辑信号。

（二）详细功能

1. 使能输入（EN）：激活IC的通道，从低功耗关机状态进入正常工作状态。当EN为高电平时，输出电压会按照编程的软启动时间上升。
2. RESET输出：当相应的输出电压超出UV/OV窗口时，RESET引脚会拉低。复位超时时间可在0.5ms、3.7ms、7.4ms或14.8ms中选择。
3. 内部振荡器：具有扩频振荡器，可使内部工作频率相对于内部产生的典型工作频率上下变化±3%，有助于减少电磁辐射。
4. 同步（SYNC）：根据SYNC引脚的状态，转换器可在脉冲跳过模式和固定频率FPWM模式之间切换。对于MAX20471/MAX20472，如果SYNC未连接或接地且负载电流低于跳过模式电流阈值，将工作在高效的脉冲跳过模式；如果SYNC连接到VAV或有频率输入，则始终工作在FPWM模式。MAX20472B的SYNC引脚操作有所不同，未连接或接地时始终处于脉冲跳过操作，连接到VAV或有频率输入时则工作在FPWM模式。
5. 软启动：内置1.9ms的固定软启动时间，可限制启动浪涌电流，使输出电压平稳上升到调节点。
6. 电流限制/短路保护：当输出出现短路或过载情况时，低侧MOSFET会保持导通，直到电感电流达到其电流限制阈值，然后高侧MOSFET导通使电感电流下降，如此循环，直到短路或过载情况消除。
7. PWM/SKIP模式：通过SYNC引脚可选择转换器工作在SKIP模式或强制PWM模式。在PWM模式下，转换器以恒定频率和可变导通时间进行开关；在SKIP模式下，开关频率取决于负载，轻载时可提高效率。
8. 过温保护：当结温超过165°C（典型值）时，内部热传感器会关闭内部偏置调节器和降压控制器，使IC冷却。结温下降15°C后，热传感器会重新开启IC。
9. 升压转换器短路保护：具备启动时短路保护和启动后短路/过载保护功能。启动后，如果输出短路或过载，会进入充电模式；若充电模式持续超过1.9ms，升压转换器会关闭并在120ms后自动尝试重启，这就是所谓的打嗝模式。

四、应用设计要点

（一）输入电容

建议在DC - DC输入使用2.2µF的X7R陶瓷电容，VAV引脚使用1µF的X7R陶瓷电容，以减少从电源吸取的峰值电流，降低电路开关引起的输入噪声和电压纹波。

（二）电感选择

对于MAX20472/MAX20471和MAX20472B，建议使用1µH的电感。对于铁氧体磁芯，饱和电流应大于最大电流限制；对于软饱和磁芯，只要最大电流限制下的电感大于标称电感的50%，饱和电流可以小于最大电流限制。

（三）升压输出电容

MAX20471、MAX20472和MAX20472B设计为与低ESR陶瓷电容配合使用以保证稳定性。输出电容的计算可参考以下公式： [C_{OUTMIN }=frac{55 mu sec }{V{OUT }}] [C_{OUTNOM }=frac{110 mu sec }{V{OUT }}] 但最终电路的相位裕度需要实际测量以确保稳定性。

（四）PCB布局指南

在进行PCB布局时，应将DC - DC电源组件靠近放置，布线尽量短，以减小环路面积。输出电容、功率电感和输入电容应靠近IC封装。输出电容承受的纹波电流最大，应放置在离IC最近的位置。高电流承载的走线，如输入（LX）和OUT，应加宽。通过过孔连接IC的暴露焊盘，以提供最佳的接地和散热连接，并在电源走线下方放置大面积的接地平面。

五、订购信息

不同的型号在温度范围、引脚封装、输出电压、保持时间、输入电流限制、充电电流等方面有所差异。例如，MAX20471ATCA/V + 的输出电压为5V，输入电流限制为1.8A，充电电流为1.7A（±30%），采用12引脚TDFN - EP封装。在选择具体型号时，需要根据实际应用需求进行综合考虑。

MAX20471、MAX20472和MAX20472B这三款低电压同步升压转换器凭借其高效、多功能和可靠的特性，为汽车等领域的电源设计提供了优秀的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择型号，并注意各个设计要点，以确保电源系统的稳定和高效运行。你在使用这类升压转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。