MAX16935/MAX16939：36V、3.5A、2.2MHz降压转换器的卓越之选

在电子设计领域，电源管理芯片的性能直接影响着整个系统的稳定性和效率。今天我们要深入探讨的MAX16935/MAX16939降压转换器，凭借其出色的性能和丰富的功能，成为了汽车和工业应用中的理想选择。

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一、产品概述

MAX16935/MAX16939是两款集成了高端和低端MOSFET的3.5A电流模式降压转换器。为了提高效率，它们设计为与外部肖特基二极管配合使用。在轻负载应用中，低端MOSFET能够实现固定频率的强制PWM（FPWM）操作。

该系列转换器的输入电压范围为3.5V至36V，无负载时仅消耗28µA的静态电流。开关频率可通过电阻在220kHz至2.2MHz之间进行编程，还能与外部时钟同步。输出电压有3.3V/5V固定输出和1V至10V可调输出两种选择。其宽输入电压范围以及在欠压瞬变期间能以98%占空比运行的能力，使其非常适合汽车和工业应用。

二、产品特性与优势

2.1 集成与高频设计节省空间

• 集成3.5A高端开关：减少了外部元件的使用，降低了电路板空间需求。
• 低BOM成本的电流模式控制架构：简化了设计，降低了成本。
• 固定输出电压精度±2%或外部电阻可调（1V至10V）：满足不同应用的需求。
• 220kHz至2.2MHz开关频率，三种操作模式：包括跳过模式、强制固定频率操作和外部频率同步，提供了灵活的设计选择。
• 自动LX压摆率调整：在整个工作频率范围内实现最佳效率。

2.2 180°异相时钟输出

SYNCOUT引脚提供180°异相时钟输出，可用于级联电源，增加功率输出。

2.3 扩频频率调制降低EMI

内部扩频选项可优化EMI性能，减少电磁干扰。

2.4 宽输入电压范围支持汽车应用

• 3.5V至36V输入电压范围（42V耐受）：适应汽车电源系统的电压波动。
• 使能输入兼容3.3V逻辑电平至42V：方便与各种控制信号接口。

2.5 强大的性能支持广泛的汽车应用

• -40°C至+125°C汽车温度范围：确保在恶劣环境下稳定工作。
• 热关断保护：防止芯片过热损坏。
• AEC - Q100认证：符合汽车级标准。

2.6 电源良好输出实现电源排序

PGOOD输出可用于电源排序，方便系统设计。

2.7 过压保护

MAX16939提供更严格的过压保护，可减少过冲电压。

三、电气特性

3.1 电源电压与电流

• 电源电压：SUP和SUPSW引脚的输入电压范围为3.5V至36V，负载突降事件时可耐受42V电压。
• 电源电流：待机模式下，不同输出电压和型号的电源电流有所不同，典型值为22 - 32µA。
• 关断电源电流：V_EN = 0V时，关断电源电流典型值为5µA。

3.2 其他特性

• BIAS调节器电压：在6V至42V输入电压下，输出4.7 - 5.4V。
• 热关断阈值：典型值为+175°C，具有15°C的迟滞。

四、典型工作特性

通过一系列图表展示了MAX16935/MAX16939在不同条件下的工作特性，包括输出电压负载调节、效率与负载电流关系、开关频率与负载电流关系等。这些特性有助于工程师在设计时更好地了解芯片的性能，优化电路设计。

五、引脚配置与功能

5.1 引脚配置

提供了TQFN和TSSOP两种封装的引脚配置图，方便工程师进行电路板布局。

5.2 引脚功能

• SYNCOUT：开漏时钟输出，输出与内部振荡器180°异相的信号。
• FSYNC：同步输入，用于选择操作模式和频率控制。
• FOSC：电阻可编程开关频率设置控制输入。
• OUT：开关调节器输出，在待机模式下为内部电路供电。
• FB：反馈输入，用于设置输出电压。
• COMP：误差放大器输出，需连接RC网络以确保稳定运行。
• BIAS：线性调节器输出，为内部电路供电。
• AGND：模拟地。
• BST：高端驱动器电源。
• EN：使能输入，高电平使能，低电平关断。
• SUP：电压电源输入。
• SUPSW：内部高端开关电源输入。
• LX：电感开关节点。
• PGND：功率地。
• PGOOD：开漏、低电平有效电源良好输出。

六、详细工作原理

6.1 宽输入电压范围

该系列转换器有两个独立的电源输入（SUP和SUPSW），输入电压范围为3.5V至36V。在冷启动等情况下，输入电压可能低于输出电压，此时转换器以高占空比模式运行，减少输入到输出的压降。

6.2 线性调节器输出（BIAS）

芯片内部集成了一个5V线性调节器（BIAS），为内部电路提供电源。需在BIAS引脚与AGND之间连接一个1µF陶瓷电容。

6.3 电源良好输出（PGOOD）

PGOOD为开漏输出，当输出电压高于其调节电压的95%时，PGOOD置高；当输出电压低于92%时，PGOOD置低。

6.4 过压保护（OVP）

当输出电压达到OVP阈值时，高端开关关闭，低端开关打开，直到达到负电流限制。MAX16939提供更低的过压保护阈值。

6.5 同步输入（FSYNC）

FSYNC为逻辑电平输入，用于选择操作模式和频率控制。连接到BIAS或外部时钟可启用固定频率FPWM操作；连接到AGND可启用跳过模式。

6.6 系统使能（EN）

EN为使能控制输入，高电平激活芯片，低电平关断芯片。关断时，内部线性调节器和栅极驱动器关闭，静态电流降至5µA。

6.7 扩频选项

芯片内部有扩频选项，可优化EMI性能。当与外部时钟同步时，内部扩频功能禁用，但会将外部时钟的调制信号传递到SYNCOUT引脚。

6.8 自动压摆率控制

芯片具有自动压摆率调整功能，可优化内部HSFET栅极驱动的上升时间，减少EMI。

6.9 内部振荡器（FOSC）

开关频率由连接在FOSC和AGND之间的电阻（RFOSC）设置。

6.10 同步输出（SYNCOUT）

SYNCOUT为开漏输出，输出与内部振荡器180°异相的信号。

6.11 过温保护

当结温超过175°C（典型值）时，内部热传感器关闭内部偏置调节器和降压控制器，结温下降15°C后重新开启。

七、应用信息

7.1 设置输出电压

将FB连接到BIAS可获得固定5V输出电压；若要设置其他输出电压，需连接一个电阻分压器到FB和AGND。

7.2 FPWM/跳过模式

芯片提供引脚可选的跳过模式或固定频率PWM模式。连接FSYNC到BIAS或外部时钟可启用固定频率FPWM模式；连接到GND可启用跳过模式。跳过模式可在轻负载应用中提高效率。

7.3 电感选择

选择电感时，需考虑电感值（L）、电感饱和电流（ISAT）和直流电阻（RDCR）。建议选择30%峰 - 峰纹波电流与平均电流比（LIR = 0.3），并根据公式计算电感值。

7.4 输入电容

输入滤波电容可减少电源的峰值电流和输入电压纹波。需根据公式计算输入电容的RMS电流和ESR，选择低ESR、高纹波电流能力的陶瓷电容。

7.5 输出电容

输出滤波电容需具有足够低的ESR以满足输出纹波和负载瞬态要求。通常根据ESR和电压额定值选择电容。

7.6 整流器选择

在跳过模式下，需要一个外部肖特基二极管整流器作为续流二极管。选择时，应选择电压额定值大于最大预期输入电压、正向电压降低的肖特基二极管。

7.7 补偿网络

芯片使用内部跨导误差放大器，输出电容和补偿网络决定了环路稳定性。对于陶瓷电容输出滤波的应用，只需一个简单的单串联电阻（RC）和电容（CC）即可实现稳定的高带宽环路；对于其他类型的电容，可能需要添加另一个补偿电容（CF）来抵消ESR零点。

八、PCB布局指南

8.1 散热设计

在IC封装下方使用大面积连续铜平面，确保散热组件有足够的散热空间。IC底部焊盘必须焊接到该铜平面，以实现有效散热。

8.2 隔离设计

将功率组件和高电流路径与敏感的模拟电路隔离，防止噪声耦合到模拟信号中。

8.3 缩短高电流路径

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。

8.4 缩短功率走线和负载连接

使用厚铜PCB（2oz vs. 1oz）可提高满载效率。

8.5 模拟信号布线

将模拟信号线远离高频平面，确保反馈到IC的敏感信号的完整性。

8.6 接地设计

模拟和功率部分的接地连接应靠近IC，以减少接地电流环路。

九、典型应用电路

文档提供了典型应用电路图，展示了各个元件的连接方式。在特定操作条件下（VBAT ≥25V、VOUT ≤5V、fSW ≥1.8MHz、FPWM模式启用），需要在LX引脚添加一个1Ω电阻和220pF电容的滤波电路。

十、订购信息

提供了不同型号的订购信息，包括输出电压、扩频选项、温度范围、封装等。

MAX16935/MAX16939降压转换器以其丰富的功能和出色的性能，为汽车和工业应用提供了可靠的电源解决方案。工程师在设计时，应根据具体应用需求，合理选择元件参数，优化PCB布局，以充分发挥芯片的优势。你在使用这款芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。