MAX16936/MAX16938：高性能降压转换器的理想之选

在电子设计领域，降压转换器是不可或缺的关键组件，它能够将较高的输入电压转换为较低的稳定输出电压，以满足不同电子设备的供电需求。今天，我们将深入探讨 Maxim Integrated 推出的 MAX16936/MAX16938 36V、220kHz 至 2.2MHz 降压转换器，看看它有哪些独特的特性和优势。

文件下载：MAX16936.pdf

一、产品概述

MAX16936/MAX16938 是两款集成了高端和低端 MOSFET 的 2.5A 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 可实现固定频率强制 PWM（FPWM）操作。

该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 5V/3.3V 固定输出或 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以 98% 占空比运行的能力，使其非常适合汽车和工业应用。

二、关键特性与优势

2.1 集成与高频特性节省空间

• 集成 2.5A 高端开关：减少了外部组件的使用，降低了电路复杂度和 PCB 面积。
• 低 BOM 数量电流模式控制架构：简化了设计，提高了系统的可靠性。
• 固定输出电压精度高：5V/3.3V 固定输出电压的精度为 ±2%，也可通过外部电阻在 1V 至 10V 范围内进行调整。
• 三种工作模式：支持跳过模式、强制固定频率操作和外部频率同步，可根据不同的应用需求灵活选择。
• 自动 LX 压摆率调整：在整个工作频率范围内优化效率，减少 EMI 干扰。

2.2 支持级联电源

SYNCOUT 引脚提供 180° 异相时钟输出，可用于创建多个设备的级联电源，增加功率输出。

2.3 降低 EMI 排放

采用扩频频率调制技术，有效降低 EMI 排放，满足对电磁兼容性要求较高的应用。

2.4 宽输入电压范围适应汽车应用

• 输入电压范围 3.5V 至 36V：能够适应汽车电气系统中各种复杂的电压变化。
• 使能输入兼容 3.3V 逻辑电平至 42V：方便与不同的控制信号接口。

2.5 强大的性能保障

• 42V 负载突降保护：保护转换器免受汽车电气系统中负载突降事件的影响。
• -40°C 至 +125°C 汽车温度范围：确保在恶劣的汽车环境中稳定工作。
• 热关断保护：当芯片温度过高时自动关断，防止损坏。
• AEC - Q100 认证：符合汽车级标准，保证产品质量和可靠性。

2.6 电源良好输出与过压保护

• 电源良好输出（PGOOD）：可用于电源排序，方便系统设计。
• 过压保护：MAX16938 提供更严格的过压保护，减少过冲电压。

三、电气特性详解

3.1 电源电压与电流

• 电源电压：VSUP 和 VSUPSW 的输入电压范围为 3.5V 至 36V，负载突降事件时可承受 42V 电压。
• 电源电流：待机模式下，无负载时的电源电流仅为 28µA（典型值），关断模式下为 5µA（典型值）。

3.2 输出电压

• FPWM 模式输出电压：5V 输出时典型值为 4.9V 至 5.1V，3.3V 输出时典型值为 3.234V 至 3.366V。
• 跳过模式输出电压：5V 输出时典型值为 4.9V 至 5.15V，3.3V 输出时典型值为 3.234V 至 3.4V。

3.3 其他特性

• 振荡器频率：可通过电阻从 220kHz 至 2.2MHz 进行编程。
• 外部时钟输入：可与外部时钟同步，同步时间为 1 个周期。
• 软启动时间：典型值为 5.6ms 至 12ms。

四、应用信息

4.1 设置输出电压

若需要固定的 +5V/+3.3V 输出电压，可将 FB 引脚连接到 BIAS；若要设置为 1V 至 10V 之间的其他电压，可连接一个电阻分压器从输出（OUT）到 FB 和 AGND。计算公式如下： [R{FB 2}=R{TOTAL } × V{FB} / V{OUT }] [R{FB 1}=R{FB 2}left[left(frac{V{OUT }}{V{FB}}right)-1right]] 其中 (V{FB}=1 ~V)，(R{TOTAL}) 是 (R{FB 1}) 和 (R{FB 2}) 的总电阻，(V_{OUT}) 是所需的输出电压。

4.2 FPWM/跳过模式

MAX16936/MAX16938 提供引脚可选的跳过模式或固定频率 PWM 模式。当 FSYNC 引脚连接到 (V_{BIAS}) 或有时钟信号时，启用固定频率强制 PWM 模式；若 FSYNC 引脚连接到 GND，则启用跳过模式。跳过模式在轻负载应用中可提高效率。

4.3 电感选择

选择电感时，需要考虑电感值（L）、电感饱和电流（ISAT）和直流电阻（RDCR）。电感值可根据以下公式计算： [L=frac{V{OUT }left(V{SUP }-V{OUT }right)}{V{SUP } f{SW } I{OUT } LIR }] 其中 (LIR) 是电感峰 - 峰交流电流与直流平均电流的比值，通常选择 0.3。

4.4 输入和输出电容

• 输入电容：用于减少从电源吸取的峰值电流，降低输入噪声和电压纹波。输入电容的 RMS 电流要求可通过公式计算： [I{RMS }=I{LOAD(MAX) } frac{sqrt{V{OUT }left(V{SUP }-V{OUT }right)}}{V{SUP }}] 应选择在 RMS 输入电流下自热温度上升小于 +10°C 的输入电容。
• 输出电容：需要具有足够低的 ESR 以满足输出纹波和负载瞬态要求。输出电容的大小取决于满足输出电压纹波规格所需的最大 ESR： [V{RIPPLE }(P - P)=ESR × I{LOAD(MAX) } × LIR]

4.5 整流器选择

在跳过模式操作时，需要一个外部肖特基二极管整流器作为续流二极管。应选择电压额定值大于最大预期输入电压 VSUPSW 的整流器，并尽量选择正向电压降较低的肖特基二极管。

4.6 补偿网络

该转换器使用内部跨导误差放大器，其反相输入和输出可供用户进行外部频率补偿。补偿网络的设计对于环路稳定性至关重要，可根据具体的应用需求进行调整。

五、PCB 布局指南

为了实现低开关损耗和稳定的操作，PCB 布局非常关键。以下是一些 PCB 布局的建议：

• 使用大面积铜平面：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，并将 IC 的底部焊盘焊接到该铜平面上，以实现有效的散热。
• 隔离功率组件和敏感电路：将功率组件和高电流路径与敏感的模拟电路隔离开来，避免噪声耦合到模拟信号中。
• 缩短高电流路径：保持高电流路径尽可能短，特别是在接地端子处，以确保稳定、无抖动的操作。
• 缩短功率走线和负载连接：使用厚铜 PCB 提高满载效率。
• 避免模拟信号靠近高频平面：确保反馈到 IC 的敏感信号的完整性。
• 合理布置接地连接：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。

六、订购信息

MAX16936/MAX16938 提供多种型号可供选择，包括不同的输出电压、扩频选项和封装形式。具体的订购信息可参考产品数据手册。

总之，MAX16936/MAX16938 降压转换器以其高性能、高集成度和丰富的特性，为汽车和工业应用提供了可靠的电源解决方案。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择组件和进行 PCB 布局，以充分发挥该转换器的优势。你在使用类似降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。