深入解析MAX16932/MAX16933：高性能双降压控制器的卓越之选

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，我们就来深入探讨一款备受关注的电源管理芯片——MAX16932/MAX16933，它是一款2.2MHz、36V的双降压控制器，具有20μA的低静态电流，在汽车等应用场景中表现出色。

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一、产品概述

MAX16932/MAX16933集成了两个高压同步降压控制器，在无负载时仅消耗20µA的静态电流。其输入电压范围为3.5V至42V，能在95%占空比的降压条件下工作，非常适合中高功率需求且需要两个独立控制输出电源的应用，如汽车应用。

这两款控制器采用180°异相工作模式，可有效降低输入纹波。同时，它们支持高达2.2MHz的开关频率，允许使用小型外部组件，且能确保不会对AM频段产生干扰。此外，FSYNC输入可编程，提供三种频率模式：强制固定频率操作、超低静态电流（20µA）的跳频模式以及与外部时钟同步。还具备扩频选项，可最大程度减少EMI干扰，以及电源正常监控、过压和欠压锁定等功能，保护特性包括逐周期电流限制和热关断。

二、产品特性与优势

低功耗设计

在跳频模式下，静态电流仅为20µA，输出电压精度达到±1%，固定输出电压为5.0V/3.3V，也可在1V至10V之间进行调节，满足了严格的OEM模块功耗和性能规格要求。

宽输入电压范围

输入电源范围为3.5V至36V，能够适应各种复杂的电源环境，实现“启动就绪”设计。

EMI降低特性

50ns（典型值）的最小导通时间保证了在2.2MHz下从汽车电池输出3.3V时的无跳频操作，同时具备扩频选项、频率同步输入以及可通过电阻编程的200kHz至2.2MHz频率，在不牺牲宽输入电压范围的前提下，有效减少了对敏感无线电频段的干扰。

集成与散热优化

采用双2MHz降压控制器，180°异相工作，电流模式控制器支持强制连续和跳频模式，28引脚TQFN - EP封装具有良好的散热性能，节省了电路板空间和成本。

完善的保护功能

具备电源过压和欠压锁定、过温和短路保护等功能，显著提高了系统的可靠性。

三、电气特性分析

绝对最大额定值

详细规定了各个引脚的电压范围、连续功率耗散、工作温度范围、结温范围、存储温度范围以及焊接温度等参数，确保在使用过程中不会因超出额定值而对器件造成损坏。

电气参数

包括同步降压DC - DC控制器的电源电压范围、输出过压阈值、电源电流、固定输出电压、输出电压可调范围等，以及FSYNC输入的频率范围、开关阈值，CS电流限制电压阈值、跳频模式阈值、软启动斜坡时间、Buck1和Buck2之间的相移等参数，为工程师在设计电路时提供了精确的参考。

四、典型工作特性

通过一系列图表展示了该芯片在不同条件下的工作特性，如空载启动序列、静态电流与温度的关系、满载启动序列、效率与负载电流的关系、开关频率与RFOSC的关系、开关频率与温度的关系、负载瞬态响应、外部同步转换、输入电压缓慢上升、负载突降、输出过压响应、短路响应、输出电压与温度的关系、负载调节等，帮助工程师更好地了解芯片的性能和工作状态。

五、引脚配置与功能

引脚配置

MAX16932/MAX16933采用28引脚TQFN - EP封装，各个引脚都有明确的功能，如LX1和LX2用于连接电感，DL1和DL2为低侧栅极驱动输出，PGND1和PGND2为电源地，CS1和CS2为正电流检测输入，OUT1和OUT2为输出检测和负电流检测输入，FB1和FB2为反馈输入，COMP1和COMP2为误差放大器输出，BIAS为5V内部线性稳压器输出，AGND为信号地等。

引脚功能详细说明

每个引脚的功能都与芯片的整体性能密切相关，例如，通过将FB1和FB2连接到BIAS可实现固定输出电压，连接到电阻分压器则可调节输出电压；PGOOD1和PGOOD2用于监测输出电压是否正常，当输出电压偏离正常调节点超过15%（典型值）时，相应的PGOOD引脚会拉低；FSYNC用于外部时钟同步，可使芯片与外部时钟信号同步工作。

六、详细工作原理与设计要点

固定5V线性稳压器（BIAS）

芯片内部的5V线性稳压器为内部电路和外部负载提供电源，需要用6.8µF或更大的陶瓷电容进行旁路，以确保在满载条件下的稳定性。同时，可通过将外部电源（3V至5.2V）或其中一个降压转换器的输出连接到EXTVCC来旁路内部线性稳压器，降低内部功耗，提高轻载效率。

欠压锁定（UVLO）

当5V偏置电源（BIAS）低于2.9V（典型值）的欠压锁定下降阈值时，BIAS输入欠压锁定电路会抑制开关动作。当BIAS上升超过欠压锁定上升阈值且EN1和EN2使能降压控制器时，控制器开始开关，输出电压通过软启动逐渐上升。

降压控制器

采用PWM、电流模式控制方案，使用外部逻辑电平MOSFET实现优化的负载电流设计。固定频率操作和最佳交错方式可将输入纹波电流从最小输入电压到最大输入电压降至最低。输出电流检测可通过感测电阻实现精确的电流限制，也可通过无损电流检测减少功耗。

软启动

当相应的EN_引脚被拉高使能降压转换器时，软启动电路会在软启动时间（tSSTART = 6ms（典型值））内逐渐提升参考电压，以减少启动时的输入浪涌电流。

开关频率/外部同步

MAX16932的内部振荡器可在1MHz至2.2MHz之间调节，MAX16933的内部振荡器可在200kHz至1MHz之间调节。通过连接电阻RFOSC从FOSC到AGND可设置开关频率。芯片还可通过将外部时钟信号连接到FSYNC与外部时钟同步，FSYNC频率应保持在内部频率的110%至150%之间，且占空比为50%。

轻载效率跳频模式

将FSYNC拉低可启用跳频模式，在该模式下，芯片在FB电压低于参考电压时停止开关，直到电感电流达到由电感DCR或输出分流电阻定义的最大电流的20%（跳频阈值）时才开始开关。

强制PWM模式

将FSYNC拉高可防止芯片进入跳频模式，强制低侧栅极驱动波形始终为高侧栅极驱动波形的互补波形，使电感电流在轻载时反向并对输出电容放电。该模式可保持开关频率在所有负载条件下恒定，但会降低轻载效率，适用于改善负载瞬态响应和消除可能干扰AM无线电频段的未知频率谐波。

扩频

MAX16932CATIS、MAX16932CATIU和MAX16933CATIS具备增强的EMI性能，通过对开关频率进行±6%的抖动，降低时钟频率及其谐波处的峰值发射噪声，更易满足严格的发射限制。当使用外部时钟源时，扩频功能将被禁用。

Buck 2开关频率

对于MAX16932ATIT和MAX16932CATIU，Buck 2的开关频率设置为Buck 1开关频率的1/2，在使用这些器件时，需要根据降低的开关频率来选择Buck 2的外部组件。

MOSFET栅极驱动器

DH_高侧n沟道MOSFET驱动器由BST处的电容供电，低侧驱动器（DL）由5V线性稳压器（BIAS）供电。每个通道都有一个直通保护电路，用于监测外部MOSFET的栅源电压，防止互补开关未完全关闭时MOSFET导通。为确保保护电路正常工作，需要从DL_和DH_驱动器到MOSFET栅极提供低电阻、低电感路径。

高侧栅极驱动器电源（BST_）

高侧MOSFET通过闭合BST_和DH_之间的内部开关并将自举电容的电荷转移到高侧MOSFET的栅极来导通。当高侧MOSFET关闭且LX_电压降至地电位时，自举电容的负端也降至相同电位，此时自举二极管对自举电容的正端进行充电。根据高侧MOSFET的总栅极电荷和允许的电压变化，可计算出合适的自举电容值。

电流限制和电流检测输入

电流限制电路使用差分电流检测输入（OUT和CS）来限制电感峰值电流。当电流检测信号的幅度超过电流限制阈值（VLIMIT1,2 = 80 mV（典型值））时，PWM控制器会关闭高侧MOSFET。为实现最精确的电流检测，可在电感和输出电容之间使用电流检测分流电阻；为提高效率，也可直接跨电感测量电流，但该方法在整个温度范围内可能会产生高达30%的误差，需要在电流检测电路中使用滤波网络。

电压监测（PGOOD_）

MAX16932/MAX16933包含多个电源监测信号，用于方便电源排序和监控。当相应的调节器输出电压处于调节状态时，PGOOD_引脚变为高阻抗；当输出电压低于或高于其标称调节电压的15%（典型值）时，PGOOD_引脚拉低。在软启动、软放电以及任一降压转换器禁用时，PGOOD_引脚也会拉低。

热过载、过流、过压和欠压保护

热过载保护可限制器件的总功耗，当结温超过+170°C时，内部热传感器会关闭器件，待结温下降20°C后再次开启。过流保护在电感电流超过CS_和OUT_处编程的最大电流限制时，关闭相应的驱动器。过压保护通过在输出电压达到调节输出电压的约115%时关闭高侧栅极驱动器来限制降压转换器的输出电压。

七、设计步骤

降压转换器设计步骤

有效输入电压范围

虽然MAX16932/MAX16933可在高达36V（42V瞬态）的输入电源下工作并调节至1V，但最小电压转换比可能受最小可控导通时间限制。为实现固定频率PWM操作和最佳效率，Buck 1和Buck 2应在正常工作条件下处于连续导通模式。最大电压转换比受最大占空比（95%）限制，在低降压操作时，器件会将开关频率降低至编程频率的25%（最大）。

设置输出电压

将FB1和FB2连接到BIAS可启用由预设内部电阻分压器设置的固定降压控制器输出电压（5V和3.3V）。若要在1V至10V之间外部调节输出电压，可将电阻分压器从输出（OUT_）连接到FB_再到AGND，并使用相应公式计算电阻值。

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）。电感值的选择需要在尺寸、成本、效率和瞬态响应之间进行权衡，可根据典型占空比、开关频率、输入电压、输出电压和所选的电感峰峰值交流电流与直流平均电流之比（LIR）来确定电感值。同时，电感的饱和电流应大于最大电感电流，以确保电感性能稳定。

MOSFET选择

每个降压控制器驱动两个外部逻辑电平n沟道MOSFET，选择MOSFET时需要考虑阈值电压、最大漏源电压（VDS(MAX)）和电流能力等参数。所有MOSFET应选择合适的VDS额定值以处理所有输入电压条件，并能提供足够的平均电流和峰值电流。

电流检测测量

为实现最佳的电流检测精度和过流保护，可在电感和输出之间使用±1%容差的电流检测电阻；对于不需要高精度电流限制保护的高功率应用，可通过在电感两端连接串联RC电路来降低总功耗。

输入电容

降压转换器的不连续输入电流会导致较大的输入纹波电流，因此需要仔细选择输入电容，以承受输入纹波电流并将输入电压纹波控制在设计要求范围内。180°纹波相位操作可将输入电容纹波电流的频率提高到单个转换器开关频率的两倍。

输出电容

输出电容的实际电容值与实现低ESR所需的物理尺寸以及电容技术的化学性质有关。通常根据ESR和电压额定值选择电容，而不是电容值。在负载瞬变期间，需要确保输出电容足够大，以吸收电感能量，避免触发过压故障保护。

补偿网络设计

MAX16932/MAX16933采用峰值电流模式控制方案，通过调节外部电感中的电流来调节输出电压。为确保系统稳定，需要设计合适的补偿网络，包括选择合适的补偿电阻（RC）和补偿电容（CC），并根据具体情况添加额外的补偿电容（CF）。

八、应用信息

布局建议

PCB布局对于实现低开关损耗和稳定的操作至关重要。应将所有功率组件安装在电路板的顶层，使它们的接地端子相互靠近。具体布局建议包括：保持高电流路径短，特别是接地端子；保持功率走线和负载连接短，使用厚铜PCB可提高满载效率；通过连接CS_和OUT并使用开尔文检测直接跨电流检测电阻来最小化电流检测误差；将高速开关节点（BST, LX, DH, and DL）远离敏感模拟区域（FB, CS, and OUT）。

布局步骤

1. 首先放置功率组件，使接地端子相邻，尽可能在顶层使用宽的铜填充区域进行连接。
2. 将控制器IC安装在低侧MOSFET附近，最好在与NL_和NH相对的背面，以保持LX, GND, DH_, and DL_栅极驱动线短而宽。
3. 将栅极驱动组件（BST_二极管和电容以及LDO旁路电容BIAS）分组在控制器IC附近，并根据电流大小合理设计走线尺寸。
4. 按照特定的接地连接方式进行连接，将模拟接地平面和功率接地平面仅在IC正下方的单点连接。
5. 使用多个过孔将输出功率平面直接连接到输出滤波电容的正负极，并将整个DC - DC转换器电路尽可能靠近负载放置。

九、总结

MAX16932/MAX16933作为一款高性能的双降压控制器，凭借其低功耗、宽输入电压范围、丰富的保护功能和灵活的工作模式，在汽车等中高功率应用领域具有显著的优势。通过深入了解其电气特性、工作原理和设计要点，工程师可以更好地利用这款芯片，设计出稳定、高效的电源管理系统。在实际应用中，还需要根据具体的设计要求和应用场景，合理选择外部组件，并遵循良好的PCB布局原则，以充分发挥芯片的性能。你在使用MAX16932/MAX16933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。