MAX16963：高效双路2.2MHz低压降压DC - DC转换器的设计与应用

在电子设计领域，DC - DC转换器是电源管理的关键组件。今天要给大家介绍的是Maxim Integrated推出的MAX16963，一款高性能的双路2.2MHz低压降压DC - DC转换器。

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一、产品概述

MAX16963是一款高效的双路同步降压转换器，其输入电压范围为2.7V至5.5V，输出电压范围为0.8V至3.6V，每个输出可提供高达1.5A的负载电流。在负载、线路和温度范围内，它能实现±3%的输出误差，非常适合板载负载点和后级调节应用。

二、关键特性与优势

1. 高频与高效设计

• 2.2MHz固定频率PWM模式：具有良好的抗噪能力和负载瞬态响应。同时，2.2MHz的工作频率允许使用全陶瓷电容设计和小尺寸外部组件，减小了电路板空间。
• 跳频模式：在轻载运行时可提高效率，静态电流仅36μA。
• 扩频频率调制：可将开关频率产生的辐射电磁干扰降至最低。

2. 低损耗与易布局

板载低RDSON开关有助于在重载时将效率损失降至最低，并减少关键/寄生电感，相比分立解决方案，大大简化了布局。遵循简单的布局和封装尺寸，可确保新设计一次成功。

3. 灵活的输出电压设置

提供工厂预设输出电压和可调输出电压两种版本。工厂预设版本无需使用外部电阻即可实现±3%的输出电压精度；可调版本则可通过外部电阻分压器将输出电压设置为0.8V至3.6V之间的任意值。

4. 全面的保护功能

具备8ms固定软启动、16ms固定电源正常延迟、过流和过温保护等功能，可有效保护设备和系统的安全稳定运行。

三、电气特性详解

1. 电源相关参数

• 电源电压范围：正常工作时为2.7V至5.5V。
• 电源电流：无负载时，典型值为36μA，最大值为60μA。
• 关断电源电流：在TA = +25°C，V_EN1 = V_EN2 = 0V时，典型值为1μA，最大值为5μA。

2. 转换器参数

• 反馈调节电压：两个转换器的FB调节电压典型值均为800mV。
• 反馈设定点精度：负载电流在4%至100%时，精度为±3%；负载电流为0%时，精度为±0.5%至+3%。
• MOS管导通电阻：pMOS和nMOS的导通电阻在特定条件下有相应的典型值和最大值。
• 最大输出电流：每个转换器的最大输出电流可达1.5A。

3. 其他参数

• 振荡器频率：典型值为2.2MHz，扩频启用时频率偏差为±6%。
• SYNC输入频率范围：50%占空比时为1.7MHz至2.4MHz。
• 热过载保护：热关断阈值为165°C，热关断迟滞为15°C。

四、应用设计要点

1. 可调输出电压设置

对于可调输出电压版本，可通过连接从输出（VOUT_）到OUTS_再到GND的电阻分压器来设置输出电压。选择R2（OUTS到GND的电阻）小于或等于100kΩ，使用公式(R 1=R 2left[left(frac{V{OUT }}{V{OUTS }}right)-1right])计算R1（VOUT_到OUTS_的电阻），其中(VoUTS =800 mV)。同时，外部反馈电阻分压器需进行频率补偿，可在电阻分压器网络中的每个电阻两端放置电容，电容值使用公式(C 1=10 pFleft(frac{R 2}{R 1}right))确定。

2. 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）。通过公式(L{MIN 1}=left[left(V{IN }-V{OUT }right) timesleft(frac{V{OUT }}{V{IN }}right) timesleft(frac{3}{f{OP } × V{REF } × G{CS}}right)right])和(L{MIN 2}=V{OUT } × frac{mu S}{1.6 × V{REF } × G{CS}})计算最小电感值，取两者中的较大值作为(L{MIN})，且(L{MAX}=2 × L_{MIN})。

3. 电容选择

• 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，使用低ESR陶瓷电容，并根据公式计算输入电容和ESR。
• 输出电容：根据输出电压、最大设备电流能力和误差放大器电压增益，使用公式(C{OUT (MIN) }=frac{V{REF} × G{EAMP }}{2 pi × f{CO} × V{OUT} × R{CS}})确定所需的输出电容值。

4. PCB布局准则

• 使用多层板以提高抗噪能力和功率耗散。
• 在MAX16963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，将MAX16963的底部焊盘焊接到该铜平面上，并使用多个过孔或单个大过孔进行散热。
• 将功率组件和高电流路径与敏感模拟电路隔离，防止噪声耦合到模拟信号中。
• 在PV1、PV2和PV附近添加小尺寸、低自谐振频率的阻塞电容。
• 保持高电流路径短，尤其是接地端子，以确保稳定、无抖动的操作。
• 保持电源走线和负载连接短，使用厚铜PCB（2oz vs. 1oz）以提高满载效率。
• 对于具有外部反馈选项的设备，OUTS_对噪声敏感，电阻网络R1、R2和C1应靠近OUTS_放置，远离LX_节点和高开关电流路径，R2的接地节点应靠近GND。
• 模拟和功率部分的接地连接应靠近IC，以最小化接地电流环路。

五、总结

MAX16963凭借其高效、灵活和全面的保护功能，为电子工程师在电源管理设计中提供了一个优秀的选择。无论是汽车后级调节、工业/军事应用还是负载点应用，MAX16963都能满足需求。在设计过程中，合理选择电感、电容，遵循PCB布局准则，将有助于充分发挥MAX16963的性能优势。大家在实际应用中遇到过哪些电源管理方面的问题呢？不妨在评论区分享交流。