高效无缝转换的MAX8625A升降压DC - DC转换器

一、引言

在如今的便携式设备如PDA、智能手机、数码相机（DSC）、MP3播放器以及电池供电的硬盘驱动器等产品中，电源管理芯片的性能对设备的整体表现起着至关重要的作用。MAX8625A这款高效、无缝转换的升降压DC - DC转换器，就是为满足这些设备的电源需求而设计的。下面我们就来详细了解一下它的特点、性能和应用。

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二、产品概述

（一）基本功能

MAX8625A是一款PWM升降压调节器，能够为便携式电池供电设备中的数字逻辑、硬盘驱动器、电机等负载供电。它可以在2.5V至5.5V的输入电压下，提供固定的3.3V或1.25V至4V可调的输出电压，最大输出电流可达0.8A，并且采用了2A的峰值电流限制。

（二）独特拓扑结构

Maxim专有的H桥拓扑结构是其一大亮点。它能够在所有工作模式下实现无缝转换，避免了其他设备常见的电压毛刺问题。四个内部MOSFET（两个开关和两个同步整流器）配合内部补偿电路，大大减少了外部元件的使用。

（三）工作模式选择

通过SKIP输入引脚，用户可以选择低噪声、固定频率的PWM模式，或者高效的跳过模式。在跳过模式下，转换器在轻负载时会自动切换到PFM模式，以实现最佳的轻负载效率。内部振荡器工作在1MHz，允许使用较小的外部电感器和电容器。

（四）保护功能

MAX8625A具备多种保护功能。电流限制电路可以在输出过载时关闭IC，软启动电路能减少启动时的浪涌电流。此外，True Shutdown功能可以在IC禁用时将输出与输入断开。它采用3mm x 3mm、14引脚的TDFN封装。

三、应用领域

1. 便携式设备：如PDA和智能手机、DSC和摄像机、MP3播放器和手机等。
2. 电池供电的硬盘驱动器（HDD）：为其提供稳定的电源。

四、引脚配置

MAX8625A的引脚配置清晰明确，每个引脚都有其特定的功能：	PIN	NAME	FUNCTION
1, 2	LX1	电感器连接1，应将电感器连接在LX1和LX2之间，且两个LX1引脚需外部连接在一起，关机时内部连接到GND。
3, 4	LX2	电感器连接2，同样需将电感器连接在LX1和LX2之间，两个LX2引脚外部连接，关机时内部连接到GND。
5	ON	使能输入，连接到输入或驱动高电平启用IC，驱动低电平禁用IC。
6	SKIP	模式选择输入，连接到GND启用跳过模式，连接到IN启用强制PWM模式。
7	FB	反馈输入，连接到地设置固定3.3V输出，连接到外部电阻分压器的中心抽头可设置不同的输出电压。
8	REF	参考输出，需用0.1µF陶瓷电容旁路到GND，关机时内部拉到GND。
9, 10	OUT	电源输出，用两个22µF陶瓷电容旁路到GND，两个OUT引脚需外部连接。
11, 12	GND	接地，将暴露焊盘和GND直接连接到IC下方，并连接到大面积接地平面以提高热性能。
13, 14	IN	电源输入，用两个22µF陶瓷电容旁路到GND，连接到2.5V至5.5V电源，两个IN引脚需外部连接。
-	EP	暴露焊盘，连接到IC下方的GND，连接到大面积接地平面以提高热性能。

五、电气特性

（一）绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于正确使用和保护器件至关重要。MAX8625A的绝对最大额定值包括输入、输出、SKIP和ON引脚到GND的电压范围，REF和FB引脚到GND的电压范围，LX1和LX2的电流限制，以及不同温度条件下的功率耗散、工作温度范围、结温、存储温度范围和焊接温度等。

（二）电气参数

在特定条件下（如 (V_{IN}=3.6V) ， (ON=overline{SKIP}=IN) ，FB = GND， (VoUT =3.3V) 等），MAX8625A的各项电气参数表现良好，如不同模式下的静态电源电流、输出电压精度、最大输出电流、软启动特性、负载调节和线性调节等。

六、典型工作特性

通过一系列的图表展示了MAX8625A在不同条件下的工作特性，包括跳过模式效率与输入电压的关系、效率与负载电流的关系、输出电压与负载电流的关系等。这些特性曲线有助于工程师在实际应用中更好地了解和优化电路设计。

七、详细工作原理

（一）控制方案

MAX8625A采用四个内部开关的非反相升降压转换器，控制逻辑根据输出电压调节需求确定哪两个内部MOSFET工作。它在每个开关周期使用三个工作阶段，必要时还会进入第四阶段（保持阶段）。PWM控制器通过定时器和峰值电流调节来设置每个阶段的时间，避免了传统H桥转换器的模式转换问题，减少了纹波。

（二）降压操作

当 (V_{IN }> VOUT) 且为中重负载时，MOSFETs P1和N2在时钟边缘开启，开始第一阶段，电感电流上升。第二阶段N2关闭，P2开启，继续增加电感电流并向输出传输电荷。第三阶段N1开启，电感电流下降到误差信号设定的谷值电流调节点。轻负载时，若电感电流在第三阶段降为零，转换器会切换到第四阶段以降低功耗。

（三）升压操作

当 (V_{IN }< VOUT) 且为中重负载时，MOSFETs P1和N2在时钟边缘开启，电感电流上升。第一阶段结束后进入缓慢放电阶段，P2开启。第三阶段P1关闭，N1开启。轻负载时，电感电流在第三阶段降为零，转换器切换到第四阶段。

（四）升降压过渡区操作

当 (V_{IN }= VOUT) 时，转换器仍会经历三个阶段，大部分时间处于第二阶段，此时电感电流变化率几乎为零，避免了其他升降压转换器在升压和降压模式之间的过渡毛刺或振荡。

（五）强制PWM模式

将SKIP引脚驱动为高电平，MAX8625A工作在强制PWM模式，以恒定的1MHz开关频率工作，无脉冲跳过，适用于对噪声敏感的应用，但轻负载时功耗较高。

（六）跳过模式

将SKIP引脚驱动为低电平，MAX8625A工作在跳过模式，轻负载时仅在必要时切换，中重负载时仍采用固定频率PWM，可提高轻负载效率，将输入静态电流降低到37µA（典型值）。

（七）负载调节和瞬态响应

负载瞬变时，输出电压会因输出电容的ESR而瞬间变化，随后根据环路补偿速度进一步偏离。增加输出电容可减少输出电压下降，典型应用电路可将输出瞬态下降限制在3%以内。

（八）软启动

内部软启动电路在8ms内通过内部DAC对峰值电感电流进行斜坡上升，输出达到稳压后，电流限制立即跳到最大阈值，即使在8ms软启动时间未完成时也能实现满负载能力。

（九）关机

将ON引脚驱动为低电平，MAX8625A进入关机模式，电源电流降至1µA以下，输出与输入断开，LX1和LX2连接到GND。

（十）故障和热关机

MAX8625A具有电流限制和热关机电路。当电感电流超过电流限制（2A）时，转换器进入第三阶段，启动100ms定时器。若过流事件持续且输出在100ms内失稳，IC进入关机模式，需切换ON引脚清除故障。热关机电路在芯片温度超过+165°C时禁用IC开关，温度下降15°C后开始软启动。

八、应用信息

（一）输出电压选择

MAX8625A输出标称固定为3.3V，将FB连接到GND可选择内部固定输出电压。若需要可调输出电压，可将FB连接到外部电阻分压器的中心抽头，根据公式 (R 1=100 k Omega timesleft(frac{V{OUT }}{V{FB}}-1right)) 计算R1的值，其中 (V{FB}=1.25V) ， (V{OUT}) 为期望的输出稳压电压，且 (V_{OUT}) 需在1.25V至4V之间。

（二）最大输出电流计算

MAX8625A电路提供的最大输出电流取决于电感值、开关频率、效率和输入/输出电压，可参考典型工作特性中的最大负载电流与输入电压关系图。

（三）电容选择

由于输入和输出纹波电流在该拓扑结构中均为不连续的，因此输入和输出均应选择至少两个22µF的陶瓷电容。为了在宽温度范围内获得最佳稳定性，建议使用X5R或更好的电介质。

（四）电感选择

MAX8625A推荐的电感范围为3.3µH至4.7µH。较大的电感值可减小纹波，较小的电感值可提供更好的瞬态响应。对于3.3V固定输出和0.8A负载，建议使用额定电流为2A的3.3µH电感。

（五）PCB布局和布线

良好的PCB布局对于MAX8625A实现最佳性能至关重要。应尽量缩短和加宽承载不连续电流的导体和高电流路径，将反馈网络（R1和R2）靠近IC，高dv/dt节点应尽量小并远离FB。输入和输出电容应尽可能靠近IC。

九、总结

MAX8625A升降压DC - DC转换器凭借其高效、无缝转换的特点，以及丰富的保护功能和灵活的工作模式，为便携式设备和电池供电的硬盘驱动器等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，合理选择输出电压、电容和电感等元件，并注意PCB布局和布线，以充分发挥MAX8625A的性能优势。你在使用类似的DC - DC转换器时，遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。