深入解析MAX1843：高效低电压降压调节器的卓越之选

在电子设备的电源管理领域，降压调节器是不可或缺的关键组件。今天，我们要深入探讨的是MAXIM公司的一款明星产品——MAX1843，一款2.7A、1MHz的低电压降压调节器，它采用TQFN封装，内部集成同步整流功能，为众多应用场景提供了高效、稳定的电源解决方案。

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产品概述

MAX1843是一款采用恒定关断时间、脉冲宽度调制（PWM）技术的同步降压DC - DC转换器，非常适合笔记本和超极本电脑中5V或3.3V到低电压的转换需求。它具有内部PMOS功率开关和内部同步整流功能，不仅提高了效率，还减少了外部组件的数量，无需外部肖特基二极管。内部90mΩ的功率开关和70mΩ的nMOS同步整流开关能够轻松提供高达2.7A的连续负载电流，输出电压可预设为+2.5V、+1.8V或+1.5V，也可在+1.1V至输入电压之间进行调节，效率最高可达95%。

产品特性亮点

高精度输出

输出精度高达±1%，能够为负载提供稳定、精准的电压，满足对电源精度要求较高的应用场景。

高频开关

最高可达1MHz的开关频率，允许用户在效率、输出开关噪声、组件尺寸和成本之间进行优化权衡。

高效节能

内部pMOS/nMOS开关搭配低导通电阻，在不同输入电压下都能保持高效的能量转换。在Vin = +4.5V时，pMOS开关导通电阻为90mΩ，nMOS开关导通电阻为70mΩ；在Vin = +3V时，pMOS开关导通电阻为110mΩ，nMOS开关导通电阻为80mΩ。

宽输入电压范围

支持+3V至+5.5V的输入电压范围，适应多种电源环境。

低功耗设计

工作时的电源电流仅为350µA，关机时的电源电流小于1µA，有效降低了功耗。

轻载高效模式

具备Idle Mode™，在轻载运行时能保持高效率，通过跳过周期来减少过渡和栅极电荷损耗。

保护功能完善

拥有热关断、可调节软启动、输出短路保护等功能，确保设备在各种异常情况下的安全稳定运行。

工作模式解析

恒定关断时间模式

当通过pMOS开关的电流大于空闲模式阈值电流（对应负载电流为空闲模式阈值的一半）时，进入恒定关断时间模式。在此模式下，调节比较器在每个关断时间结束时打开pMOS开关，使设备保持连续导通模式。pMOS开关一直保持导通，直到输出达到调节状态或达到电流限制。当pMOS开关关闭时，它将保持关闭状态，直到达到编程的关断时间（tOFF）。在短路情况下，为了控制电流，当VOUT < VOUT(NOM) / 4时，pMOS开关将保持关闭约4 x tOFF。

空闲模式

在轻载情况下，设备会切换到脉冲跳过的空闲模式以提高效率。当通过pMOS开关的电流小于空闲模式阈值电流时，进入空闲模式。在空闲模式下，pMOS开关会保持导通，直到通过开关的电流达到空闲模式阈值，从而减少了轻载时不必要的开关操作，降低了效率损失。同时，电流检测电路会监测nMOS同步开关的电流，在电流反向之前将其关闭，防止电流通过电感和nMOS开关从输出滤波器流向地。

100%占空比模式

当输入电压接近输出电压时，占空比会增加，直到pMOS MOSFET持续导通。100%占空比时的压降是输出电流乘以内部pMOS开关的导通电阻和电感中的寄生电阻。只要不达到电流限制，pMOS开关将持续导通。

关机模式

将SHDN引脚驱动为逻辑低电平，可使MAX1843进入低功耗关机模式，将电源电流降低到小于1µA。在关机状态下，所有电路和内部MOSFET都将关闭，LX节点变为高阻抗。将SHDN引脚驱动为逻辑高电平或连接到VCC，设备将恢复正常运行。

设计要点与参数选择

输出电压设置

MAX1843的输出电压有三种预设值（+2.5V、+1.8V和+1.5V）可供选择，也可以进行调节。对于预设输出电压，将FB连接到输出电压，并根据表2连接FBSEL；对于可调输出电压，将FBSEL连接到GND，并将FB连接到输出电压和地之间的电阻分压器。

开关频率和关断时间编程

通过连接在TOFF和GND之间的电阻RTOFF来设置pMOS功率开关在PWM模式下的关断时间。可以根据以下公式选择关断时间： [t{OFF }=frac{left(V{IN }-V{OUT }-V{PMOS }right)}{f{PWM }left(V{IN }-V{PMOS }+V{NMOS }right)}] 然后根据公式[RTOFF =(tOFF - 0.07 mu s)(110 k Omega / 1.00 mu s)]选择RTOFF的值。推荐的RTOFF值范围为36kΩ至430kΩ，对应关断时间为0.4µs至4µs。

电感选择

电感的选择需要考虑多个因素，关键参数包括电感值（L）和峰值电流（IPEAK）。电感值的计算公式为： [L=frac{V{OUT } × t{OFF }}{I{OUT } × LIR }] 其中LIR是峰 - 峰电感交流电流（纹波电流）与最大直流负载电流的比值，通常取0.25。使用上述公式时，满载时的峰值电感电流为1.125 x IOUT；否则，峰值电流计算公式为： [PEAK =I{OUT }+frac{V{OUT } × t{OFF }}{2 × L}] 选择电感时，其饱和电流应至少等于峰值电感电流，并且在所选工作频率下应具有低损耗。

电容选择

输入滤波电容用于降低电压源处的峰值电流和噪声，应选择低ESR和低ESL的电容，并将其放置在距离IN引脚不超过5mm的位置。输入电容的选择应根据RMS输入纹波电流要求和电压额定值进行： [RIPPLE =I LOAD frac{sqrt{V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)}}{V{IN }}] 输出滤波电容会影响输出电压纹波、输出负载瞬态响应和反馈环路稳定性。为了稳定运行，MAX1843要求最小输出纹波电压VRIPPLE ≥1% × VOUT，输出电容的最小ESR应满足： [ESR >1 % × frac{L}{t{OFF }}] 同时，稳定运行需要选择合适的输出滤波电容，应满足： [C{OUT } geq frac{t{OFF }}{V{OUT }} 79 mu FV / mu s]

积分放大器

内部跨导放大器用于微调输出直流精度，通过在COMP和VCC之间连接电容CCOMP来补偿跨导放大器。为了保证稳定性，建议选择CCOMP = 470pF。较大的电容值可以保持恒定的平均输出电压，但会减慢环路对输出电压变化的响应速度；较小的电容值可以加快环路响应速度，但会降低稳定性，需要根据实际情况选择最佳的电容值。

软启动

软启动功能允许内部电流限制逐渐增加，以减少启动和退出关机时的输入浪涌电流。通过在SS和GND之间放置一个定时电容CSS来设置内部电流限制的变化速率。上电时，当设备从欠压锁定（典型值2.6V）恢复或SHDN引脚被拉高后，一个4µA的恒流源会对软启动电容充电，SS引脚的电压会逐渐升高。当SS引脚的电压小于约0.7V时，电流限制设置为零；当电压从0.7V升高到约1.8V时，电流限制从0调整到电流限制阈值。软启动电容上的电压随时间的变化公式为： [V{S S}=frac{4 mu A × t}{C{S S}}] 软启动电流限制随SS引脚电压的变化公式为： [SSI{LIMIT }=frac{V{S S}-0.7 V}{1.1 V} × LIMIT] 当软启动电容上的电压达到1.8V时，恒流源停止充电。

电路布局与接地

良好的电路布局对于实现MAX1843的预期输出功率、高效率和低噪声至关重要。以下是一些关键的布局要点：

1. 最小化开关电流和大电流接地环路：将输入电容的接地端、输出电容的接地端和PGND连接在一起，然后将这个接地岛仅在一点连接到GND。
2. 输入滤波电容的放置：将输入滤波电容放置在距离IN引脚小于5mm的位置，连接铜迹线应至少1mm宽，最好为2.5mm，以承载大电流。
3. LX节点组件的布局：将LX节点的组件尽可能靠近在一起，并靠近设备放置，以减少电阻和开关损耗以及噪声。
4. 接地平面的使用：接地平面对于最佳性能至关重要。在大多数应用中，电路位于多层板上，建议充分利用四层或更多层。为了散热，将暴露的背面焊盘连接到大面积的模拟接地平面，最好是在电路板上能够获得良好气流的表面。如果接地平面位于IC表面，可以利用GND相邻的N.C.引脚来降低到接地平面的热阻；如果接地平面位于其他位置，可以使用多个过孔来降低热阻。典型应用中会使用多个接地平面来最小化热阻，同时要避免大的交流电流通过模拟接地平面。

总结

MAX1843以其高效、稳定、灵活的特点，为电子工程师在电源设计中提供了一个优秀的解决方案。无论是在笔记本电脑、超极本电脑还是其他需要高效电源转换的应用中，MAX1843都能发挥出其卓越的性能。通过合理选择参数和优化电路布局，我们可以充分发挥MAX1843的优势，为电子设备提供可靠的电源支持。你在使用类似的降压调节器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。