MAX77801：高效的5.5V输入、2A降压 - 升压转换器

在电子设备的电源管理领域，一款性能卓越的降压 - 升压转换器往往能为产品的稳定运行提供坚实保障。今天，我们就来深入了解一下Analog Devices推出的MAX77801，这是一款专为单节锂离子电池供电应用设计的高效降压 - 升压转换器。

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一、产品概述

MAX77801是一款同步升降压（buck - boost）DC - DC转换器，集成了开关，可在2.3V至5.5V的电源电压下工作。其输出电压可通过I²C接口在2.60V至4.18V之间以12.5mV的步长进行配置，工厂默认启动电压有3.3V、3.4V和3.75V可选。该器件支持升压模式下高达2A的输出电流和降压模式下高达3A的输出电流，峰值效率可达97%，具有出色的性能表现。

二、应用场景

这款转换器适用于多种单节锂离子电池供电的设备，如手持扫描仪、移动支付终端、安全摄像头以及AR/VR头戴设备等。在这些设备中，稳定的电源供应是保证设备正常工作的关键，而MAX77801正好能够满足这一需求。

三、功能特性

（一）电压和电流范围

• 输入电压范围：2.3V至5.5V，能够适应较宽的电源电压波动。
• 输出电压范围：2.60V至4.18V，可通过I²C编程以12.5mV的步长进行调整，满足不同设备对输出电压的需求。
• 输出电流：升压模式下最大支持2A（(V{IN}=3.0 ~V) ，(V{OUT }=3.4 ~V) ），降压模式下最大支持3A。

（二）高效性能

• 峰值效率：高达97%，有效降低了能量损耗，提高了电源转换效率。
• 轻载效率：具备SKIP模式，在轻载情况下能进一步优化效率。
• 低静态电流：典型值为55μA，降低了系统的功耗。

（三）出色的控制与保护

• 控制算法：采用独特的控制算法，实现了降压和升压模式之间的无缝过渡，同时具备出色的负载和线路瞬态响应。
• 保护功能：具备软启动、热关断、过压保护和过流保护等多种保护功能，保障了设备的安全稳定运行。

（四）接口与配置

• I²C接口：支持3.4MHz高速I²C串行接口，可用于动态电压调整、系统电源优化和故障回读等功能。
• 引脚控制：设有专用的使能（EN）和电源良好（POK）引脚，方便进行简单的硬件控制。

四、电气特性

（一）绝对最大额定值

在设计电路时，我们需要关注器件的绝对最大额定值，以确保器件的安全使用。MAX77801的各引脚电压、电流和温度等参数都有明确的限制，例如各引脚相对于地的电压范围在 - 0.3V至 + 6.0V之间，LX1/LX2连续RMS电流最大为3.3A，工作结温范围为 - 40°C至 + 125°C等。

（二）降压 - 升压电气特性

在不同的输入电压、输出电压和温度条件下，MAX77801的各项电气参数都有明确的指标。例如，输入电压范围为2.3V至5.5V，关机电源电流在不同温度下有不同的典型值，输出电压精度在PWM模式和SKIP模式下也有相应的规定。

（三）I²C电气特性

I²C接口的电气特性对于通信的稳定性至关重要。MAX77801支持多种I²C通信速度，包括标准模式（0Hz至100kHz）、快速模式（0Hz至400kHz）、快速模式加（0Hz至1MHz）和高速模式（0Hz至3.4MHz）。不同模式下，时钟频率、数据保持时间、建立时间等参数都有相应的要求。

五、典型应用电路与设计要点

（一）典型应用电路

典型应用电路中，需要合理选择电感、输入电容和输出电容。电感建议选择1µH、饱和电流7A或更高的电感，如Coilcraft的XAL4020 - 102MEB和Sumida的CDMT40D20HF - 1R0NC。输入电容选择10µF陶瓷电容，输出电容有效电容值建议最小为16µF，通常推荐使用47μF 10V的陶瓷电容。

（二）PCB布局指南

PCB布局对于降低开关功率损耗和保证电路的稳定运行至关重要。以下是一些关键的布局要点：

• 电容放置：输入电容和输出电容应分别紧邻IC的IN引脚和OUT引脚放置，以减少输入和输出电流回路中的寄生电感。
• 电感布局：电感应靠近LX引脚，且连接电感和LX引脚的走线应短而宽，以降低PCB走线阻抗。
• 接地处理：优先保证IC、电容和电感下方的低阻抗接地平面，AGND必须与PGND在PCB的低阻抗接地平面上仔细连接。
• 其他要点：FB引脚应通过专用走线连接到调节点，远离嘈杂的网络；电源走线和负载连接应短而宽，以提高转换器效率。

六、控制与操作

（一）使能控制

通过将EN引脚电压升高到(V{IH})阈值以上可启用降压 - 升压输出，将EN引脚电压降低到(V{IL})阈值以下则禁用输出。EN引脚内部有一个800kΩ（典型值）的下拉电阻到AGND，可通过I²C接口清除EN_PD位来禁用内部下拉电阻。

（二）动态电压调整（DVS）

MAX77801具备DVS功能，可动态改变输出电压。DVS引脚状态决定了降压 - 升压是调节到(V{OUT_DVS_L})还是(V{OUT_DVS_H})。在软启动完成后，内部逻辑根据DVS输入设置(V_{out})。同时，该转换器支持可编程的电压上升和下降斜率控制。

（三）软启动

IC通过在固定时间内降低峰值电感电流限制（(I{LIM_LX})）来实现软启动，软启动时间在启动延迟（(t{ON_DLY})）后立即开始，可有效控制启动时的浪涌电流。

（四）突发模式

设备实现了突发模式，用于处理短时间的重载瞬变。当负载需要的峰值电感电流超过(I{LIM_LX})时，降压 - 升压会暂时将峰值电感电流限制提高到(I{LIM_LX_HIGH})，若重载持续时间超过800μs（典型值），突发模式将停用，峰值电感电流限制恢复到(I_{LIM_LX})。

（五）电源良好（POK）输出

POK是一个开漏输出引脚，用于监测输出电压。默认情况下为高电平有效，可通过POK_POL位将其极性改为低电平有效。当降压 - 升压输出达到目标调节电压的80%时，POK置高；当输出降至目标电压的75%以下或降压 - 升压被禁用时，POK置低。

七、I²C通信

（一）通信协议

MAX77801支持I²C通信，包括写入单个寄存器、写入连续寄存器、读取单个寄存器和读取连续寄存器等操作。不同操作有相应的通信协议，如写入单个寄存器时，主设备需发送起始条件、7位从设备地址、写位、8位寄存器指针、数据字节，从设备进行相应的应答，最后主设备发送停止条件或重复起始条件。

（二）高速模式

要进入高速模式（最高3.4MHz），需要特定的协议。主设备先在1MHz或更低的总线速度下开始协议，发送特定的8位主代码，从设备发出非应答信号后，主设备即可将总线速度提高到3.4MHz并进行读写操作。

八、寄存器映射

MAX77801的寄存器在欠压锁定（(VSYS < V_{UVLO_F}) ）或设备禁用（EN引脚为低电平）时会复位到默认值。其寄存器包括DEVICE_ID、STATUS、CONFIG1、CONFIG2、VOUT_DVS_L和VOUT_DVS_H等，每个寄存器都有特定的功能和位域定义，可通过I²C接口进行读写操作。

综上所述，MAX77801是一款功能强大、性能出色的降压 - 升压转换器，在单节锂离子电池供电设备的电源管理方面具有很大的优势。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择器件参数，优化PCB布局，以充分发挥其性能。大家在使用过程中是否遇到过类似器件的应用难题呢？欢迎在评论区分享交流。