探索MAX17552/MAX17552A/MAX17552B：高效同步降压DC - DC转换器的卓越之选

在电子设计领域，电源管理始终是关键环节。今天我们要深入探讨的是MAX17552/MAX17552A/MAX17552B这三款高效同步降压DC - DC转换器，它们在电源设计中展现出了诸多优势，为工程师们提供了可靠的解决方案。

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产品概述

MAX17552/MAX17552A/MAX17552B属于Himalaya系列，该系列的电压调节器IC、电源模块和充电器能够实现更凉爽、更小巧且更简单的电源解决方案。这三款转换器集成了MOSFET，工作在4V至60V的宽输入电压范围内，可在0.8V至0.9 x VIN的输出电压下提供高达100mA的输出电流，并且在 - 40°C至 + 125°C的温度范围内，输出电压精度控制在±1.75%以内。

产品优势与特性

1. 减少外部组件与成本

• 同步操作：无需肖特基二极管，采用同步操作，提高了效率并降低了成本。
• 内部补偿：内置补偿功能，简化了设计。
• 软启动设置：具有固定的5.1ms内部软启动或可编程软启动，可减少浪涌电流。
• 全陶瓷电容：采用全陶瓷电容，实现超紧凑布局。

2. 降低库存压力

• 宽输入电压范围：4V至60V的宽输入电压范围，减少了对不同DC - DC调节器的库存需求。
• 可调输出电压：输出电压可在0.8V至0.9 x VIN之间调节，满足多种应用需求。
• 高负载电流：能够提供高达100mA的负载电流。

3. 灵活的控制模式

• PWM和PFM模式：通过MODE引脚可选择脉冲宽度调制（PWM）或脉冲频率调制（PFM）控制方案。PWM模式在所有负载下提供恒定频率操作，适用于对开关频率敏感的应用；PFM模式在轻负载时禁用负电感电流并跳过脉冲，以实现高效率，在PFM模式下无负载时仅消耗22µA的电源电流。
• 可调开关频率：开关频率可在100kHz至2.2MHz范围内调节，并支持外部时钟同步。

4. 可靠的工业环境适应性

• 过流保护：MAX17552采用滞回逐周期峰值电流限制保护方案，MAX17552A/MAX17552B采用HICCUP型过载保护方案，保护电感和内部FET。
• 输出电压监控：内置输出电压监控功能，通过开漏RESET引脚实现。
• 其他保护功能：具备可编程EN/UVLO阈值、符合CISPR32（EN55032）Class B传导和辐射发射标准、单调启动到预偏置输出、过温保护等功能，工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，结温范围为 - 40°C至 + 150°C。

电气特性

在典型工作条件下（ (V{IN}=24V) ， (V{GND}=0V) ， (V{OUT}=3.3V) ， (V{FB}=0.85V) ， (V{EN/UVLO}=1.5V) ，RT/SYNC = 191kΩ等），该转换器具有一系列明确的电气参数。例如，输入电压范围为4V至60V，输入关断电流在 (V{EN/UVLO}=0V) 、 (T_{A}= + 25°C) 时为0.67 - 2.25µA等。这些参数为工程师在设计电路时提供了精确的参考。

引脚配置与功能

引脚	名称	功能
1	IN	开关调节器输入，需连接一个X7R 1µF陶瓷电容到GND进行旁路。
2	EN/UVLO	高电平有效，使能/欠压检测输入，可用于控制调节器输出的开启和关闭，还可通过电阻分压器编程输入电压。
3	RT/SYNC	振荡器定时电阻输入，通过连接电阻到GND可编程开关频率，也可用于外部时钟同步。
4	SS	软启动电容输入，连接电容到GND可设置软启动时间。
5	FB	输出反馈连接，通过连接电阻分压器到 (V_{OUT}) 和GND来设置输出电压。
6	VOUT	内部控制电路的外部偏置输入，在特定输出电压范围内需进行相应的电容和电阻连接。
7	RESET	开漏RESET输出，用于监控输出电压。
8	MODE	PFM/PWM模式选择输入，连接到GND启用固定频率PWM操作，不连接则用于轻负载PFM操作。
9	GND	接地，需连接到电源接地平面。
10	LX	电感连接，连接到电感的开关侧。
—	EP	暴露焊盘（仅TDFN/TDFN - CU），连接到GND引脚。

详细工作原理

控制架构

采用内部补偿的峰值电流模式控制架构。在内部时钟上升沿，高端pMOSFET导通，内部误差放大器将反馈电压与固定内部参考电压比较生成误差电压，该误差电压与电流检测电压和斜率补偿电压之和通过PWM比较器比较来设置“导通时间”。在pMOSFET导通期间，电感电流上升；在开关周期的其余时间（关断时间），pMOSFET关断，低端nMOSFET导通，电感释放存储的能量，电感电流下降，为输出提供电流。

模式选择

• PWM模式：电感电流允许为负，在所有负载下提供固定开关频率，适用于对频率敏感的应用，但在轻负载时效率低于PFM模式。
• PFM模式：禁用负电感电流，在轻负载时跳过脉冲以提高效率。当输出达到标称电压的102%（典型值）时，高端和低端FET关断，器件进入休眠操作；当输出降至标称电压的101%（典型值）时，器件恢复工作。

使能输入与软启动

当EN/UVLO电压高于1.25V（典型值）时，器件启动软启动序列。若SS引脚未连接，使用固定的5.1ms内部软启动；若连接电容到GND，5μA电流源对电容充电，SS引脚电压作为内部误差放大器的参考，使输出电压从0单调上升到最终设定值。EN/UVLO还可用于调整输入欠压锁定电平，驱动EN/UVLO低电平可禁用功率MOSFET和其他内部电路，将输入静态电流降低到1.2μA以下。

开关频率与同步

开关频率可通过连接在RT/SYNC引脚到GND的电阻在100kHz至2.2MHz范围内编程，计算公式为 (R{T}=frac{42000}{f{SW}}) 。RT/SYNC引脚还可用于将器件的内部振荡器与外部系统时钟同步，但仅在PWM模式下允许，且RT电阻应设置开关频率比外部时钟频率低10%，外部时钟需在器件启用后至少500μs施加。

外部偏置与RESET输出

VOUT引脚用于从低压电源为内部模块供电，当VOUT引脚电压超过3.1V时，器件从该引脚汲取开关和静态电流以提高效率。RESET输出为开漏输出，用于监控输出电压，当输出电压高于标称设定值的95%时，RESET变为高阻抗；当输出电压低于设定标称输出电压的92%时，RESET拉低。

启动到预偏置输出

该器件支持单调启动到预偏置输出，启动时高端和低端开关均关断，直到PWM比较器发出第一个PWM脉冲才开始切换，输出电压随后平稳上升到目标值。

过流保护

• MAX17552：采用滞回逐周期峰值电流限制保护方案，当电感峰值电流超过0.21A（典型值）时，高端开关关断，低端开关导通，直到电感电流放电到0.15A（典型值）。
• MAX17552A/MAX17552B：采用HICCUP型过载保护方案，当电感峰值电流连续16次超过0.21A（典型值）时，器件进入HICCUP模式，先进行滞回逐周期峰值电流限制，持续时间为软启动时间的两倍，然后关断51ms的打嗝超时时间，直到输出短路或过载情况消除。

热过载保护

当结温超过 + 160°C时，片上热传感器关闭器件，关闭内部功率MOSFET，使器件冷却，结温下降20°C后器件重新开启。

应用信息

电感选择

选择低损耗、直流电阻尽可能低且尺寸合适的电感。根据公式 (L=frac{10000 × V{OUT}}{f{SW}}) 计算所需电感值，根据公式 (Delta I=frac{1000 × V{OUT} × (1 - frac{V{OUT}}{V{IN}})}{f{SW} × L}) 计算输出电感的峰 - 峰纹波电流。电感的饱和电流额定值必须超过最大电流限制值（ (I{PEAK - LIMIT}) ），计算公式为 (I{SAT}=0.15+frac{V{INMAX} × t{ON - MIN}}{L}) 。常见的电感核心材料有铁氧体和粉末铁，铁氧体核心适用于高效设计，粉末铁核心成本相对较低。

电容选择

• 输入电容：建议使用小型陶瓷输入电容，如最小1μF、X7R级、封装大于0805的电容，以降低从电源汲取的峰值电流，减少开关电路引起的输入噪声和电压纹波。
• 输出电容：建议使用小型陶瓷X7R级输出电容，其作用是在负载瞬态条件下存储足够能量以支持输出电压，并稳定器件的内部控制环路。根据不同的频率范围，所需的最小输出电容不同，如100 - 130kHz时为50μF等。
• 软启动电容：当SS引脚未连接时，器件提供5.1ms的内部软启动；当需要可调软启动时间时，可连接电容到GND，软启动时间 (t{SS}) 与电容 (C{SS}) 的关系为 (C{SS}=6.25 × t{SS}) ，且 (t{SS}>0.05 × C{OUT} × V_{OUT}) 。

电压设置与保护

• 输入欠压锁定电平设置：通过连接从IN到GND的电阻分压器到EN/UVLO引脚，可设置器件开启的电压，计算公式为 (R2=frac{R1 × 1.25}{(V_{INU}-1.25)}) 。
• 输出电压调整：通过连接从输出到FB到GND的电阻分压器设置输出电压，计算公式为 (R1=R2 × [frac{V_{OUT}}{0.8}-1]) 。
• 瞬态保护：在预期有快速线路瞬变或振荡（压摆率超过15V/µs）的应用中，应使用串联电阻与输入陶瓷电容形成低通滤波器来保护器件。

功率损耗与温度估算

功率损耗计算公式为 (P{LOSS}=(P{OUT} × (frac{1}{eta}-1))-(I{OUT}^{2} × R{DCR})) ，其中 (P{OUT}=V{OUT} × I{OUT}) 。器件的结温 (T{J}) 可根据公式 (T{J}=T{A}+(theta{JA} × P{LOSS})) 估算，结温超过 + 125°C会降低器件的使用寿命。

PCB布局指南

PCB布局对于实现干净稳定的操作至关重要。应将输入陶瓷电容尽可能靠近 (V_{IN}) 和GND引脚放置，最小化LX引脚和电感连接形成的面积以减少辐射EMI，确保所有反馈连接短而直接，将高速开关节点（LX）远离信号引脚。

典型应用电路

文档中给出了多种典型应用电路，如高效5V、3.3V、1.8V、12V等不同输出电压的100mA调节器电路，为工程师提供了实际设计参考。

总结

MAX17552/MAX17552A/MAX17552B同步降压DC - DC转换器以其高效、小巧、可靠等特点，在工业传感器、4mA - 20mA电流环供电传感器、高压LDO替代、电池供电设备、HVAC和建筑控制等众多领域具有广泛的应用前景。工程师们在设计电源电路时，可以充分利用其丰富的功能和特性，打造出更加优秀的产品。大家在实际应用中是否遇到过类似产品的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。