高效電源管理解決方案：MAX42403評估套件的應(yīng)用探索

隨著科技的高速發(fā)展和人們對高效能電子設(shè)備需求的提升，電源設(shè)計在現(xiàn)代電子設(shè)計中扮演著越來越重要的角色?，F(xiàn)代電子設(shè)備要求電源部分不僅要提供穩(wěn)定的電壓和電流，還要在能效、熱管理和電磁兼容性（EMC）等方面表現(xiàn)優(yōu)異。高效的電源設(shè)計能夠顯著提升系統(tǒng)性能和可靠性、降低能耗、減少發(fā)熱、延長設(shè)備使用壽命，同時滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保和節(jié)能要求。一套出色的電源設(shè)計方案不僅需要硬件工程師們的精心設(shè)計，還需要可靠的硬件支持。

電源芯片的重要性

電源芯片是現(xiàn)代電子設(shè)備的核心組件之一，負(fù)責(zé)將輸入電源轉(zhuǎn)換為設(shè)備所需的穩(wěn)定電壓和電流。傳統(tǒng)的電源管理系統(tǒng)通常需要一組復(fù)雜的轉(zhuǎn)換模塊、調(diào)節(jié)器和濾波器來處理輸入電壓的波動，并為各類電子元件提供可靠的電力支持。這些系統(tǒng)往往需要成本高昂且繁瑣的手動配置，包括復(fù)雜的電路設(shè)計和精細(xì)的調(diào)校，才能確保設(shè)備在各種工作條件下的穩(wěn)定運行。電源芯片通過集成多種電源管理功能，不僅簡化了設(shè)計，還顯著提高了能效和可靠性，使其成為各類電子設(shè)備中不可或缺的關(guān)鍵組件。

ADI推出的小型開關(guān)降壓穩(wěn)壓芯片MAX42403在極大地縮減電源芯片體積的同時，還支持寬電壓輸出與大電流輸出，并降低開關(guān)噪聲，為硬件工程師們設(shè)計電源方案提供了方便。

圖1：MAX42403芯片

市場應(yīng)用

傳感器在各種應(yīng)用中的需求不斷增長，小型高效率的電源轉(zhuǎn)換芯片在這一領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。例如在工業(yè)自動化領(lǐng)域，因其電源波動和噪聲問題要求傳感器需要可靠的電源供應(yīng)， MAX42403可以為傳感器提供恒壓，低紋波的供電，確保傳感器在惡劣環(huán)境下仍能準(zhǔn)確工作。

圖2：工業(yè)傳感器

再如廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、智能農(nóng)業(yè)和智能城市中的小型物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備，這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常分布在廣闊的區(qū)域內(nèi)，依靠電池供電，因其需要長期穩(wěn)定工作，出于維護成本和時間考量，無法頻繁更換電池。例如居民家中的智能煙霧報警器，后續(xù)更換電池時需要挨家挨戶聯(lián)系更換，耗費時間較長，成本自然也會增加。MAX42403體積小巧，可以輕易塞入煙霧報警器或其他對體積要求更高的設(shè)備中，最關(guān)鍵的是MAX42403可在低負(fù)載情況下開啟Skip模式，可以幫助實現(xiàn)更高的能源轉(zhuǎn)換效率，將電池電壓轉(zhuǎn)換為其他電子元件所需的電壓，最大化電池使用壽命，使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能在更長時間內(nèi)穩(wěn)定工作。

日前，中電網(wǎng)資深工程師，從全球排名前列的電子元器件授權(quán)代理商WT文曄科技，借到了ADI MAX42403評估套件，進行了親自測試體驗。WT文曄科技收購了ADI的老牌代理商世健，其龐大的專業(yè)團隊加上原世健在ADI產(chǎn)品線上的深厚技術(shù)經(jīng)驗, 相信能給廣大客戶帶來更好的支持與服務(wù)。接下來，就一同來驗證MAX42403在實際應(yīng)用中的性能和優(yōu)勢。

了解ADI MAX42403

MAX42403芯片體積小巧，采用3mmX3mm的FC2QFN封裝，支持4.5V-36V的寬輸入電壓范圍，開關(guān)頻率最大1.5Mhz，可編程輸出電壓范圍：0.8V-12V，可提供高達3.5A的電流,可在強制PWM和跳躍工作模式中切換，具有過溫、過壓和短路保護，并且可以通過運行在99%占空比下工作在低壓差模式，使其非常適合工業(yè)應(yīng)用。

圖3：MAX42402/MAX42403簡化框圖MAX42403芯片的測試將在ADI評估套件MAX42403EVKIT上進行。

圖4：MAX42403EVKIT

該評估套件只需要進行少量元器件更改，就可用于評估MAX42402/MX42403的所有型號。評估套件上有著4個跳線位，方便測試人員切換功能，跳線功能如下表所示：

當(dāng)啟用Skip模式時，MAX42403在輕負(fù)載條件下以Skip模式運行，該模式在輕負(fù)載條件下效率更高，在較大負(fù)載下以PWM模式運行。當(dāng)啟用強制PWM模式后，在所有負(fù)載條件下，設(shè)備都會以PWM模式運行。評估板引出了SYNC引腳，可以連接到外部時鐘，實現(xiàn)強制頻率操作。評估板提供電源輸出監(jiān)控點PGOOD，可以通過跳線啟用。當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定時，PGOOD為高阻抗，而當(dāng)輸出電壓低于其標(biāo)稱穩(wěn)定電壓的7%或超過4%時，PGOOD為低阻抗。當(dāng)啟用擴頻功能時，有±6%的頻率調(diào)制，調(diào)制信號是三角波，可有效降低EMI。如果SYNC引腳連接到了外部時鐘，與外部時鐘同步，則擴頻功能會被禁用。

測試方案

本次測試使用MAX42403EVKIT評估板，1.5Mhz固定頻率，強制PWM模式，在3.3V輸出條件下，分別測試5V,12V,24V電壓輸入下，0A 、0.5A、1A、2A、3A共5種負(fù)載情況下的輸出情況，記錄實際輸入電流和輸出電壓，計算輸入輸出實際功率以及實際轉(zhuǎn)換效率。測試設(shè)備與連接設(shè)置如下圖所示：

圖5：測試連接圖

由于測試設(shè)備、測試手段等的局限，測試結(jié)果難免與實際產(chǎn)生誤差，所以測試結(jié)果不代表芯片的實際極限性能，僅供參考。測試數(shù)據(jù)如下表所示：

從測試結(jié)果來看，在一般正常使用下，強制PWM模式的MAX42403的轉(zhuǎn)換效率是比較理想的，符合數(shù)據(jù)手冊中的說明，如圖6所示：

圖6：MAX42403轉(zhuǎn)換效率MAX42403在低負(fù)載條件下，以Skip模式運行的效率要比強制PWM模式高很多，針對這一點也進行了測試，分別在Skip模式下和強制PWM模式下，通入12V，測試0.05A、0.1A、0.3A共三種負(fù)載情況下的輸出情況，如下面測試對比表所示：

測試結(jié)果表明，在低負(fù)載情況下（1A以下），Skip模式的轉(zhuǎn)換效率要遠(yuǎn)高于強制PWM模式，這對于節(jié)能和提高性能都是非常有益的。對于依賴電池供電的移動設(shè)備而言，它能夠顯著延長電池壽命，其次在需要長時間運行但功耗較低的設(shè)備中，比如傳感器，采用這種模式可以大幅減少能源消耗，延長設(shè)備的工作時間。此外，對于需要保持低溫或需要緊湊設(shè)計的產(chǎn)品，使用這種高效模式還可以減少發(fā)熱和體積。

對于MAX42403EVKIT評估板的紋波表現(xiàn)也做了相應(yīng)的測試。需要注意的是示波器探針接地應(yīng)采用紋波帽，如圖7所示，保證測量路徑最短，減小回路面積，減小引入的噪聲。示波器應(yīng)將帶寬限制在20MHz，避免示波器的高頻噪聲影響紋波測量；耦合方式設(shè)置為交流耦合，更方便測量。

圖7：紋波帽

設(shè)置輸入電壓為5V，評估板空載，運行在FPWM模式，使用示波器探針測量評估板Vout和GND3兩點。因測量設(shè)備局限性，僅可進行基本測量，測試結(jié)果僅供參考。

圖8：紋波測試波形

總 結(jié)

綜上所述，ADI的這款MAX42403小型開關(guān)降壓穩(wěn)壓芯片承載著ADI公司的創(chuàng)新技術(shù)和專業(yè)知識，其獨特設(shè)計和功能為電子設(shè)備提供了高效、可靠的電源管理解決方案。該產(chǎn)品不僅為當(dāng)前的市場需求提供了切實可行的解決方案，還為未來技術(shù)創(chuàng)新打下了堅實基礎(chǔ)，為市場的發(fā)展注入了新動力。

評估套件MAX42403EVKIT的測試數(shù)據(jù)展示了其在實際應(yīng)用中的卓越表現(xiàn)，尤其是其對電壓穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率的可靠性驗證。這種詳盡的性能驗證使得硬件工程師能夠準(zhǔn)確評估并優(yōu)化電源管理系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)代電子設(shè)備越來越高的性能和穩(wěn)定性要求。