【答题赢好礼】高效电源管理解决方案：MAX42403评估套件的应用探索

Excelpoint世健 2024-10-29 09:00

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随着科技的高速发展和人们对高效能电子设备需求的提升，电源设计在现代电子设计中扮演着越来越重要的角色。现代电子设备要求电源部分不仅要提供稳定的电压和电流，还要在能效、热管理和电磁兼容性（EMC）等方面表现优异。高效的电源设计能够显著提升系统性能和可靠性、降低能耗、减少发热、延长设备使用寿命，同时满足日益严格的环保和节能要求。一套出色的电源设计方案不仅需要硬件工程师们的精心设计，还需要可靠的硬件支持。

电源芯片的重要性

电源芯片是现代电子设备的核心组件之一，负责将输入电源转换为设备所需的稳定电压和电流。传统的电源管理系统通常需要一组复杂的转换模块、调节器和滤波器来处理输入电压的波动，并为各类电子元件提供可靠的电力支持。这些系统往往需要成本高昂且繁琐的手动配置，包括复杂的电路设计和精细的调校，才能确保设备在各种工作条件下的稳定运行。电源芯片通过集成多种电源管理功能，不仅简化了设计，还显著提高了能效和可靠性，使其成为各类电子设备中不可或缺的关键组件。

ADI推出的小型开关降压稳压芯片MAX42403在极大地缩减电源芯片体积的同时，还支持宽电压输出与大电流输出，并降低开关噪声，为硬件工程师们设计电源方案提供了方便。

图1：MAX42403芯片

市场应用

传感器在各种应用中的需求不断增长，小型高效率的电源转换芯片在这一领域具有重要的应用前景。例如在工业自动化领域，因其电源波动和噪声问题要求传感器需要可靠的电源供应， MAX42403可以为传感器提供恒压，低纹波的供电，确保传感器在恶劣环境下仍能准确工作。

图2：工业传感器

再如广泛应用于环境监测、智能农业和智能城市中的小型物联网监测设备，这些物联网设备通常分布在广阔的区域内，依靠电池供电，因其需要长期稳定工作，出于维护成本和时间考量，无法频繁更换电池。例如居民家中的智能烟雾报警器，后续更换电池时需要挨家挨户联系更换，耗费时间较长，成本自然也会增加。MAX42403体积小巧，可以轻易塞入烟雾报警器或其他对体积要求更高的设备中，最关键的是MAX42403可在低负载情况下开启Skip模式，可以帮助实现更高的能源转换效率，将电池电压转换为其他电子元件所需的电压，最大化电池使用寿命，使物联网设备能在更长时间内稳定工作。

日前，中电网资深工程师，从全球排名前列的电子元器件授权代理商WT文晔科技，借到了ADI MAX42403评估套件，进行了亲自测试体验。WT文晔科技收购了ADI的老牌代理商世健，其庞大的专业团队加上原世健在ADI产品线上的深厚技术经验, 相信能给广大客户带来更好的支持与服务。接下来，就一同来验证MAX42403在实际应用中的性能和优势。

了解ADI MAX42403

MAX42403芯片体积小巧，采用3mmX3mm的FC2QFN封装，支持4.5V-36V的宽输入电压范围，开关频率最大1.5Mhz，可编程输出电压范围：0.8V-12V，可提供高达3.5A的电流,可在强制PWM和跳跃工作模式中切换，具有过温、过压和短路保护，并且可以通过运行在99%占空比下工作在低压差模式，使其非常适合工业应用。

图3：MAX42402/MAX42403简化框图

MAX42403芯片的测试将在ADI评估套件MAX42403EVKIT上进行。

图4：MAX42403EVKIT

该评估套件只需要进行少量元器件更改，就可用于评估MAX42402/MX42403的所有型号。评估套件上有着4个跳线位，方便测试人员切换功能，跳线功能如下表所示：

当启用Skip模式时，MAX42403在轻负载条件下以Skip模式运行，该模式在轻负载条件下效率更高，在较大负载下以PWM模式运行。当启用强制PWM模式后，在所有负载条件下，设备都会以PWM模式运行。评估板引出了SYNC引脚，可以连接到外部时钟，实现强制频率操作。评估板提供电源输出监控点PGOOD，可以通过跳线启用。当输出电压稳定时，PGOOD为高阻抗，而当输出电压低于其标称稳定电压的7%或超过4%时，PGOOD为低阻抗。当启用扩频功能时，有±6%的频率调制，调制信号是三角波，可有效降低EMI。如果SYNC引脚连接到了外部时钟，与外部时钟同步，则扩频功能会被禁用。

测试方案

本次测试使用MAX42403EVKIT评估板，1.5Mhz固定频率，强制PWM模式，在3.3V输出条件下，分别测试5V,12V,24V电压输入下，0A 、0.5A、1A、2A、3A共5种负载情况下的输出情况，记录实际输入电流和输出电压，计算输入输出实际功率以及实际转换效率。测试设备与连接设置如下图所示：

图5：测试连接图

由于测试设备、测试手段等的局限，测试结果难免与实际产生误差，所以测试结果不代表芯片的实际极限性能，仅供参考。测试数据如下表所示：

从测试结果来看，在一般正常使用下，强制PWM模式的MAX42403的转换效率是比较理想的，符合数据手册中的说明，如图6所示：

图6：MAX42403转换效率

MAX42403在低负载条件下，以Skip模式运行的效率要比强制PWM模式高很多，针对这一点也进行了测试，分别在Skip模式下和强制PWM模式下，通入12V，测试0.05A、0.1A、0.3A共三种负载情况下的输出情况，如下面测试对比表所示：

测试结果表明，在低负载情况下（1A以下），Skip模式的转换效率要远高于强制PWM模式，这对于节能和提高性能都是非常有益的。对于依赖电池供电的移动设备而言，它能够显著延长电池寿命，其次在需要长时间运行但功耗较低的设备中，比如传感器，采用这种模式可以大幅减少能源消耗，延长设备的工作时间。此外，对于需要保持低温或需要紧凑设计的产品，使用这种高效模式还可以减少发热和体积。

对于MAX42403EVKIT评估板的纹波表现也做了相应的测试。需要注意的是示波器探针接地应采用纹波帽，如图7所示，保证测量路径最短，减小回路面积，减小引入的噪声。示波器应将带宽限制在20MHz，避免示波器的高频噪声影响纹波测量；耦合方式设置为交流耦合，更方便测量。