高效电源管理解决方案：MAX42403评估套件的应用探索
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。
图7：纹波帽
设置输入电压为5V，评估板空载，运行在FPWM模式，使用示波器探针测量评估板Vout和GND3两点。因测量设备局限性，仅可进行基本测量，测试结果仅供参考。
图8：纹波测试波形
总 结
综上所述，ADI的这款MAX42403小型开关降压稳压芯片承载着ADI公司的创新技术和专业知识，其独特设计和功能为电子设备提供了高效、可靠的电源管理解决方案。该产品不仅为当前的市场需求提供了切实可行的解决方案，还为未来技术创新打下了坚实基础，为市场的发展注入了新动力。
评估套件MAX42403EVKIT的测试数据展示了其在实际应用中的卓越表现，尤其是其对电压稳定性和转换效率的可靠性验证。这种详尽的性能验证使得硬件工程师能够准确评估并优化电源管理系统，以满足现代电子设备越来越高的性能和稳定性要求。
