MAX756/MAX757：高效的3.3V/5V/可調(diào)輸出升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器

一、引言

在電子設(shè)備的電源設(shè)計(jì)中，升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器是常見的關(guān)鍵元件，特別是在小尺寸、低輸入電壓或電池供電的系統(tǒng)中。Maxim Integrated推出的MAX756/MAX757系列升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，以其高效、小巧等特點(diǎn)，為工程師提供了優(yōu)秀的電源解決方案。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 基本特性

MAX756/MAX757是CMOS升壓DC - DC開關(guān)穩(wěn)壓器，適用于小型、低輸入電壓或電池供電系統(tǒng)。MAX756可接受低至0.7V的正輸入電壓，并將其轉(zhuǎn)換為3.3V或5V的引腳可選輸出電壓；MAX757是可調(diào)版本，能接受低至0.7V的輸入電壓，產(chǎn)生2.7V至5.5V的可調(diào)輸出電壓。典型滿載效率大于87%。

2.2 改進(jìn)之處

與以往的設(shè)備相比，MAX756/MAX757有三個(gè)顯著改進(jìn)：

• 尺寸減小：MOSFET功率晶體管實(shí)現(xiàn)的高開關(guān)頻率（高達(dá)0.5MHz）允許使用微?。ㄖ睆?5mm）的表面貼裝磁性元件。
• 效率提高：效率提升至87%，比采用雙極技術(shù)制造的低壓穩(wěn)壓器高10%。
• 電源電流降低：通過(guò)CMOS結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的恒定關(guān)斷時(shí)間脈沖頻率調(diào)制控制方案，電源電流降至60μA。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX756/MAX757的應(yīng)用十分廣泛，包括但不限于以下領(lǐng)域：

• 3.3V到5V升壓轉(zhuǎn)換：如掌上電腦、便攜式數(shù)據(jù)采集設(shè)備、個(gè)人數(shù)據(jù)通信器/計(jì)算機(jī)等。
• 醫(yī)療儀器：例如葡萄糖測(cè)量?jī)x等。
• 電池供電設(shè)備：適用于2節(jié)和3節(jié)電池供電的設(shè)備。

四、技術(shù)參數(shù)

4.1 絕對(duì)最大額定值

4.2 電氣特性

五、工作原理

5.1 脈沖頻率調(diào)制控制方案

MAX756/MAX757采用獨(dú)特的最小關(guān)斷時(shí)間、電流限制的脈沖頻率調(diào)制（PFM）控制方案。該方案結(jié)合了脈沖寬度調(diào)制（PWM）（高輸出功率和效率）和傳統(tǒng)PFM脈沖跳躍器（超低靜態(tài)電流）的優(yōu)點(diǎn)。沒有振蕩器，在重負(fù)載時(shí)，通過(guò)開關(guān)中的恒定峰值電流限制實(shí)現(xiàn)開關(guān)，使電感電流在峰值限制和較小值之間自振蕩；在輕負(fù)載時(shí)，開關(guān)頻率由一對(duì)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制，設(shè)置最小關(guān)斷時(shí)間（1μs）和最大導(dǎo)通時(shí)間（4μs），開關(guān)頻率取決于負(fù)載和輸入電壓，最高可達(dá)500kHz。

5.2 電壓參考

精密電壓參考適用于驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它保證有250μA的源電流和20μA的吸收電流能力，即使在關(guān)機(jī)模式下也保持激活狀態(tài)。如果參考驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，需用0.22μF電容旁路到地；如果無(wú)外部負(fù)載，至少用0.1μF電容旁路。

5.3 控制邏輯輸入

控制輸入（3/5、SHDN）是高阻抗MOS門，通過(guò)正常反向偏置的鉗位二極管防止ESD損壞。如果這些輸入由超過(guò)主電源電壓的信號(hào)源驅(qū)動(dòng)，建議用1MΩ的串聯(lián)電阻限制二極管電流。邏輯輸入閾值電平在3.3V和5V模式下相同（約1V），且控制輸入不能浮空。

六、設(shè)計(jì)步驟

6.1 輸出電壓選擇

• MAX756：輸出電壓可通過(guò)邏輯控制選擇3.3V或5V，也可將 (3/5) 引腳連接到GND或OUT固定輸出模式。效率取決于電池和負(fù)載，在2mA至200mA負(fù)載范圍內(nèi)通常優(yōu)于80%。設(shè)備內(nèi)部采用自舉方式，電源來(lái)自輸出電壓。當(dāng)輸出設(shè)置為5V而非3.3V時(shí)，較高的內(nèi)部電源電壓會(huì)降低開關(guān)晶體管的導(dǎo)通電阻，略微增加輸出功率。自舉允許系統(tǒng)啟動(dòng)后電池電壓降至1V以下，但輸出電壓不得超過(guò)7V。
• MAX757：輸出電壓由兩個(gè)電阻R1和R2設(shè)置，它們?cè)谳敵龊虵B引腳之間形成分壓器。輸出電壓公式為 (V{OUT }=left(V{REF }right)[(R 2+R 1) / R 2])，其中 (V{REF}=1.25V)。為簡(jiǎn)化電阻選擇，可使用 (R1=(R 2)left[left(V{OUT } / V_{REF }right)-1right])。由于FB引腳的輸入偏置電流最大值為100nA，R1和R2可使用10kΩ至200kΩ的大阻值電阻，且不會(huì)顯著降低精度。

6.2 低電池檢測(cè)

MAX756/MAX757包含片上低電池檢測(cè)電路。如果LBI引腳的電壓低于穩(wěn)壓器的內(nèi)部參考電壓（1.25V），LBO（開漏輸出）將電流吸收到地。低電池監(jiān)測(cè)器的閾值由兩個(gè)電阻R3和R4設(shè)置，它們?cè)谳斎腚妷汉蚅BI引腳之間形成分壓器，閾值電壓公式為 (R 3=left[left(V{IN} / V{REF}right)-1right] (R 4))。由于LBI電流小于100nA，R3和R4可使用10kΩ至200kΩ的大阻值電阻，以最小化對(duì)輸入電源的負(fù)載。

6.3 電感選擇

電感的飽和（增量）電流額定值應(yīng)等于或大于峰值開關(guān)電流限制（最壞情況下為1.2A），一般允許電感飽和20%，但會(huì)降低效率。典型應(yīng)用電路中的22μH電感適用于大多數(shù)MAX756/MAX757應(yīng)用。較高的輸入電壓會(huì)增加每個(gè)周期傳輸?shù)哪芰?，可通過(guò)減小電感值（建議10μH）來(lái)減少因能量傳輸增加而產(chǎn)生的多余紋波。電感的直流電阻會(huì)顯著影響效率，為獲得最高效率，L1的直流電阻應(yīng)限制在0.03Ω或更小。

6.4 電容選擇

一個(gè)100μF、10V的表面貼裝（SMT）鉭電容在200mA電流下從2V升壓到5V時(shí)，通?？商峁?0mV的輸出紋波。對(duì)于輕負(fù)載或能容忍較高輸出紋波的應(yīng)用，可使用低至10μF的較小電容。旁路和濾波電容的ESR會(huì)影響效率，使用專門的低ESR電容或并聯(lián)兩個(gè)或更多濾波電容可獲得最佳性能。

6.5 整流二極管

為獲得最佳性能，建議使用開關(guān)肖特基二極管，如1N5817。對(duì)于低輸出功率應(yīng)用，如1N4148的pn結(jié)開關(guān)二極管也可使用，但由于pn結(jié)二極管的正向電壓降較大，效率會(huì)受到影響。

6.6 PCB布局和接地

由于MAX756/MAX757的高峰值電流和高頻操作，PCB布局對(duì)于最小化接地反彈和噪聲非常重要。MAX756/MAX757的GND引腳與圖1中C1和C2的接地引腳之間的距離必須保持在0.2"（5mm）以內(nèi)。所有連接到FB和LX引腳的線路也應(yīng)盡可能短。為獲得最大輸出功率、效率和最小輸出紋波電壓，應(yīng)使用接地平面，并將MAX756/MAX757的GND（引腳7）直接焊接到接地平面。

七、總結(jié)

MAX756/MAX757升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器憑借其高效、小巧、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，為小尺寸、低輸入電壓或電池供電系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)提供了可靠的解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇輸出電壓、電感、電容、整流二極管等元件，并注意PCB布局和接地，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似電源轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。