MAX1760/MAX1760H：高效低噪升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器的深度解析

在電池供電的無(wú)線應(yīng)用領(lǐng)域，電源管理芯片的性能直接影響著設(shè)備的續(xù)航能力、穩(wěn)定性和整體性能。MAX1760/MAX1760H這款0.8A、低噪聲、1MHz的升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，憑借其出色的性能和豐富的功能，成為了眾多便攜式設(shè)備設(shè)計(jì)的理想選擇。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1760/MAX1760H是專為電池供電的無(wú)線應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高效、低噪聲升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器。它結(jié)合了低靜態(tài)電源電流（100μA）和1MHz的高工作頻率，外部組件小，采用10引腳TDFN和μMAX?封裝，非常適合小型手持應(yīng)用。其中，MAX1760由邏輯低電平的ON信號(hào)激活，而MAX1760H則由邏輯高電平的ON輸入激活。

二、關(guān)鍵特性

2.1 高效轉(zhuǎn)換

該轉(zhuǎn)換器最高效率可達(dá)94%，能夠有效減少能量損耗，延長(zhǎng)電池使用壽命。其輸入電壓范圍為0.7V至5.5V，可適應(yīng)多種電池供電場(chǎng)景，如1至3節(jié)堿性或NiCd/NiMH電池，或單節(jié)鋰離子（Li +）電池。輸出電流最大可達(dá)800mA，輸出電壓可固定為3.3V，也可在2.5V至5.5V之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.2 低噪聲與恒頻操作

采用PWM同步整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了低噪聲、恒頻（1MHz）操作。這種設(shè)計(jì)不僅有效降低了電磁干擾（EMI），還能確保在各種負(fù)載條件下都能保持穩(wěn)定的輸出。此外，它還支持強(qiáng)制PWM模式，適用于對(duì)頻率穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用。而且，其開(kāi)關(guān)頻率可同步至外部時(shí)鐘，有助于保護(hù)通信設(shè)備中的敏感頻段。

2.3 靈活控制與優(yōu)化

具備可調(diào)節(jié)的電流限制和軟啟動(dòng)功能，允許工程師根據(jù)具體應(yīng)用需求優(yōu)化效率、外部組件尺寸和輸出電壓紋波。在關(guān)機(jī)模式下，電流僅為0.1μA，進(jìn)一步降低了功耗。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX1760/MAX1760H廣泛應(yīng)用于多種便攜式設(shè)備，如數(shù)字無(wú)繩電話、無(wú)線手持設(shè)備、掌上電腦、PCS電話、手持儀器和個(gè)人通信器等。這些設(shè)備通常對(duì)電源的效率、體積和噪聲有較高要求，而MAX1760/MAX1760H正好滿足了這些需求。

四、詳細(xì)工作原理

4.1 升壓轉(zhuǎn)換過(guò)程

在DC - DC轉(zhuǎn)換器工作期間，內(nèi)部N溝道MOSFET開(kāi)關(guān)在每個(gè)周期的前半部分導(dǎo)通，使電流在電感中上升并在磁場(chǎng)中存儲(chǔ)能量。后半部分，MOSFET關(guān)斷，電感電流通過(guò)同步整流器流向輸出濾波電容和負(fù)載。隨著電感中存儲(chǔ)的能量耗盡，電流下降，同步整流器關(guān)斷。

4.2 工作模式選擇

• 正常模式：當(dāng)CLK/SEL引腳拉低時(shí)，設(shè)備在驅(qū)動(dòng)中重負(fù)載時(shí)以PWM模式工作，輕負(fù)載時(shí)自動(dòng)切換到PFM模式，以提高效率。
• 強(qiáng)制PWM模式：CLK/SEL引腳為高電平時(shí)，設(shè)備以恒定頻率（1MHz）的低噪聲PWM模式工作，通過(guò)調(diào)制MOSFET開(kāi)關(guān)脈沖寬度來(lái)控制每周期傳輸?shù)墓β?，以調(diào)節(jié)輸出電壓。
• 同步PWM模式：通過(guò)向CLK/SEL引腳施加500kHz至1.2MHz的外部時(shí)鐘信號(hào)，可將MAX1760同步到該外部頻率，有效減少無(wú)線應(yīng)用中的干擾。

  4.3 同步整流器

  內(nèi)部P溝道同步整流器的使用，相比類似的非同步升壓調(diào)節(jié)器，效率提高了5%。在PWM模式下，同步整流器在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期的后半部分導(dǎo)通；在低功耗模式下，當(dāng)LX引腳的電壓超過(guò)升壓調(diào)節(jié)器輸出時(shí)，內(nèi)部比較器會(huì)導(dǎo)通同步整流器，當(dāng)電感電流降至60mA以下時(shí)關(guān)斷。當(dāng)輸出電壓大于4V時(shí)，需并聯(lián)一個(gè)外部0.5A肖特基二極管。

  4.4 低壓?jiǎn)?dòng)振蕩器

  采用CMOS低壓?jiǎn)?dòng)振蕩器，保證最低啟動(dòng)輸入電壓為1.1V。啟動(dòng)時(shí)，低壓振蕩器切換N溝道MOSFET，直到輸出電壓達(dá)到2.15V，之后正常的升壓轉(zhuǎn)換器反饋和控制電路接管。一旦設(shè)備進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，輸入電壓可低至0.7V。

  4.5 關(guān)機(jī)模式

  MAX1760具有關(guān)機(jī)模式，可將靜態(tài)電流降至0.1μA。關(guān)機(jī)時(shí)（MAX1760的ON為高電平，MAX1760H的ON為低電平），參考電壓和所有反饋及控制電路均關(guān)閉，輸出電壓比輸入電壓低一個(gè)二極管壓降。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 輸出電壓設(shè)置

通過(guò)電阻分壓器連接到FB引腳來(lái)設(shè)置輸出電壓。對(duì)于固定3.3V輸出，將FB引腳接地；對(duì)于2.5V至5.5V的可調(diào)輸出，連接一個(gè)從OUT到GND的電阻分壓器。計(jì)算公式為 (R1 = R2(frac{V{OUT}}{V{FB}} - 1))，其中 (V_{FB}) 為1.24V。

5.2 開(kāi)關(guān)電流限制和軟啟動(dòng)

ISET引腳用于調(diào)節(jié)電感電流限制和實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。當(dāng)ISET連接到REF時(shí)，電感電流限制為1.25A；通過(guò)連接一個(gè)從REF到GND的電阻分壓器，可根據(jù)公式 (ILIM = 1.25A(frac{V{ISET}}{1.25V})) 降低電流限制。在ISET和REF之間連接一個(gè)電阻，在ISET和GND之間連接一個(gè)電容，可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，軟啟動(dòng)時(shí)間常數(shù)為 (t{SS} = R{SS}C{SS})，其中 (R_{SS} ≥ 470kΩ)。

5.3 組件選擇

• 電感：由于其高開(kāi)關(guān)頻率，可使用小型3.3μH表面貼裝電感。電感的飽和電流額定值應(yīng)超過(guò)N溝道開(kāi)關(guān)電流限制，也可允許電感電流飽和20%以換取一定的效率降低。為提高效率，應(yīng)選擇具有高頻鐵氧體磁芯材料的電感。
• 外部二極管：當(dāng)輸出電壓大于4V時(shí)，需從LX到POUT并聯(lián)一個(gè)外部0.5A肖特基二極管。對(duì)于啟動(dòng)輸入電壓低于1.8V的應(yīng)用，也建議使用該二極管。
• 輸入和輸出濾波電容：輸入濾波電容應(yīng)選擇工作電壓額定值高于最大輸入電壓的電容，以減少輸入源的峰值電流和開(kāi)關(guān)噪聲；輸出濾波電容應(yīng)選擇工作電壓額定值高于輸出電壓的低ESR電容，以減少輸出紋波電壓并提供負(fù)載所需的瞬態(tài)峰值電流。

  5.4 PCB布局

  由于高開(kāi)關(guān)頻率和大峰值電流，PCB布局至關(guān)重要。功率組件應(yīng)盡可能靠近放置，走線應(yīng)短、直且寬。電壓反饋網(wǎng)絡(luò)應(yīng)靠近IC，遠(yuǎn)離嘈雜的走線，并使用接地銅進(jìn)行屏蔽。

六、總結(jié)

MAX1760/MAX1760H升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器以其高效、低噪聲和靈活的控制特性，為電池供電的無(wú)線應(yīng)用提供了出色的電源解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理選擇組件和優(yōu)化PCB布局是確保其性能的關(guān)鍵。對(duì)于電子工程師來(lái)說(shuō)，深入了解該轉(zhuǎn)換器的工作原理和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，將有助于設(shè)計(jì)出更高效、穩(wěn)定的便攜式設(shè)備。你在使用類似的DC - DC轉(zhuǎn)換器時(shí)，遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。