MAX639/MAX640/MAX653高效降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器：技術(shù)解析與設(shè)計(jì)指南

在現(xiàn)代電子設(shè)備中，電源管理芯片扮演著至關(guān)重要的角色，直接影響到設(shè)備的性能、效率和穩(wěn)定性。今天我們要深入探討的是MAXIM公司推出的MAX639/MAX640/MAX653系列，這是一款5V/3.3V/3V/可調(diào)輸出的高效、低靜態(tài)電流（低 (I_{Q}) ）降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX639/MAX640/MAX653采用電流限制脈沖頻率調(diào)制（PFM）控制方案，在寬負(fù)載電流范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)高效率，最大可提供225mA的輸出電流。它不僅具備脈寬調(diào)制（PWM）轉(zhuǎn)換器在重載下的高效率優(yōu)點(diǎn)，而且僅需10μA的電源電流，遠(yuǎn)低于PWM轉(zhuǎn)換器的2mA - 10mA。其輸入電壓范圍為4V - 11.5V，可提供5V、3.3V、3V的預(yù)設(shè)輸出電壓，也可由用戶將輸出電壓調(diào)整為1.3V至輸入電壓之間的任意值。內(nèi)部集成的1A功率MOSFET開(kāi)關(guān)，使其非常適合對(duì)元件數(shù)量要求較低的中低功率應(yīng)用。如果需要更高的輸出驅(qū)動(dòng)能力，可以選擇MAX649/MAX651/MAX652降壓控制器，它們能驅(qū)動(dòng)外部P溝道FET，最大輸出功率可達(dá)5W。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 電池電壓轉(zhuǎn)換

可將9V電池轉(zhuǎn)換為5V、3.3V或3V，適用于各種電池供電的設(shè)備，如便攜式儀器和手持終端等。

2. 替代高效線性穩(wěn)壓器

在需要高效電源轉(zhuǎn)換的場(chǎng)景中，可替代傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器，提高能源利用效率。

3. 電壓轉(zhuǎn)換

實(shí)現(xiàn)5V到3.3V的電壓轉(zhuǎn)換，滿足不同電子元件對(duì)電壓的需求。

三、產(chǎn)品特性

1. 寬負(fù)載電流范圍的高效率

在不同負(fù)載電流下都能保持較高的效率，有效降低功耗。

2. 低靜態(tài)電流

僅需10μA的靜態(tài)電流，有助于延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。

3. 大輸出電流

最大輸出電流可達(dá)225mA，能滿足大多數(shù)中低功率設(shè)備的需求。

4. 預(yù)設(shè)或可調(diào)輸出電壓

提供5V（MAX639）、3.3V（MAX640）、3.0V（MAX653）的預(yù)設(shè)輸出電壓，也可通過(guò)外部電壓分壓器進(jìn)行調(diào)整。

5. 低電池檢測(cè)比較器

可檢測(cè)電池電壓，當(dāng)電池電壓低于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)LBO引腳輸出信號(hào)。

6. 電流限制PFM控制方案

結(jié)合了PWM轉(zhuǎn)換器的高效率和低靜態(tài)電流的優(yōu)點(diǎn)。

四、電氣特性

1. 電源電壓和電流

輸入電壓范圍為4.0V - 11.5V，在不同工作條件下，電源電流有所不同。例如，在SHDN = V+且無(wú)負(fù)載時(shí)，電源電流為10 - 20μA。

2. 輸出電壓

不同型號(hào)的輸出電壓有所差異，如MAX639的輸出電壓為4.80 - 5.20V，MAX640為3.17 - 3.43V，MAX653為2.88 - 3.12V。

3. 效率

在不同負(fù)載電流和電感值下，效率也有所不同。一般來(lái)說(shuō)，在輕負(fù)載時(shí)效率較高，隨著負(fù)載電流的增加，效率會(huì)有所下降。

4. 開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間

開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間與輸入電壓和輸出電壓有關(guān)，具體數(shù)值可參考文檔中的表格。

五、典型工作特性

1. 效率與輸出電流的關(guān)系

在不同輸入電壓和電感值下，效率隨輸出電流的變化而變化。一般來(lái)說(shuō)，在輕負(fù)載時(shí)效率較高，隨著輸出電流的增加，效率會(huì)有所下降。

2. 效率與輸入電壓的關(guān)系

在不同輸出電流和電感值下，效率隨輸入電壓的變化而變化。通常，在一定范圍內(nèi)，輸入電壓越高，效率越高。

3. 輸出電壓紋波與輸入電壓的關(guān)系

輸出電壓紋波與輸入電壓、負(fù)載電流和電感值有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，輸入電壓越高，輸出電壓紋波越小。

4. 啟動(dòng)時(shí)間與輸出電流的關(guān)系

啟動(dòng)時(shí)間與電感值、輸入電壓和負(fù)載電流有關(guān)。電感值越大，啟動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)；輸入電壓越高，啟動(dòng)時(shí)間越短。

六、設(shè)計(jì)指南

1. 元件選擇

• 電容：輸入和輸出濾波電容可選用100μF左右的電解電容，或低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容，以減小輸出紋波。電容值并非關(guān)鍵參數(shù)，但低ESR電容能提高性能。
• 二極管：推薦使用1N5817或等效的肖特基二極管，其具有快速導(dǎo)通時(shí)間，可減少損耗。
• 電感：為獲得最大輸出電流，建議選擇增量飽和電流額定值至少為600mA的100μH電感。選擇電感時(shí)需考慮峰值電流額定值、電感值、串聯(lián)電阻和尺寸等因素。

2. 固定或可調(diào)輸出

若要使用預(yù)設(shè)輸出電壓，將VFB引腳接地即可；若需要其他輸出電壓，則需使用外部電壓分壓器。輸出電壓可通過(guò)公式 (R3 = R4 [(VOUT / VFB Threshold ) - 1]) 計(jì)算，其中R4取值范圍為10kΩ - 1MΩ，VFB閾值通常為1.28V。

3. 低電池檢測(cè)

低電池檢測(cè)器將LBI輸入引腳的電壓與內(nèi)部1.28V參考電壓進(jìn)行比較。當(dāng)LBI引腳電壓低于1.28V時(shí)，LBO引腳輸出低電平?？赏ㄟ^(guò)電阻R1和R2設(shè)置低電池檢測(cè)電壓，公式為 (R 1=R 2[(V L B / L B I Threshold ) - 1])。

4. 關(guān)斷模式

將SHDN引腳電壓拉低至0.8V以下，可使芯片進(jìn)入關(guān)斷模式。此時(shí)，LX引腳呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，VOUT引腳電壓降為零。從關(guān)斷模式恢復(fù)到正常工作狀態(tài)時(shí)，輸出電壓上升到標(biāo)稱穩(wěn)壓值所需的時(shí)間（啟動(dòng)時(shí)間）取決于電感值、輸入電壓和負(fù)載電流。

5. 布局注意事項(xiàng)

由于電路中的一些外部元件會(huì)承受高達(dá)600mA的峰值電流，因此在布局時(shí)要特別注意接地問(wèn)題。輸入濾波電容的接地引腳、芯片的GND引腳、二極管的陽(yáng)極和輸出濾波電容的接地引腳應(yīng)盡可能靠近，最好連接在同一點(diǎn)，以減少接地反彈，降低輸出紋波。

七、總結(jié)

MAX639/MAX640/MAX653系列降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器以其高效、低靜態(tài)電流、寬輸入電壓范圍和靈活的輸出電壓設(shè)置等優(yōu)點(diǎn)，在中低功率電源應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理選擇外部元件和優(yōu)化布局是確保電路性能的關(guān)鍵。希望本文能為電子工程師在使用該系列芯片時(shí)提供一些有用的參考。你在使用這些芯片時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。