MAX761/MAX762：高效低功耗升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)備的電源管理中，升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器扮演著至關(guān)重要的角色。今天我們要深入探討的是MAXIM公司的MAX761/MAX762升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，它以其高效、低靜態(tài)電流等特性在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中脫穎而出。

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一、產(chǎn)品概述

MAX761/MAX762是一款能夠提供12V/15V固定輸出或可調(diào)輸出的升壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。它采用了獨(dú)特的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150mA的輸出電流。其輸入電壓范圍為2V至16.5V，MAX761預(yù)設(shè)輸出電壓為12V，MAX762預(yù)設(shè)輸出電壓為15V，也可以通過(guò)兩個(gè)外部電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。

二、產(chǎn)品特性

2.1 高效性能

獨(dú)特的PFM控制方案結(jié)合了脈沖寬度調(diào)制（PWM）轉(zhuǎn)換器在重載時(shí)的高效率和脈沖頻率調(diào)制在輕載時(shí)的低功耗優(yōu)勢(shì)。在寬負(fù)載電流范圍內(nèi)，效率可達(dá)86%，同時(shí)最大電源電流僅為110μA，關(guān)機(jī)模式下電源電流更是低至5μA。

2.2 內(nèi)部功率MOSFET

內(nèi)部集成了1A的N溝道功率MOSFET，使得該轉(zhuǎn)換器適用于對(duì)元件數(shù)量要求較低的中低功率應(yīng)用。其高達(dá)300kHz的開(kāi)關(guān)頻率允許使用小型表面貼裝磁性元件，進(jìn)一步減小了電路板空間。

2.3 低電池檢測(cè)功能

具備低電池比較器（LBI/LBO），可以監(jiān)測(cè)電池電壓。當(dāng)LBI電壓低于1.5V參考電壓時(shí)，LBO（開(kāi)漏輸出）將變?yōu)榈碗娖?，并且比較器具有20mV的遲滯，增強(qiáng)了抗干擾能力。

三、工作模式

3.1 自舉模式與非自舉模式

• 自舉模式：IC由輸出電壓（VOUT）供電，內(nèi)部N溝道FET的柵極電壓在VOUT和地之間切換，提供了更大的開(kāi)關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)，相比非自舉模式提高了DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率。適用于輸入電壓低于約4V的情況。
• 非自舉模式：IC由電源電壓VIN供電，工作時(shí)電源電流最小。但由于內(nèi)部FET柵極電壓降低，在低輸入電壓時(shí)效率會(huì)下降。在非自舉模式下，沒(méi)有固定輸出操作，必須使用外部電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。

3.2 脈沖頻率調(diào)制（PFM）控制方案

該控制方案結(jié)合了脈沖跳過(guò)PFM轉(zhuǎn)換器的超低電源電流和電流模式PWM轉(zhuǎn)換器的高滿(mǎn)載效率特性。內(nèi)部功率MOSFET在電壓比較器檢測(cè)到輸出電壓失調(diào)時(shí)開(kāi)啟，通過(guò)峰值電流限制和一對(duì)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來(lái)設(shè)置開(kāi)關(guān)的最大導(dǎo)通時(shí)間（8μs）和最小關(guān)斷時(shí)間（1.3μs）。為了提高輕載效率，前兩個(gè)脈沖的電流限制設(shè)置為峰值電流限制的一半。

3.3 連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）和不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）

• CCM：在輸出大電流時(shí)，MAX761/MAX762工作在CCM模式。此時(shí)電感中始終有電流流動(dòng)，控制電路逐周期調(diào)整開(kāi)關(guān)的占空比，以保持輸出電壓穩(wěn)定，同時(shí)不超過(guò)開(kāi)關(guān)電流能力，提供了出色的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和高效率。
• DCM：在DCM模式下，電感電流在每個(gè)周期從零開(kāi)始上升到峰值，然后下降到零。雖然效率仍然很高，但開(kāi)關(guān)波形會(huì)包含振鈴（電感的自諧振頻率），不過(guò)這屬于正?，F(xiàn)象，不會(huì)影響操作。

四、設(shè)計(jì)步驟

4.1 設(shè)置輸出電壓

使用外部電阻R1和R2可以將輸出電壓從5V調(diào)整到16.5V。對(duì)于可調(diào)輸出操作，選擇反饋電阻R1在10kΩ至250kΩ范圍內(nèi)，較高的R1值可提供最低的電源電流和最佳的輕載效率。R2的計(jì)算公式為：(R 2=(R 1)left(frac{ VOUT }{V{REF }}-1right))，其中(V{REF}=1.5V)。

4.2 選擇電感（L）

在CCM和DCM模式下，實(shí)用的電感值范圍為10μH至50μH。為了確保開(kāi)關(guān)在最小導(dǎo)通時(shí)間（約2.5μs）內(nèi)電流不超過(guò)ILIM/2，可根據(jù)公式(L geq frac{(VIN(max ))(tON(min ))}{LIM / 2})計(jì)算最小電感值。一般來(lái)說(shuō)，18μH的電感適用于大多數(shù)輸入電壓不超過(guò)5V的應(yīng)用。

4.3 二極管選擇

由于MAX761/MAX762的高開(kāi)關(guān)頻率，需要使用高速整流器。推薦使用平均電流額定值為1A的肖特基二極管，如1N5817。對(duì)于高溫應(yīng)用，可使用高速硅二極管，如MUR105或EC11FS1。

4.4 電容選擇

• 輸出濾波電容：選擇輸出濾波電容（C4）的主要標(biāo)準(zhǔn)是低等效串聯(lián)電阻（ESR）。例如，一個(gè)33μF、16V的三洋OS - CON電容，ESR為100mΩ，在從5V升壓到12V、輸出電流為150mA時(shí)，通?？商峁?00mV的紋波。
• 輸入旁路電容：輸入旁路電容C1用于減少?gòu)碾妷涸醇橙〉姆逯惦娏?，并降低MAX761/MAX762開(kāi)關(guān)動(dòng)作在電壓源處產(chǎn)生的噪聲。對(duì)于輸出電流不超過(guò)250mA的情況，33μF的C1通常足夠。同時(shí)，使用0.1μF的陶瓷電容C2對(duì)IC進(jìn)行單獨(dú)旁路，應(yīng)將其放置在靠近V +和GND引腳的位置。
• 參考電容：使用0.1μF的電容對(duì)REF進(jìn)行旁路，REF可提供高達(dá)100μA的電流。

4.5 設(shè)置低電池檢測(cè)器電壓

通過(guò)選擇R3在10kΩ至500kΩ之間，并根據(jù)公式(R 4=R 3left[frac{left(V{TRIP }-V{REF}right)}{V{REF }}right])計(jì)算R4，可設(shè)置低電池檢測(cè)器的下降觸發(fā)電壓（VTRIP）。上升觸發(fā)電壓由于比較器約20mV的遲滯而較高，可通過(guò)公式(V{TRIP }( rising )=left(V_{REF}+20 mVright)(1+R 4 / R 3))計(jì)算。

五、應(yīng)用信息

5.1 布局考慮

由于高電流水平和快速開(kāi)關(guān)波形會(huì)輻射噪聲，因此正確的PCB布局至關(guān)重要。采用星型接地配置，將GND、輸入旁路電容接地引線和輸出濾波電容接地引線連接到同一點(diǎn)，以最小化接地噪聲。同時(shí)，盡量縮短引線長(zhǎng)度，以減少雜散電容、走線電阻和輻射噪聲。特別是連接到FB和LX的走線必須短。將旁路電容C2盡可能靠近V +和GND放置。

5.2 應(yīng)用場(chǎng)景

MAX761/MAX762適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，如閃存編程、PCMCIA卡、電池供電應(yīng)用以及高效DC-DC轉(zhuǎn)換器等。其高效、低功耗的特性使其在對(duì)電源效率和電池壽命要求較高的設(shè)備中具有很大的優(yōu)勢(shì)。

MAX761/MAX762升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器以其獨(dú)特的特性和靈活的設(shè)計(jì)方案，為電子工程師在電源管理設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，合理選擇元件參數(shù)和工作模式，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和效率。你在使用MAX761/MAX762的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。