MAX774/MAX775/MAX776：高效低功耗反相DC - DC控制器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DC - DC控制器是實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵組件。今天，我們來(lái)深入探討MAXIM公司的MAX774/MAX775/MAX776系列 -5V/-12V/-15V或可調(diào)的高效、低靜態(tài)電流（(I_{Q})）反相DC - DC控制器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX774/MAX775/MAX776反相開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器在三個(gè)數(shù)量級(jí)的負(fù)載電流范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)高效率。其獨(dú)特的限流脈沖頻率調(diào)制（PFM）控制方案結(jié)合了脈沖寬度調(diào)制（PWM）和PFM的優(yōu)點(diǎn)，在重載時(shí)具有PWM的高效率，同時(shí)靜態(tài)電流小于100μA（相比PWM轉(zhuǎn)換器的2mA - 10mA），從而在寬負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)換效率。

這些IC使用微小的外部組件，高達(dá)300kHz的高開(kāi)關(guān)頻率允許使用直徑小于5mm的表面貼裝磁性元件。它們接受3V至16.5V的輸入電壓，分別具有預(yù)設(shè)的 -5V（MAX774）、 -12V（MAX775）和 -15V（MAX776）輸出電壓，也可以通過(guò)兩個(gè)電阻進(jìn)行用戶調(diào)節(jié)。最大(V{IN}-V{OUT})差分電壓僅受所選外部開(kāi)關(guān)晶體管的擊穿電壓限制。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

• LCD偏置發(fā)生器：為L(zhǎng)CD提供穩(wěn)定的負(fù)電壓偏置。
• 高效DC - DC轉(zhuǎn)換器：在各種需要電源轉(zhuǎn)換的電路中發(fā)揮作用。
• 電池供電應(yīng)用：低靜態(tài)電流特性有助于延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。
• 數(shù)據(jù)通信器：為通信設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。

三、產(chǎn)品特性

1. 高效率：在5mA至1A負(fù)載電流下效率可達(dá)85%。
2. 高輸出功率：最高可達(dá)5W輸出功率。
3. 低靜態(tài)電流：最大100μA的工作電流，最大5μA的關(guān)斷電流。
4. 寬輸入范圍：3V至16.5V的輸入電壓范圍。
5. 可調(diào)輸出電壓：除預(yù)設(shè)輸出電壓外，還可通過(guò)外部電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。
6. 限流PFM控制方案：結(jié)合PWM和PFM的優(yōu)點(diǎn)，提高效率。
7. 高開(kāi)關(guān)頻率：300kHz的開(kāi)關(guān)頻率，減小外部元件尺寸。

四、電氣特性

1. 輸入輸出電壓

輸入電壓范圍為3.0V至16.5V，不同型號(hào)的輸出電壓預(yù)設(shè)值不同，如MAX774為 -5V，MAX775為 -12V，MAX776為 -15V，且輸出電壓精度較高。

2. 電流參數(shù)

• 工作時(shí)最大電源電流為100μA，關(guān)斷時(shí)最大電流為5μA。
• 反饋輸入電流（(I_{FB})）根據(jù)不同溫度范圍有所不同，如MAX77_C為±50nA，MAX77_E為±70nA，MAX77_M為±90nA。

3. 效率

在不同負(fù)載電流和輸入電壓下，效率表現(xiàn)良好，例如MAX774在(V{+}=5V)，(I{LOAD}=1A)時(shí)效率可達(dá)87%。

4. 其他參數(shù)

還包括參考電壓、負(fù)載調(diào)整率、線路調(diào)整率、開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間等參數(shù)，這些參數(shù)確保了芯片在不同工作條件下的穩(wěn)定性和可靠性。

五、典型工作特性

通過(guò)一系列圖表展示了效率與負(fù)載電流、溫度的關(guān)系，啟動(dòng)電壓與負(fù)載電流的關(guān)系，以及開(kāi)關(guān)導(dǎo)通/關(guān)斷時(shí)間與溫度的關(guān)系等。這些特性曲線有助于工程師在實(shí)際應(yīng)用中更好地了解芯片的性能，從而進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

六、引腳說(shuō)明

七、詳細(xì)工作原理

MAX774/MAX775/MAX776采用獨(dú)特的控制方案，結(jié)合了PFM和PWM的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)電壓比較器檢測(cè)到輸出電壓低于參考電壓時(shí)，外部P溝道MOSFET功率晶體管導(dǎo)通。與傳統(tǒng)PFM轉(zhuǎn)換器不同的是，開(kāi)關(guān)由開(kāi)關(guān)電流限制（210mV/(R_{SENSE})）和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)置的導(dǎo)通/關(guān)斷時(shí)間限制共同控制。

在輕載時(shí)，MOSFET開(kāi)關(guān)一或多個(gè)周期后關(guān)閉，以提高輕載效率。對(duì)于前兩個(gè)脈沖，電流限制設(shè)置為峰值電流限制的一半。如果這些脈沖使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定，電壓比較器將使MOSFET保持關(guān)閉，電流限制仍為峰值電流限制的一半。如果連續(xù)兩個(gè)脈沖后輸出電壓仍不穩(wěn)定，下一個(gè)脈沖的電流限制將等于全電流限制。

在重載時(shí)，MOSFET首先以峰值電流值的一半開(kāi)關(guān)兩次，然后保持導(dǎo)通直到開(kāi)關(guān)電流達(dá)到全電流限制，再關(guān)閉。關(guān)閉2.3μs后，MOSFET再次導(dǎo)通，直到開(kāi)關(guān)電流再次達(dá)到限制，如此循環(huán)直到輸出穩(wěn)定。

八、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 設(shè)置輸出電壓

芯片預(yù)設(shè)輸出電壓為 -5V、 -12V和 -15V，也可通過(guò)外部電阻分壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于預(yù)設(shè)輸出電壓，將FB連接到REF，OUT連接到輸出；對(duì)于可調(diào)輸出，連接外部電阻分壓器到FB和REF。使用外部電阻分壓器的原因包括需要非預(yù)設(shè)輸出電壓、輸入 - 輸出差分超過(guò)21V或輸出電壓超過(guò) -15V。

2. 選擇電感器

實(shí)際電感值范圍為10μH至50μH。為了在高(vert V{OUT}vert)與(V{+})比率下獲得最大電流，電感不應(yīng)過(guò)大，以免峰值電流無(wú)法達(dá)到電流限制；也不應(yīng)過(guò)小，以免電流上升過(guò)快，降低效率。計(jì)算公式為： (L(max) leq frac{[V+(min)-V{SW}(max)] × 12 mu s}{LIM(max)}) (L(min) geq frac{[V+(max)-V{SW}(min)] × 0.3 mu s}{delta(I) × I_{LIM}(min)})

為了提高效率，應(yīng)選擇低直流電阻的線圈，并使用環(huán)形、罐形或屏蔽線軸電感器，確保電感器的飽和電流額定值大于(I_{LIM}(max))。

3. 二極管選擇

由于芯片的高開(kāi)關(guān)頻率，需要高速整流二極管。推薦使用肖特基二極管，如1N5817至1N5822系列。選擇平均電流額定值約等于或大于(I{LIM}(max))且電壓額定值高于(V{IN}(max) + V_{OUT})的二極管。在高溫應(yīng)用中，肖特基二極管可能因高泄漏電流而不適用，可使用高速硅二極管。

4. 電流感應(yīng)電阻

電流感應(yīng)電阻將峰值開(kāi)關(guān)電流限制為210mV/(R_{SENSE})。為了最大化效率并減小外部組件的尺寸和成本，應(yīng)盡量降低峰值電流，但不能設(shè)置過(guò)低，以免影響輸出電流?？赏ㄟ^(guò)相關(guān)圖表確定合適的感應(yīng)電阻和峰值電流。

5. 外部開(kāi)關(guān)晶體管

MAX774/MAX775/MAX776僅能驅(qū)動(dòng)P溝道增強(qiáng)型MOSFET晶體管。選擇功率晶體管時(shí)，需要考慮輸入和輸出電壓、峰值電流額定值、導(dǎo)通電阻、柵源閾值和柵極電容等因素。漏源額定值必須大于(V{+} - V{OUT})輸入 - 輸出電壓差分，柵源額定值必須大于(V_{+})加上EXT最負(fù)擺幅的絕對(duì)值。

6. 電容器

選擇輸出電容器時(shí)，應(yīng)根據(jù)尺寸、紋波和輸出電壓要求進(jìn)行選擇?？刹⒙?lián)電容器以增加電容并降低ESR，從而減小輸出紋波。同時(shí)，電容器的紋波電流額定值應(yīng)等于峰值電流。

九、PCB布局和接地

由于高電流水平和快速開(kāi)關(guān)波形，正確的PCB布局至關(guān)重要。應(yīng)使用星形接地配置，將輸入旁路電容器、輸出電容器、電感器和芯片的GND引腳連接到靠近芯片的公共點(diǎn)。此外，輸入電容器C2應(yīng)盡可能靠近芯片放置。如果使用外部電阻分壓器，從FB到電阻的走線必須非常短。

十、訂購(gòu)信息

該系列產(chǎn)品提供多種溫度范圍和封裝選項(xiàng)，包括8引腳塑料DIP、8引腳SO和8引腳CERDIP等。具體訂購(gòu)信息可參考文檔中的表格。

總之，MAX774/MAX775/MAX776系列反相DC - DC控制器以其高效、低功耗和靈活的輸出電壓調(diào)節(jié)特性，為電子工程師在電源設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求，合理選擇外部組件，并注意PCB布局和接地，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用這類DC - DC控制器時(shí)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)。