MAX1642/MAX1643：1V 輸入高效升壓 DC - DC 轉換器的設計與應用

在電子設備的電源設計中，對于單節(jié)堿性電池供電的設備，高效的升壓 DC - DC 轉換器至關重要。今天我們就來深入探討 MAXIM 公司的 MAX1642/MAX1643 這兩款高性價比的升壓 DC - DC 轉換器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1642/MAX1643 是專為單節(jié)堿性電池供電設備設計的高效、低壓升壓 DC - DC 轉換器。它們具有低靜態(tài)電源電流，采用超小的 μMAX 封裝，高度僅 1.1mm，保證啟動電壓為 0.88V。

內部集成了 1Ω 的 N 溝道 MOSFET 功率開關、作為續(xù)流二極管的內置同步整流器、振蕩器、參考源和脈沖頻率調制（PFM）控制電路。其中，MAX1642 具備 2μA 邏輯控制的關斷模式，而 MAX1643 則提供專用的低電池檢測器（BATTLO）。兩款產(chǎn)品的輸出電壓預設為 3.3V ±4%，也可通過僅兩個電阻在 +2V 至 +5.2V 范圍內進行調節(jié)。

二、應用領域

這些特性使得 MAX1642/MAX1643 適用于多種設備，如尋呼機、遙控器、指針設備、個人醫(yī)療監(jiān)測器以及單節(jié)電池供電的設備等。

三、產(chǎn)品特性

1. 高效性能

• 內置同步整流器，提高了轉換效率，典型效率可達 80%。
• 0.88V 保證啟動，能在低電壓下正常工作。
• 超小的 μMAX 封裝，高度僅 1.1mm，節(jié)省空間。
• 靜態(tài)電源電流低，流入 BATT 引腳的靜態(tài)電流僅 4μA。

2. 功能多樣

• MAX1642 具有 2μA 邏輯控制的關斷模式，可有效降低功耗。
• MAX1643 有兩個欠壓檢測器，能實時監(jiān)測電池狀態(tài)。
• 輸出電壓范圍為 2V 至 5.2V，可靈活滿足不同設備的需求。
• 在 1.2V 輸入時，可提供 20mA 輸出電流。
• 具備反向電池保護功能，防止電池反接對設備造成損壞。

四、電氣特性

1. 輸入輸出電壓

• 最小工作輸入電壓典型值為 0.7V，最大工作輸入電壓為 1.65V。
• 啟動電壓在特定條件下為 0.88V，啟動電壓溫度系數(shù)為 -2mV/°C。
• 輸出電壓在特定條件下為 3.16 - 3.44V，通過外部反饋可調節(jié)范圍為 2.0 - 5.2V。

2. 開關電阻

• N 溝道導通電阻在輸出電壓為 3.3V 時，典型值為 1Ω，最大值為 1.5Ω。
• P 溝道導通電阻在輸出電壓為 3.3V 時，典型值為 1.5Ω，最大值為 2.2Ω。

3. 其他參數(shù)

• 靜態(tài)電流方面，流入 OUT 引腳的靜態(tài)電流典型值為 11μA，流入 BATT 引腳的靜態(tài)電流典型值為 4μA。
• 關斷電流方面，MAX1642 在特定條件下，流入 OUT 引腳的關斷電流典型值為 0.1μA，流入 BATT 引腳的關斷電流典型值為 2μA。

五、設計要點

1. 輸出電壓選擇

• 若要選擇固定 3.3V 輸出，將 FB 引腳連接到 GND；若需要可調輸出，可將 FB 引腳連接到 OUT 和 GND 之間的電阻分壓器，通過公式 (R1 = R2(frac{V{OUT}}{V{REF}} - 1)) 計算電阻值，其中 (V_{REF}=1.23V)。

2. 功率失效檢測

芯片內部有功率失效檢測比較器，當 PFI 引腳電壓低于 614mV 時，PFO 輸出會向 GND 灌電流?？赏ㄟ^兩個電阻 R3 和 R4 設置閾值，公式為 (R3 = R4(frac{V{TH}}{V{PFI}} - 1))，其中 (V_{PFI}=614mV)。

3. 低電池啟動

MAX1642/MAX1643 采用帶低壓啟動振蕩器的自舉電路，在低負載條件下能在較低電池電壓下啟動，啟動后即使電池電壓低于啟動電壓，輸出仍可維持負載。

4. 電感選擇

大多數(shù)應用推薦使用 100μH 電感。降低電感值（最低 68μH）可增加最大輸出電流，提高電感值（最高 220μH）可降低峰值電感電流和紋波噪聲。電感的飽和電流額定值必須超過 MAX1642/MAX1643 時序算法合成的峰值電流限制 (I{PEAK}=frac{K{MAX}}{L{MIN}})，其中 (K{MAX}=35V - mu s)，最大推薦 (I_{PEAK}) 為 350mA，為保證最佳效率，電感串聯(lián)電阻應小于 1Ω。

5. 電容選擇

輸入和輸出電容應能滿足輸入和輸出峰值電流要求，并將電壓紋波控制在可接受范圍內。例如，一個 22μF、6V、低 ESR 的表面貼裝鉭輸出濾波電容，在 20mA 電流下從 1.3V 升壓到 3.3V 時，通常可提供 60mV 輸出紋波。輸入濾波電容（CIN）可降低從電池汲取的峰值電流，提高效率。建議選擇低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容，如陶瓷電容 ESR 最低，低 ESR 鉭電容在成本和性能上取得較好平衡，低 ESR 鋁電解電容也可接受，但應避免使用標準鋁電解電容，同時要確保電容的紋波電流額定值超過峰值電感電流。

6. PCB 布局和接地

由于開關頻率高和峰值電流大，PCB 布局至關重要。OUT 引腳必須盡可能靠近 IC 直接旁路到 GND（距離在 0.2 英寸或 5mm 以內）。功率組件（如 MAX1642/MAX1643、電感、輸入濾波電容和輸出濾波電容）應盡量靠近放置，其走線應短、直且寬（50mil 或 1.25mm），并采用星型接地配置將它們的接地引腳靠近放置。多層板上，可使用組件側銅填充來布線星型接地，然后通過過孔連接到內部接地平面。外部電壓反饋網(wǎng)絡應非?？拷?FB 引腳（距離在 0.2 英寸或 5mm 以內），像 LX 引腳等噪聲走線應遠離電壓反饋網(wǎng)絡，并使用接地銅進行隔離。

7. 噪聲和電壓紋波控制

為最小化 EMI 和輸出電壓紋波，可遵循以下設計規(guī)則：

• 將 DC - DC 轉換器和數(shù)字電路放置在 PCB 的對角，遠離敏感的 RF 和模擬輸入級。
• 使用閉環(huán)電感，如環(huán)形或屏蔽線軸電感，以最小化邊緣磁場。
• 選擇滿足負載要求的最大電感值，以最小化峰值開關電流和由此產(chǎn)生的紋波和噪聲。
• 使用低 ESR 的輸入和輸出濾波電容。
• 遵循合理的電路板布局和接地規(guī)則。
• 必要時，添加 LC π 濾波器、線性后置穩(wěn)壓器（如 MAX8863 和 MAX8864，采用 SOT23 封裝）或屏蔽措施，LC π 濾波器的截止頻率應至少比 DC - DC 轉換器的開關頻率低一到兩個數(shù)量級。

六、總結

MAX1642/MAX1643 以其高效、多功能和小封裝等特點，為單節(jié)堿性電池供電設備的電源設計提供了優(yōu)秀的解決方案。在實際設計中，我們需要根據(jù)具體的應用需求，合理選擇輸出電壓、電感、電容等參數(shù)，并注意 PCB 布局和噪聲控制等問題，以確保設備的穩(wěn)定運行。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。