MAX1802：數(shù)字相機(jī)降壓電源的理想之選

一、引言

在數(shù)字相機(jī)和視頻相機(jī)等設(shè)備的設(shè)計(jì)中，穩(wěn)定、高效的電源供應(yīng)是至關(guān)重要的。MAX1802作為一款專為數(shù)字相機(jī)設(shè)計(jì)的降壓電源芯片，集成了兩個(gè)高效降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器和三個(gè)輔助升壓控制器，為數(shù)字相機(jī)提供了完整的電源解決方案。今天，我們就來(lái)深入了解一下MAX1802的特點(diǎn)、性能以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 主要功能

MAX1802集成了兩個(gè)高效降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器（主轉(zhuǎn)換器和核心轉(zhuǎn)換器）和三個(gè)輔助升壓控制器，適用于使用3 - 4節(jié)堿性電池或2節(jié)鋰離子電池的應(yīng)用。主降壓DC - DC控制器輸入電壓范圍為2.5V - 11V，輸出電壓可通過(guò)電阻調(diào)節(jié)在2.7V - 5.5V之間，采用同步整流技術(shù)，效率高達(dá)94%，且工作頻率可調(diào)（最高1MHz）。核心降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍為2.7V - 5.5V，輸出電壓可調(diào)節(jié)在1.25V - 5.5V之間，可提供500mA電流，效率同樣高達(dá)94%。三個(gè)輔助升壓控制器可用于為數(shù)字相機(jī)的CCD、LCD和背光燈供電。

2.2 應(yīng)用領(lǐng)域

廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、手持設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)接入平板電腦、PDA、DVD播放器等。

三、產(chǎn)品特性

3.1 輸入電壓范圍廣

輸入電壓范圍為2.5V - 11V，能適應(yīng)多種電源供電情況。

3.2 高效轉(zhuǎn)換

主DC - DC控制器和核心DC - DC轉(zhuǎn)換器效率均高達(dá)94%，能有效降低功耗。

3.3 輸出電壓可調(diào)

主輸出電壓可在2.7V - 5.5V之間調(diào)節(jié)，核心輸出電壓可在1.25V - 5.5V之間調(diào)節(jié)，滿足不同設(shè)備的電壓需求。

3.4 獨(dú)立關(guān)閉功能

各轉(zhuǎn)換器和控制器都具有獨(dú)立的關(guān)閉功能，方便進(jìn)行電源管理。

3.5 過(guò)載保護(hù)

所有DC - DC轉(zhuǎn)換器都具備過(guò)載保護(hù)功能，提高了設(shè)備的可靠性。

3.6 緊湊封裝

采用32引腳TQFP封裝（5mm x 5mm），節(jié)省空間。

四、電氣特性

4.1 絕對(duì)最大額定值

明確了各引腳的電壓、電流和功率限制，如VDDM、VH、ONM到GND的電壓范圍為 - 0.3V到 + 12V等，使用時(shí)需嚴(yán)格遵守這些限制，以避免芯片損壞。

4.2 電氣參數(shù)

詳細(xì)給出了輸入電壓范圍、電源電流、VL調(diào)節(jié)器、參考輸出電壓、振蕩器、邏輯輸入、主DC - DC轉(zhuǎn)換器、核心DC - DC轉(zhuǎn)換器、輔助DC - DC控制器等各項(xiàng)電氣參數(shù)的典型值和極限值。例如，主DC - DC轉(zhuǎn)換器在特定條件下的電源電流范圍等，這些參數(shù)為電路設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。

五、典型工作特性

5.1 效率與負(fù)載電流關(guān)系

給出了主轉(zhuǎn)換器和核心轉(zhuǎn)換器的效率與負(fù)載電流的關(guān)系曲線，通過(guò)這些曲線可以直觀地了解不同負(fù)載情況下的轉(zhuǎn)換效率，為設(shè)計(jì)時(shí)選擇合適的負(fù)載范圍提供參考。

5.2 其他特性曲線

還包括默認(rèn)最大占空比與頻率、振蕩器頻率與ROSC、關(guān)機(jī)電流與輸入電壓、參考電壓與溫度、參考電壓與參考電流等關(guān)系曲線，這些曲線有助于工程師全面了解芯片在不同條件下的性能。

六、引腳描述

詳細(xì)介紹了32個(gè)引腳的名稱和功能，如FBM是主DC - DC轉(zhuǎn)換器反饋輸入，用于設(shè)置主輸出電壓；COMPM是主控制器補(bǔ)償引腳等。正確理解引腳功能是進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

七、詳細(xì)工作原理

7.1 主從配置

MAX1802支持MAX1801“從”控制器，從控制器直接從MAX1802“主”DC - DC轉(zhuǎn)換器獲取輸入電源、電壓參考和振蕩器信號(hào)，這種主從配置可減少系統(tǒng)成本，同步轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)還能控制噪聲的諧波含量。

7.2 主DC - DC轉(zhuǎn)換器

主轉(zhuǎn)換器將2.5V - 11V的電池輸入電壓轉(zhuǎn)換為2.7V - 5.5V的輸出電壓。采用同步整流技術(shù)，在低噪聲、恒定頻率PWM電流模式下工作。在輕負(fù)載時(shí)，主輸出會(huì)切換到空閑模式以提高效率。同時(shí)，通過(guò)內(nèi)部比較器控制N通道同步整流器的開(kāi)關(guān)，防止過(guò)早關(guān)閉影響效率。

7.3 核心DC - DC轉(zhuǎn)換器

核心轉(zhuǎn)換器從主控制器輸出獲取電壓，產(chǎn)生1.25V - 5.5V的輸出電壓。采用內(nèi)部P通道MOSFET功率開(kāi)關(guān)和N通道MOSFET同步整流器，內(nèi)部監(jiān)測(cè)電感電流進(jìn)行輸出電壓調(diào)節(jié)、過(guò)載保護(hù)、自動(dòng)空閑模式切換等，輕負(fù)載時(shí)切換到空閑模式可提高效率。

7.4 輔助DC - DC控制器

三個(gè)輔助控制器在低噪聲、固定頻率PWM模式下工作，通過(guò)調(diào)制外部N通道MOSFET開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈沖寬度來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。在主輸出啟動(dòng)后才開(kāi)始工作。

7.5 上電順序

當(dāng)ONM輸入為低電平時(shí)，MAX1802處于關(guān)機(jī)狀態(tài)。ONM變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，內(nèi)部線性穩(wěn)壓器從VDDM輸入產(chǎn)生3V的VL輸出為內(nèi)部電路供電。VL上升超過(guò)2.4V欠壓鎖定閾值后，內(nèi)部參考和振蕩器開(kāi)始工作，主DC - DC轉(zhuǎn)換器開(kāi)始軟啟動(dòng)。主DC - DC轉(zhuǎn)換器完成軟啟動(dòng)后，核心DC - DC轉(zhuǎn)換器和輔助DC - DC控制器才被啟用。

7.6 參考和振蕩器

芯片內(nèi)部有1.248V、1%的參考電壓，需在REF引腳連接0.1μF旁路電容。振蕩器通過(guò)外部定時(shí)電阻和電容產(chǎn)生振蕩信號(hào)，振蕩頻率在VL電壓恒定時(shí)保持恒定。

7.7 最大占空比和軟啟動(dòng)

輔助控制器通過(guò)OSC產(chǎn)生的鋸齒波信號(hào)、DCON_電壓和內(nèi)部比較器來(lái)限制最大占空比，可防止磁性元件飽和。所有轉(zhuǎn)換器都具有軟啟動(dòng)功能，通過(guò)在1024個(gè)振蕩周期內(nèi)將內(nèi)部參考輸入從0提升到1.25V參考電壓，限制啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流，防止電池過(guò)度負(fù)載。

7.8 過(guò)載保護(hù)

三個(gè)輔助控制器具有故障保護(hù)功能，當(dāng)輸出電壓在1024個(gè)振蕩時(shí)鐘周期內(nèi)超出調(diào)節(jié)范圍時(shí)，輔助控制器會(huì)被禁用，可通過(guò)將ON_或DCON_電壓循環(huán)到地再恢復(fù)到開(kāi)啟狀態(tài)來(lái)重啟控制器。

八、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

8.1 設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率

選擇合適的開(kāi)關(guān)頻率可優(yōu)化外部元件尺寸和電路效率，400kHz - 500kHz的開(kāi)關(guān)頻率在元件尺寸和電路效率之間能取得較好的平衡。開(kāi)關(guān)頻率通過(guò)外部定時(shí)電阻（ROSC）和電容（COSC）設(shè)置。

8.2 設(shè)置輸出電壓

通過(guò)連接電阻分壓器從輸出電壓到相應(yīng)的FB_輸入來(lái)設(shè)置各轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，F(xiàn)B_輸入偏置電流小于100nA，可選擇合適的電阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的輸出電壓。

8.3 設(shè)置最大占空比

輔助控制器的最大占空比可通過(guò)OSC信號(hào)和DCON_電壓調(diào)節(jié)，可調(diào)范圍為40% - 90%，默認(rèn)最大占空比在特定條件下為76%。

8.4 電感選擇

主和核心降壓轉(zhuǎn)換器在電感電流連續(xù)時(shí)效率最佳，可根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算理想電感值。輔助升壓控制器在電感電流連續(xù)時(shí)效率最佳，當(dāng)升壓比大于一定值時(shí)可使用不連續(xù)電流模式。

8.5 輸入和輸出濾波電容

輸入電容用于減少?gòu)碾姵鼗蜉斎腚娫醇橙〉碾娏鞣逯?，輸出電容用于保持輸出電壓紋波小并確保調(diào)節(jié)控制回路穩(wěn)定。鉭電容和陶瓷電容是常用的選擇，需根據(jù)具體情況選擇合適的電容值和耐壓值。

8.6 MOSFET選擇

主轉(zhuǎn)換器和輔助控制器驅(qū)動(dòng)外部邏輯電平P - 和/或N通道MOSFET，選擇時(shí)需考慮導(dǎo)通電阻、最大漏源電壓、總柵極電荷、反向傳輸電容等參數(shù)。

8.7 二極管選擇

主和核心轉(zhuǎn)換器使用同步整流器，一般不需要二極管，但在特定情況下可連接肖特基二極管提高效率。輔助控制器需要外部整流器，低輸出電壓應(yīng)用可使用肖特基二極管，高電壓、高溫應(yīng)用可使用超快結(jié)整流器。

8.8 補(bǔ)償設(shè)計(jì)

每個(gè)DC - DC轉(zhuǎn)換器都有內(nèi)部跨導(dǎo)誤差放大器，通過(guò)在COMP_到GND之間插入串聯(lián)電阻和電容形成零極點(diǎn)對(duì)來(lái)補(bǔ)償控制回路。不同類型的轉(zhuǎn)換器（主轉(zhuǎn)換器、核心轉(zhuǎn)換器、輔助控制器）補(bǔ)償方法有所不同，需根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

九、應(yīng)用信息

9.1 使用MAX1801與MAX1802配合

MAX1801是從DC - DC控制器，可與MAX1802配合使用以產(chǎn)生額外的輸出電壓，其操作和設(shè)計(jì)與MAX1802輔助控制器類似。

9.2 輔助控制器的不同配置

可將輔助控制器用于SEPIC配置、多輸出反激電路、電荷泵電路等，以滿足不同的應(yīng)用需求。

9.3 PCB設(shè)計(jì)

良好的PCB布局對(duì)于MAX1802的性能至關(guān)重要，應(yīng)盡量縮短承載不連續(xù)電流的導(dǎo)體長(zhǎng)度，加寬承載高電流的導(dǎo)體，將參考和信號(hào)接地的低噪聲接地平面與電源接地平面僅在一點(diǎn)連接，保持電壓反饋網(wǎng)絡(luò)靠近芯片，減小高dv/dt節(jié)點(diǎn)的面積并遠(yuǎn)離高阻抗節(jié)點(diǎn)。

十、總結(jié)

MAX1802以其豐富的功能、高效的轉(zhuǎn)換性能和靈活的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，為數(shù)字相機(jī)等設(shè)備的電源設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的解決方案。作為電子工程師，在使用MAX1802進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要深入理解其工作原理和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，結(jié)合具體應(yīng)用需求，合理選擇元件和進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和高性能表現(xiàn)。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。