深入解析MAX1817：緊湊高效的雙輸出升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器

在便攜式設(shè)備的電源設(shè)計中，高效、緊湊且功能強大的DC-DC轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要。今天我們要探討的主角——MAX1817，就是這樣一款滿足多種需求的雙輸出升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，它能為便攜式設(shè)備同時提供主邏輯電源和LCD偏置電壓。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1817采用小巧的10引腳μMAX封裝，輸入電壓范圍為+1.5V至+5.5V，這使得它可以適配2或3節(jié)堿性電池，或者1節(jié)鋰離子電池。其主要特點包括：

• 雙升壓轉(zhuǎn)換器：主輸出可提供高達(dá)125mA的負(fù)載電流，輸出電壓可以是固定的3.3V，也能在2.5V至5.5V之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，效率最高可達(dá)88%；次級升壓轉(zhuǎn)換器則為LCD提供偏置電壓，可調(diào)節(jié)至+28V。
• 低功耗設(shè)計：具有0.1μA的關(guān)斷狀態(tài)，能最大程度減少電池消耗；靜態(tài)工作電流低至15μA，有助于延長電池使用壽命。
• 外部元件少：快速的開關(guān)頻率能夠減小外部元件的尺寸，降低設(shè)計成本和電路板空間。
• 獨立控制：兩個輸出可以獨立關(guān)斷，提高了設(shè)計的靈活性。

二、電氣特性

MAX1817的電氣特性涵蓋了多個方面，包括輸入輸出電壓范圍、啟動電壓、靜態(tài)電流、輸出電壓調(diào)節(jié)、開關(guān)參數(shù)等。在不同的工作條件下，這些參數(shù)會有所變化。例如，在溫度范圍為-40°C至+85°C時，輸入電壓范圍為1.5V至5.5V；主輸出在固定模式下輸出電壓為3.14V至3.47V，可調(diào)模式下反饋調(diào)節(jié)電壓為1.20V至1.30V。同時，要注意到一些參數(shù)在特定溫度下是通過設(shè)計保證而非生產(chǎn)測試的。這里大家可以思考一下，這些電氣特性在實際應(yīng)用中會受到哪些因素的影響呢？

三、典型工作特性

通過典型工作特性曲線，我們可以更直觀地了解MAX1817的性能。這些曲線展示了主輸出效率與負(fù)載電流的關(guān)系、LCD輸出效率與負(fù)載電流的關(guān)系、啟動電壓與負(fù)載電流的關(guān)系以及無負(fù)載電源電流與輸入電壓的關(guān)系等。從這些曲線中可以看出，在不同的輸入電壓和輸出電壓條件下，轉(zhuǎn)換器的效率和性能會有所不同。比如在某些負(fù)載電流下，效率可以達(dá)到較高水平，這對于提高電池的使用效率非常重要。大家不妨思考一下，如何根據(jù)這些曲線來選擇合適的工作條件呢？

四、引腳說明

MAX1817的每個引腳都有特定的功能，正確理解和使用這些引腳是設(shè)計成功的關(guān)鍵。例如：

• FB引腳：主輸出反饋輸入。當(dāng)FB接地時，主輸出電壓預(yù)設(shè)為3.3V；若要設(shè)置其他輸出電壓，可使用電阻分壓器。
• ON引腳：主升壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)控制。將ON連接到OUT可實現(xiàn)自動啟動，連接到GND則使IC進(jìn)入關(guān)斷模式。
• ONLCD引腳：LCD輸出的開關(guān)控制。將ONLCD連接到OUT可啟用LCD輸出，連接到GND則禁用。但要注意，主輸出電壓必須≥2.4V才能啟用LCD輸出。
• FBLCD引腳：LCD輸出反饋輸入。通過從LCD輸出到FBLCD的電阻分壓器來設(shè)置電壓。

五、詳細(xì)工作原理

MAX1817的主升壓轉(zhuǎn)換器和LCD升壓轉(zhuǎn)換器的工作原理有所不同。

• 主升壓轉(zhuǎn)換器：工作在+1.5V至+5.5V的輸入電壓范圍內(nèi)，根據(jù)負(fù)載需求進(jìn)行開關(guān)操作，以提供足夠的功率。當(dāng)誤差放大器檢測到輸出電壓低于反饋閾值時，內(nèi)部N溝道MOSFET導(dǎo)通，開始一個導(dǎo)通時間。當(dāng)達(dá)到0.75A的電流限制或最大導(dǎo)通時間時，MOSFET關(guān)斷，直到電感電流降為0。此外，它還使用啟動振蕩器，能夠從低至+1.2V的輸入電壓啟動。
• LCD升壓轉(zhuǎn)換器：通過一個500mA、1.1Ω的內(nèi)部N溝道開關(guān)MOSFET產(chǎn)生高達(dá)28V的LCD偏置電壓。其控制電路由主升壓轉(zhuǎn)換器的輸出供電，因此主輸出電壓必須高于欠壓鎖定電壓才能正常工作。在啟動時，它會延長最小關(guān)斷時間，以限制初始浪涌電流。

六、設(shè)計步驟

在實際設(shè)計中，需要根據(jù)具體需求設(shè)置主輸出電壓和LCD輸出電壓。

• 設(shè)置主輸出電壓：主升壓轉(zhuǎn)換器的反饋輸入（FB）具有雙模式操作。當(dāng)FB接地時，主輸出電壓預(yù)設(shè)為3.3V；若要外部調(diào)節(jié)，可選擇10kΩ至100kΩ的電阻R4，并根據(jù)公式(R3 = R4[(VOUT / VFB) - 1])計算R3的值，其中(VFB = 1.25V)，(VOUT)范圍為2.5V至5.5V。
• 設(shè)置LCD輸出電壓：使用兩個外部電阻R1和R2來設(shè)置LCD輸出電壓。先選擇10kΩ至100kΩ范圍內(nèi)的R2，再根據(jù)公式(R1 = R2[(VLCD / VFBLCD) - 1])計算R1，其中(VFBLCD = 1.25V)，(VLCD)范圍為(VIN)至28V。

七、應(yīng)用注意事項

在使用MAX1817進(jìn)行設(shè)計時，還需要注意以下幾個方面：

• 電感選擇：高開關(guān)頻率允許使用小尺寸的表面貼裝電感，推薦使用10μH的電感，但4.7μH至47μH的電感也適用。較小的電感值可使電路尺寸更小，但輸出電流能力可能較低；較大的電感值則相反。同時，電感的飽和電流額定值應(yīng)大于峰值開關(guān)電流。為了獲得最佳效率，應(yīng)選擇電阻不大于每個升壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)部N溝道FET電阻的電感。大家可以思考一下，如何根據(jù)具體的應(yīng)用場景來選擇合適的電感值呢？
• 外部整流器：由于MAX1817的最大開關(guān)頻率較高，需要使用高速整流器，推薦使用肖特基二極管，其平均電流額定值應(yīng)大于峰值開關(guān)電流。對于LCD輸出，也可以使用結(jié)型二極管，效率損失較小。
• 輸入和輸出旁路電容：輸入需要在靠近電感處進(jìn)行局部大容量旁路，使用低等效串聯(lián)電阻（ESR）的輸入電容可以降低峰值電池電流和輸入反射噪聲。主轉(zhuǎn)換器輸出和LCD輸出應(yīng)分別使用22μF及以上和1μF及以上的陶瓷電容，以減小輸出紋波電壓。
• LCD補償：LCD升壓轉(zhuǎn)換器的反饋需要一個4.7pF的前饋電容，對于可調(diào)輸出電壓的電路，可能需要更大的值，但要注意較大的電容會略微降低負(fù)載調(diào)節(jié)性能。
• 布局考慮：高頻操作對PCB布局要求較高，應(yīng)使用單獨的模擬和功率接地平面，并在靠近IC的單點連接。盡量使用表面貼裝元件，減少引腳長度和走線電阻，反饋電阻的走線應(yīng)盡可能短。

總之，MAX1817是一款性能出色的雙輸出升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，在便攜式設(shè)備電源設(shè)計中具有很大的優(yōu)勢。通過深入了解其特性和應(yīng)用注意事項，我們可以更好地利用它來實現(xiàn)高效、緊湊的電源解決方案。大家在實際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎一起交流探討。