利用MAX1524設計的DC-DC轉換器方案

1　引言
　　MAX1524是美國MAXIM公司生產的一種小型、升壓型DC-DC轉換器，可應用于升壓型、SEPIC 、反激型等多種拓撲結構。具有固定的導通時間和最小的關斷時間，可以在較寬的輸入/輸出電壓組合和負載電流下提供高效率。固定的導通時間是可以選擇的，分別是最大占空比為50％的0.5μs和85％的3μs，使其在較寬的輸出范圍內，對外接元件的尺寸和成本的優化更為方便。 MAX1524采用自舉工作方式，允許在較低的輸入電壓下啟動，器件具有內部軟啟動和短路保護功能，并且具有故障鎖定功能，當發生短路時自動關斷控制器。該器件采用6引腳的SOT23封裝，具有低靜態電流（25μs），不需電流檢測電阻。廣泛地應用于數字相機、液晶顯示器和其它低功耗的電子產品中。

2　工作原理
2.1　封裝形式
　　MAX1524的封裝形式如圖1所示。

2.2　引腳功能
??? ——腳1GND，接地端；
??? ——腳2FB，反饋輸入，連接一個外部電阻分壓器，FB的反饋值為1.25V;
??? ——腳3SET，導通時間控制，當連接到VCC時，為3μs，占空比為85％；當連接到GND時，為0.5μs，占空比為50％；
??? ——腳4SHDN，關斷控制輸入，高電平為正常工作，低電平為關斷狀態；
??? ——腳5EXT，外部MOSFET驅動端；
　——腳6VCC，電源輸入端，用0.1μF的電容器旁路，輸入范圍為2.5V～5.5V，采用自舉工作方式，通過一個10Ω的電阻器串聯在輸出端。
2.3　工作原理
　　MAX1524一般采用自舉工作方式，其低壓啟動振蕩器保證輸入電壓在低于1.5V時啟動器件。啟動振蕩器用一個25％的占空比信號觸發MOSFET，使輸出電壓升高，當輸出電壓超過欠壓封鎖閾值時，使正常的控制電路開始工作，而啟動振蕩器停止工作。
　　對于不同的輸出電壓/輸入電壓組合，MAX1524具有可選的固定導通時間，從而實現高效工作。高升壓比時推薦使用3μs的導通時間，這樣允許占空比超過80％，可以改善工作效率。在低升壓比和高頻工作時，使用0.5μs的導通時間比較好，這樣可以減少外接電感器和電容器的尺寸。

　　MAX1524的軟啟動功能可以減小啟動時的電感電流、輸入電容和電感應力。軟啟動時間為3.2ms，不需外部元件。當軟啟動結束，若輸出電壓降到正常穩壓值的一半以下時，器件工作在故障鎖定狀態，使SHDN處于低電平，器件處于關斷狀態，內部控制電路關閉，EXT輸出低電平，電流降到1μA，輸出電壓比輸入電壓低一個二極管正向導通壓降。當VCC降到2.37V以下時，器件被欠壓鎖定。

3　典型應用

　　MAX1524可以在連續或非連續模式下工作。當電感電流不允許衰減到零值時，器件在連續模式下工作，這需要選用大電感，使電感紋波電流低于輸入電流的一半。該模式的優點是峰值電流較小，電阻損耗小和輸出紋波低。當電感足夠大，使最大負載下的紋波電流為輸入電流的30％時，可以使暫態工作特性最好、效率最高。但是在輕載下，例如負載小于最大負載的1/6時，會轉變到非連續工作狀態。?
　　在非連續模式下工作有兩種情況：（1）高輸出電壓，即輸出電壓/輸入電壓超過了MAX1524最大占空比時可以得到的數值。當外加占空比超過最大占空比的80％時，需采用非連續工作模式。（2）小輸出電流，當最大輸出電流非常小時，若使用大電感，在體積和費用上均不劃算，此時可以使用小電感使其在非連續模式下工作。當負載電流與輸出電壓/輸入電壓比值的乘積低于幾百毫安時，需采用非連續模式工作。
　　1）輸出電壓的設置：在輸出和地之間通過電阻分壓器連接到FB端，R2在30kΩ～100kΩ之間選擇，R1由式（1）計算后選擇。

3.1　連續模式下的設計
　　1）導通時間的選擇
　　對于連續工作狀態，MAX1524的占空比必須高于外加最大占空比。當外加占空比高于45％時，連接SET與GND，0.5μs的導通時間使開、關的速度非?？?；當應用80％的占空比時，應連接SET與VCC，得到3μs的導通時間，此時必須采用非連續工作模式。
　　2）開關頻率的確定
　　在連續模式中，對于重載或中載，開關頻率與負載IL無關，與VIN有關。

　　若計算出LI不是標準值，應選擇最接近此計算值的標準值，誤差可在±50％之間。若選擇的電感值低于計算的理想值，峰值電感電流會偏高一點，反之，峰值電感電流會偏低一點。鑒于工作頻率較高，推薦使用鐵氧體鐵芯，不要使用一般鐵芯。電感的飽和電流應高于計算的峰值電流，并且其串聯等效電阻（ESR）應盡量低。串聯等效電阻的能耗為：

　　電容值一般選擇COUT（MIN）的2倍～3倍。建議不要使用陶瓷電容器，而使用鉭電解電容器等。
3.2　非連續模式的設計
　　連接SET與GND，使最大占空比低于67％；連接SET與VCC，最大占空比在67％～99％之間，非連續模式可以在任何占空比下工作。當外加占空比接近SET設置的最大占空比時，工作性能最佳。
　　1）開關頻率的計算
　　開關頻率與負載電流成正比關系：

　　4）輸出電容器的選擇
　　在非連續模式下工作，輸出電容器可以選用低ESR的陶瓷電容器或鉭電解電容器等。對

　　6）反饋電容器的選擇
　　對于兩種工作模式，若使用前饋電容器，會在FB端得到較大的輸出紋波。因此需要在FB與GND之間連接一個反饋電容器。反饋電容值CFB一般與CFF相等，并可以上下調整。若不使用前饋電容器，則不需要反饋電容器。
　　7）輸入電容器的選擇
　　輸入電容器CIN可以減小輸入電源的電流峰值，提高效率，減小噪聲。輸入電源的阻抗值決定了CIN的大小，阻抗值越高，電容越大，一般選擇CIN=COUT。
　　考慮到電容器的體積，推薦使用0?1μF的陶瓷電容器。在自舉工作時，用一個10Ω的電阻器連接在輸出端和VCC之間，將輸入電容器和輸出電容器隔離。
　　8）功率MOSFET的選擇
　　需要選擇N溝道MOSFET，主要考慮總的柵極電荷Qg、反向傳遞電容或電荷CRSS、通態電阻RDS(ON)、最大的VDS（MAX）、最小的閾值電壓VTH(MIN)。當高頻工作時，Qg和CRSS對效率的影響更大一些，為主要考慮對象。?
　　9）二極管的選擇
　　高頻工作時要求選擇快速二極管，推薦使用肖特基二極管，因為其具有快恢復時間和低的正向壓降。其電流額定值應為，反向擊穿電壓必須高于VOUT。當輸出電壓較高時，可選用硅整流二極管。
　　基于以上參數的計算方法，以一電源的設計為例，在連續工作模式下計算出各參數，具體為?
??? VIN=3.3V±0.33V，VOUT=5V;?
??? IOUT(MAX)=700mA,IP=1.48A;
　　L實際=3.3μH,LI=3.72μH;
　　CFF=100pF,CFB=100pF,CIN=33μF,?
??? ??? COUT=14μF～448μF,COUT（實際）=33μF;
　　R1=100kΩ,R2=33.2kΩ
　　DMAX=45.5％;
　　tON=0.5μs(SET=GND);
　　f=761kHz～800kHz(IOUT(MIN)=120mA)
3.3　典型應用?
??? MAX1524的典型應用電路如圖2所示。