MAX17291：高電壓、1A微功耗升壓轉換器的卓越之選

在電子設計領域，對于高電壓、小尺寸且高效的電源解決方案的需求日益增長。Analog Devices的MAX17291升壓DC - DC轉換器就是這樣一款能滿足眾多應用需求的優秀產品。下面，我們就來深入了解一下這款器件。

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一、產品概述

MAX17291是一款低靜態電流的升壓（升壓）DC - DC轉換器，具有1A峰值電感電流限制和True Shutdown?功能。True Shutdown能將輸出與輸入斷開，無正向或反向電流。輸出電壓可通過外部電阻分壓器設置。

它具有低靜態電流、小尺寸和在整個負載范圍內的高效率等優點，非常適合需要高電壓和小尺寸解決方案的應用，如傳感器模塊。該器件集成了功率開關、功率二極管和輸出負載開關，能從1.8V至5.5V的輸入電源輸出高達20V的電壓。在關機模式下，負載開關關閉，真正將負載與輸入電壓斷開，從而將關機模式下的漏電流降至最低。

二、關鍵特性與優勢

（一）電氣特性

1. 寬輸入輸出范圍：輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，輸出電壓范圍為5.5V至20V，能適應多種電源和負載需求。
2. 低靜態電流：輸入靜態電源電流僅28μA，關機電流低至0.05μA，有助于降低功耗，延長電池續航時間。
3. 高效率：峰值效率可達91%，能有效減少能量損耗。
4. 電流限制：電感峰值電流限制為1A，內置2.2ms軟啟動時間，可最小化浪涌電流。
5. 保護功能：具備輸出短路保護和過溫保護，增強了系統的可靠性。

（二）封裝優勢

提供節省空間、成本效益高的1.27mm x 0.87mm、6凸點WLP（3 x 2，0.4mm間距）和2mm x 2mm、8引腳TDFN封裝，并且工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，能適應不同的應用環境。

三、工作模式

（一）輕載效率模式

采用脈沖頻率調制（PFM）的節能模式，在輕載時提高效率。在此模式下，導通時間由500mA的峰值電感電流限制決定。當電感電流達到限制時，導通時間結束，功率二極管正向偏置。在關斷時間內，電荷轉移到輸出電容，使電壓上升。當電感電流降至零時，關斷時間結束，負載由輸出電容供電，輸出電壓下降。當FB電壓低于PFM參考電壓時，器件再次啟動導通時間以提升輸出電壓。在輕載效率模式下，MAX17291可將輸出調節到標稱輸出目標的1%以上。

（二）PWM模式

在連續導通模式（CCM）的負載電流水平下，使用準恒定的1.0MHz開關頻率脈沖寬度調制（PWM）。電路根據輸入電壓與輸出電壓的比值預測所需的關斷時間。在開關周期開始時，nMOS開關FET導通，輸入電壓施加在電感上，電感電流上升。此時，輸出電容由負載電流放電。當電感電流達到誤差放大器輸出設定的電流閾值時，nMOS開關FET關斷，功率二極管正向偏置，電感將存儲的能量轉移到輸出電容以補充電荷并為負載供電。關斷時間結束后，下一個開關周期開始。誤差放大器將FB引腳電壓與內部參考電壓進行比較，其輸出決定電感峰值電流。MAX17291具有內部補償電路，可適應廣泛的輸入電壓、輸出電壓、電感和輸出電容值，以實現穩定運行。

四、應用信息

（一）典型應用

可用于12V升壓轉換器，輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，輸出電壓為12V。通過合理選擇外部元件，如電感、電容和電阻分壓器，可實現穩定的輸出。

（二）設計步驟

1. 輸出電壓編程：使用外部電阻分壓器R1和R2來設置輸出電壓。當輸出電壓穩定時，FB引腳的典型電壓為1.25V。計算公式為 (R2 = ((V{OUT} / V{FB}) - 1) × R1) ，其中 (V{OUT}) 是期望的輸出電壓， (V{FB}) 是FB引腳的內部參考電壓（典型值1.25V）。為了獲得最佳精度，建議R1的值小于475kΩ，以確保流過它的電流明顯大于FB引腳的偏置電流。同時，使用較低的R1值可提高抗噪聲注入能力，而較高的R1值則有助于降低靜態電流，在輕載電流下實現最高效率。
2. 電感選擇：電感是電源調節器設計中最重要的組件，其選擇會影響穩態運行、瞬態行為和環路穩定性。MAX17291設計用于與4.7μH至15μH的電感值配合使用。可使用相關公式計算電感的直流電流、紋波電流和峰值電流。一般來說，如果電源預計在CCM模式下運行，建議使用電感峰 - 峰電流紋波小于平均電感電流40%的電感。較大值的電感可減少EMI和電感中的磁損耗，但會增加負載瞬態響應時間。由于MAX17291用于相對較小輸出電流的應用，電感峰 - 峰電流紋波可能會更高，此時MAX17291將主要在不連續電流模式（DCM）下運行。
3. 輸入和輸出電容選擇：輸出電容主要用于滿足輸出紋波和環路穩定性的要求，需考慮電容的等效串聯電阻（ESR）對輸出紋波的影響。建議根據輸出電壓選擇合適的陶瓷電容，如輸出電壓在8V及以下時，使用22μF (C{OUT}) （有效電容12μF）；輸出電壓高于8V時，使用10μF (C{OUT}) （有效電容6μF）。輸入電容可減少輸入電源的電流峰值并提高效率，建議使用陶瓷電容，最小使用標準的22μF陶瓷電容（有效電容12μF）。在 (V{IN}) 接近 (V{OUT}) 的應用中，需要更多的輸入和輸出電容來最小化電壓紋波。
4. 布局指南：對于開關電源，尤其是高頻運行的電源，印刷電路板（PCB）布局至關重要。為防止高頻噪聲輻射（EMI），需注意高頻開關路徑的布局。應盡量減小與LX引腳連接的所有走線的長度和面積，并在開關調節器下方使用接地平面。升壓轉換器最關鍵的電流路徑應盡可能短，輸出電容應盡可能靠近OUT和GND引腳，以減少LX和OUT處的寄生過沖。輸入電容與IN和GND的連接應短，以減少電源電壓紋波。輸出電壓感測應遠離電感和LX開關節點，以最小化噪聲和磁干擾。電感和LX節點應與反饋引腳及其電阻分壓器網絡分開，電阻分壓器的接地參考應通過Kelvin連接回到GND引腳。在TDFN應用中，電阻分壓器網絡參考通過外露焊盤路由回AGND引腳。應最大化元件側接地金屬的尺寸以幫助散熱，并使用帶有多個過孔的接地平面連接到元件側接地，以進一步減少敏感電路節點上的噪聲干擾。

五、總結

MAX17291憑借其高集成度、低功耗、高效率和豐富的保護功能，為電子工程師提供了一個出色的升壓電源解決方案。無論是傳感器電源、可穿戴設備還是便攜式醫療設備等應用，MAX17291都能發揮其優勢，幫助工程師設計出更穩定、高效的電源系統。在實際設計中，合理選擇元件和優化PCB布局是確保MAX17291性能的關鍵。你在使用類似的升壓轉換器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。