簡單SOT23升壓控制器MAX1522/MAX1523/MAX1524的設計與應用

在電子設備的電源設計中，升壓控制器是實現DC - DC轉換的關鍵組件。Maxim推出的MAX1522/MAX1523/MAX1524簡單SOT23升壓控制器，以其簡單的應用電路、高效的性能和小尺寸的特點，在眾多低功耗消費電子應用中得到了廣泛應用。本文將詳細介紹這些升壓控制器的特性、工作原理和設計要點。

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一、產品概述

MAX1522/MAX1523/MAX1524是為多種DC - DC轉換拓撲（包括升壓、SEPIC和反激應用）設計的簡單緊湊型升壓控制器。它們專為低成本和小尺寸優先的應用而設計，適用于PDA、數碼相機等低成本消費電子產品。

產品特性

• 簡單靈活的應用電路：能以最少的外部組件實現簡單的應用電路。
• 低靜態電流：典型值為25μA，有助于降低功耗。
• 輸出故障保護和軟啟動：防止啟動時和輸出故障條件下的過大開關電流。
• 寬負載范圍內的高效率：在1000:1的輸出電流范圍內保持高效。
• 引腳可選的最大占空比：可通過引腳選擇固定導通時間，優化外部組件尺寸和設計。
• 小尺寸6引腳SOT23封裝：節省空間，適合小型化設計。

二、工作原理

獨特的固定導通時間、最小關斷時間架構

這些控制器采用獨特的固定導通時間、最小關斷時間架構，在寬范圍的輸入/輸出電壓組合和負載電流下提供出色的效率。固定導通時間可通過引腳選擇為0.5μs（最大占空比50%）或3μs（最大占空比85%），以適應不同的輸出電壓要求。

控制方案

當驅動EXT引腳為高電平時，啟動電感充電周期，外部MOSFET導通。MOSFET保持導通固定導通時間，之后EXT引腳將MOSFET關斷。EXT引腳保持低電平至少最小關斷時間，當FB引腳電壓降至1.25V調節點以下時，開始下一個周期。

自舉與非自舉模式

• MAX1522/MAX1523：通常用于非自舉配置，可實現高或低輸出電壓操作。當輸入和輸出電壓都在2.5V至5.5V范圍內時，可選擇非自舉或自舉模式。自舉模式為MOSFET開關提供更高的柵極驅動電壓，降低開關的I2R損耗，但會增加VCC電源電流。
• MAX1524：始終用于自舉配置，適用于輸入電壓范圍低于2.5V且輸出電壓在2.5V至5.5V之間的應用。VCC通過10Ω串聯電阻連接到輸出，并通過輸入經電感、二極管和10Ω電阻的直流電流路徑獲得啟動電壓。

三、設計要點

連續與不連續導通模式

• 連續導通模式（CCM）：當電感電流不允許衰減到零時，開關調節器工作在CCM模式。選擇足夠大的電感值，使電感紋波電流小于輸入電流的一半。CCM模式的優點是峰值電流較低，降低I2R損耗和輸出紋波。
• 不連續導通模式（DCM）：在輕負載下，CCM電路會進入DCM模式。不運行在CCM模式的常見原因包括高輸出電壓和小輸出電流。

最大占空比計算

應用的最大占空比計算公式為： [DutyCycle (MAX)=frac{V{OUT }+V{D}-V{IN(MIN)}}{V{OUT }+V_{D}} × 100 %] 其中，VD為肖特基二極管的正向電壓降（約0.5V）。

導通時間選擇

• CCM模式：對于占空比高達45%的應用，將SET引腳連接到GND以獲得0.5μs的導通時間；對于占空比高達80%的應用，將SET引腳連接到VCC以獲得3.0μs的導通時間。
• DCM模式：根據應用的最大占空比選擇導通時間。最大占空比小于67%時，將SET引腳連接到GND；最大占空比在67%至99%之間時，將SET引腳連接到VCC。

電感選擇

• CCM模式：理想電感值計算公式為： [L{IDEAL }=frac{V{IN(TYP)} × t{ON(TYP)}}{0.3 × I{PEAK }}] 選擇接近理想值的電感，推薦使用鐵氧體磁芯電感。
• DCM模式：理想電感值計算公式為： [L{IDEAL }=frac{left(V{IN(MIN)}right)^{2} × t{ON(MIN)}}{3 timesleft(V{OUT }+V{D}right) × I{LOAD(MAX)}}] 選擇下一個較低的標稱值電感。

輸出電容選擇

• CCM模式：為了提供穩定的操作并將輸出壓降控制在0.5%以內，輸出電容應滿足： [C{OUT(MIN) }=frac{LOAD( MAX ) × t{ON }}{0.005 × V{OUT }}] 為了在3.2ms軟啟動期間控制峰值電感電流，輸出電容應滿足： [C{OUT(MAX) }=frac{LOAD( MAX ) × t{SS }}{V{OUT }}] 同時，輸出電容的ESR應滿足一定要求。
• DCM模式：對于陶瓷輸出電容，最小電容值應大于： [C{OUT(MIN) }=frac{1}{2 L} × frac{t{ON }^{2} × V{IN^{2}}}{left(V{OUT }+V{D}-V{IN}right)} × frac{1}{0.02 V{OUT }}] 為了在軟啟動期間控制電感電流，輸出電容的最大值應小于： [C{OUT(MAX) }=frac{LOAD( MAX ) × t{SS }}{V{OUT }}]

其他組件選擇

• 功率MOSFET：選擇邏輯電平NFET，考慮總柵極電荷（Qg）、反向傳輸電容或電荷（CRSS）、導通電阻（RDS(ON)）、最大漏源電壓（VDS(MAX)）和最小閾值電壓（VTH(MIN)）等參數。
• 二極管：推薦使用肖特基二極管，確保二極管的電流額定值足夠承受二極管的RMS電流，反向擊穿電壓應超過VOUT。

布局考慮

由于高開關頻率和大峰值電流，PCB布局非常重要。應將電感、輸入濾波電容和輸出濾波電容盡可能靠近連接，保持它們的走線短、直且寬。將它們的接地引腳在一個公共節點以星形接地配置連接。外部電壓反饋網絡應靠近FB引腳，保持嘈雜的走線遠離電壓反饋網絡。

四、設計實例

文檔中給出了CCM和DCM模式的設計實例，包括輸入電壓、輸出電壓、最大輸出電流、占空比、導通時間、開關頻率、峰值電感電流、電感值、輸出電容、ESR、反饋電容、輸入電容、MOSFET和二極管等參數的選擇。這些實例為實際設計提供了參考。

五、總結

MAX1522/MAX1523/MAX1524升壓控制器以其簡單的設計、高效的性能和廣泛的應用范圍，為電子工程師提供了一個優秀的電源解決方案。在設計過程中，需要根據具體應用需求選擇合適的導通模式、組件參數，并注意PCB布局，以確保系統的穩定性和性能。你在實際設計中是否遇到過類似的升壓控制器應用問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗。