MAX731/MAX752：+5V/可調(diào)升壓電流模式DC - DC轉(zhuǎn)換器的深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DC - DC轉(zhuǎn)換器是實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵組件。今天我們要深入探討的是Maxim公司的MAX731和MAX752這兩款+5V/可調(diào)升壓電流模式DC - DC轉(zhuǎn)換器，它們?cè)诟黝愲娮釉O(shè)備中都有著廣泛的應(yīng)用。

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一、產(chǎn)品概述

MAX731和MAX752是固定和可調(diào)的CMOS升壓DC - DC開關(guān)模式穩(wěn)壓器。MAX731可接受+2.5V至+5.25V的正輸入電壓，并將其轉(zhuǎn)換為固定的+5V輸出，能保證在200mA負(fù)載下穩(wěn)定工作，典型滿載效率為82% - 87%，只需一個(gè)22μH的電感即可在全范圍內(nèi)工作。而MAX752是可調(diào)版本，能將最低+1.8V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為最高+15V的輸出電壓，最大輸出電流可達(dá)200mA，典型滿載效率為85% - 95%，一個(gè)50μH的電感就能滿足全工作條件范圍的需求。

這兩款轉(zhuǎn)換器采用電流模式脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，能提供精確的輸出調(diào)節(jié)和低次諧波噪聲，典型空載電源電流為2mA，固定的170kHz振蕩器頻率便于對(duì)紋波和噪聲進(jìn)行濾波，同時(shí)也能使用較小的外部組件。此外，它們還具備逐周期電流限制、過流限制、外部關(guān)斷和可編程軟啟動(dòng)保護(hù)等功能。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

• +3V邏輯系統(tǒng)中的+5V邏輯電源：在一些低電壓邏輯系統(tǒng)中，需要將+3V電源轉(zhuǎn)換為+5V以滿足特定邏輯電路的需求，MAX731/MAX752可以很好地實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換。
• DC - DC轉(zhuǎn)換器模塊替換：對(duì)于一些性能不佳或需要升級(jí)的DC - DC轉(zhuǎn)換器模塊，MAX731/MAX752可以作為替代方案，提供更穩(wěn)定的電源輸出。
• 便攜式儀器：如手持測(cè)量?jī)x器、便攜式醫(yī)療設(shè)備等，這些設(shè)備通常對(duì)電源的體積和效率有較高要求，MAX731/MAX752的小尺寸和高轉(zhuǎn)換效率能很好地滿足需求。
• 筆記本電腦：為筆記本電腦中的某些組件提供合適的電源，確保其穩(wěn)定運(yùn)行。
• 分布式電源系統(tǒng)：在分布式電源系統(tǒng)中，為不同的負(fù)載提供穩(wěn)定的電源。
• 手機(jī)：為手機(jī)中的一些模塊提供電源，如射頻模塊、顯示屏等。
• 電池供電設(shè)備：由于其低功耗和高效轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，非常適合電池供電的設(shè)備，能延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間。

三、產(chǎn)品特性

1. 高負(fù)載能力：無(wú)需外部MOSFET就能保證200mA的負(fù)載電流。
2. 寬輸入電壓范圍：MAX731能從2.5V輸入進(jìn)行升壓，MAX752最低能接受1.8V的輸入電壓。
3. 高頻率PWM：采用170kHz的高頻電流模式PWM，便于濾波和使用小尺寸的外部組件。
4. 高效率：MAX731典型滿載效率為82% - 87%，MAX752典型滿載效率為85% - 95%。
5. 小電感需求：只需較小的電感就能滿足工作需求，且無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的電感設(shè)計(jì)。
6. 低靜態(tài)電流：MAX752的靜態(tài)電流僅為2mA，能降低功耗。
7. 保護(hù)功能：具備過流和軟啟動(dòng)保護(hù)功能，能有效保護(hù)設(shè)備。
8. 多種封裝形式：提供8引腳DIP和16引腳寬體SO封裝，方便不同的應(yīng)用需求。
9. 關(guān)斷引腳：通過關(guān)斷引腳可以方便地控制設(shè)備的工作狀態(tài)，降低功耗。

四、電氣特性

（一）MAX731電氣特性

1. 啟動(dòng)和工作電壓：無(wú)負(fù)載啟動(dòng)電壓最低為1.8V，當(dāng)負(fù)載為200mA時(shí)，啟動(dòng)電壓為2.0V，最低工作電壓在不同負(fù)載下有所不同，如負(fù)載為100mA時(shí)為1.4V，200mA時(shí)為2.0V。
2. 輸出電壓：在輸入電壓為2.7V - 4.65V，負(fù)載電流為0 - 200mA的范圍內(nèi)，輸出電壓穩(wěn)定在4.75 - 5.25V。
3. 輸出電流：最大輸出電流為200mA。
4. 調(diào)節(jié)特性：線路調(diào)節(jié)率為0.20%/V，負(fù)載調(diào)節(jié)率為0.005%/mA。
5. 效率：在輸入電壓為3V，負(fù)載電流為100mA時(shí)，效率為87%。
6. 其他特性：待機(jī)電流在不同條件下有所不同，關(guān)斷輸入閾值為V+ - 0.5V和0.25V，關(guān)斷輸入泄漏電流為1.0μA，短路電流為1.5A，LX導(dǎo)通電阻為0.5Ω，參考電壓為1.15 - 1.30V，參考漂移為50ppm/°C，振蕩器頻率為125 - 215kHz，補(bǔ)償引腳阻抗為20kΩ。

（二）MAX752電氣特性

1. 輸入和輸出電壓：不同負(fù)載和輸入電壓條件下，輸出電壓范圍有所不同，如在特定配置下，輸出電壓可穩(wěn)定在11.46 - 12.54V之間。
2. 負(fù)載調(diào)節(jié)：負(fù)載調(diào)節(jié)率表現(xiàn)良好。
3. 其他特性：電源電流在不同條件下有相應(yīng)的數(shù)值，關(guān)斷輸入閾值等參數(shù)與MAX731類似。

五、工作原理

MAX731和MAX752采用電流模式PWM控制器結(jié)合簡(jiǎn)單的升壓調(diào)節(jié)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將未調(diào)節(jié)的直流電壓進(jìn)行升壓?？刂破饔蓛蓚€(gè)反饋回路組成：內(nèi)部電流回路通過電流檢測(cè)電阻（RS）和放大器監(jiān)測(cè)開關(guān)電流，外部電壓回路通過誤差放大器監(jiān)測(cè)輸出電壓。內(nèi)部回路實(shí)現(xiàn)逐周期電流限制，當(dāng)開關(guān)電流達(dá)到外部回路確定的閾值時(shí)，截?cái)喙β示w管的導(dǎo)通時(shí)間。例如，輸出電壓下降會(huì)產(chǎn)生誤差信號(hào)，提高閾值，使電路在每個(gè)周期內(nèi)存儲(chǔ)和傳輸更多能量。

六、可編程軟啟動(dòng)

在軟啟動(dòng)（SS）引腳需要連接一個(gè)0.1μF - 5μF的電容，以確保有序上電。充電電容的電壓緩慢提高誤差放大器輸出電壓的鉗位值，通過緩慢增加逐周期電流限制閾值來限制上電時(shí)的浪涌電流。SS定時(shí)可以通過選擇電容值從SS引腳進(jìn)行控制，典型值為0.1μF。不同電容值和電路條件下的定時(shí)特性可參考相關(guān)表格。

當(dāng)負(fù)載電流超過最大負(fù)載電流時(shí)，輸出電壓會(huì)下降；當(dāng)負(fù)載超過約1.5A時(shí)，過流比較器會(huì)觸發(fā)。當(dāng)過流故障條件觸發(fā)內(nèi)部晶體管將SS電容放電到地時(shí)，會(huì)主動(dòng)啟動(dòng)一個(gè)SS周期。

七、過流限制

當(dāng)負(fù)載電流超過約1.5A時(shí)，內(nèi)部回路的逐周期電流限制動(dòng)作會(huì)關(guān)閉輸出級(jí)，過流比較器會(huì)向控制邏輯發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)一個(gè)SS周期。在每個(gè)時(shí)鐘周期，輸出FET會(huì)再次導(dǎo)通，并嘗試提供電流，直到超過逐周期或過流限制。需要注意的是，SS電容至少應(yīng)為0.1μF，以確保過流保護(hù)功能正常工作。

八、關(guān)斷模式

將關(guān)斷（SHDN）引腳接地可使MAX731/MAX752進(jìn)入關(guān)斷模式。在關(guān)斷模式下，輸出功率FET關(guān)閉，但仍存在從V+到負(fù)載的外部路徑（通過電感和二極管），以及從V+到GND的路徑（通過電感、二極管和外部反饋電阻）。對(duì)于MAX731，反饋電阻約為80kΩ。內(nèi)部參考關(guān)閉，導(dǎo)致SS電容放電。關(guān)斷模式下典型的設(shè)備待機(jī)電流為35μA。要正常工作，需將SHDN連接到V+。一個(gè)SS周期可使MAX731從關(guān)斷模式恢復(fù)。+1.23V的帶隙參考在VREF處可提供高達(dá)100μA的電流，需要從VREF到GND連接一個(gè)旁路電容，MAX731為4.7μF，MAX752為0.01μF。

九、輸出調(diào)整（MAX752）

MAX752的輸出電壓由兩個(gè)電阻R1和R2設(shè)置，它們?cè)谳敵龊脱a(bǔ)償電容（CC）引腳之間形成一個(gè)分壓器。穩(wěn)壓器會(huì)調(diào)整輸出，使R1和R2的連接點(diǎn)電壓等于+1.23V的帶隙參考電壓。由于CC是CMOS輸入，其輸入阻抗幾乎為開路，不會(huì)對(duì)分壓器產(chǎn)生負(fù)載。R2可以在10kΩ - 30kΩ之間選擇，R1可通過公式[R 1=R 2left(frac{ VOUT }{1.23 V}-1right)]計(jì)算得出。

十、工作模式

（一）連續(xù)電流模式

MAX731/MAX752通常在連續(xù)電流模式下工作，即電感中始終有電流流動(dòng)，控制電路會(huì)逐周期調(diào)整開關(guān)的占空比，以保持穩(wěn)壓，且不會(huì)超過開關(guān)電流能力。這種模式提供了出色的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。但在啟動(dòng)條件和非常輕負(fù)載的情況下，該方法無(wú)法在不超過開關(guān)電流能力的情況下將占空比調(diào)整到正確值，此時(shí)控制器會(huì)切換到不連續(xù)電流模式。

（二）不連續(xù)電流模式

在不連續(xù)電流模式下，電感中的電流在每個(gè)周期從0開始上升到峰值，然后下降到0。雖然效率仍然很高，但輸出紋波會(huì)略有增加，開關(guān)波形會(huì)出現(xiàn)振鈴（電感的自諧振頻率）。這種振鈴一開始可能會(huì)讓人擔(dān)心，但實(shí)際上并不表示存在問題。

（三）脈沖跳過模式

當(dāng)負(fù)載電流低于幾毫安時(shí)，即使是不連續(xù)電流模式也會(huì)向線圈輸入比負(fù)載所需更多的能量，因此控制器會(huì)切換到脈沖跳過模式，通過跳過整個(gè)周期來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。效率仍然較好，典型為70% - 80%，部分原因是當(dāng)負(fù)載電流較低時(shí)，MAX731/MAX752的靜態(tài)電源電流在總電流中所占的比例會(huì)顯著增大。脈沖跳過開關(guān)波形可能不規(guī)則，輸出紋波包含低頻分量，可能超過50mV。在關(guān)鍵應(yīng)用中，使用更大的低ESR濾波電容可以幫助降低紋波電壓。

MAX731/MAX752控制器通常在連續(xù)電流模式下工作，在極端條件下會(huì)切換到不連續(xù)電流模式或脈沖跳過模式。連續(xù)電流模式的輸出比不連續(xù)或脈沖跳過模式更干凈，因?yàn)榉?- 峰紋波幅度最小，且紋波頻率固定在振蕩器頻率，便于對(duì)輸出進(jìn)行濾波。

十一、應(yīng)用信息

（一）固定輸出應(yīng)用

對(duì)于12V或15V的固定輸出，可以使用MAX732或MAX733。這些設(shè)備在這些電壓下，輸出電流可達(dá)200mA（MAX733為125mA），且無(wú)需外部分壓器，能接受高于4.0V的輸入電壓。

（二）標(biāo)準(zhǔn)升壓應(yīng)用電路

標(biāo)準(zhǔn)升壓應(yīng)用電路（如圖2a和2b所示）可在2.5V - 5.25V的輸入電壓下工作，輸出電流取決于輸入電壓。

（三）電感選擇

大多數(shù)MAX731設(shè)計(jì)使用22μH的電感，大多數(shù)MAX752設(shè)計(jì)使用50μH的電感。電感的重要規(guī)格是其增量飽和電流額定值，應(yīng)大于直流負(fù)載電流的2.5倍（對(duì)于12V、200mA的負(fù)載，為500mA）。對(duì)于低功率應(yīng)用，可以使用較小的電感值。相關(guān)表格列出了不同應(yīng)用推薦的電感類型和供應(yīng)商。

（四）輸出濾波電容選擇

選擇輸出濾波電容的主要標(biāo)準(zhǔn)是低等效串聯(lián)電阻（ESR）。電感電流變化與輸出電容ESR的乘積決定了輸出電壓上的高頻幅度。電容的ESR應(yīng)小于0.25Ω，以確保在整個(gè)電流范圍內(nèi)輸出紋波小于50mVp - p（使用推薦的電感）。此外，應(yīng)盡量減小輸出濾波電容的ESR，以保持交流穩(wěn)定性。相關(guān)表格提供了建議的電容供應(yīng)商。

（五）其他組件

在滿載（200mA）工作時(shí)，應(yīng)使用電流額定值至少為500mA的肖特基二極管，如1N5817。CC輸入處的兩個(gè)補(bǔ)償電容值很關(guān)鍵，因?yàn)樗鼈兪菫樘峁┳罴阉矐B(tài)響應(yīng)而選擇的。

（六）輸出紋波濾波

可以在輸出端添加一個(gè)可選的低通π濾波器（如圖2所示），將輸出紋波降低到約5mVp - p。濾波器的截止頻率為21kHz。由于濾波器電感與電路輸出串聯(lián)，應(yīng)盡量減小其電阻，以避免過大的電壓降。需要注意的是，反饋應(yīng)在濾波器之前獲取，而不是在濾波器之后。

（七）印刷電路板布局

印刷電路板布局對(duì)設(shè)備的安靜運(yùn)行很重要。旁路電容應(yīng)盡可能靠近設(shè)備放置，以防止不穩(wěn)定和噪聲拾取。肖特基二極管的引腳也應(yīng)保持較短，以防止輸出中出現(xiàn)快速上升時(shí)間的脈沖。建議使用接地平面，但不是必需的。

（八）V+旁路

對(duì)于MAX752應(yīng)用，當(dāng)產(chǎn)生大于13V的電壓且負(fù)載電流超過100mA時(shí)，電容C2（如圖2b所示）應(yīng)位于距離IC的V+和GND引腳小于1/2英寸的位置。該電容可抑制大負(fù)載瞬態(tài)產(chǎn)生的高電壓。

十二、訂購(gòu)信息

MAX731和MAX752提供多種溫度范圍和引腳封裝選擇，包括8引腳塑料DIP、16引腳寬體SO、裸片和8引腳陶瓷DIP等。不同的型號(hào)適用于不同的溫度環(huán)境，如0°C - +70°C、 - 40°C - +85°C和 - 55°C - +125°C等。需要注意的是，裸片僅在TA = +25°C時(shí)進(jìn)行測(cè)試，如需符合MIL - STD - 883標(biāo)準(zhǔn)，需聯(lián)系廠家。

MAX731和MAX752是兩款性能出色的升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，具有多種優(yōu)點(diǎn)和豐富的功能，能滿足不同電子設(shè)備的電源需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和要求，合理選擇和使用這兩款轉(zhuǎn)換器，同時(shí)注意各個(gè)組件的選擇和布局，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用這兩款轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。