深度剖析MAX618：28V內部開關升壓DC - DC轉換器的卓越性能與設計應用

在電子工程師的日常設計工作中，DC - DC轉換器是不可或缺的關鍵組件。今天，我們聚焦于Analog Devices推出的MAX618，一款具備28V內部開關的升壓DC - DC轉換器，深入探討其特性、工作原理、設計要點等內容。

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一、產品概述

MAX618是一款CMOS、PWM升壓DC - DC轉換器，它能夠產生高達28V的輸出電壓，輸入電壓范圍為+3V至+28V。其內部集成了2A、0.3Ω的開關，無需外部功率MOSFET，就能提供高達500mA甚至更高的輸出電流。PWM控制方案結合輕載時的Idle Mode?操作，可在寬負載范圍內最大程度地降低噪聲和紋波，同時提高效率，空載工作電流僅為500μA，效率最高可達93%。此外，250kHz的快速開關頻率允許使用小型表面貼裝電感和電容，關機模式可在設備不使用時延長電池壽命。

二、關鍵特性

（一）電壓與效率

• 可調節輸出電壓：輸出電壓最高可達+28V，并且能夠根據實際需求進行調節，為不同的應用場景提供了靈活的電壓選擇。
• 高效率表現：最高效率可達93%，在保證電源轉換質量的同時，有效降低了能量損耗，提高了能源利用率。

  （二）輸入與輸出能力

• 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為+3V至+28V，這使得MAX618能夠適應多種電源環境，增強了其在不同系統中的通用性。
• 高輸出電流：在+12V輸出時，能夠提供高達500mA的輸出電流，滿足了許多設備對大電流的需求。

  （三）低功耗設計

• 低靜態電流：空載時的靜態電流僅為500μA，關機電流更是低至3μA，大大降低了系統在待機或不工作狀態下的功耗，延長了電池續航時間。

  （四）封裝優勢

  采用熱增強型16引腳QSOP封裝，尺寸與行業標準的8引腳SO相同，但能夠耗散高達1W的功率，在保證性能的同時，節省了電路板空間。

三、工作原理

（一）PWM控制與Idle Mode操作

MAX618結合了中高負載時的連續傳導PWM操作和輕載時的Idle Mode操作，以在寬負載條件下實現高效率。在PWM模式下，內部MOSFET開關以250kHz的頻率工作，每個時鐘脈沖使開關導通，直到誤差比較器觸發或電感電流達到2A的開關電流限制。當開關關閉時，能量從電感轉移到輸出電容。在Idle Mode下，通過減少電感電流和跳過周期來降低內部開關、二極管和電感的損耗，提高輕載效率。只有當誤差比較器檢測到輸出電壓即將超出調節范圍時，才會啟動開關周期。

（二）補償方案

MAX618采用電壓控制和電流控制兩種方案并行的方式進行補償。電壓控制回路對誤差信號的主要低頻分量進行嚴格調節，而電流控制回路則提高了高頻時的穩定性。通過選擇輸出電容（COUT）、積分電容（CCOMP）和極點電容（CP）來實現補償。

四、應用領域

（一）工業系統

在工業+24V和+28V系統中，MAX618能夠穩定地提供所需的電壓和電流，確保系統的正常運行。其寬輸入電壓范圍和高輸出電流能力使其能夠適應工業環境中的復雜電源需求。

（二）顯示設備

對于LCD顯示器，MAX618可以為其提供穩定的電源，保證顯示器的正常顯示效果。其低噪聲和高效率的特點有助于減少對顯示信號的干擾，提高顯示質量。

（三）掌上電腦

在掌上電腦等便攜式設備中，MAX618的低功耗設計和小尺寸封裝非常適合，能夠在延長電池續航時間的同時，節省電路板空間。

五、設計要點

（一）輸出電壓設置

通過兩個外部電阻（R1和R2）來設置輸出電壓。首先選擇R2的值在10kΩ至200kΩ之間，然后根據公式(R{1}=R{2}left(frac{V{OUT }}{V{FB}}-1right))計算R1的值，其中VFB為1.5V。

（二）電感值確定

MAX618的高開關頻率允許使用小值電感。推薦的電感值與輸出電壓成正比，計算公式為(L=frac{V_{OUT }}{7 × 10^{5}})。選擇電感時，要確保其額定頻率為250kHz，飽和電流超過峰值電感電流，直流電阻低于200mΩ。

（三）二極管選擇

由于MAX618的高開關頻率，需要選擇高速整流二極管。肖特基二極管因其快速恢復時間和低正向電壓而成為大多數應用的首選。要確保二極管的峰值電流額定值超過2A的峰值開關電流，擊穿電壓超過輸出電壓。

（四）電容選擇

• 輸入電容：輸入旁路電容（CIND）用于減少升壓配置產生的輸入紋波。對于輸入電流高達2A的情況，68μF通常就足夠了。推薦使用低ESR電容，以降低輸入紋波并提高效率。此外，還需要在IN引腳附近放置一個1μF的陶瓷電容進行旁路。
• 輸出電容：根據表4選擇最小輸出電容，以確保穩定運行。同時，選擇低ESR的輸出電容，以減少輸出紋波。
• 積分電容：補償電容（CCOMP）設置MAX618傳遞函數中的主導極點。其值取決于輸出電容，可根據表5或公式(C{COMP }=frac{C{COMP }( Table 5) × C{OUT }}{C{OUT }( Table 4) })計算。
• 極點補償電容：極點電容（CP）用于消除COUT的ESR引入的不需要的零點，確保PWM操作的穩定性。其值可通過公式(C{P}=frac{R{ESR} × C{OUT }left(R{1}+R{2}right)}{R{1} × R_{2}})計算，其中RESR為COUT的ESR。

六、布局注意事項

由于MAX618的高電流水平和快速開關波形會輻射噪聲，因此正確的PCB布局至關重要。建議使用MAX618評估套件或等效的PCB布局進行初始原型設計，避免使用面包板、繞線板和原型板。要將GND引腳、輸入旁路電容接地引線和輸出濾波電容接地引線連接到單點，以最小化接地噪聲并提高調節性能。同時，盡量減少引線長度，以降低雜散電容、走線電阻和輻射噪聲，特別是反饋電路、接地電路和LX引腳。將反饋電阻盡可能靠近FB引腳放置，將1μF的輸入旁路電容盡可能靠近IN和GND引腳放置。

MAX618以其卓越的性能和靈活的設計特點，為電子工程師在DC - DC轉換設計中提供了一個優秀的選擇。在實際應用中，我們需要根據具體的需求和場景，合理選擇和設計相關參數，以充分發揮MAX618的優勢。你在使用MAX618的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。