解析MAX751：一款高效的+5V輸出升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器

作為電子工程師，在設(shè)計電源電路時，選擇合適的DC - DC轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討MAXIM公司的MAX751，一款+5V輸出的升壓、電流模式PWM DC - DC轉(zhuǎn)換器。

文件下載：MAX751.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX751是一款CMOS升壓開關(guān)模式DC - DC轉(zhuǎn)換器，能將輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的+5V輸出。它具有低啟動電壓（最低1.2V）、高輸出電流能力（在2.7V電源下，保證輸出電流150mA）等特點。其電池節(jié)能特性顯著，滿載效率典型值達86%，工作靜態(tài)電源電流為2mA，關(guān)斷電源電流僅35μA。而且，可通過邏輯兼容的SHDN引腳由微處理器直接控制關(guān)斷模式。

二、應(yīng)用場景

1. 3V系統(tǒng)中的本地+5V電源

在僅支持+3V供電的系統(tǒng)中，MAX751可方便地提供本地+5V電源，滿足系統(tǒng)中部分需要5V供電的模塊需求。

2. 手機與射頻發(fā)射器供電

在手機和射頻發(fā)射器等設(shè)備中，對電源的穩(wěn)定性和效率要求較高。MAX751的高效轉(zhuǎn)換和低噪聲特性，能為這些設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的電源。

3. 掌上電腦和筆記本電腦

這類設(shè)備通常采用電池供電，對電源的節(jié)能和體積有較高要求。MAX751的低功耗和小尺寸設(shè)計，非常適合應(yīng)用于此類設(shè)備。

4. 電池供電和手持儀器

對于電池供電的手持儀器，需要電源能夠在低輸入電壓下啟動并提供穩(wěn)定的輸出。MAX751的低啟動電壓和高輸出電流能力，能很好地滿足這些儀器的需求。

三、產(chǎn)品特性

1. 預(yù)設(shè)輸出與高電流能力

提供+5V預(yù)設(shè)輸出，保證150mA的輸出電流，能滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求。

2. 低啟動電壓

僅需1.2V的啟動電源電壓，可在低電壓環(huán)境下正常啟動。

3. 高效節(jié)能

滿載時典型效率達86%，工作靜態(tài)電流2mA，關(guān)斷模式下僅35μA，有效延長電池續(xù)航時間。

4. 小型電感設(shè)計

采用22μH的小型電感，無需復(fù)雜的元件設(shè)計，減小了電路體積。

5. 保護功能

具備過流和軟啟動保護，提高了電路的可靠性和穩(wěn)定性。

6. 高頻PWM控制

采用170kHz的高頻電流模式PWM控制，便于進行紋波濾波，同時允許使用小型外部電容。

7. 多種封裝形式

提供8引腳DIP和SO封裝，方便不同應(yīng)用場景的選擇。

四、技術(shù)參數(shù)

1. 絕對最大額定值

2. 電氣特性

在特定條件下（如VIN = +3V，LOAD = 0mA，TA = TMIN到TMAX，典型值在TA = +25°C），有以下關(guān)鍵參數(shù)：

• 最小啟動輸入電壓：空載時為1.2V，帶150mA負載時為2.2V。
• 輸出電壓：在VIN = 2.7V至5V，0mA < ILOAD < 150mA條件下，為4.75 - 5.25V。
• 輸出電流：在VIN = 2.7V至5V時，保證150mA，典型值200mA。
• 線路調(diào)節(jié)率：在VIN = 2.7V至4.5V，ILOAD = 0mA至100mA時，為0.20%/N。
• 負載調(diào)節(jié)率：為0.005%/mA。
• 效率：在VIN = 3.0V，ILOAD = 150mA時，典型值86%。
• 電源電流：包括開關(guān)電流，典型值2.0mA，最大值3.5mA。
• 待機電流：SHDN = 0V時，整個電路為35 - 100μA。

五、工作原理

MAX751采用電流模式PWM控制器，在簡單的升壓調(diào)節(jié)器配置中，將1.2V至5.25V的未調(diào)節(jié)直流電壓升壓至5V輸出。控制器包含兩個反饋回路：

1. 內(nèi)（電流）回路

通過電流檢測電阻（RS）和放大器監(jiān)測開關(guān)電流，實現(xiàn)逐周期的電流限制。當(dāng)開關(guān)電流達到由外回路確定的閾值時，截斷功率晶體管的導(dǎo)通時間。

2. 外（電壓）回路

通過誤差放大器監(jiān)測輸出電壓。例如，當(dāng)輸出電壓下降時，產(chǎn)生誤差信號，提高誤差放大器輸出的閾值，使電感電流增加，從而在每個周期存儲和傳輸更多能量。

六、輸入電壓考慮

輸入電壓范圍有三個重要組成部分：

1. 空載啟動電壓

通常為1.2V，但加載后啟動電壓會增加。

2. 滿載啟動電壓

在2.7V輸入電壓下，MAX751能保證帶150mA負載啟動并調(diào)節(jié)輸出。

3. 最小工作電壓

即MAX751能繼續(xù)提供穩(wěn)定5V輸出的最低電壓，這在電池供電設(shè)備中非常重要，它表明電池可放電的最低電壓而不失去輸出調(diào)節(jié)能力。

七、工作模式

1. 連續(xù)電流模式

電流始終在電感中流動，控制電路逐周期調(diào)整開關(guān)的占空比，以保持輸出調(diào)節(jié)，同時不超過開關(guān)電流能力。這種模式具有出色的負載瞬態(tài)響應(yīng)，輸出紋波小，易于濾波。

2. 不連續(xù)電流模式

電感中的電流在每個周期從零開始上升到峰值，然后降為零。雖然效率仍然較高，但輸出紋波會略有增加，開關(guān)波形在電感的自諧振頻率處會出現(xiàn)振鈴。

3. 脈沖跳過模式

在負載電流小于幾毫安時，控制器會切換到脈沖跳過模式，通過跳過整個周期來實現(xiàn)調(diào)節(jié)。效率通常在70% - 80%，但輸出紋波包含低頻分量，可能超過50mV。

八、元件選擇

1. 電感選擇

大多數(shù)MAX751設(shè)計中，22μH的電感是最佳選擇。要注意不超過電感的增量飽和電流。

2. 輸出濾波電容選擇

主要考慮低等效串聯(lián)電阻（ESR），以減小輸出電壓的高頻紋波。在標(biāo)準應(yīng)用中，輸出電容值至少為100μF，以保證滿載時的穩(wěn)定性。

3. 其他元件

使用連續(xù)電流額定值至少為500mA的肖特基二極管，如1N5817。CC輸入的兩個補償電容值對提供最佳瞬態(tài)響應(yīng)至關(guān)重要。輸入電容在電源阻抗很低時可省略，否則可能需要高達100μF。

九、PCB布局

為確保安靜運行，旁路電容（特別是V +和GND之間）應(yīng)盡可能靠近器件放置，以防止不穩(wěn)定和噪聲拾取。肖特基二極管的引腳應(yīng)保持短，以防止輸出中出現(xiàn)快速上升時間脈沖。高電流路徑應(yīng)盡可能短，建議使用接地平面，但不是必需的。同時，要盡量減小LX節(jié)點的雜散電容。

在實際設(shè)計中，你是否遇到過類似DC - DC轉(zhuǎn)換器在不同工作模式下的性能差異問題？你又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。