MAX756/MAX757：高效的3.3V/5V/可調(diào)輸出升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器

一、引言

在電子設(shè)備的電源設(shè)計中，升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器是常見的關(guān)鍵元件，特別是在小尺寸、低輸入電壓或電池供電的系統(tǒng)中。Maxim Integrated推出的MAX756/MAX757系列升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，以其高效、小巧等特點，為工程師提供了優(yōu)秀的電源解決方案。

文件下載：MAX756.pdf

二、產(chǎn)品概述

2.1 基本特性

MAX756/MAX757是CMOS升壓DC - DC開關(guān)穩(wěn)壓器，適用于小型、低輸入電壓或電池供電系統(tǒng)。MAX756可接受低至0.7V的正輸入電壓，并將其轉(zhuǎn)換為3.3V或5V的引腳可選輸出電壓；MAX757是可調(diào)版本，能接受低至0.7V的輸入電壓，產(chǎn)生2.7V至5.5V的可調(diào)輸出電壓。典型滿載效率大于87%。

2.2 改進之處

與以往的設(shè)備相比，MAX756/MAX757有三個顯著改進：

• 尺寸減小：MOSFET功率晶體管實現(xiàn)的高開關(guān)頻率（高達0.5MHz）允許使用微小（直徑<5mm）的表面貼裝磁性元件。
• 效率提高：效率提升至87%，比采用雙極技術(shù)制造的低壓穩(wěn)壓器高10%。
• 電源電流降低：通過CMOS結(jié)構(gòu)和獨特的恒定關(guān)斷時間脈沖頻率調(diào)制控制方案，電源電流降至60μA。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX756/MAX757的應(yīng)用十分廣泛，包括但不限于以下領(lǐng)域：

• 3.3V到5V升壓轉(zhuǎn)換：如掌上電腦、便攜式數(shù)據(jù)采集設(shè)備、個人數(shù)據(jù)通信器/計算機等。
• 醫(yī)療儀器：例如葡萄糖測量儀等。
• 電池供電設(shè)備：適用于2節(jié)和3節(jié)電池供電的設(shè)備。

四、技術(shù)參數(shù)

4.1 絕對最大額定值

4.2 電氣特性

五、工作原理

5.1 脈沖頻率調(diào)制控制方案

MAX756/MAX757采用獨特的最小關(guān)斷時間、電流限制的脈沖頻率調(diào)制（PFM）控制方案。該方案結(jié)合了脈沖寬度調(diào)制（PWM）（高輸出功率和效率）和傳統(tǒng)PFM脈沖跳躍器（超低靜態(tài)電流）的優(yōu)點。沒有振蕩器，在重負載時，通過開關(guān)中的恒定峰值電流限制實現(xiàn)開關(guān)，使電感電流在峰值限制和較小值之間自振蕩；在輕負載時，開關(guān)頻率由一對單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制，設(shè)置最小關(guān)斷時間（1μs）和最大導(dǎo)通時間（4μs），開關(guān)頻率取決于負載和輸入電壓，最高可達500kHz。

5.2 電壓參考

精密電壓參考適用于驅(qū)動外部負載，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它保證有250μA的源電流和20μA的吸收電流能力，即使在關(guān)機模式下也保持激活狀態(tài)。如果參考驅(qū)動外部負載，需用0.22μF電容旁路到地；如果無外部負載，至少用0.1μF電容旁路。

5.3 控制邏輯輸入

控制輸入（3/5、SHDN）是高阻抗MOS門，通過正常反向偏置的鉗位二極管防止ESD損壞。如果這些輸入由超過主電源電壓的信號源驅(qū)動，建議用1MΩ的串聯(lián)電阻限制二極管電流。邏輯輸入閾值電平在3.3V和5V模式下相同（約1V），且控制輸入不能浮空。

六、設(shè)計步驟

6.1 輸出電壓選擇

• MAX756：輸出電壓可通過邏輯控制選擇3.3V或5V，也可將 (3/5) 引腳連接到GND或OUT固定輸出模式。效率取決于電池和負載，在2mA至200mA負載范圍內(nèi)通常優(yōu)于80%。設(shè)備內(nèi)部采用自舉方式，電源來自輸出電壓。當(dāng)輸出設(shè)置為5V而非3.3V時，較高的內(nèi)部電源電壓會降低開關(guān)晶體管的導(dǎo)通電阻，略微增加輸出功率。自舉允許系統(tǒng)啟動后電池電壓降至1V以下，但輸出電壓不得超過7V。
• MAX757：輸出電壓由兩個電阻R1和R2設(shè)置，它們在輸出和FB引腳之間形成分壓器。輸出電壓公式為 (V{OUT }=left(V{REF }right)[(R 2+R 1) / R 2])，其中 (V{REF}=1.25V)。為簡化電阻選擇，可使用 (R1=(R 2)left[left(V{OUT } / V_{REF }right)-1right])。由于FB引腳的輸入偏置電流最大值為100nA，R1和R2可使用10kΩ至200kΩ的大阻值電阻，且不會顯著降低精度。

6.2 低電池檢測

MAX756/MAX757包含片上低電池檢測電路。如果LBI引腳的電壓低于穩(wěn)壓器的內(nèi)部參考電壓（1.25V），LBO（開漏輸出）將電流吸收到地。低電池監(jiān)測器的閾值由兩個電阻R3和R4設(shè)置，它們在輸入電壓和LBI引腳之間形成分壓器，閾值電壓公式為 (R 3=left[left(V{IN} / V{REF}right)-1right] (R 4))。由于LBI電流小于100nA，R3和R4可使用10kΩ至200kΩ的大阻值電阻，以最小化對輸入電源的負載。

6.3 電感選擇

電感的飽和（增量）電流額定值應(yīng)等于或大于峰值開關(guān)電流限制（最壞情況下為1.2A），一般允許電感飽和20%，但會降低效率。典型應(yīng)用電路中的22μH電感適用于大多數(shù)MAX756/MAX757應(yīng)用。較高的輸入電壓會增加每個周期傳輸?shù)哪芰浚赏ㄟ^減小電感值（建議10μH）來減少因能量傳輸增加而產(chǎn)生的多余紋波。電感的直流電阻會顯著影響效率，為獲得最高效率，L1的直流電阻應(yīng)限制在0.03Ω或更小。

6.4 電容選擇

一個100μF、10V的表面貼裝（SMT）鉭電容在200mA電流下從2V升壓到5V時，通常可提供50mV的輸出紋波。對于輕負載或能容忍較高輸出紋波的應(yīng)用，可使用低至10μF的較小電容。旁路和濾波電容的ESR會影響效率，使用專門的低ESR電容或并聯(lián)兩個或更多濾波電容可獲得最佳性能。

6.5 整流二極管

為獲得最佳性能，建議使用開關(guān)肖特基二極管，如1N5817。對于低輸出功率應(yīng)用，如1N4148的pn結(jié)開關(guān)二極管也可使用，但由于pn結(jié)二極管的正向電壓降較大，效率會受到影響。

6.6 PCB布局和接地

由于MAX756/MAX757的高峰值電流和高頻操作，PCB布局對于最小化接地反彈和噪聲非常重要。MAX756/MAX757的GND引腳與圖1中C1和C2的接地引腳之間的距離必須保持在0.2"（5mm）以內(nèi)。所有連接到FB和LX引腳的線路也應(yīng)盡可能短。為獲得最大輸出功率、效率和最小輸出紋波電壓，應(yīng)使用接地平面，并將MAX756/MAX757的GND（引腳7）直接焊接到接地平面。

七、總結(jié)

MAX756/MAX757升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器憑借其高效、小巧、低功耗等優(yōu)點，為小尺寸、低輸入電壓或電池供電系統(tǒng)的電源設(shè)計提供了可靠的解決方案。在設(shè)計過程中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇輸出電壓、電感、電容、整流二極管等元件，并注意PCB布局和接地，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。大家在實際應(yīng)用中是否遇到過類似電源轉(zhuǎn)換器的設(shè)計難題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。