MAX1760/MAX1760H：高效低噪升壓DC - DC轉換器的深度解析

在電池供電的無線應用領域，電源管理芯片的性能直接影響著設備的續航能力、穩定性和整體性能。MAX1760/MAX1760H這款0.8A、低噪聲、1MHz的升壓DC - DC轉換器，憑借其出色的性能和豐富的功能，成為了眾多便攜式設備設計的理想選擇。

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一、產品概述

MAX1760/MAX1760H是專為電池供電的無線應用而設計的高效、低噪聲升壓DC - DC轉換器。它結合了低靜態電源電流（100μA）和1MHz的高工作頻率，外部組件小，采用10引腳TDFN和μMAX?封裝，非常適合小型手持應用。其中，MAX1760由邏輯低電平的ON信號激活，而MAX1760H則由邏輯高電平的ON輸入激活。

二、關鍵特性

2.1 高效轉換

該轉換器最高效率可達94%，能夠有效減少能量損耗，延長電池使用壽命。其輸入電壓范圍為0.7V至5.5V，可適應多種電池供電場景，如1至3節堿性或NiCd/NiMH電池，或單節鋰離子（Li +）電池。輸出電流最大可達800mA，輸出電壓可固定為3.3V，也可在2.5V至5.5V之間進行調節。

2.2 低噪聲與恒頻操作

采用PWM同步整流拓撲結構，實現了低噪聲、恒頻（1MHz）操作。這種設計不僅有效降低了電磁干擾（EMI），還能確保在各種負載條件下都能保持穩定的輸出。此外，它還支持強制PWM模式，適用于對頻率穩定性要求較高的應用。而且，其開關頻率可同步至外部時鐘，有助于保護通信設備中的敏感頻段。

2.3 靈活控制與優化

具備可調節的電流限制和軟啟動功能，允許工程師根據具體應用需求優化效率、外部組件尺寸和輸出電壓紋波。在關機模式下，電流僅為0.1μA，進一步降低了功耗。

三、應用領域

MAX1760/MAX1760H廣泛應用于多種便攜式設備，如數字無繩電話、無線手持設備、掌上電腦、PCS電話、手持儀器和個人通信器等。這些設備通常對電源的效率、體積和噪聲有較高要求，而MAX1760/MAX1760H正好滿足了這些需求。

四、詳細工作原理

4.1 升壓轉換過程

在DC - DC轉換器工作期間，內部N溝道MOSFET開關在每個周期的前半部分導通，使電流在電感中上升并在磁場中存儲能量。后半部分，MOSFET關斷，電感電流通過同步整流器流向輸出濾波電容和負載。隨著電感中存儲的能量耗盡，電流下降，同步整流器關斷。

4.2 工作模式選擇

• 正常模式：當CLK/SEL引腳拉低時，設備在驅動中重負載時以PWM模式工作，輕負載時自動切換到PFM模式，以提高效率。
• 強制PWM模式：CLK/SEL引腳為高電平時，設備以恒定頻率（1MHz）的低噪聲PWM模式工作，通過調制MOSFET開關脈沖寬度來控制每周期傳輸的功率，以調節輸出電壓。
• 同步PWM模式：通過向CLK/SEL引腳施加500kHz至1.2MHz的外部時鐘信號，可將MAX1760同步到該外部頻率，有效減少無線應用中的干擾。

  4.3 同步整流器

  內部P溝道同步整流器的使用，相比類似的非同步升壓調節器，效率提高了5%。在PWM模式下，同步整流器在每個開關周期的后半部分導通；在低功耗模式下，當LX引腳的電壓超過升壓調節器輸出時，內部比較器會導通同步整流器，當電感電流降至60mA以下時關斷。當輸出電壓大于4V時，需并聯一個外部0.5A肖特基二極管。

  4.4 低壓啟動振蕩器

  采用CMOS低壓啟動振蕩器，保證最低啟動輸入電壓為1.1V。啟動時，低壓振蕩器切換N溝道MOSFET，直到輸出電壓達到2.15V，之后正常的升壓轉換器反饋和控制電路接管。一旦設備進入穩定狀態，輸入電壓可低至0.7V。

  4.5 關機模式

  MAX1760具有關機模式，可將靜態電流降至0.1μA。關機時（MAX1760的ON為高電平，MAX1760H的ON為低電平），參考電壓和所有反饋及控制電路均關閉，輸出電壓比輸入電壓低一個二極管壓降。

五、設計要點

5.1 輸出電壓設置

通過電阻分壓器連接到FB引腳來設置輸出電壓。對于固定3.3V輸出，將FB引腳接地；對于2.5V至5.5V的可調輸出，連接一個從OUT到GND的電阻分壓器。計算公式為 (R1 = R2(frac{V{OUT}}{V{FB}} - 1))，其中 (V_{FB}) 為1.24V。

5.2 開關電流限制和軟啟動

ISET引腳用于調節電感電流限制和實現軟啟動。當ISET連接到REF時，電感電流限制為1.25A；通過連接一個從REF到GND的電阻分壓器，可根據公式 (ILIM = 1.25A(frac{V{ISET}}{1.25V})) 降低電流限制。在ISET和REF之間連接一個電阻，在ISET和GND之間連接一個電容，可實現軟啟動，軟啟動時間常數為 (t{SS} = R{SS}C{SS})，其中 (R_{SS} ≥ 470kΩ)。

5.3 組件選擇

• 電感：由于其高開關頻率，可使用小型3.3μH表面貼裝電感。電感的飽和電流額定值應超過N溝道開關電流限制，也可允許電感電流飽和20%以換取一定的效率降低。為提高效率，應選擇具有高頻鐵氧體磁芯材料的電感。
• 外部二極管：當輸出電壓大于4V時，需從LX到POUT并聯一個外部0.5A肖特基二極管。對于啟動輸入電壓低于1.8V的應用，也建議使用該二極管。
• 輸入和輸出濾波電容：輸入濾波電容應選擇工作電壓額定值高于最大輸入電壓的電容，以減少輸入源的峰值電流和開關噪聲；輸出濾波電容應選擇工作電壓額定值高于輸出電壓的低ESR電容，以減少輸出紋波電壓并提供負載所需的瞬態峰值電流。

  5.4 PCB布局

  由于高開關頻率和大峰值電流，PCB布局至關重要。功率組件應盡可能靠近放置，走線應短、直且寬。電壓反饋網絡應靠近IC，遠離嘈雜的走線，并使用接地銅進行屏蔽。

六、總結

MAX1760/MAX1760H升壓DC - DC轉換器以其高效、低噪聲和靈活的控制特性，為電池供電的無線應用提供了出色的電源解決方案。在設計過程中，合理選擇組件和優化PCB布局是確保其性能的關鍵。對于電子工程師來說，深入了解該轉換器的工作原理和設計要點，將有助于設計出更高效、穩定的便攜式設備。你在使用類似的DC - DC轉換器時，遇到過哪些挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。