MAX761/MAX762：高效低功耗升壓DC-DC轉換器的設計與應用

在電子設備的電源管理中，升壓DC-DC轉換器扮演著至關重要的角色。今天我們要深入探討的是MAXIM公司的MAX761/MAX762升壓DC-DC轉換器，它以其高效、低靜態電流等特性在眾多應用場景中脫穎而出。

文件下載：MAX761.pdf

一、產品概述

MAX761/MAX762是一款能夠提供12V/15V固定輸出或可調輸出的升壓開關穩壓器。它采用了獨特的電流限制脈沖頻率調制（PFM）控制方案，在寬負載電流范圍內都能實現高效率，最大可提供150mA的輸出電流。其輸入電壓范圍為2V至16.5V，MAX761預設輸出電壓為12V，MAX762預設輸出電壓為15V，也可以通過兩個外部電阻進行調節。

二、產品特性

2.1 高效性能

獨特的PFM控制方案結合了脈沖寬度調制（PWM）轉換器在重載時的高效率和脈沖頻率調制在輕載時的低功耗優勢。在寬負載電流范圍內，效率可達86%，同時最大電源電流僅為110μA，關機模式下電源電流更是低至5μA。

2.2 內部功率MOSFET

內部集成了1A的N溝道功率MOSFET，使得該轉換器適用于對元件數量要求較低的中低功率應用。其高達300kHz的開關頻率允許使用小型表面貼裝磁性元件，進一步減小了電路板空間。

2.3 低電池檢測功能

具備低電池比較器（LBI/LBO），可以監測電池電壓。當LBI電壓低于1.5V參考電壓時，LBO（開漏輸出）將變為低電平，并且比較器具有20mV的遲滯，增強了抗干擾能力。

三、工作模式

3.1 自舉模式與非自舉模式

• 自舉模式：IC由輸出電壓（VOUT）供電，內部N溝道FET的柵極電壓在VOUT和地之間切換，提供了更大的開關柵極驅動，相比非自舉模式提高了DC-DC轉換器的效率。適用于輸入電壓低于約4V的情況。
• 非自舉模式：IC由電源電壓VIN供電，工作時電源電流最小。但由于內部FET柵極電壓降低，在低輸入電壓時效率會下降。在非自舉模式下，沒有固定輸出操作，必須使用外部電阻來設置輸出電壓。

3.2 脈沖頻率調制（PFM）控制方案

該控制方案結合了脈沖跳過PFM轉換器的超低電源電流和電流模式PWM轉換器的高滿載效率特性。內部功率MOSFET在電壓比較器檢測到輸出電壓失調時開啟，通過峰值電流限制和一對單穩態觸發器來設置開關的最大導通時間（8μs）和最小關斷時間（1.3μs）。為了提高輕載效率，前兩個脈沖的電流限制設置為峰值電流限制的一半。

3.3 連續導通模式（CCM）和不連續導通模式（DCM）

• CCM：在輸出大電流時，MAX761/MAX762工作在CCM模式。此時電感中始終有電流流動，控制電路逐周期調整開關的占空比，以保持輸出電壓穩定，同時不超過開關電流能力，提供了出色的負載瞬態響應和高效率。
• DCM：在DCM模式下，電感電流在每個周期從零開始上升到峰值，然后下降到零。雖然效率仍然很高，但開關波形會包含振鈴（電感的自諧振頻率），不過這屬于正常現象，不會影響操作。

四、設計步驟

4.1 設置輸出電壓

使用外部電阻R1和R2可以將輸出電壓從5V調整到16.5V。對于可調輸出操作，選擇反饋電阻R1在10kΩ至250kΩ范圍內，較高的R1值可提供最低的電源電流和最佳的輕載效率。R2的計算公式為：(R 2=(R 1)left(frac{ VOUT }{V{REF }}-1right))，其中(V{REF}=1.5V)。

4.2 選擇電感（L）

在CCM和DCM模式下，實用的電感值范圍為10μH至50μH。為了確保開關在最小導通時間（約2.5μs）內電流不超過ILIM/2，可根據公式(L geq frac{(VIN(max ))(tON(min ))}{LIM / 2})計算最小電感值。一般來說，18μH的電感適用于大多數輸入電壓不超過5V的應用。

4.3 二極管選擇

由于MAX761/MAX762的高開關頻率，需要使用高速整流器。推薦使用平均電流額定值為1A的肖特基二極管，如1N5817。對于高溫應用，可使用高速硅二極管，如MUR105或EC11FS1。

4.4 電容選擇

• 輸出濾波電容：選擇輸出濾波電容（C4）的主要標準是低等效串聯電阻（ESR）。例如，一個33μF、16V的三洋OS - CON電容，ESR為100mΩ，在從5V升壓到12V、輸出電流為150mA時，通常可提供100mV的紋波。
• 輸入旁路電容：輸入旁路電容C1用于減少從電壓源汲取的峰值電流，并降低MAX761/MAX762開關動作在電壓源處產生的噪聲。對于輸出電流不超過250mA的情況，33μF的C1通常足夠。同時，使用0.1μF的陶瓷電容C2對IC進行單獨旁路，應將其放置在靠近V +和GND引腳的位置。
• 參考電容：使用0.1μF的電容對REF進行旁路，REF可提供高達100μA的電流。

4.5 設置低電池檢測器電壓

通過選擇R3在10kΩ至500kΩ之間，并根據公式(R 4=R 3left[frac{left(V{TRIP }-V{REF}right)}{V{REF }}right])計算R4，可設置低電池檢測器的下降觸發電壓（VTRIP）。上升觸發電壓由于比較器約20mV的遲滯而較高，可通過公式(V{TRIP }( rising )=left(V_{REF}+20 mVright)(1+R 4 / R 3))計算。

五、應用信息

5.1 布局考慮

由于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。采用星型接地配置，將GND、輸入旁路電容接地引線和輸出濾波電容接地引線連接到同一點，以最小化接地噪聲。同時，盡量縮短引線長度，以減少雜散電容、走線電阻和輻射噪聲。特別是連接到FB和LX的走線必須短。將旁路電容C2盡可能靠近V +和GND放置。

5.2 應用場景

MAX761/MAX762適用于多種應用場景，如閃存編程、PCMCIA卡、電池供電應用以及高效DC-DC轉換器等。其高效、低功耗的特性使其在對電源效率和電池壽命要求較高的設備中具有很大的優勢。

MAX761/MAX762升壓DC-DC轉換器以其獨特的特性和靈活的設計方案，為電子工程師在電源管理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，合理選擇元件參數和工作模式，以實現最佳的性能和效率。你在使用MAX761/MAX762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。