MAX774/MAX775/MAX776：高效低功耗反相DC - DC控制器的設計與應用

在電子設計領域，DC - DC控制器是實現電源轉換的關鍵組件。今天，我們來深入探討MAXIM公司的MAX774/MAX775/MAX776系列 -5V/-12V/-15V或可調的高效、低靜態電流（(I_{Q})）反相DC - DC控制器。

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一、產品概述

MAX774/MAX775/MAX776反相開關穩壓器在三個數量級的負載電流范圍內都能實現高效率。其獨特的限流脈沖頻率調制（PFM）控制方案結合了脈沖寬度調制（PWM）和PFM的優點，在重載時具有PWM的高效率，同時靜態電流小于100μA（相比PWM轉換器的2mA - 10mA），從而在寬負載范圍內實現了高轉換效率。

這些IC使用微小的外部組件，高達300kHz的高開關頻率允許使用直徑小于5mm的表面貼裝磁性元件。它們接受3V至16.5V的輸入電壓，分別具有預設的 -5V（MAX774）、 -12V（MAX775）和 -15V（MAX776）輸出電壓，也可以通過兩個電阻進行用戶調節。最大(V{IN}-V{OUT})差分電壓僅受所選外部開關晶體管的擊穿電壓限制。

二、應用領域

• LCD偏置發生器：為LCD提供穩定的負電壓偏置。
• 高效DC - DC轉換器：在各種需要電源轉換的電路中發揮作用。
• 電池供電應用：低靜態電流特性有助于延長電池續航時間。
• 數據通信器：為通信設備提供穩定的電源。

三、產品特性

1. 高效率：在5mA至1A負載電流下效率可達85%。
2. 高輸出功率：最高可達5W輸出功率。
3. 低靜態電流：最大100μA的工作電流，最大5μA的關斷電流。
4. 寬輸入范圍：3V至16.5V的輸入電壓范圍。
5. 可調輸出電壓：除預設輸出電壓外，還可通過外部電阻進行調節。
6. 限流PFM控制方案：結合PWM和PFM的優點，提高效率。
7. 高開關頻率：300kHz的開關頻率，減小外部元件尺寸。

四、電氣特性

1. 輸入輸出電壓

輸入電壓范圍為3.0V至16.5V，不同型號的輸出電壓預設值不同，如MAX774為 -5V，MAX775為 -12V，MAX776為 -15V，且輸出電壓精度較高。

2. 電流參數

• 工作時最大電源電流為100μA，關斷時最大電流為5μA。
• 反饋輸入電流（(I_{FB})）根據不同溫度范圍有所不同，如MAX77_C為±50nA，MAX77_E為±70nA，MAX77_M為±90nA。

3. 效率

在不同負載電流和輸入電壓下，效率表現良好，例如MAX774在(V{+}=5V)，(I{LOAD}=1A)時效率可達87%。

4. 其他參數

還包括參考電壓、負載調整率、線路調整率、開關導通時間、關斷時間等參數，這些參數確保了芯片在不同工作條件下的穩定性和可靠性。

五、典型工作特性

通過一系列圖表展示了效率與負載電流、溫度的關系，啟動電壓與負載電流的關系，以及開關導通/關斷時間與溫度的關系等。這些特性曲線有助于工程師在實際應用中更好地了解芯片的性能，從而進行合理的設計。

六、引腳說明

七、詳細工作原理

MAX774/MAX775/MAX776采用獨特的控制方案，結合了PFM和PWM的優點。當電壓比較器檢測到輸出電壓低于參考電壓時，外部P溝道MOSFET功率晶體管導通。與傳統PFM轉換器不同的是，開關由開關電流限制（210mV/(R_{SENSE})）和單穩態觸發器設置的導通/關斷時間限制共同控制。

在輕載時，MOSFET開關一或多個周期后關閉，以提高輕載效率。對于前兩個脈沖，電流限制設置為峰值電流限制的一半。如果這些脈沖使輸出電壓達到穩定，電壓比較器將使MOSFET保持關閉，電流限制仍為峰值電流限制的一半。如果連續兩個脈沖后輸出電壓仍不穩定，下一個脈沖的電流限制將等于全電流限制。

在重載時，MOSFET首先以峰值電流值的一半開關兩次，然后保持導通直到開關電流達到全電流限制，再關閉。關閉2.3μs后，MOSFET再次導通，直到開關電流再次達到限制，如此循環直到輸出穩定。

八、設計要點

1. 設置輸出電壓

芯片預設輸出電壓為 -5V、 -12V和 -15V，也可通過外部電阻分壓器進行調節。對于預設輸出電壓，將FB連接到REF，OUT連接到輸出；對于可調輸出，連接外部電阻分壓器到FB和REF。使用外部電阻分壓器的原因包括需要非預設輸出電壓、輸入 - 輸出差分超過21V或輸出電壓超過 -15V。

2. 選擇電感器

實際電感值范圍為10μH至50μH。為了在高(vert V{OUT}vert)與(V{+})比率下獲得最大電流，電感不應過大，以免峰值電流無法達到電流限制；也不應過小，以免電流上升過快，降低效率。計算公式為： (L(max) leq frac{[V+(min)-V{SW}(max)] × 12 mu s}{LIM(max)}) (L(min) geq frac{[V+(max)-V{SW}(min)] × 0.3 mu s}{delta(I) × I_{LIM}(min)})

為了提高效率，應選擇低直流電阻的線圈，并使用環形、罐形或屏蔽線軸電感器，確保電感器的飽和電流額定值大于(I_{LIM}(max))。

3. 二極管選擇

由于芯片的高開關頻率，需要高速整流二極管。推薦使用肖特基二極管，如1N5817至1N5822系列。選擇平均電流額定值約等于或大于(I{LIM}(max))且電壓額定值高于(V{IN}(max) + V_{OUT})的二極管。在高溫應用中，肖特基二極管可能因高泄漏電流而不適用，可使用高速硅二極管。

4. 電流感應電阻

電流感應電阻將峰值開關電流限制為210mV/(R_{SENSE})。為了最大化效率并減小外部組件的尺寸和成本，應盡量降低峰值電流，但不能設置過低，以免影響輸出電流。可通過相關圖表確定合適的感應電阻和峰值電流。

5. 外部開關晶體管

MAX774/MAX775/MAX776僅能驅動P溝道增強型MOSFET晶體管。選擇功率晶體管時，需要考慮輸入和輸出電壓、峰值電流額定值、導通電阻、柵源閾值和柵極電容等因素。漏源額定值必須大于(V{+} - V{OUT})輸入 - 輸出電壓差分，柵源額定值必須大于(V_{+})加上EXT最負擺幅的絕對值。

6. 電容器

選擇輸出電容器時，應根據尺寸、紋波和輸出電壓要求進行選擇。可并聯電容器以增加電容并降低ESR，從而減小輸出紋波。同時，電容器的紋波電流額定值應等于峰值電流。

九、PCB布局和接地

由于高電流水平和快速開關波形，正確的PCB布局至關重要。應使用星形接地配置，將輸入旁路電容器、輸出電容器、電感器和芯片的GND引腳連接到靠近芯片的公共點。此外，輸入電容器C2應盡可能靠近芯片放置。如果使用外部電阻分壓器，從FB到電阻的走線必須非常短。

十、訂購信息

該系列產品提供多種溫度范圍和封裝選項，包括8引腳塑料DIP、8引腳SO和8引腳CERDIP等。具體訂購信息可參考文檔中的表格。

總之，MAX774/MAX775/MAX776系列反相DC - DC控制器以其高效、低功耗和靈活的輸出電壓調節特性，為電子工程師在電源設計中提供了一個優秀的選擇。在實際應用中，工程師需要根據具體需求，合理選擇外部組件，并注意PCB布局和接地，以確保系統的穩定性和可靠性。你在使用這類DC - DC控制器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗。