簡單SOT23升壓控制器MAX1522/MAX1523/MAX1524的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)備的電源設(shè)計(jì)中，升壓控制器是實(shí)現(xiàn)DC - DC轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵組件。Maxim推出的MAX1522/MAX1523/MAX1524簡單SOT23升壓控制器，以其簡單的應(yīng)用電路、高效的性能和小尺寸的特點(diǎn)，在眾多低功耗消費(fèi)電子應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用。本文將詳細(xì)介紹這些升壓控制器的特性、工作原理和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1522/MAX1523/MAX1524是為多種DC - DC轉(zhuǎn)換拓?fù)洌òㄉ龎?、SEPIC和反激應(yīng)用）設(shè)計(jì)的簡單緊湊型升壓控制器。它們專為低成本和小尺寸優(yōu)先的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，適用于PDA、數(shù)碼相機(jī)等低成本消費(fèi)電子產(chǎn)品。

產(chǎn)品特性

• 簡單靈活的應(yīng)用電路：能以最少的外部組件實(shí)現(xiàn)簡單的應(yīng)用電路。
• 低靜態(tài)電流：典型值為25μA，有助于降低功耗。
• 輸出故障保護(hù)和軟啟動：防止啟動時和輸出故障條件下的過大開關(guān)電流。
• 寬負(fù)載范圍內(nèi)的高效率：在1000:1的輸出電流范圍內(nèi)保持高效。
• 引腳可選的最大占空比：可通過引腳選擇固定導(dǎo)通時間，優(yōu)化外部組件尺寸和設(shè)計(jì)。
• 小尺寸6引腳SOT23封裝：節(jié)省空間，適合小型化設(shè)計(jì)。

二、工作原理

獨(dú)特的固定導(dǎo)通時間、最小關(guān)斷時間架構(gòu)

這些控制器采用獨(dú)特的固定導(dǎo)通時間、最小關(guān)斷時間架構(gòu)，在寬范圍的輸入/輸出電壓組合和負(fù)載電流下提供出色的效率。固定導(dǎo)通時間可通過引腳選擇為0.5μs（最大占空比50%）或3μs（最大占空比85%），以適應(yīng)不同的輸出電壓要求。

控制方案

當(dāng)驅(qū)動EXT引腳為高電平時，啟動電感充電周期，外部MOSFET導(dǎo)通。MOSFET保持導(dǎo)通固定導(dǎo)通時間，之后EXT引腳將MOSFET關(guān)斷。EXT引腳保持低電平至少最小關(guān)斷時間，當(dāng)FB引腳電壓降至1.25V調(diào)節(jié)點(diǎn)以下時，開始下一個周期。

自舉與非自舉模式

• MAX1522/MAX1523：通常用于非自舉配置，可實(shí)現(xiàn)高或低輸出電壓操作。當(dāng)輸入和輸出電壓都在2.5V至5.5V范圍內(nèi)時，可選擇非自舉或自舉模式。自舉模式為MOSFET開關(guān)提供更高的柵極驅(qū)動電壓，降低開關(guān)的I2R損耗，但會增加VCC電源電流。
• MAX1524：始終用于自舉配置，適用于輸入電壓范圍低于2.5V且輸出電壓在2.5V至5.5V之間的應(yīng)用。VCC通過10Ω串聯(lián)電阻連接到輸出，并通過輸入經(jīng)電感、二極管和10Ω電阻的直流電流路徑獲得啟動電壓。

三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

連續(xù)與不連續(xù)導(dǎo)通模式

• 連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）：當(dāng)電感電流不允許衰減到零時，開關(guān)調(diào)節(jié)器工作在CCM模式。選擇足夠大的電感值，使電感紋波電流小于輸入電流的一半。CCM模式的優(yōu)點(diǎn)是峰值電流較低，降低I2R損耗和輸出紋波。
• 不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）：在輕負(fù)載下，CCM電路會進(jìn)入DCM模式。不運(yùn)行在CCM模式的常見原因包括高輸出電壓和小輸出電流。

最大占空比計(jì)算

應(yīng)用的最大占空比計(jì)算公式為： [DutyCycle (MAX)=frac{V{OUT }+V{D}-V{IN(MIN)}}{V{OUT }+V_{D}} × 100 %] 其中，VD為肖特基二極管的正向電壓降（約0.5V）。

導(dǎo)通時間選擇

• CCM模式：對于占空比高達(dá)45%的應(yīng)用，將SET引腳連接到GND以獲得0.5μs的導(dǎo)通時間；對于占空比高達(dá)80%的應(yīng)用，將SET引腳連接到VCC以獲得3.0μs的導(dǎo)通時間。
• DCM模式：根據(jù)應(yīng)用的最大占空比選擇導(dǎo)通時間。最大占空比小于67%時，將SET引腳連接到GND；最大占空比在67%至99%之間時，將SET引腳連接到VCC。

電感選擇

• CCM模式：理想電感值計(jì)算公式為： [L{IDEAL }=frac{V{IN(TYP)} × t{ON(TYP)}}{0.3 × I{PEAK }}] 選擇接近理想值的電感，推薦使用鐵氧體磁芯電感。
• DCM模式：理想電感值計(jì)算公式為： [L{IDEAL }=frac{left(V{IN(MIN)}right)^{2} × t{ON(MIN)}}{3 timesleft(V{OUT }+V{D}right) × I{LOAD(MAX)}}] 選擇下一個較低的標(biāo)稱值電感。

輸出電容選擇

• CCM模式：為了提供穩(wěn)定的操作并將輸出壓降控制在0.5%以內(nèi)，輸出電容應(yīng)滿足： [C{OUT(MIN) }=frac{LOAD( MAX ) × t{ON }}{0.005 × V{OUT }}] 為了在3.2ms軟啟動期間控制峰值電感電流，輸出電容應(yīng)滿足： [C{OUT(MAX) }=frac{LOAD( MAX ) × t{SS }}{V{OUT }}] 同時，輸出電容的ESR應(yīng)滿足一定要求。
• DCM模式：對于陶瓷輸出電容，最小電容值應(yīng)大于： [C{OUT(MIN) }=frac{1}{2 L} × frac{t{ON }^{2} × V{IN^{2}}}{left(V{OUT }+V{D}-V{IN}right)} × frac{1}{0.02 V{OUT }}] 為了在軟啟動期間控制電感電流，輸出電容的最大值應(yīng)小于： [C{OUT(MAX) }=frac{LOAD( MAX ) × t{SS }}{V{OUT }}]

其他組件選擇

• 功率MOSFET：選擇邏輯電平NFET，考慮總柵極電荷（Qg）、反向傳輸電容或電荷（CRSS）、導(dǎo)通電阻（RDS(ON)）、最大漏源電壓（VDS(MAX)）和最小閾值電壓（VTH(MIN)）等參數(shù)。
• 二極管：推薦使用肖特基二極管，確保二極管的電流額定值足夠承受二極管的RMS電流，反向擊穿電壓應(yīng)超過VOUT。

布局考慮

由于高開關(guān)頻率和大峰值電流，PCB布局非常重要。應(yīng)將電感、輸入濾波電容和輸出濾波電容盡可能靠近連接，保持它們的走線短、直且寬。將它們的接地引腳在一個公共節(jié)點(diǎn)以星形接地配置連接。外部電壓反饋網(wǎng)絡(luò)應(yīng)靠近FB引腳，保持嘈雜的走線遠(yuǎn)離電壓反饋網(wǎng)絡(luò)。

四、設(shè)計(jì)實(shí)例

文檔中給出了CCM和DCM模式的設(shè)計(jì)實(shí)例，包括輸入電壓、輸出電壓、最大輸出電流、占空比、導(dǎo)通時間、開關(guān)頻率、峰值電感電流、電感值、輸出電容、ESR、反饋電容、輸入電容、MOSFET和二極管等參數(shù)的選擇。這些實(shí)例為實(shí)際設(shè)計(jì)提供了參考。

五、總結(jié)

MAX1522/MAX1523/MAX1524升壓控制器以其簡單的設(shè)計(jì)、高效的性能和廣泛的應(yīng)用范圍，為電子工程師提供了一個優(yōu)秀的電源解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇合適的導(dǎo)通模式、組件參數(shù)，并注意PCB布局，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否遇到過類似的升壓控制器應(yīng)用問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。