深度剖析MAX618：28V內(nèi)部開關(guān)升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器的卓越性能與設(shè)計應(yīng)用

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，DC - DC轉(zhuǎn)換器是不可或缺的關(guān)鍵組件。今天，我們聚焦于Analog Devices推出的MAX618，一款具備28V內(nèi)部開關(guān)的升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，深入探討其特性、工作原理、設(shè)計要點等內(nèi)容。

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一、產(chǎn)品概述

MAX618是一款CMOS、PWM升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，它能夠產(chǎn)生高達28V的輸出電壓，輸入電壓范圍為+3V至+28V。其內(nèi)部集成了2A、0.3Ω的開關(guān)，無需外部功率MOSFET，就能提供高達500mA甚至更高的輸出電流。PWM控制方案結(jié)合輕載時的Idle Mode?操作，可在寬負(fù)載范圍內(nèi)最大程度地降低噪聲和紋波，同時提高效率，空載工作電流僅為500μA，效率最高可達93%。此外，250kHz的快速開關(guān)頻率允許使用小型表面貼裝電感和電容，關(guān)機模式可在設(shè)備不使用時延長電池壽命。

二、關(guān)鍵特性

（一）電壓與效率

• 可調(diào)節(jié)輸出電壓：輸出電壓最高可達+28V，并且能夠根據(jù)實際需求進行調(diào)節(jié)，為不同的應(yīng)用場景提供了靈活的電壓選擇。
• 高效率表現(xiàn)：最高效率可達93%，在保證電源轉(zhuǎn)換質(zhì)量的同時，有效降低了能量損耗，提高了能源利用率。

  （二）輸入與輸出能力

• 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為+3V至+28V，這使得MAX618能夠適應(yīng)多種電源環(huán)境，增強了其在不同系統(tǒng)中的通用性。
• 高輸出電流：在+12V輸出時，能夠提供高達500mA的輸出電流，滿足了許多設(shè)備對大電流的需求。

  （三）低功耗設(shè)計

• 低靜態(tài)電流：空載時的靜態(tài)電流僅為500μA，關(guān)機電流更是低至3μA，大大降低了系統(tǒng)在待機或不工作狀態(tài)下的功耗，延長了電池續(xù)航時間。

  （四）封裝優(yōu)勢

  采用熱增強型16引腳QSOP封裝，尺寸與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8引腳SO相同，但能夠耗散高達1W的功率，在保證性能的同時，節(jié)省了電路板空間。

三、工作原理

（一）PWM控制與Idle Mode操作

MAX618結(jié)合了中高負(fù)載時的連續(xù)傳導(dǎo)PWM操作和輕載時的Idle Mode操作，以在寬負(fù)載條件下實現(xiàn)高效率。在PWM模式下，內(nèi)部MOSFET開關(guān)以250kHz的頻率工作，每個時鐘脈沖使開關(guān)導(dǎo)通，直到誤差比較器觸發(fā)或電感電流達到2A的開關(guān)電流限制。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時，能量從電感轉(zhuǎn)移到輸出電容。在Idle Mode下，通過減少電感電流和跳過周期來降低內(nèi)部開關(guān)、二極管和電感的損耗，提高輕載效率。只有當(dāng)誤差比較器檢測到輸出電壓即將超出調(diào)節(jié)范圍時，才會啟動開關(guān)周期。

（二）補償方案

MAX618采用電壓控制和電流控制兩種方案并行的方式進行補償。電壓控制回路對誤差信號的主要低頻分量進行嚴(yán)格調(diào)節(jié)，而電流控制回路則提高了高頻時的穩(wěn)定性。通過選擇輸出電容（COUT）、積分電容（CCOMP）和極點電容（CP）來實現(xiàn)補償。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

（一）工業(yè)系統(tǒng)

在工業(yè)+24V和+28V系統(tǒng)中，MAX618能夠穩(wěn)定地提供所需的電壓和電流，確保系統(tǒng)的正常運行。其寬輸入電壓范圍和高輸出電流能力使其能夠適應(yīng)工業(yè)環(huán)境中的復(fù)雜電源需求。

（二）顯示設(shè)備

對于LCD顯示器，MAX618可以為其提供穩(wěn)定的電源，保證顯示器的正常顯示效果。其低噪聲和高效率的特點有助于減少對顯示信號的干擾，提高顯示質(zhì)量。

（三）掌上電腦

在掌上電腦等便攜式設(shè)備中，MAX618的低功耗設(shè)計和小尺寸封裝非常適合，能夠在延長電池續(xù)航時間的同時，節(jié)省電路板空間。

五、設(shè)計要點

（一）輸出電壓設(shè)置

通過兩個外部電阻（R1和R2）來設(shè)置輸出電壓。首先選擇R2的值在10kΩ至200kΩ之間，然后根據(jù)公式(R{1}=R{2}left(frac{V{OUT }}{V{FB}}-1right))計算R1的值，其中VFB為1.5V。

（二）電感值確定

MAX618的高開關(guān)頻率允許使用小值電感。推薦的電感值與輸出電壓成正比，計算公式為(L=frac{V_{OUT }}{7 × 10^{5}})。選擇電感時，要確保其額定頻率為250kHz，飽和電流超過峰值電感電流，直流電阻低于200mΩ。

（三）二極管選擇

由于MAX618的高開關(guān)頻率，需要選擇高速整流二極管。肖特基二極管因其快速恢復(fù)時間和低正向電壓而成為大多數(shù)應(yīng)用的首選。要確保二極管的峰值電流額定值超過2A的峰值開關(guān)電流，擊穿電壓超過輸出電壓。

（四）電容選擇

• 輸入電容：輸入旁路電容（CIND）用于減少升壓配置產(chǎn)生的輸入紋波。對于輸入電流高達2A的情況，68μF通常就足夠了。推薦使用低ESR電容，以降低輸入紋波并提高效率。此外，還需要在IN引腳附近放置一個1μF的陶瓷電容進行旁路。
• 輸出電容：根據(jù)表4選擇最小輸出電容，以確保穩(wěn)定運行。同時，選擇低ESR的輸出電容，以減少輸出紋波。
• 積分電容：補償電容（CCOMP）設(shè)置MAX618傳遞函數(shù)中的主導(dǎo)極點。其值取決于輸出電容，可根據(jù)表5或公式(C{COMP }=frac{C{COMP }( Table 5) × C{OUT }}{C{OUT }( Table 4) })計算。
• 極點補償電容：極點電容（CP）用于消除COUT的ESR引入的不需要的零點，確保PWM操作的穩(wěn)定性。其值可通過公式(C{P}=frac{R{ESR} × C{OUT }left(R{1}+R{2}right)}{R{1} × R_{2}})計算，其中RESR為COUT的ESR。

六、布局注意事項

由于MAX618的高電流水平和快速開關(guān)波形會輻射噪聲，因此正確的PCB布局至關(guān)重要。建議使用MAX618評估套件或等效的PCB布局進行初始原型設(shè)計，避免使用面包板、繞線板和原型板。要將GND引腳、輸入旁路電容接地引線和輸出濾波電容接地引線連接到單點，以最小化接地噪聲并提高調(diào)節(jié)性能。同時，盡量減少引線長度，以降低雜散電容、走線電阻和輻射噪聲，特別是反饋電路、接地電路和LX引腳。將反饋電阻盡可能靠近FB引腳放置，將1μF的輸入旁路電容盡可能靠近IN和GND引腳放置。

MAX618以其卓越的性能和靈活的設(shè)計特點，為電子工程師在DC - DC轉(zhuǎn)換設(shè)計中提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場景，合理選擇和設(shè)計相關(guān)參數(shù)，以充分發(fā)揮MAX618的優(yōu)勢。你在使用MAX618的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。