深入解析MAX724/MAX726：5A/2A降壓型PWM開關(guān)模式DC - DC調(diào)節(jié)器

一、產(chǎn)品概述

MAX724/MAX726是由Maxim生產(chǎn)的單芯片、雙極型、脈寬調(diào)制（PWM）開關(guān)模式DC - DC調(diào)節(jié)器，專為降壓應(yīng)用而優(yōu)化。不過需要注意的是，該產(chǎn)品采用的工藝已不再可用，不建議用于新設(shè)計(jì)，但現(xiàn)有用戶仍可參考其數(shù)據(jù)手冊(cè)。MAX724額定電流為5A，MAX726為2A，由于功率開關(guān)、振蕩器和控制電路都集成在芯片上，標(biāo)準(zhǔn)操作只需很少的外部組件。

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二、產(chǎn)品特性

2.1 輸入范圍與開關(guān)特性

• 輸入范圍廣：在降壓配置中，輸入范圍為8V至40V；在反相和升壓配置中，輸入低至5V。
• 集成功率開關(guān)：MAX724集成5A片上功率開關(guān)，MAX726集成2A片上功率開關(guān)。
• 輸出可調(diào)：輸出電壓可在2.5V至35V之間調(diào)節(jié)。
• 開關(guān)頻率：預(yù)設(shè)開關(guān)頻率為100kHz。

2.2 性能特點(diǎn)

• 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好：具有出色的動(dòng)態(tài)和瞬態(tài)響應(yīng)特性。
• 過流保護(hù)：具備逐周期電流限制功能，可防止過流故障和短路輸出故障。
• 靜態(tài)電流低：靜態(tài)電流僅8.5mA。

2.3 封裝形式

采用5引腳TO - 220封裝，方便安裝和散熱。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 分布式電源

可用于從高壓總線進(jìn)行分布式供電，為不同的負(fù)載提供穩(wěn)定的電源。

3.2 大電流降壓應(yīng)用

滿足高電流、高壓降壓的需求，如在一些工業(yè)設(shè)備中。

3.3 大電流逆變器

實(shí)現(xiàn)正電壓到負(fù)電壓的轉(zhuǎn)換，在特定的電路設(shè)計(jì)中發(fā)揮作用。

3.4 負(fù)升壓轉(zhuǎn)換器

可將較低的輸入電壓轉(zhuǎn)換為更高的負(fù)輸出電壓。

3.5 多輸出降壓轉(zhuǎn)換器

為多個(gè)負(fù)載提供不同的電壓輸出。

3.6 隔離式DC - DC轉(zhuǎn)換

在需要電氣隔離的場(chǎng)合使用。

四、電氣特性

4.1 輸入電壓與開關(guān)特性

• 輸入電壓范圍：8.0V至40.0V。
• 開關(guān)導(dǎo)通電壓：不同電流和溫度條件下有所不同，例如MAX724在Isw = 1A且T≥0°C時(shí)為1.85V，Tj < 0°C時(shí)為2.10V等。
• 開關(guān)關(guān)斷泄漏電流：在不同輸入電壓和溫度條件下，MAX724和MAX726的泄漏電流有相應(yīng)規(guī)定。

4.2 電源電流與電流限制

• 電源電流：在VFB = 2.5V，VIN ≤ 40V時(shí)，典型值為8.5mA，最大值為11mA。
• 最小電源電壓：正常模式下為7.3V至8.0V，啟動(dòng)模式下為3.5V至4.8V。
• 開關(guān)電流限制：MAX724為5.5A至8.5A，MAX726為2.0A至3.2A。

4.3 其他特性

• 最大占空比：約為85% - 90%。
• 開關(guān)頻率：在T = +25°C時(shí)為90kHz至110kHz，在TS + 125°C時(shí)為85kHz至120kHz。

五、引腳說明

5.1 FB引腳

反饋輸入，是誤差放大器的反相輸入，通過調(diào)整開關(guān)占空比來控制輸出電壓。當(dāng)誤差放大器平衡（IOUT = 0V）時(shí)，輸入偏置電流通常為0.5μA。此外，當(dāng)輸出電壓較低時(shí)，它還可通過降低振蕩器頻率來輔助電流限制。

5.2 VC引腳

誤差放大器輸出，連接到該引腳的串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)可對(duì)MAX724/MAX726進(jìn)行補(bǔ)償。輸出擺幅在正向約為5.8V，負(fù)向約為 - 0.7V。VC還可將MAX724/MAX726與外部時(shí)鐘同步。

5.3 GND引腳

接地引腳，需要短而低噪聲的連接以確保良好的負(fù)載調(diào)節(jié)。內(nèi)部參考電壓以GND為參考，因此該引腳的誤差會(huì)被誤差放大器放大并反映在輸出上。

5.4 VSW引腳

內(nèi)部功率開關(guān)輸出，開關(guān)輸出可在接地以下擺動(dòng)35V，MAX724額定電流為5A，MAX726為2A。

5.5 VIN引腳

為MAX724/MAX726的內(nèi)部電路供電，并連接到集電極。VIN必須用低ESR電容（通常為200μF或220μF）進(jìn)行旁路。

六、組件選擇

6.1 電感選擇

• 電感值范圍：雖然大多數(shù)MAX724設(shè)計(jì)使用50μH電感（MAX726為100μH）效果良好，但MAX724/MAX726能夠在5μH至200μH的范圍內(nèi)工作。選擇不同電感值可根據(jù)實(shí)際需求，如減小尺寸（選擇較低電感值）或降低紋波（選擇較高電感值）。
• 電流額定值：電感電流額定值至少要滿足所需的輸出電流。在高電流應(yīng)用中，要特別注意電感的RMS和峰值電流額定值。電感的峰值電流受磁芯飽和限制，超過飽和極限會(huì)降低線圈電感和儲(chǔ)能能力，并增加功率損耗。電感的RMS電流額定值取決于線圈繞組的發(fā)熱效應(yīng)。
• 最大輸出電流計(jì)算：可通過公式 (I{OUT }=I{SW}-frac{V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)}{2 f{OSC } V{IN } L}) 計(jì)算，其中 (I{sw}) 是最大開關(guān)電流（MAX724為5.5A），(V{IN }) 是最大輸入電壓，(V{out}) 是輸出電壓，(f_{osc}) 是開關(guān)頻率。

6.2 續(xù)流二極管

• 作用：當(dāng) (V_{SW}) 關(guān)斷時(shí)，D1為電感電流提供通路。
• 電流額定值：在正常負(fù)載條件下，二極管平均電流可能只是負(fù)載電流的一部分；但在短路或電流限制情況下，二極管電流會(huì)更高。保守設(shè)計(jì)要求二極管平均電流額定值為所需輸出電流的2倍。如果預(yù)計(jì)會(huì)有長(zhǎng)時(shí)間短路或過載情況，二極管電流額定值必須超過電流限制（MAX724為6.5A，MAX726為2.6A），可能需要散熱措施。
• 功率計(jì)算：在正常工作條件下，二極管耗散的功率 (P{D}=I{OUT } frac{left(V{IN }-V{OUT }right) V{D}}{V{IN }}) ，其中 (V{D}) 是二極管在電流等于 (I{out}) 時(shí)的正向壓降。建議使用肖特基二極管，因其開關(guān)速度快、正向壓降小，而標(biāo)準(zhǔn)功率整流器（如1N4000系列）不適合DC - DC轉(zhuǎn)換電路。

6.3 輸出濾波電容

• 電容選擇：對(duì)于大多數(shù)MAX724/MAX726應(yīng)用，470μF或500μF的高質(zhì)量、低ESR輸出濾波電容即可。為減少紋波，應(yīng)盡量縮短電容引線長(zhǎng)度，并將電容直接連接到GND引腳。
• 紋波計(jì)算：在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下，輸出紋波 (V{C R(p - p)}=frac{E S Rleft(V{OUT }right)left(1 - V{OUT } / V{IN }right)}{L f{O S C}}) ，可見輸入電壓（ (V{IN}) ）而非負(fù)載電流影響CCM下的輸出紋波；在不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）下，輸出紋波 (V{D R(p - p)}=E S R frac{sqrt{2 I{OUT } V{OUT }left(V{I N}-V{OUT }right)}}{L f{O S C} V_{I N}}) ，輸出紋波與負(fù)載電流的平方根成正比。

6.4 輸入旁路電容

• 作用：降壓轉(zhuǎn)換器需要輸入電容（200μF或220μF），因?yàn)檩斎腚娏魇欠讲ǎ窍褫敵鲭娏髂菢舆B續(xù)。
• 要求：電容必須具有低ESR和足夠大的紋波電流額定值，以防止因ESR和交流輸入電流導(dǎo)致電容過熱。在CCM下，電容的RMS紋波電流 (I{R(RMS) }=I{OUT } sqrt{frac{V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)}{V{IN }^{2}}}) ，電容耗散的功率 (P{C}=I{R(RMS)^{2}}(ESR)) 。應(yīng)選擇能在所需溫度范圍內(nèi)處理紋波電流的電容，并將其靠近MAX724/MAX726放置，使用最短的引線。

七、應(yīng)用信息

7.1 設(shè)置輸出電壓

通過R1和R2設(shè)置輸出電壓，公式為 (R 1=frac{V_{OUT } R 2}{2.21 V}-R 2) 。將R2設(shè)置為2.21kΩ（標(biāo)準(zhǔn)1%電阻值）可簡(jiǎn)化計(jì)算，使1mA電流流過R1和R2。R2的值不應(yīng)超過4kΩ。

7.2 振蕩器同步

MAX724/MAX726可通過以所需時(shí)鐘速率將VC引腳接地脈沖同步到110kHz至160kHz的外部源，可使用外部接地發(fā)射極NPN晶體管的集電極方便地實(shí)現(xiàn)。VC應(yīng)拉低300ns，這可能會(huì)對(duì)輸出調(diào)節(jié)有一定影響，但對(duì)于1kΩ至4kΩ的補(bǔ)償電阻值，影響應(yīng)較小。

7.3 功率耗散

MAX724/MAX726的工作電流約為7.5mA，與輸入電壓或負(fù)載電流基本無關(guān)，開關(guān)導(dǎo)通時(shí)額外消耗5mA。內(nèi)部VSW晶體管的功率耗散與負(fù)載電流成正比，包括導(dǎo)通損耗（開關(guān)導(dǎo)通電壓和開關(guān)電流的乘積）和動(dòng)態(tài)開關(guān)損耗（由于開關(guān)上升和下降時(shí)間）。總功率耗散可通過公式 (P=V{I N}left[7.5 mA + 5 mA(D C)+2 I{OUT } t{S W} f{O S C}right]+...) 計(jì)算，其中 (DC = frac{V{OUT }+0.5 V}{V{I N}-2 V}) ， (t{SW}=50 ns+(3 ns / A) I{OUT }) 。MAX726的功率耗散估算方法與MAX724相同，但板載功率開關(guān)的標(biāo)稱電壓降取1.1V更合理。

7.4 接地連接

GND引腳需要短而低噪聲的連接以確保良好的負(fù)載調(diào)節(jié)。由于內(nèi)部參考電壓以GND為參考，GND引腳電壓的誤差會(huì)被誤差放大器放大并反映在輸出上。單點(diǎn)接地是消除這些誤差的最有效方法。

7.5 過載保護(hù)

MAX724的 (V_{SW}) 電流內(nèi)部限制約為6.5A，MAX726為2.6A。此外，當(dāng)輸出電壓降至約為其調(diào)節(jié)值的一半以下時(shí)，振蕩器頻率會(huì)降低，以確保開關(guān)占空比能降至足夠低的值來控制輸出電流。

7.6 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

連接從VC到地的串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)可對(duì)MAX724/MAX726進(jìn)行補(bǔ)償。 (R{C}) 和 (C{C}) 可塑造誤差放大器的增益，在直流時(shí)，誤差放大器的增益是其跨導(dǎo)（約5000μmhos）和內(nèi)部400kΩ負(fù)載阻抗（ (r{INT }) ）的乘積； (R{C}) 和 (C_{C}) 還會(huì)增加一個(gè)低頻極點(diǎn)和一個(gè)高頻零點(diǎn)。

7.7 輸出過沖

MAX724/MAX726的誤差放大器設(shè)計(jì)可盡量減少過沖，但在敏感應(yīng)用中仍需采取預(yù)防措施。最壞情況下的過沖通常發(fā)生在輸出短路恢復(fù)時(shí)，可通過增加VC處的補(bǔ)償電阻（至3k或4k）來減少過沖，也可增加輸出濾波電容或降低補(bǔ)償電容至低于0.05μF。

7.8 可選輸出濾波器

可添加LC型濾波器來將輸出紋波降低至2%以下，使用2μH至10μH的小值電感和47μF至220μF的濾波電容。添加LC濾波器時(shí)，反饋電阻應(yīng)連接到主輸出濾波電容，而不是LC輸出，以避免額外的相移影響穩(wěn)定性。

八、典型應(yīng)用

8.1 正到負(fù)DC - DC逆變器

當(dāng)輸入和輸出電壓之和大于8V，且最小正電源為4.5V時(shí)，MAX724/MAX726可將正輸入電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)輸出。將設(shè)備的GND引腳連接到負(fù)輸出，可使反饋分壓器R3和R4正常連接。

8.2 負(fù)升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器

將GND引腳連接到負(fù)輸出，MAX724/MAX726可作為負(fù)升壓轉(zhuǎn)換器工作，可從低至 - 4.5V的輸入電壓開始工作。如果調(diào)節(jié)輸出至少為 - 8V，R1和R2可像常規(guī)連接一樣設(shè)置輸出電壓。但該配置沒有短路保護(hù)。

總之，MAX724/MAX726雖然不建議用于新設(shè)計(jì)，但對(duì)于現(xiàn)有用戶和特定應(yīng)用場(chǎng)景，仍具有一定的使用價(jià)值。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇組件，并注意各種參數(shù)和特性，以確保電路的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用MAX724/MAX726過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。