高效低功耗：MAX649/MAX651/MAX652降壓DC - DC控制器深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理一直是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天，我們就來深入探討一款高性能的降壓DC - DC控制器——MAX649/MAX651/MAX652。

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產(chǎn)品概述

MAX649/MAX651/MAX652是采用BiCMOS工藝的降壓開關(guān)模式電源控制器，分別提供5V、3.3V和3V的固定輸出電壓。它們獨(dú)特的控制方案結(jié)合了脈沖頻率調(diào)制（PFM）和脈沖寬度調(diào)制（PWM）的優(yōu)點(diǎn)，在寬負(fù)載電流范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)高效率。其高達(dá)300kHz的開關(guān)頻率，允許使用直徑小于9mm的表面貼裝電感器，大大節(jié)省了電路板空間。

關(guān)鍵特性

高效率

在10mA至1.5A的負(fù)載范圍內(nèi)，效率超過90%，輸出功率超過12.5W。這得益于其獨(dú)特的電流限制PFM控制方案，在輕載和重載情況下都能保持高效。

低靜態(tài)電流

最大靜態(tài)電源電流僅為100μA，關(guān)機(jī)電源電流最大為5μA，非常適合電池供電的應(yīng)用。

低 dropout 電壓

dropout 電壓小于1.0V，輸入電壓最高可達(dá)16.5V，能適應(yīng)多種電源輸入。

可調(diào)節(jié)輸出電壓

除了預(yù)設(shè)的5V、3.3V和3V輸出，還可以通過兩個(gè)電阻將輸出電壓調(diào)節(jié)到1.5V至輸入電壓之間的任意值。

工作模式

連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）

在高輸出電流時(shí)，MAX649/MAX651/MAX652工作在CCM模式。此時(shí)，電感中始終有電流流動(dòng)，控制電路通過調(diào)整開關(guān)占空比來維持輸出電壓穩(wěn)定，具有出色的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和高效率。

不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）

在DCM模式下，電感電流從0開始上升到峰值，然后降為0。雖然效率仍然很高，但輸出紋波會(huì)略有增加，開關(guān)波形會(huì)出現(xiàn)振鈴現(xiàn)象，但這屬于正常情況，不會(huì)影響操作。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輸出電壓設(shè)置

對(duì)于固定輸出操作，將FB引腳接地。若要實(shí)現(xiàn)可調(diào)輸出，可使用外部電阻R2和R3，按照公式(R 2=R 3 timesleft[frac{V{OUT }}{V{REF }}-1right])（其中(VREF =1.5 ~V)）進(jìn)行計(jì)算。推薦R3使用150kΩ的電阻，既可以避免能量浪費(fèi)，又能減少FB引腳寄生電容引起的RC延遲。

電流感測(cè)電阻選擇

電流感測(cè)電阻用于限制開關(guān)峰值電流，計(jì)算公式為(210mV/RSENSE)。為了提高效率并減小外部元件的尺寸和成本，應(yīng)盡量減小峰值電流，但同時(shí)要確保輸出電流足夠。可參考相關(guān)圖表，根據(jù)最小輸入電壓和最大負(fù)載電流選擇合適的電流感測(cè)電阻。

電感選擇

實(shí)際電感值范圍為10μH至50μH或更高。在DCM模式下，需要根據(jù)公式計(jì)算合適的電感值，同時(shí)要考慮電感的飽和電流和直流電阻。為了獲得最高效率，應(yīng)選擇低直流電阻的電感，并使用環(huán)形、罐形或屏蔽繞線電感來減少輻射噪聲。

二極管選擇

由于MAX649/MAX651/MAX652的開關(guān)頻率較高，需要使用高速整流二極管，如肖特基二極管。選擇時(shí)要確保二極管的平均電流額定值等于或大于最大峰值電流，電壓額定值高于最大輸入電壓。在高溫應(yīng)用中，可考慮使用高速硅二極管。

外部開關(guān)晶體管

MAX649/MAX651/MAX652僅驅(qū)動(dòng)P溝道增強(qiáng)型MOSFET晶體管。選擇功率晶體管時(shí)，要考慮輸入電壓、峰值電流、導(dǎo)通電阻、柵源閾值和柵極電容等因素。推薦選擇導(dǎo)通電阻在電流感測(cè)電阻50%至100%之間的晶體管。

電容選擇

• 輸出濾波電容：主要選擇標(biāo)準(zhǔn)是低等效串聯(lián)電阻（ESR），而不是高電容值。低ESR的電解電容通常能滿足要求，可減少輸出電壓的高頻紋波，提高效率。
• 輸入旁路電容：用于減少從電壓源汲取的峰值電流和開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的噪聲，推薦使用低ESR電容，并在V +和GND引腳附近單獨(dú)旁路一個(gè)0.1μF的陶瓷電容。
• 參考電容：使用0.1μF或更大的電容旁路REF引腳，REF可提供至少100μA的電流。

布局注意事項(xiàng)

由于高電流水平和快速開關(guān)波形會(huì)輻射噪聲，因此正確的PCB布局至關(guān)重要。應(yīng)采用“星形”接地配置，將續(xù)流二極管的陽極、輸入旁路電容的接地引線和輸出濾波電容的接地引線連接到一個(gè)點(diǎn)，并推薦使用接地平面。同時(shí)，要盡量縮短引線長(zhǎng)度，特別是連接到FB和EXT的走線，以減少雜散電容、走線電阻和輻射噪聲。

總結(jié)

MAX649/MAX651/MAX652降壓DC - DC控制器以其高效率、低靜態(tài)電流和可調(diào)節(jié)輸出電壓等特性，為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的電源管理解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，合理選擇外部元件和進(jìn)行正確的PCB布局，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，滿足各種應(yīng)用需求。大家在使用過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。