探索MAX635/636/637：預(yù)設(shè)/可調(diào)輸出CMOS反相開關(guān)穩(wěn)壓器的卓越性能

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，我們將深入探討MAXIM公司的MAX635/636/637預(yù)設(shè)/可調(diào)輸出CMOS反相開關(guān)穩(wěn)壓器，了解其特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品概述

MAX635/636/637反相開關(guān)穩(wěn)壓器專為5mW至500mW范圍內(nèi)的最小元件DC - DC轉(zhuǎn)換而設(shè)計(jì)。對于低功耗應(yīng)用，僅需一個(gè)二極管、輸出濾波電容和一個(gè)低成本電感；而對于高功率應(yīng)用，則需要額外的MOSFET和驅(qū)動(dòng)器。此外，芯片上還集成了低電池檢測電路。

這三款穩(wěn)壓器分別預(yù)設(shè)了 - 5V、 - 12V和 - 15V的輸出電壓，但通過添加兩個(gè)電阻，也可以將其設(shè)置為其他電壓水平。MAXIM公司還生產(chǎn)一系列升壓、降壓和反相DC - DC轉(zhuǎn)換器，具有邏輯電平關(guān)斷、可調(diào)振蕩器頻率和外部MOSFET驅(qū)動(dòng)等功能。

二、產(chǎn)品特點(diǎn)與優(yōu)勢

（一）預(yù)設(shè)與可調(diào)輸出

提供預(yù)設(shè)的 - 5V、 - 12V、 - 15V輸出電壓，同時(shí)可通過兩個(gè)電阻實(shí)現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

（二）高效率

典型效率可達(dá)85%，能夠有效降低功耗，提高能源利用效率。

（三）外部元件少

僅需3個(gè)外部元件，簡化了電路設(shè)計(jì)，降低了成本和電路板空間占用。

（四）低功耗

典型工作電流僅80μA，適用于對功耗要求較高的便攜式設(shè)備。

（五）低電池檢測功能

集成低電池檢測器，可及時(shí)檢測電池電量變化，為系統(tǒng)提供保護(hù)。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

（一）最小元件、高效率DC - DC轉(zhuǎn)換器

憑借其少元件和高效率的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于需要高效電源轉(zhuǎn)換的電路中。

（二）便攜式儀器

低功耗和小體積的優(yōu)勢使其成為便攜式儀器的理想選擇，能夠延長電池續(xù)航時(shí)間。

（三）電池電源轉(zhuǎn)換

可將電池的正電壓轉(zhuǎn)換為所需的負(fù)電壓，為電路提供合適的電源。

（四）板級DC - DC轉(zhuǎn)換

在電路板級的電源轉(zhuǎn)換中發(fā)揮重要作用，實(shí)現(xiàn)不同電壓之間的轉(zhuǎn)換。

四、引腳配置與功能

（一）引腳配置

MAX635/636/637采用DIP/SO封裝，引腳包括 - VOUT、LBO、LBI、GND、 + Vs、LX、VFB、VREF等。

（二）引腳功能

• - VOUT：固定輸出操作的檢測輸入，內(nèi)部連接到輸出。
• LBO：低電池檢測器輸出，當(dāng)LBI引腳電壓低于1.31V時(shí)，作為開漏N溝道MOSFET吸收電流。
• LBI：低電池檢測器輸入，用于檢測電池電壓。
• GND：接地引腳。
• + Vs：正電源電壓，范圍為 + 2V至 + 16.5V。
• LX：通過內(nèi)部P溝道功率MOSFET驅(qū)動(dòng)外部電感。
• VFB：反饋輸入，當(dāng)連接到VREF時(shí)為固定輸出操作；當(dāng)連接外部分壓器時(shí)為可調(diào)輸出操作。
• VREF：帶隙基準(zhǔn)電壓輸出。

五、工作原理

（一）反相轉(zhuǎn)換原理

當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，充電電流流經(jīng)電感，產(chǎn)生磁場；當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電流繼續(xù)沿原方向流經(jīng)電感，通過二極管對電容充電，使電容獲得負(fù)電壓。MAX635/636/637通過控制開關(guān)的通斷來調(diào)節(jié)負(fù)輸出電壓的大小。

（二）基本電路操作

當(dāng)輸出電壓高于預(yù)設(shè)水平時(shí)，誤差比較器輸出低電平，LX引腳的MOSFET以時(shí)鐘頻率開關(guān)。在振蕩器低電平期間，電流通過LX引腳流向外部電感；當(dāng)振蕩器輸出高電平時(shí)，MOSFET關(guān)斷，電流繼續(xù)流經(jīng)電感，二極管導(dǎo)通，對輸出濾波電容進(jìn)行負(fù)充電。

六、電感選擇

電感的選擇對于DC - DC轉(zhuǎn)換器的性能至關(guān)重要。電感的選擇取決于所需輸出功率、輸入電壓（或輸入電壓范圍）以及轉(zhuǎn)換器的振蕩器頻率和占空比。

（一）電感值要求

• 足夠低：電感值要足夠低，以確保在最壞情況下（最低輸入電壓）能夠存儲(chǔ)足夠的能量。如果電感值過高，可能導(dǎo)致無法提供足夠的負(fù)載電流，負(fù)載調(diào)節(jié)性能變差。
• 足夠高：電感值也要足夠高，以避免在最壞情況下（最高輸入電壓）產(chǎn)生過大的峰值電流，防止晶體管過應(yīng)力或電感磁芯飽和。

（二）電感選擇公式

[I{pk}=frac{V{OUT} + V{DIODE}}{(0.25)(V{IN}-V{SW})}(I{OUT})] [L=frac{V{IN}-V{SW}}{I{pk}}(t{ON})] 其中，(V_{SW})是開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的電壓降。

（三）實(shí)例計(jì)算

例如，將 + 5V ± 10%的輸入轉(zhuǎn)換為 - 12V、12mA的輸出，使用肖特基二極管（1N5817）和MAX636A。計(jì)算得到最大允許電感值為136μH，最小允許電感值為105μH，因此選擇120μH的電感較為合適。

七、其他關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）低電池檢測器

LBO引腳在LBI引腳電壓低于1.31V時(shí)吸收電流?？赏ㄟ^外部分壓器調(diào)整低電池檢測器的觸發(fā)電壓，若需要遲滯功能，可在LBO和LBI之間添加電阻。

（二）固定或可調(diào)輸出

對于預(yù)設(shè)輸出電壓，將VFB連接到VREF即可；若需要其他輸出電壓，可通過連接外部分壓器到VFB來實(shí)現(xiàn)。

（三）外部二極管

為避免過大的損耗，二極管應(yīng)具有快速導(dǎo)通時(shí)間。對于低功率電路（峰值電流小于100mA），可使用信號(hào)二極管如1N4148；對于高電流電路或追求最大效率的低功率電路，推薦使用1N5817系列肖特基二極管。

（四）輸出濾波電容

MAX635/636/637的輸出紋波由兩部分組成，為了最小化輸出紋波，建議使用高質(zhì)量的鋁電解電容或鉭電容，通常在100μF至500μF范圍內(nèi)，并與0.1μF的陶瓷電容并聯(lián)。

（五）旁路和補(bǔ)償

為確保MAX635/636/637正常工作，需要在 + Vs和GND之間直接連接一個(gè)10μF的旁路電容，同時(shí)將VREF引腳通過0.1μF電容旁路到地。當(dāng)電壓設(shè)置電阻值超過50kΩ時(shí)，可在R3上并聯(lián)一個(gè)100pF至10nF的補(bǔ)償電容，以改善反饋響應(yīng)。

八、總結(jié)

MAX635/636/637預(yù)設(shè)/可調(diào)輸出CMOS反相開關(guān)穩(wěn)壓器以其少元件、高效率、低功耗等特點(diǎn)，在電源管理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)過程中，合理選擇電感、二極管、濾波電容等外部元件，并注意旁路和補(bǔ)償措施，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，為電子系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過類似穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。