MAX630/MAX4193：CMOS微功耗升壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的卓越之選

一、引言

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效、緊湊且低功耗的DC - DC轉(zhuǎn)換器一直是工程師們追求的目標(biāo)。Maxim的MAX630和MAX4193 CMOS DC - DC穩(wěn)壓器，憑借其出色的性能和豐富的特性，成為了5mW至5W范圍內(nèi)DC - DC轉(zhuǎn)換電路的理想選擇。今天，我們就來(lái)深入了解一下這兩款穩(wěn)壓器。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 基本功能

MAX630和MAX4193將所有控制和功率處理功能集成在一個(gè)緊湊的8引腳封裝中，包含1.31V帶隙基準(zhǔn)、振蕩器、電壓比較器和一個(gè)375mA的N溝道輸出MOSFET，還提供了用于低電池檢測(cè)的比較器。這樣的集成設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化了DC - DC轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)，減少了外部元件的使用。

2.2 低功耗特性

其工作電流僅為70μA，且?guī)缀跖c輸出開(kāi)關(guān)電流或占空比無(wú)關(guān)。通過(guò)邏輯電平輸入，可將穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流降至小于1μA，即使在低功率電池供電系統(tǒng)中也能確保高效率。這對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航的設(shè)備來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。

2.3 電壓兼容性

這兩款器件與大多數(shù)電池電壓兼容，工作電壓范圍為2.0V至16.5V，具有廣泛的適用性。同時(shí)，它們與Raytheon的雙極電路RC4191/2/3引腳兼容，但在效率和低壓操作方面有顯著提升。

三、產(chǎn)品特性

3.1 高效性能

典型效率可達(dá)85%，能有效減少能量損耗，提高電源利用率。這在對(duì)電源效率要求較高的應(yīng)用中尤為重要，例如電池供電的設(shè)備，可以延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間。

3.2 低電流運(yùn)行

典型工作電流為70μA，最大靜態(tài)電流為1μA，進(jìn)一步降低了功耗。在待機(jī)狀態(tài)下，低靜態(tài)電流可以減少不必要的能量消耗，提高系統(tǒng)的整體效率。

3.3 寬電壓范圍

可在2.0V至16.5V的電壓下正常工作，適應(yīng)不同的電源環(huán)境。這使得它們可以應(yīng)用于多種不同類(lèi)型的電池供電系統(tǒng)，如鋰電池、鎳氫電池等。

3.4 強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力

具有525mA（峰值）的板載驅(qū)動(dòng)能力，能夠滿足大多數(shù)負(fù)載的需求。在需要高功率輸出的應(yīng)用中，強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力可以確保穩(wěn)壓器穩(wěn)定工作，提供足夠的功率。

3.5 高精度輸出

MAX630的輸出電壓精度為±1.5%，能夠提供穩(wěn)定的輸出電壓。對(duì)于對(duì)電壓精度要求較高的設(shè)備，如精密儀器、傳感器等，高精度的輸出電壓可以保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.6 低電池檢測(cè)功能

內(nèi)置低電池檢測(cè)器，可及時(shí)檢測(cè)電池電壓，當(dāng)電池電量不足時(shí)發(fā)出警告。這對(duì)于需要維持穩(wěn)定電源供應(yīng)的設(shè)備來(lái)說(shuō)非常重要，可以避免因電池電量不足而導(dǎo)致設(shè)備故障。

3.7 緊湊封裝

采用8引腳Mini - DIP和SO封裝，節(jié)省了電路板空間。在如今追求小型化的電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，緊湊的封裝可以使電路板更加簡(jiǎn)潔，提高空間利用率。

四、典型應(yīng)用

4.1 +5V至+15V DC - DC轉(zhuǎn)換器

通過(guò)簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)，MAX630可以將+5V輸入轉(zhuǎn)換為+15V輸出，為需要高電壓的設(shè)備提供電源。在一些工業(yè)控制設(shè)備、通信設(shè)備中，常常需要這種高電壓的電源供應(yīng)。

4.2 高效電池供電DC - DC轉(zhuǎn)換器

憑借其低功耗和高效率的特性，MAX630和MAX4193非常適合用于電池供電的設(shè)備，如便攜式電子設(shè)備、無(wú)線傳感器等。可以延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，提高設(shè)備的續(xù)航能力。

4.3 +3V至+5V DC - DC轉(zhuǎn)換器

在一些使用3V電池供電的設(shè)備中，需要將電壓轉(zhuǎn)換為5V以滿足設(shè)備的工作需求。MAX630可以輕松實(shí)現(xiàn)這種電壓轉(zhuǎn)換，為設(shè)備提供穩(wěn)定的5V電源。

4.4 9V電池壽命延長(zhǎng)

通過(guò)監(jiān)測(cè)電池電壓，當(dāng)電池電壓下降時(shí)，MAX630可以調(diào)整輸出，繼續(xù)為設(shè)備提供穩(wěn)定的電源，從而延長(zhǎng)9V電池的使用壽命。這在一些使用9V電池的設(shè)備中非常有用，如煙霧報(bào)警器、無(wú)線麥克風(fēng)等。

4.5 不間斷5V電源供應(yīng)

在需要不間斷電源供應(yīng)的系統(tǒng)中，MAX630可以在市電和電池之間自動(dòng)切換，確保設(shè)備始終有穩(wěn)定的5V電源。如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，不間斷的電源供應(yīng)可以保證設(shè)備的正常運(yùn)行，避免數(shù)據(jù)丟失。

4.6 5mW至5W開(kāi)關(guān)模式電源

可以用于構(gòu)建5mW至5W的開(kāi)關(guān)模式電源，滿足不同功率需求的應(yīng)用。在各種電子設(shè)備中，開(kāi)關(guān)模式電源具有效率高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，MAX630和MAX4193可以為開(kāi)關(guān)模式電源的設(shè)計(jì)提供有力支持。

五、工作原理

5.1 電壓調(diào)節(jié)回路

MAX630的工作可以通過(guò)其電壓調(diào)節(jié)回路來(lái)理解。R1和R2對(duì)輸出電壓進(jìn)行分壓，然后與1.3V的內(nèi)部基準(zhǔn)進(jìn)行比較。當(dāng)輸出電壓低于期望電壓時(shí)，比較器輸出高電平，振蕩器輸出脈沖通過(guò)或非門(mén)鎖存器，使輸出N溝道MOSFET導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)外部電感。當(dāng)輸出電壓達(dá)到期望水平時(shí)，比較器輸出低電平，電感不再被脈沖驅(qū)動(dòng)，由濾波電容提供電流，直到輸出電壓再次下降，重復(fù)上述循環(huán)。

5.2 輸出驅(qū)動(dòng)器

MAX630/MAX4193的輸出設(shè)備是一個(gè)大的N溝道MOSFET，導(dǎo)通電阻為4Ω，峰值電流額定值為525mA。與雙極晶體管相比，MOSFET在開(kāi)關(guān)應(yīng)用中具有更高的速度，可減少開(kāi)關(guān)損耗，并允許使用更小、更輕、成本更低的磁性元件。此外，MOSFET不需要基極電流，在低功率DC - DC轉(zhuǎn)換器中，這可以減少輸入功率的消耗。

5.3 振蕩器

振蕩器頻率由連接到引腳2（CX）的單個(gè)外部低成本陶瓷電容設(shè)置。47pF的電容可將振蕩器頻率設(shè)置為40kHz，這是在低頻下較低開(kāi)關(guān)損耗和高頻下減小電感尺寸之間的一個(gè)合理折衷。

5.4 低電池檢測(cè)器

低電池檢測(cè)器將LBR引腳的電壓與內(nèi)部1.31V參考電壓進(jìn)行比較。輸出LBD是一個(gè)漏極開(kāi)路的N溝道MOSFET。除了檢測(cè)和警告低電池電壓外，比較器還可以執(zhí)行其他電壓監(jiān)測(cè)操作，如電源故障檢測(cè)。當(dāng)輸入電壓低于指定水平時(shí)，還可以降低振蕩器頻率，以增加可用輸出功率，補(bǔ)償因輸入電壓降低而導(dǎo)致的功率下降。

5.5 邏輯電平關(guān)斷輸入

當(dāng)IC（引腳6）被驅(qū)動(dòng)到低于0.2V或浮空時(shí)，穩(wěn)壓器進(jìn)入關(guān)斷模式。在關(guān)斷模式下，MAX630的模擬電路、振蕩器、LX和LBD輸出都被關(guān)閉，靜態(tài)電流通常為10nA（最大1μA）。

5.6 自舉操作

在大多數(shù)電路中，MAX630和MAX4193的+VS電壓首選來(lái)源是升壓后的輸出電壓，即“自舉”操作。N溝道LX輸出的導(dǎo)通電阻隨+VS的增加而減小，但設(shè)備工作電流也會(huì)隨+VS升高。在輸出電流非常低且輸入電壓大于3V的電路中，直接將+VS連接到輸入電壓可能比自舉更高效。

六、外部元件選擇

6.1 電阻

由于LBR和VFB輸入偏置電流最大為10nA，R1/R2和R3/R4分壓器中的電流可以低至1μA而不會(huì)顯著影響精度。通常，R2和R4在10kΩ至1MΩ之間，R1和R3可以根據(jù)所需的輸出電壓和低電池警告閾值進(jìn)行計(jì)算。

6.2 電感值

DC - DC升壓轉(zhuǎn)換器的可用輸出電流與輸入電壓、外部電感值、輸出電壓和工作頻率有關(guān)。電感值過(guò)低可能導(dǎo)致LX電流超過(guò)最大額定值，過(guò)高則可能無(wú)法提供所需的輸出功率?？梢愿鶕?jù)相關(guān)公式計(jì)算最小允許電感值。

6.3 二極管

在大多數(shù)MAX630電路中，電感電流在LX開(kāi)啟下一個(gè)輸出脈沖之前會(huì)歸零，因此可以使用慢速關(guān)斷二極管。但為了避免過(guò)多損耗，二極管必須具有快速開(kāi)啟時(shí)間。對(duì)于峰值電流小于100mA的低功率電路，信號(hào)二極管如1N4148表現(xiàn)良好；對(duì)于高電流電路或低功率下的最高效率，推薦使用1N5817系列肖特基二極管。

6.4 濾波電容

輸出電壓紋波有兩個(gè)分量，一個(gè)由電容存儲(chǔ)電荷的變化產(chǎn)生，另一個(gè)由電容的充放電電流及其等效串聯(lián)電阻（ESR）產(chǎn)生。在使用低成本鋁電解電容時(shí)，ESR產(chǎn)生的紋波通常較大?？梢愿鶕?jù)相關(guān)公式計(jì)算紋波電壓。

6.5 振蕩器電容

振蕩器電容CX是一個(gè)非關(guān)鍵的陶瓷或銀云母電容?？梢愿鶕?jù)所需的工作頻率和引腳的雜散電容及封裝的內(nèi)部電容來(lái)計(jì)算CX的值。

6.6 旁路和補(bǔ)償

由于電感充電電流可能較大，為了防止不必要的反饋，MAX630/MAX4193的接地路徑阻抗必須盡可能低，并使用電源旁路。當(dāng)電壓設(shè)置電阻R1和R2使用較大值（>50kΩ）時(shí)，VFB輸入的雜散電容可能會(huì)導(dǎo)致反饋?lái)憫?yīng)滯后，使穩(wěn)壓器不穩(wěn)定，增加低頻紋波并降低效率?？梢酝ㄟ^(guò)最小化VFB節(jié)點(diǎn)的雜散電容或添加100pF至10nF的超前補(bǔ)償電容來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

七、總結(jié)

MAX630和MAX4193 CMOS微功耗升壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器以其高效、低功耗、寬電壓范圍和豐富的功能，為電子工程師在DC - DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無(wú)論是在電池供電的便攜式設(shè)備，還是需要高效電源管理的工業(yè)控制設(shè)備中，它們都能發(fā)揮出色的性能。希望通過(guò)本文的介紹，能讓大家對(duì)這兩款穩(wěn)壓器有更深入的了解，在實(shí)際設(shè)計(jì)中更好地應(yīng)用它們。你在使用類(lèi)似穩(wěn)壓器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。