探索MAX1700/MAX1701：高效低噪升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，電源管理模塊至關(guān)重要，尤其是對于電池供電的無線應(yīng)用。今天，我們來深入了解MAXIM公司的MAX1700/MAX1701，這兩款高性能的1 - 3節(jié)電池升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，它們能為我們的設(shè)計(jì)帶來諸多便利和優(yōu)勢。

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一、產(chǎn)品概述

（一）基本特性

MAX1700/MAX1701專為電池供電的無線應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用同步整流脈寬調(diào)制（PWM）升壓拓?fù)洌軐? - 3節(jié)鎳鎘/鎳氫電池或1節(jié)鋰離子電池的輸入轉(zhuǎn)換為2.5V - 5.5V的可調(diào)輸出。內(nèi)部集成了1A、130mΩ的N溝道MOSFET開關(guān)和250mΩ的P溝道同步整流器，效率比同類非同步轉(zhuǎn)換器高5%，還具備脈沖頻率調(diào)制（PFM）待機(jī)模式和3μA的關(guān)機(jī)模式，有效提升輕載效率和降低功耗。

（二）封裝與功能差異

兩者均采用16引腳QSOP封裝，占用空間小。不過，MAX1701功能更豐富，集成了兩個(gè)比較器，用于產(chǎn)生電源正常和低電量警告輸出，還包含一個(gè)增益模塊，可配合外部P溝道通過器件構(gòu)建線性穩(wěn)壓器。

二、關(guān)鍵特性剖析

（一）電氣特性

1. 輸入輸出范圍：輸入范圍為0.7V - 5.5V，最低啟動電壓為1.1V，輸出電流最大可達(dá)800mA，輸出電壓可調(diào)范圍為2.5V - 5.5V，能滿足多種不同的應(yīng)用需求。
2. 效率與功耗：最高效率可達(dá)96%，關(guān)機(jī)模式下靜態(tài)電流僅3μA，在低功耗模式和低噪聲模式下，不同的CLK/SEL設(shè)置對應(yīng)不同的電源電流，可根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇。
3. 開關(guān)特性：N溝道和P溝道開關(guān)的導(dǎo)通電阻、電流限制等參數(shù)明確，保證了電路的穩(wěn)定運(yùn)行。例如，N溝道開關(guān)導(dǎo)通電阻在不同CLK/SEL設(shè)置下有所不同，CLK/SEL = OUT時(shí)為0.13 - 0.28Ω。

（二）典型工作特性

從典型工作特性曲線可以看出，在不同的溫度、輸入電壓和負(fù)載電流條件下，轉(zhuǎn)換器的效率、參考電壓、頻率等參數(shù)表現(xiàn)穩(wěn)定。比如，在不同輸出電壓下，效率隨負(fù)載電流的變化曲線能幫助我們選擇合適的工作點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)最佳效率。

三、工作模式解析

（一）低噪聲PWM模式

當(dāng)CLK/SEL引腳拉高時(shí)，器件工作在低噪聲PWM模式，以300kHz的恒定頻率開關(guān)，通過調(diào)制MOSFET開關(guān)脈沖寬度來控制每周期傳輸?shù)墓β?，調(diào)節(jié)負(fù)載兩端電壓，最大輸出電流可達(dá)800mA。這種模式下，固定頻率操作產(chǎn)生的開關(guān)諧波穩(wěn)定且易于濾波。

（二）同步PWM模式

通過向CLK/SEL引腳施加200kHz - 400kHz的外部時(shí)鐘，可使器件在PWM模式下同步，方便用戶設(shè)置諧波，避免無線應(yīng)用中的中頻干擾。

（三）低功耗PFM模式

CLK/SEL引腳拉低時(shí)，進(jìn)入低功耗PFM模式。該模式通過在每個(gè)周期傳輸固定能量，然后調(diào)制開關(guān)頻率來控制輸出功率，僅在需要時(shí)開關(guān)，輕載效率高，但輸出電流能力為100mA，輸出電壓通常比PWM模式高1%。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）輸出電壓設(shè)置

通過連接從OUT到GND的電阻分壓器到FB引腳，可將輸出電壓設(shè)置在2.5V - 5.5V之間。計(jì)算公式為(R1 = R2(VOUT/VFB - 1))，其中VFB為1.23V，由于FB輸入偏置電流小于20nA，R2可選用較大阻值（如270kΩ或更?。┮员ＷC精度。

（二）電感選擇

高開關(guān)頻率允許使用小尺寸的表面貼裝電感，推薦使用10μH的電感，其飽和電流額定值應(yīng)超過N溝道開關(guān)電流限制1.6A。為提高效率，可選擇高頻磁芯材料（如鐵氧體）的電感，并采用環(huán)形、罐形或屏蔽線軸電感以減少輻射噪聲。

（三）輸出二極管

使用肖特基二極管（如1N5817、MBR0520L等），其電流額定值只需500mA，應(yīng)盡可能靠近IC連接在LX和POUT之間，避免使用普通整流二極管，以免影響效率和負(fù)載調(diào)節(jié)。

（四）濾波電容

輸入和輸出濾波電容的選擇要能滿足輸入和輸出峰值電流要求，并控制電壓紋波。輸入電容的工作電壓額定值應(yīng)高于最大輸入電壓，輸出電容應(yīng)高于輸出電壓。對于滿載輸出，推薦使用兩個(gè)100μF、100mΩ的低ESR鉭輸出濾波電容；負(fù)載低于250mA時(shí)，單個(gè)100μF輸出電容即可。輸入濾波電容可減少輸入源的峰值電流和輸入開關(guān)噪聲，根據(jù)輸入電壓源阻抗選擇合適的電容值。

（五）旁路電容

REF引腳需通過0.22μF電容旁路到GND，OUT引腳也需連接一個(gè)0.22μF陶瓷電容到GND，且都應(yīng)盡可能靠近DC - DC轉(zhuǎn)換器IC。

五、應(yīng)用案例

（一）無線電話應(yīng)用

MAX1700/MAX1701非常適合數(shù)字無繩電話和PCS電話。功率放大器直接連接到升壓轉(zhuǎn)換器輸出以獲得最大電壓擺幅，低dropout線性穩(wěn)壓器用于后級調(diào)節(jié)，為DSP、控制和RF電路提供低噪聲電源。在待機(jī)模式下，設(shè)置(CLK/SEL = 0)可進(jìn)入低功耗模式，延長電池壽命。

（二）開關(guān)控制

可以使用瞬時(shí)按鈕開關(guān)控制MAX1700/MAX1701的開關(guān)。按下開關(guān)時(shí)，ONB拉低，調(diào)節(jié)器開啟；再次按下開關(guān)，ONA拉低，調(diào)節(jié)器關(guān)閉。通過添加小電容可幫助消抖。

六、注意事項(xiàng)

（一）PCB設(shè)計(jì)

由于高開關(guān)頻率和大峰值電流，PCB布局至關(guān)重要。功率組件應(yīng)盡量靠近，走線應(yīng)短、直且寬。單獨(dú)的低噪聲接地平面應(yīng)僅在一點(diǎn)與功率接地平面連接，以減少功率接地電流對器件的影響。

（二）軟啟動

上電時(shí)將CLK/SEL置低可實(shí)現(xiàn)軟啟動，降低峰值開關(guān)電流，待電路穩(wěn)定后再將CLK/SEL置高以實(shí)現(xiàn)全功率運(yùn)行。

（三）間歇性電源連接

當(dāng)輸入電源或電池連接存在接觸彈跳時(shí)，可能會導(dǎo)致輸入功率間歇性中斷。可通過連接電容和電阻網(wǎng)絡(luò)、使用系統(tǒng)微控制器控制或確保在PWM模式下啟動等方法解決。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，你是否遇到過類似電源管理芯片的應(yīng)用難題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。