深入解析MAX1927/MAX1928：低輸出電壓、800mA PWM降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定且緊湊的DC - DC轉(zhuǎn)換器一直是工程師們追求的目標(biāo)。今天，我們就來深入探討MAXIM公司的MAX1927/MAX1928低輸出電壓、800mA PWM降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，看看它在實際應(yīng)用中能為我們帶來哪些優(yōu)勢。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1927/MAX1928專為緊湊設(shè)備中的低壓微處理器供電而設(shè)計，能以最高效率產(chǎn)生低至750mV的輸出電壓。其輸入電壓范圍為2.6V至5.5V，保證最小輸出電流為800mA。1MHz的脈沖寬度調(diào)制（PWM）開關(guān)頻率允許使用小型外部組件，獨特的控制方案可在輕載時將紋波降至最低，同時保持僅140μA的低靜態(tài)電流。

二、產(chǎn)品特性

1. 高輸出電流與寬輸出電壓范圍

• 能夠提供800mA的輸出電流，輸出電壓范圍從0.75V到5V，滿足多種不同的應(yīng)用需求。
• 輸入電壓范圍為2.6V至5.5V，可適應(yīng)不同的電源環(huán)境。

2. 高效設(shè)計

• 內(nèi)置低導(dǎo)通電阻的MOSFET開關(guān)和同步整流器，無需外部二極管，不僅提高了效率，還減少了外部組件數(shù)量。
• 100%占空比操作可在800mA時實現(xiàn)僅340mV的壓降。

3. 功能豐富

• 具備內(nèi)部軟啟動功能，可避免啟動時的電流沖擊。
• 提供Power - OK（POK）輸出，方便監(jiān)控電源狀態(tài)。
• 可選擇強(qiáng)制PWM操作，在所有負(fù)載電流下降低噪聲。

4. 封裝小巧

采用10引腳的μMAX封裝，節(jié)省電路板空間，適合緊湊設(shè)備的設(shè)計。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

• WCDMA手機(jī)：為手機(jī)中的處理器和其他組件提供穩(wěn)定的低電壓電源，滿足其對功耗和空間的要求。
• PDAs和掌上電腦：在有限的電池容量下，高效的電源轉(zhuǎn)換有助于延長設(shè)備的續(xù)航時間。
• DSP核心電源：為數(shù)字信號處理器提供精確、穩(wěn)定的電源，保證其正常工作。
• 電池供電設(shè)備：低靜態(tài)電流和高效的轉(zhuǎn)換效率可有效延長電池壽命。

四、電氣特性

1. 輸入輸出特性

• 輸入電壓：范圍為2.6V至5.5V，確保在不同電源條件下都能正常工作。
• 欠壓鎖定閾值：上升或下降時具有35mV的滯后，保證電源在合適的電壓范圍內(nèi)啟動和關(guān)閉。

2. 靜態(tài)電流

• 無負(fù)載、脈沖跳變模式下，靜態(tài)電流低至140μA；在壓降模式下，靜態(tài)電流為190 - 340μA；關(guān)機(jī)時，電源電流僅為0.1 - 10μA，有效降低了功耗。

3. 參考和誤差放大器

• FB電壓精度高，不同型號的MAX1927/MAX1928在各自的輸出電壓下都能保持較好的精度。
• 參考電壓精度為1.231 - 1.269V，參考電源抑制比在2.6V < VBATT < 5.5V時為0.5 - 2mV。

4. PWM控制器

• P通道和N通道導(dǎo)通電阻低，在不同輸入電壓下都能保證較低的損耗。
• 電流檢測跨阻為0.48V/A，P通道電流限制閾值為1.1 - 1.6A，可有效保護(hù)內(nèi)部MOSFET和同步整流器。

五、工作模式

1. PFM模式

在輕載時，MAX1927/MAX1928進(jìn)入脈沖頻率調(diào)制（PFM）模式，將靜態(tài)電流降低至140μA，提高效率。當(dāng)電感峰值電流低于130mA時，啟動脈沖跳變PFM操作，僅在必要時進(jìn)行開關(guān)，減少內(nèi)部開關(guān)、同步整流器和電感的開關(guān)頻率和相關(guān)損耗。

2. PWM模式

在重載時，器件以固定的1MHz頻率進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制（PWM）操作。電流模式反饋提供逐周期電流限制、出色的負(fù)載和線響應(yīng)，以及內(nèi)部MOSFET和同步整流器的過流保護(hù)。

3. 強(qiáng)制PWM操作

將PWM引腳連接到BATT可強(qiáng)制器件進(jìn)入PWM操作模式，適用于對噪聲敏感的RF和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。不過，由于持續(xù)開關(guān)，強(qiáng)制PWM操作的靜態(tài)電流比PFM模式高（典型值為2mA）。

4. 100%占空比操作

最大導(dǎo)通時間可超過一個內(nèi)部振蕩器周期，允許100%占空比操作。在輸入電壓下降時，占空比增加，直到內(nèi)部P通道MOSFET持續(xù)導(dǎo)通。接近壓降時，可跳過開關(guān)周期，降低開關(guān)頻率，但電壓紋波仍保持較小。

5. 同步整流

N通道同步整流器消除了外部肖特基二極管的需求，提高了效率。在每個周期的后半段（關(guān)斷時間）導(dǎo)通，在正常模式下，當(dāng)輸出超出調(diào)節(jié)范圍或電感電流接近零時關(guān)閉；在強(qiáng)制PWM模式下，保持活動直到新周期開始。

6. 關(guān)機(jī)模式

將SHDN引腳驅(qū)動為低電平可使器件進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，此時參考、控制電路、內(nèi)部開關(guān)MOSFET和同步整流器關(guān)閉，輸出變?yōu)楦咦杩梗斎腚娏鹘抵恋湫椭?.1μA。

7. POK輸出

POK是一個開漏輸出，在軟啟動斜坡結(jié)束且VFB在閾值的90%以內(nèi)20ms后變?yōu)楦咦杩埂ｊP(guān)機(jī)時為低阻抗，方便監(jiān)控電源狀態(tài)。

六、設(shè)計要點

1. 輸出電壓選擇

• MAX1928有預(yù)設(shè)輸出電壓，如1.5V、1.8V和2.5V，將FB引腳直接連接到輸出即可設(shè)置為預(yù)設(shè)電壓。
• MAX1927R的輸出電壓可調(diào)，通過將FB引腳連接到輸出和GND之間的外部電阻分壓器來設(shè)置輸出電壓，公式為(R1 = R2 × (frac{V{OUT}}{V{FB}} - 1))，其中VFB為0.75V。

2. 輸入電容選擇

• 高頻DC - DC轉(zhuǎn)換器中，電容等效串聯(lián)電阻（ESR）是輸入紋波的主要來源，應(yīng)避免使用高ESR的普通鋁電解電容。
• 低ESR的鋁電解電容、鉭電容或聚合物電容是較好的選擇，陶瓷電容的ESR最低。
• 輸入濾波電容應(yīng)選擇低ESR的大容量電容（典型值≥10μF），以減少輸入電壓源的峰值電流和噪聲，可使用公式(RMS =frac{I{OUT}}{V{IN}} × sqrt{V{OUT} × (V{IN} - V_{OUT})})計算最大RMS輸入電流。

3. 補(bǔ)償、穩(wěn)定性和輸出電容

• MAX1927/MAX1928采用外部補(bǔ)償，通過一個電阻（RC）和一個電容（CC）串聯(lián)連接在COMP引腳和GND之間。如果使用高ESR輸出電容，可能需要從COMP引腳到GND連接一個額外的電容（Cf）。
• 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計步驟如下：
  • 選擇合適的轉(zhuǎn)換器帶寬（fC），不超過開關(guān)頻率的1/10。
  • 根據(jù)帶寬計算補(bǔ)償電容CC：
    • 對于MAX1927：(C{C}=(frac{V{OUT}}{I{OUT(MAX)}}) × (frac{1}{R{CS}}) × (g{m} × frac{R2}{R1 + R2}) × (frac{1}{2πf{C}}))
    • 對于MAX1928：(C{C}=(frac{V{OUT}}{I{OUT(MAX)}}) × (frac{1}{R{CS}}) × (g{m}) × (frac{1}{2πf{C}}))
  • 計算等效負(fù)載阻抗(R{L}=frac{V{OUT}}{I_{OUT(MAX)}})。
  • 計算補(bǔ)償電阻(R{C}=frac{R{L} × C{OUT}}{C{C}})，以抵消輸出負(fù)載和輸出電容產(chǎn)生的主導(dǎo)極點。
  • 計算高頻補(bǔ)償極點，以抵消輸出電容ESR產(chǎn)生的零點：(C{f}=frac{R{ESR} × C{OUT}}{R{C}})，取計算值和22pF中的較大值。

4. PCB布局和布線

• 高開關(guān)頻率和大峰值電流使得PCB布局至關(guān)重要，良好的設(shè)計可最小化EMI、反饋路徑上的噪聲和接地平面的電壓梯度，避免不穩(wěn)定或調(diào)節(jié)誤差。
• 電感、輸入濾波電容和輸出濾波電容應(yīng)盡可能靠近連接，走線應(yīng)短、直且寬，并采用星型接地配置將它們的接地引腳連接到一個公共節(jié)點。
• 外部電壓反饋網(wǎng)絡(luò)應(yīng)靠近FB引腳（距離在0.2英寸或5mm以內(nèi)），遠(yuǎn)離嘈雜的走線，如LX引腳的走線。
• 旁路電容應(yīng)盡可能靠近各自的引腳，以減少噪聲耦合。輸入和輸出電容應(yīng)盡可能靠近器件放置，GND和PGND應(yīng)連接到高質(zhì)量的系統(tǒng)接地。

七、總結(jié)

MAX1927/MAX1928低輸出電壓、800mA PWM降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器以其高效、多功能和緊湊的設(shè)計，為電子設(shè)備的電源管理提供了優(yōu)秀的解決方案。在實際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)具體需求選擇合適的型號和工作模式，并注意輸出電壓設(shè)置、電容選擇和PCB布局等設(shè)計要點，以充分發(fā)揮該轉(zhuǎn)換器的性能優(yōu)勢。你在使用類似的DC - DC轉(zhuǎn)換器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)留言分享。