深度解析MAX17067低噪聲升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)備的電源設(shè)計中，高效、低噪聲的升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要。今天我們就來詳細剖析MAXIM公司的MAX17067低噪聲升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，探討其特性、工作原理以及應(yīng)用設(shè)計要點。

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一、產(chǎn)品概述

MAX17067是一款高性能的升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，采用電流模式、固定頻率的脈沖寬度調(diào)制（PWM）電路，內(nèi)置0.15Ω的n溝道MOSFET，能提供高效且響應(yīng)快速的穩(wěn)壓功能。其高開關(guān)頻率（640kHz或1.2MHz可選）便于濾波和實現(xiàn)更快的環(huán)路性能，外部補償引腳讓用戶可靈活確定環(huán)路動態(tài)，可使用小尺寸、低等效串聯(lián)電阻（ESR）的陶瓷輸出電容。該器件能產(chǎn)生高達18V的輸出電壓，采用節(jié)省空間的8引腳μMAX?封裝，整體解決方案高度小于1.1mm。

二、產(chǎn)品特性

2.1 高效節(jié)能

效率高達90%，輸出電壓可在輸入電壓到18V之間調(diào)節(jié)，能有效降低功耗，提高電源效率。

2.2 強大的功率MOSFET

內(nèi)置2.4A、0.15Ω、22V的功率MOSFET，可滿足較高功率的應(yīng)用需求。

2.3 寬輸入范圍

輸入電壓范圍為+2.6V至+4.0V，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。

2.4 靈活的頻率選擇

引腳可選640kHz或1.2MHz的開關(guān)頻率，方便根據(jù)具體應(yīng)用場景進行調(diào)整。

2.5 可編程軟啟動

通過外部電容可對軟啟動進行編程，設(shè)置輸入電流的上升速率，減少啟動時的電流沖擊。

2.6 集成輸入電壓鉗位電路

能有效保護芯片免受電源線上的過壓應(yīng)力影響。

三、電氣特性

3.1 輸入輸出參數(shù)

輸入電源范圍為2.6V至4.0V，輸出電壓最高可達18V。輸入電源鉗位電壓在使用外部限流電阻（RIN = 100，VIN = 10V）時，典型值為6.40V，范圍在6.05V至6.60V之間。

3.2 靜態(tài)電流

在不同工作狀態(tài)下，靜態(tài)電流有所不同。例如，VFB = 1.3V且不切換時，典型值為0.3mA；VFB = 1.0V且切換時，典型值為1.5mA。

3.3 振蕩器參數(shù)

頻率可通過FREQ引腳選擇，F(xiàn)REQ接地時為640kHz，接IN時為1.2MHz，最大占空比可達95%。

3.4 n溝道開關(guān)參數(shù)

電流限制在VFB = 1V、占空比為68%時，典型值為2.4A；導(dǎo)通電阻典型值為150mΩ。

四、工作原理

MAX17067采用電流模式、固定頻率的PWM架構(gòu)，通過誤差放大器、兩個比較器和多個信號發(fā)生器來調(diào)節(jié)輸出電壓。誤差放大器將FB引腳的信號與1.24V進行比較，改變COMP輸出，從而確定內(nèi)部MOSFET每次導(dǎo)通時的電流跳閘點。在輕負載時，芯片可“跳過”周期，防止輸出電壓過充。

五、關(guān)鍵設(shè)計要點

5.1 輸入電源鉗位電路

為防止電源線上的過壓應(yīng)力，MAX17067內(nèi)置了鉗位電路。使用時需在電源和IN引腳之間串聯(lián)一個電阻（RIN），并在IN引腳與地之間連接一個去耦電容（典型值為1μF）。外部電阻的大小可根據(jù)公式(R{IN} geqleft[left(V{IN}-6.05right) / 0.04right] Omega)計算。

5.2 輸出電流能力

輸出電流能力取決于電流限制、輸入電壓、工作頻率和電感值。由于采用了斜率補償來穩(wěn)定反饋環(huán)路，占空比會影響電流限制。輸出電流能力可通過公式(I{OUT(MAX) =[ILIM times(1.26-0.4 × Duty) - }{0.5 × Duty times VIN/(f{OSC} × L)] × eta × VIN /}{V_{OUT }})計算。

5.3 軟啟動設(shè)計

通過外部電容可對軟啟動進行編程。當關(guān)機引腳拉高時，軟啟動電容（CSS）立即充電至0.5V，然后以4.5μA（典型值）的恒定電流充電。軟啟動完成后，可提供最大負載電流。

5.4 頻率選擇

可通過FREQ引腳選擇640kHz或1.2MHz的開關(guān)頻率，F(xiàn)REQ接地時為640kHz，接IN時為1.2MHz。該引腳有內(nèi)部下拉電阻，若不連接則默認640kHz。

5.5 關(guān)機功能

當SHDN引腳為低電平時，MAX17067進入關(guān)機模式，電源電流降至30μA，內(nèi)部參考、誤差放大器、比較器和偏置電路關(guān)閉，n溝道MOSFET也關(guān)閉。

5.6 熱過載保護

當結(jié)溫超過+160°C時，熱傳感器會激活故障保護，關(guān)閉MAX17067，待溫度下降約20°C后，恢復(fù)正常工作。

六、應(yīng)用電路設(shè)計

6.1 元件選擇

6.1.1 電感選擇

選擇電感時需考慮最小電感值、峰值電流額定值和串聯(lián)電阻等因素，這些因素會影響轉(zhuǎn)換器的效率、最大輸出負載能力、瞬態(tài)響應(yīng)時間和輸出電壓紋波?？筛鶕?jù)公式(L=left(frac{V{IN}}{V{MAIN }}right)^{2}left(frac{V{MAIN }-V{IN }}{I{MAIN(MAX) } × f{OSC }}right)left(frac{eta_{TYP }}{LIR}right))計算電感值，其中LIR為電感峰 - 峰紋波電流與滿載電流下平均直流電感電流的比值，一般在0.3至0.5之間。

6.1.2 二極管選擇

輸出二極管的額定值應(yīng)能承受輸出電壓和峰值開關(guān)電流，建議使用肖特基二極管。

6.1.3 輸入和輸出電容選擇

推薦使用低ESR電容進行輸入旁路和輸出濾波，如低ESR鉭電容或陶瓷電容?？筛鶕?jù)公式(C geq frac{0.5 × L timesleft(IPK^{2}right)}{V{RIPPLE } × V{OUT }})估算電容值。

6.1.4 輸出電壓設(shè)置

通過連接電阻分壓器到FB引腳，可調(diào)節(jié)輸出電壓，公式為(R 1=R 2left(frac{V{OUT }}{V{FB}}-1right))，其中VFB為1.24V。

6.1.5 環(huán)路補償

為防止輸出紋波過大和效率低下，需對電壓反饋環(huán)路進行適當補償。通過在COMP引腳與地之間串聯(lián)電阻（RCOMP）和電容（CCOMP），并在COMP引腳與地之間連接另一個電容（CCOMP2）來實現(xiàn)。可根據(jù)公式(RCOMP =left(274 Omega / A^{2} × V{IN } × V{OUT } × C{OUT /(L × I O U T )}right.)、(CCOMP congleft(0.36 × 10^{-3} A / Omegaright) × L V I N)和(CCOMP2 cong(0.0036 A / Omega) × R{ESR} × L × I{OUT } /left(V{IN } × V_{OUT }right))選擇元件。

6.1.6 軟啟動電容計算

軟啟動電容應(yīng)足夠大，以確保在輸出達到穩(wěn)定之前不會達到最終值，可根據(jù)公式(C{S S}>21 × 10^{-6} × C{OUT }left(frac{V{OUT }^{2}-V{IN } × V{OUT }}{V{IN } × I{INRUSH }-I{OUT } × V_{OUT }}right))計算。

6.2 典型應(yīng)用電路

6.2.1 單電池到3.3V SEPIC電源

MAX17067可用于單端初級電感轉(zhuǎn)換器（SEPIC）拓撲，適用于輸入電壓可能高于或低于輸出電壓的情況，如將單節(jié)鋰離子電池轉(zhuǎn)換為3.3V輸出。

6.2.2 AMLCD應(yīng)用

可用于有源矩陣（TFT - LCD）平板顯示器的電源設(shè)計，輸出電壓的瞬態(tài)性能取決于負載特性，需根據(jù)需要調(diào)整輸出電容和補償網(wǎng)絡(luò)元件值。

七、PCB布局要點

在高頻開關(guān)電源中，良好的PCB布局和布線對于實現(xiàn)良好的調(diào)節(jié)、高效率和穩(wěn)定性至關(guān)重要。建議盡可能遵循評估板的PCB布局，將功率元件盡量靠近放置，保持走線短、直且寬。避免通過內(nèi)部接地平面的過孔互連功率元件的接地引腳，采用星形接地配置，通過元件側(cè)銅箔連接功率元件，再使用多個過孔將星形接地連接到內(nèi)部接地。

八、總結(jié)

MAX17067低噪聲升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器憑借其高效、靈活的特性，在多種應(yīng)用場景中具有出色的表現(xiàn)。在設(shè)計過程中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇元件，精心設(shè)計電路和PCB布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。大家在實際應(yīng)用中是否遇到過類似器件的設(shè)計難題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。