MAX17291：高电压、1A微功耗升压转换器的卓越之选

在电子设计领域，对于高电压、小尺寸且高效的电源解决方案的需求日益增长。Analog Devices的MAX17291升压DC - DC转换器就是这样一款能满足众多应用需求的优秀产品。下面，我们就来深入了解一下这款器件。

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一、产品概述

MAX17291是一款低静态电流的升压（升压）DC - DC转换器，具有1A峰值电感电流限制和True Shutdown™功能。True Shutdown能将输出与输入断开，无正向或反向电流。输出电压可通过外部电阻分压器设置。

它具有低静态电流、小尺寸和在整个负载范围内的高效率等优点，非常适合需要高电压和小尺寸解决方案的应用，如传感器模块。该器件集成了功率开关、功率二极管和输出负载开关，能从1.8V至5.5V的输入电源输出高达20V的电压。在关机模式下，负载开关关闭，真正将负载与输入电压断开，从而将关机模式下的漏电流降至最低。

二、关键特性与优势

（一）电气特性

1. 宽输入输出范围：输入电压范围为1.8V至5.5V，输出电压范围为5.5V至20V，能适应多种电源和负载需求。
2. 低静态电流：输入静态电源电流仅28μA，关机电流低至0.05μA，有助于降低功耗，延长电池续航时间。
3. 高效率：峰值效率可达91%，能有效减少能量损耗。
4. 电流限制：电感峰值电流限制为1A，内置2.2ms软启动时间，可最小化浪涌电流。
5. 保护功能：具备输出短路保护和过温保护，增强了系统的可靠性。

（二）封装优势

提供节省空间、成本效益高的1.27mm x 0.87mm、6凸点WLP（3 x 2，0.4mm间距）和2mm x 2mm、8引脚TDFN封装，并且工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，能适应不同的应用环境。

三、工作模式

（一）轻载效率模式

采用脉冲频率调制（PFM）的节能模式，在轻载时提高效率。在此模式下，导通时间由500mA的峰值电感电流限制决定。当电感电流达到限制时，导通时间结束，功率二极管正向偏置。在关断时间内，电荷转移到输出电容，使电压上升。当电感电流降至零时，关断时间结束，负载由输出电容供电，输出电压下降。当FB电压低于PFM参考电压时，器件再次启动导通时间以提升输出电压。在轻载效率模式下，MAX17291可将输出调节到标称输出目标的1%以上。

（二）PWM模式

在连续导通模式（CCM）的负载电流水平下，使用准恒定的1.0MHz开关频率脉冲宽度调制（PWM）。电路根据输入电压与输出电压的比值预测所需的关断时间。在开关周期开始时，nMOS开关FET导通，输入电压施加在电感上，电感电流上升。此时，输出电容由负载电流放电。当电感电流达到误差放大器输出设定的电流阈值时，nMOS开关FET关断，功率二极管正向偏置，电感将存储的能量转移到输出电容以补充电荷并为负载供电。关断时间结束后，下一个开关周期开始。误差放大器将FB引脚电压与内部参考电压进行比较，其输出决定电感峰值电流。MAX17291具有内部补偿电路，可适应广泛的输入电压、输出电压、电感和输出电容值，以实现稳定运行。

四、应用信息

（一）典型应用

可用于12V升压转换器，输入电压范围为1.8V至5.5V，输出电压为12V。通过合理选择外部元件，如电感、电容和电阻分压器，可实现稳定的输出。

（二）设计步骤

1. 输出电压编程：使用外部电阻分压器R1和R2来设置输出电压。当输出电压稳定时，FB引脚的典型电压为1.25V。计算公式为 (R2 = ((V{OUT} / V{FB}) - 1) × R1) ，其中 (V{OUT}) 是期望的输出电压， (V{FB}) 是FB引脚的内部参考电压（典型值1.25V）。为了获得最佳精度，建议R1的值小于475kΩ，以确保流过它的电流明显大于FB引脚的偏置电流。同时，使用较低的R1值可提高抗噪声注入能力，而较高的R1值则有助于降低静态电流，在轻载电流下实现最高效率。
2. 电感选择：电感是电源调节器设计中最重要的组件，其选择会影响稳态运行、瞬态行为和环路稳定性。MAX17291设计用于与4.7µH至15µH的电感值配合使用。可使用相关公式计算电感的直流电流、纹波电流和峰值电流。一般来说，如果电源预计在CCM模式下运行，建议使用电感峰 - 峰电流纹波小于平均电感电流40%的电感。较大值的电感可减少EMI和电感中的磁损耗，但会增加负载瞬态响应时间。由于MAX17291用于相对较小输出电流的应用，电感峰 - 峰电流纹波可能会更高，此时MAX17291将主要在不连续电流模式（DCM）下运行。
3. 输入和输出电容选择：输出电容主要用于满足输出纹波和环路稳定性的要求，需考虑电容的等效串联电阻（ESR）对输出纹波的影响。建议根据输出电压选择合适的陶瓷电容，如输出电压在8V及以下时，使用22μF (C{OUT}) （有效电容12μF）；输出电压高于8V时，使用10μF (C{OUT}) （有效电容6μF）。输入电容可减少输入电源的电流峰值并提高效率，建议使用陶瓷电容，最小使用标准的22μF陶瓷电容（有效电容12μF）。在 (V{IN}) 接近 (V{OUT}) 的应用中，需要更多的输入和输出电容来最小化电压纹波。
4. 布局指南：对于开关电源，尤其是高频运行的电源，印刷电路板（PCB）布局至关重要。为防止高频噪声辐射（EMI），需注意高频开关路径的布局。应尽量减小与LX引脚连接的所有走线的长度和面积，并在开关调节器下方使用接地平面。升压转换器最关键的电流路径应尽可能短，输出电容应尽可能靠近OUT和GND引脚，以减少LX和OUT处的寄生过冲。输入电容与IN和GND的连接应短，以减少电源电压纹波。输出电压感测应远离电感和LX开关节点，以最小化噪声和磁干扰。电感和LX节点应与反馈引脚及其电阻分压器网络分开，电阻分压器的接地参考应通过Kelvin连接回到GND引脚。在TDFN应用中，电阻分压器网络参考通过外露焊盘路由回AGND引脚。应最大化元件侧接地金属的尺寸以帮助散热，并使用带有多个过孔的接地平面连接到元件侧接地，以进一步减少敏感电路节点上的噪声干扰。

五、总结

MAX17291凭借其高集成度、低功耗、高效率和丰富的保护功能，为电子工程师提供了一个出色的升压电源解决方案。无论是传感器电源、可穿戴设备还是便携式医疗设备等应用，MAX17291都能发挥其优势，帮助工程师设计出更稳定、高效的电源系统。在实际设计中，合理选择元件和优化PCB布局是确保MAX17291性能的关键。你在使用类似的升压转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。