深度解析MAX17067低噪声升压DC - DC转换器

在电子设备的电源设计中，高效、低噪声的升压DC - DC转换器至关重要。今天我们就来详细剖析MAXIM公司的MAX17067低噪声升压DC - DC转换器，探讨其特性、工作原理以及应用设计要点。

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一、产品概述

MAX17067是一款高性能的升压DC - DC转换器，采用电流模式、固定频率的脉冲宽度调制（PWM）电路，内置0.15Ω的n沟道MOSFET，能提供高效且响应快速的稳压功能。其高开关频率（640kHz或1.2MHz可选）便于滤波和实现更快的环路性能，外部补偿引脚让用户可灵活确定环路动态，可使用小尺寸、低等效串联电阻（ESR）的陶瓷输出电容。该器件能产生高达18V的输出电压，采用节省空间的8引脚μMAX®封装，整体解决方案高度小于1.1mm。

二、产品特性

2.1 高效节能

效率高达90%，输出电压可在输入电压到18V之间调节，能有效降低功耗，提高电源效率。

2.2 强大的功率MOSFET

内置2.4A、0.15Ω、22V的功率MOSFET，可满足较高功率的应用需求。

2.3 宽输入范围

输入电压范围为+2.6V至+4.0V，能适应多种电源环境。

2.4 灵活的频率选择

引脚可选640kHz或1.2MHz的开关频率，方便根据具体应用场景进行调整。

2.5 可编程软启动

通过外部电容可对软启动进行编程，设置输入电流的上升速率，减少启动时的电流冲击。

2.6 集成输入电压钳位电路

能有效保护芯片免受电源线上的过压应力影响。

三、电气特性

3.1 输入输出参数

输入电源范围为2.6V至4.0V，输出电压最高可达18V。输入电源钳位电压在使用外部限流电阻（RIN = 100，VIN = 10V）时，典型值为6.40V，范围在6.05V至6.60V之间。

3.2 静态电流

在不同工作状态下，静态电流有所不同。例如，VFB = 1.3V且不切换时，典型值为0.3mA；VFB = 1.0V且切换时，典型值为1.5mA。

3.3 振荡器参数

频率可通过FREQ引脚选择，FREQ接地时为640kHz，接IN时为1.2MHz，最大占空比可达95%。

3.4 n沟道开关参数

电流限制在VFB = 1V、占空比为68%时，典型值为2.4A；导通电阻典型值为150mΩ。

四、工作原理

MAX17067采用电流模式、固定频率的PWM架构，通过误差放大器、两个比较器和多个信号发生器来调节输出电压。误差放大器将FB引脚的信号与1.24V进行比较，改变COMP输出，从而确定内部MOSFET每次导通时的电流跳闸点。在轻负载时，芯片可“跳过”周期，防止输出电压过充。

五、关键设计要点

5.1 输入电源钳位电路

为防止电源线上的过压应力，MAX17067内置了钳位电路。使用时需在电源和IN引脚之间串联一个电阻（RIN），并在IN引脚与地之间连接一个去耦电容（典型值为1μF）。外部电阻的大小可根据公式(R{IN} geqleft[left(V{IN}-6.05right) / 0.04right] Omega)计算。

5.2 输出电流能力

输出电流能力取决于电流限制、输入电压、工作频率和电感值。由于采用了斜率补偿来稳定反馈环路，占空比会影响电流限制。输出电流能力可通过公式(I{OUT(MAX) =[ILIM times(1.26-0.4 × Duty) - }{0.5 × Duty times VIN/(f{OSC} × L)] × eta × VIN /}{V_{OUT }})计算。

5.3 软启动设计

通过外部电容可对软启动进行编程。当关机引脚拉高时，软启动电容（CSS）立即充电至0.5V，然后以4.5μA（典型值）的恒定电流充电。软启动完成后，可提供最大负载电流。

5.4 频率选择

可通过FREQ引脚选择640kHz或1.2MHz的开关频率，FREQ接地时为640kHz，接IN时为1.2MHz。该引脚有内部下拉电阻，若不连接则默认640kHz。

5.5 关机功能

当SHDN引脚为低电平时，MAX17067进入关机模式，电源电流降至30μA，内部参考、误差放大器、比较器和偏置电路关闭，n沟道MOSFET也关闭。

5.6 热过载保护

当结温超过+160°C时，热传感器会激活故障保护，关闭MAX17067，待温度下降约20°C后，恢复正常工作。

六、应用电路设计

6.1 元件选择

6.1.1 电感选择

选择电感时需考虑最小电感值、峰值电流额定值和串联电阻等因素，这些因素会影响转换器的效率、最大输出负载能力、瞬态响应时间和输出电压纹波。可根据公式(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))计算电感值，其中LIR为电感峰 - 峰纹波电流与满载电流下平均直流电感电流的比值，一般在0.3至0.5之间。

6.1.2 二极管选择

输出二极管的额定值应能承受输出电压和峰值开关电流，建议使用肖特基二极管。

6.1.3 输入和输出电容选择

推荐使用低ESR电容进行输入旁路和输出滤波，如低ESR钽电容或陶瓷电容。可根据公式(C geq frac{0.5 × L timesleft(IPK^{2}right)}{V{RIPPLE } × V{OUT }})估算电容值。

6.1.4 输出电压设置

通过连接电阻分压器到FB引脚，可调节输出电压，公式为(R 1=R 2left(frac{V{OUT }}{V{FB}}-1right))，其中VFB为1.24V。

6.1.5 环路补偿

为防止输出纹波过大和效率低下，需对电压反馈环路进行适当补偿。通过在COMP引脚与地之间串联电阻（RCOMP）和电容（CCOMP），并在COMP引脚与地之间连接另一个电容（CCOMP2）来实现。可根据公式(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))选择元件。

6.1.6 软启动电容计算

软启动电容应足够大，以确保在输出达到稳定之前不会达到最终值，可根据公式(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))计算。

6.2 典型应用电路

6.2.1 单电池到3.3V SEPIC电源

MAX17067可用于单端初级电感转换器（SEPIC）拓扑，适用于输入电压可能高于或低于输出电压的情况，如将单节锂离子电池转换为3.3V输出。

6.2.2 AMLCD应用

可用于有源矩阵（TFT - LCD）平板显示器的电源设计，输出电压的瞬态性能取决于负载特性，需根据需要调整输出电容和补偿网络元件值。

七、PCB布局要点

在高频开关电源中，良好的PCB布局和布线对于实现良好的调节、高效率和稳定性至关重要。建议尽可能遵循评估板的PCB布局，将功率元件尽量靠近放置，保持走线短、直且宽。避免通过内部接地平面的过孔互连功率元件的接地引脚，采用星形接地配置，通过元件侧铜箔连接功率元件，再使用多个过孔将星形接地连接到内部接地。

八、总结

MAX17067低噪声升压DC - DC转换器凭借其高效、灵活的特性，在多种应用场景中具有出色的表现。在设计过程中，我们需要根据具体需求合理选择元件，精心设计电路和PCB布局，以充分发挥其性能优势。大家在实际应用中是否遇到过类似器件的设计难题呢？欢迎在评论区分享交流。