简单SOT23升压控制器MAX1522/MAX1523/MAX1524的设计与应用

在电子设备的电源设计中，升压控制器是实现DC - DC转换的关键组件。Maxim推出的MAX1522/MAX1523/MAX1524简单SOT23升压控制器，以其简单的应用电路、高效的性能和小尺寸的特点，在众多低功耗消费电子应用中得到了广泛应用。本文将详细介绍这些升压控制器的特性、工作原理和设计要点。

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一、产品概述

MAX1522/MAX1523/MAX1524是为多种DC - DC转换拓扑（包括升压、SEPIC和反激应用）设计的简单紧凑型升压控制器。它们专为低成本和小尺寸优先的应用而设计，适用于PDA、数码相机等低成本消费电子产品。

产品特性

• 简单灵活的应用电路：能以最少的外部组件实现简单的应用电路。
• 低静态电流：典型值为25µA，有助于降低功耗。
• 输出故障保护和软启动：防止启动时和输出故障条件下的过大开关电流。
• 宽负载范围内的高效率：在1000:1的输出电流范围内保持高效。
• 引脚可选的最大占空比：可通过引脚选择固定导通时间，优化外部组件尺寸和设计。
• 小尺寸6引脚SOT23封装：节省空间，适合小型化设计。

二、工作原理

独特的固定导通时间、最小关断时间架构

这些控制器采用独特的固定导通时间、最小关断时间架构，在宽范围的输入/输出电压组合和负载电流下提供出色的效率。固定导通时间可通过引脚选择为0.5µs（最大占空比50%）或3µs（最大占空比85%），以适应不同的输出电压要求。

控制方案

当驱动EXT引脚为高电平时，启动电感充电周期，外部MOSFET导通。MOSFET保持导通固定导通时间，之后EXT引脚将MOSFET关断。EXT引脚保持低电平至少最小关断时间，当FB引脚电压降至1.25V调节点以下时，开始下一个周期。

自举与非自举模式

• MAX1522/MAX1523：通常用于非自举配置，可实现高或低输出电压操作。当输入和输出电压都在2.5V至5.5V范围内时，可选择非自举或自举模式。自举模式为MOSFET开关提供更高的栅极驱动电压，降低开关的I²R损耗，但会增加VCC电源电流。
• MAX1524：始终用于自举配置，适用于输入电压范围低于2.5V且输出电压在2.5V至5.5V之间的应用。VCC通过10Ω串联电阻连接到输出，并通过输入经电感、二极管和10Ω电阻的直流电流路径获得启动电压。

三、设计要点

连续与不连续导通模式

• 连续导通模式（CCM）：当电感电流不允许衰减到零时，开关调节器工作在CCM模式。选择足够大的电感值，使电感纹波电流小于输入电流的一半。CCM模式的优点是峰值电流较低，降低I²R损耗和输出纹波。
• 不连续导通模式（DCM）：在轻负载下，CCM电路会进入DCM模式。不运行在CCM模式的常见原因包括高输出电压和小输出电流。

最大占空比计算

应用的最大占空比计算公式为： [DutyCycle (MAX)=frac{V{OUT }+V{D}-V{IN(MIN)}}{V{OUT }+V_{D}} × 100 %] 其中，VD为肖特基二极管的正向电压降（约0.5V）。

导通时间选择

• CCM模式：对于占空比高达45%的应用，将SET引脚连接到GND以获得0.5µs的导通时间；对于占空比高达80%的应用，将SET引脚连接到VCC以获得3.0µs的导通时间。
• DCM模式：根据应用的最大占空比选择导通时间。最大占空比小于67%时，将SET引脚连接到GND；最大占空比在67%至99%之间时，将SET引脚连接到VCC。

电感选择

• CCM模式：理想电感值计算公式为： [L{IDEAL }=frac{V{IN(TYP)} × t{ON(TYP)}}{0.3 × I{PEAK }}] 选择接近理想值的电感，推荐使用铁氧体磁芯电感。
• DCM模式：理想电感值计算公式为： [L{IDEAL }=frac{left(V{IN(MIN)}right)^{2} × t{ON(MIN)}}{3 timesleft(V{OUT }+V{D}right) × I{LOAD(MAX)}}] 选择下一个较低的标称值电感。

输出电容选择

• CCM模式：为了提供稳定的操作并将输出压降控制在0.5%以内，输出电容应满足： [C{OUT(MIN) }=frac{LOAD( MAX ) × t{ON }}{0.005 × V{OUT }}] 为了在3.2ms软启动期间控制峰值电感电流，输出电容应满足： [C{OUT(MAX) }=frac{LOAD( MAX ) × t{SS }}{V{OUT }}] 同时，输出电容的ESR应满足一定要求。
• DCM模式：对于陶瓷输出电容，最小电容值应大于： [C{OUT(MIN) }=frac{1}{2 L} × frac{t{ON }^{2} × V{IN^{2}}}{left(V{OUT }+V{D}-V{IN}right)} × frac{1}{0.02 V{OUT }}] 为了在软启动期间控制电感电流，输出电容的最大值应小于： [C{OUT(MAX) }=frac{LOAD( MAX ) × t{SS }}{V{OUT }}]

其他组件选择

• 功率MOSFET：选择逻辑电平NFET，考虑总栅极电荷（Qg）、反向传输电容或电荷（CRSS）、导通电阻（RDS(ON)）、最大漏源电压（VDS(MAX)）和最小阈值电压（VTH(MIN)）等参数。
• 二极管：推荐使用肖特基二极管，确保二极管的电流额定值足够承受二极管的RMS电流，反向击穿电压应超过VOUT。

布局考虑

由于高开关频率和大峰值电流，PCB布局非常重要。应将电感、输入滤波电容和输出滤波电容尽可能靠近连接，保持它们的走线短、直且宽。将它们的接地引脚在一个公共节点以星形接地配置连接。外部电压反馈网络应靠近FB引脚，保持嘈杂的走线远离电压反馈网络。

四、设计实例

文档中给出了CCM和DCM模式的设计实例，包括输入电压、输出电压、最大输出电流、占空比、导通时间、开关频率、峰值电感电流、电感值、输出电容、ESR、反馈电容、输入电容、MOSFET和二极管等参数的选择。这些实例为实际设计提供了参考。

五、总结

MAX1522/MAX1523/MAX1524升压控制器以其简单的设计、高效的性能和广泛的应用范围，为电子工程师提供了一个优秀的电源解决方案。在设计过程中，需要根据具体应用需求选择合适的导通模式、组件参数，并注意PCB布局，以确保系统的稳定性和性能。你在实际设计中是否遇到过类似的升压控制器应用问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。