深入解析MAX724/MAX726：5A/2A降压型PWM开关模式DC - DC调节器

一、产品概述

MAX724/MAX726是由Maxim生产的单芯片、双极型、脉宽调制（PWM）开关模式DC - DC调节器，专为降压应用而优化。不过需要注意的是，该产品采用的工艺已不再可用，不建议用于新设计，但现有用户仍可参考其数据手册。MAX724额定电流为5A，MAX726为2A，由于功率开关、振荡器和控制电路都集成在芯片上，标准操作只需很少的外部组件。

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二、产品特性

2.1 输入范围与开关特性

• 输入范围广：在降压配置中，输入范围为8V至40V；在反相和升压配置中，输入低至5V。
• 集成功率开关：MAX724集成5A片上功率开关，MAX726集成2A片上功率开关。
• 输出可调：输出电压可在2.5V至35V之间调节。
• 开关频率：预设开关频率为100kHz。

2.2 性能特点

• 动态响应好：具有出色的动态和瞬态响应特性。
• 过流保护：具备逐周期电流限制功能，可防止过流故障和短路输出故障。
• 静态电流低：静态电流仅8.5mA。

2.3 封装形式

采用5引脚TO - 220封装，方便安装和散热。

三、应用领域

3.1 分布式电源

可用于从高压总线进行分布式供电，为不同的负载提供稳定的电源。

3.2 大电流降压应用

满足高电流、高压降压的需求，如在一些工业设备中。

3.3 大电流逆变器

实现正电压到负电压的转换，在特定的电路设计中发挥作用。

3.4 负升压转换器

可将较低的输入电压转换为更高的负输出电压。

3.5 多输出降压转换器

为多个负载提供不同的电压输出。

3.6 隔离式DC - DC转换

在需要电气隔离的场合使用。

四、电气特性

4.1 输入电压与开关特性

• 输入电压范围：8.0V至40.0V。
• 开关导通电压：不同电流和温度条件下有所不同，例如MAX724在Isw = 1A且T≥0°C时为1.85V，Tj < 0°C时为2.10V等。
• 开关关断泄漏电流：在不同输入电压和温度条件下，MAX724和MAX726的泄漏电流有相应规定。

4.2 电源电流与电流限制

• 电源电流：在VFB = 2.5V，VIN ≤ 40V时，典型值为8.5mA，最大值为11mA。
• 最小电源电压：正常模式下为7.3V至8.0V，启动模式下为3.5V至4.8V。
• 开关电流限制：MAX724为5.5A至8.5A，MAX726为2.0A至3.2A。

4.3 其他特性

• 最大占空比：约为85% - 90%。
• 开关频率：在T = +25°C时为90kHz至110kHz，在TS + 125°C时为85kHz至120kHz。

五、引脚说明

5.1 FB引脚

反馈输入，是误差放大器的反相输入，通过调整开关占空比来控制输出电压。当误差放大器平衡（IOUT = 0V）时，输入偏置电流通常为0.5µA。此外，当输出电压较低时，它还可通过降低振荡器频率来辅助电流限制。

5.2 VC引脚

误差放大器输出，连接到该引脚的串联RC网络可对MAX724/MAX726进行补偿。输出摆幅在正向约为5.8V，负向约为 - 0.7V。VC还可将MAX724/MAX726与外部时钟同步。

5.3 GND引脚

接地引脚，需要短而低噪声的连接以确保良好的负载调节。内部参考电压以GND为参考，因此该引脚的误差会被误差放大器放大并反映在输出上。

5.4 VSW引脚

内部功率开关输出，开关输出可在接地以下摆动35V，MAX724额定电流为5A，MAX726为2A。

5.5 VIN引脚

为MAX724/MAX726的内部电路供电，并连接到集电极。VIN必须用低ESR电容（通常为200µF或220µF）进行旁路。

六、组件选择

6.1 电感选择

• 电感值范围：虽然大多数MAX724设计使用50µH电感（MAX726为100µH）效果良好，但MAX724/MAX726能够在5µH至200µH的范围内工作。选择不同电感值可根据实际需求，如减小尺寸（选择较低电感值）或降低纹波（选择较高电感值）。
• 电流额定值：电感电流额定值至少要满足所需的输出电流。在高电流应用中，要特别注意电感的RMS和峰值电流额定值。电感的峰值电流受磁芯饱和限制，超过饱和极限会降低线圈电感和储能能力，并增加功率损耗。电感的RMS电流额定值取决于线圈绕组的发热效应。
• 最大输出电流计算：可通过公式 (I{OUT }=I{SW}-frac{V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)}{2 f{OSC } V{IN } L}) 计算，其中 (I{sw}) 是最大开关电流（MAX724为5.5A），(V{IN }) 是最大输入电压，(V{out}) 是输出电压，(f_{osc}) 是开关频率。

6.2 续流二极管

• 作用：当 (V_{SW}) 关断时，D1为电感电流提供通路。
• 电流额定值：在正常负载条件下，二极管平均电流可能只是负载电流的一部分；但在短路或电流限制情况下，二极管电流会更高。保守设计要求二极管平均电流额定值为所需输出电流的2倍。如果预计会有长时间短路或过载情况，二极管电流额定值必须超过电流限制（MAX724为6.5A，MAX726为2.6A），可能需要散热措施。
• 功率计算：在正常工作条件下，二极管耗散的功率 (P{D}=I{OUT } frac{left(V{IN }-V{OUT }right) V{D}}{V{IN }}) ，其中 (V{D}) 是二极管在电流等于 (I{out}) 时的正向压降。建议使用肖特基二极管，因其开关速度快、正向压降小，而标准功率整流器（如1N4000系列）不适合DC - DC转换电路。

6.3 输出滤波电容

• 电容选择：对于大多数MAX724/MAX726应用，470µF或500µF的高质量、低ESR输出滤波电容即可。为减少纹波，应尽量缩短电容引线长度，并将电容直接连接到GND引脚。
• 纹波计算：在连续导通模式（CCM）下，输出纹波 (V{C R(p - p)}=frac{E S Rleft(V{OUT }right)left(1 - V{OUT } / V{IN }right)}{L f{O S C}}) ，可见输入电压（ (V{IN}) ）而非负载电流影响CCM下的输出纹波；在不连续导通模式（DCM）下，输出纹波 (V{D R(p - p)}=E S R frac{sqrt{2 I{OUT } V{OUT }left(V{I N}-V{OUT }right)}}{L f{O S C} V_{I N}}) ，输出纹波与负载电流的平方根成正比。

6.4 输入旁路电容

• 作用：降压转换器需要输入电容（200µF或220µF），因为输入电流是方波，而非像输出电流那样连续。
• 要求：电容必须具有低ESR和足够大的纹波电流额定值，以防止因ESR和交流输入电流导致电容过热。在CCM下，电容的RMS纹波电流 (I{R(RMS) }=I{OUT } sqrt{frac{V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)}{V{IN }^{2}}}) ，电容耗散的功率 (P{C}=I{R(RMS)^{2}}(ESR)) 。应选择能在所需温度范围内处理纹波电流的电容，并将其靠近MAX724/MAX726放置，使用最短的引线。

七、应用信息

7.1 设置输出电压

通过R1和R2设置输出电压，公式为 (R 1=frac{V_{OUT } R 2}{2.21 V}-R 2) 。将R2设置为2.21kΩ（标准1%电阻值）可简化计算，使1mA电流流过R1和R2。R2的值不应超过4kΩ。

7.2 振荡器同步

MAX724/MAX726可通过以所需时钟速率将VC引脚接地脉冲同步到110kHz至160kHz的外部源，可使用外部接地发射极NPN晶体管的集电极方便地实现。VC应拉低300ns，这可能会对输出调节有一定影响，但对于1kΩ至4kΩ的补偿电阻值，影响应较小。

7.3 功率耗散

MAX724/MAX726的工作电流约为7.5mA，与输入电压或负载电流基本无关，开关导通时额外消耗5mA。内部VSW晶体管的功率耗散与负载电流成正比，包括导通损耗（开关导通电压和开关电流的乘积）和动态开关损耗（由于开关上升和下降时间）。总功率耗散可通过公式 (P=V{I N}left[7.5 mA + 5 mA(D C)+2 I{OUT } t{S W} f{O S C}right]+...) 计算，其中 (DC = frac{V{OUT }+0.5 V}{V{I N}-2 V}) ， (t{SW}=50 ns+(3 ns / A) I{OUT }) 。MAX726的功率耗散估算方法与MAX724相同，但板载功率开关的标称电压降取1.1V更合理。

7.4 接地连接

GND引脚需要短而低噪声的连接以确保良好的负载调节。由于内部参考电压以GND为参考，GND引脚电压的误差会被误差放大器放大并反映在输出上。单点接地是消除这些误差的最有效方法。

7.5 过载保护

MAX724的 (V_{SW}) 电流内部限制约为6.5A，MAX726为2.6A。此外，当输出电压降至约为其调节值的一半以下时，振荡器频率会降低，以确保开关占空比能降至足够低的值来控制输出电流。

7.6 补偿网络

连接从VC到地的串联RC网络可对MAX724/MAX726进行补偿。 (R{C}) 和 (C{C}) 可塑造误差放大器的增益，在直流时，误差放大器的增益是其跨导（约5000µmhos）和内部400kΩ负载阻抗（ (r{INT }) ）的乘积； (R{C}) 和 (C_{C}) 还会增加一个低频极点和一个高频零点。

7.7 输出过冲

MAX724/MAX726的误差放大器设计可尽量减少过冲，但在敏感应用中仍需采取预防措施。最坏情况下的过冲通常发生在输出短路恢复时，可通过增加VC处的补偿电阻（至3k或4k）来减少过冲，也可增加输出滤波电容或降低补偿电容至低于0.05µF。

7.8 可选输出滤波器

可添加LC型滤波器来将输出纹波降低至2%以下，使用2µH至10µH的小值电感和47µF至220µF的滤波电容。添加LC滤波器时，反馈电阻应连接到主输出滤波电容，而不是LC输出，以避免额外的相移影响稳定性。

八、典型应用

8.1 正到负DC - DC逆变器

当输入和输出电压之和大于8V，且最小正电源为4.5V时，MAX724/MAX726可将正输入电压转换为负输出。将设备的GND引脚连接到负输出，可使反馈分压器R3和R4正常连接。

8.2 负升压DC - DC转换器

将GND引脚连接到负输出，MAX724/MAX726可作为负升压转换器工作，可从低至 - 4.5V的输入电压开始工作。如果调节输出至少为 - 8V，R1和R2可像常规连接一样设置输出电压。但该配置没有短路保护。

总之，MAX724/MAX726虽然不建议用于新设计，但对于现有用户和特定应用场景，仍具有一定的使用价值。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择组件，并注意各种参数和特性，以确保电路的稳定运行。你在使用MAX724/MAX726过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。