MAX756/MAX757：高效的3.3V/5V/可调输出升压DC - DC转换器

一、引言

在电子设备的电源设计中，升压DC - DC转换器是常见的关键元件，特别是在小尺寸、低输入电压或电池供电的系统中。Maxim Integrated推出的MAX756/MAX757系列升压DC - DC转换器，以其高效、小巧等特点，为工程师提供了优秀的电源解决方案。

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二、产品概述

2.1 基本特性

MAX756/MAX757是CMOS升压DC - DC开关稳压器，适用于小型、低输入电压或电池供电系统。MAX756可接受低至0.7V的正输入电压，并将其转换为3.3V或5V的引脚可选输出电压；MAX757是可调版本，能接受低至0.7V的输入电压，产生2.7V至5.5V的可调输出电压。典型满载效率大于87%。

2.2 改进之处

与以往的设备相比，MAX756/MAX757有三个显著改进：

• 尺寸减小：MOSFET功率晶体管实现的高开关频率（高达0.5MHz）允许使用微小（直径<5mm）的表面贴装磁性元件。
• 效率提高：效率提升至87%，比采用双极技术制造的低压稳压器高10%。
• 电源电流降低：通过CMOS结构和独特的恒定关断时间脉冲频率调制控制方案，电源电流降至60µA。

三、应用领域

MAX756/MAX757的应用十分广泛，包括但不限于以下领域：

• 3.3V到5V升压转换：如掌上电脑、便携式数据采集设备、个人数据通信器/计算机等。
• 医疗仪器：例如葡萄糖测量仪等。
• 电池供电设备：适用于2节和3节电池供电的设备。

四、技术参数

4.1 绝对最大额定值

参数	数值
电源电压（OUT到GND）	-0.3V至 +7V
开关电压（LX到GND）	-0.3V至 +7V
辅助引脚电压（SHDN、LBI、LBO、REF、3/5、FB到GND）	-0.3V至 (V OUT + 0.3V)
参考电流（I REF）	2.5mA
连续功率耗散（TA = +70°C）	塑料DIP（727mW，+70°C以上每升高1°C降额9.09mW）；SO（471mW，+70°C以上每升高1°C降额5.88mW）

4.2 电气特性

以 (V{IN}=2.5V)，(I{LOAD}=0mA)，(T{A}=T{MIN}) 到 (T_{MAX}) 为例（除非另有说明），部分关键参数如下：	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
输出电压	2V < V IN < 3V，MAX756，3/5 = 0V，0mA < I LOAD < 200mA	4.8	5.0	5.2	V
最小启动电源电压	I LOAD = 10mA		1.1	1.8	V
静态电源电流（3.3V模式）	I LOAD = 0mA，3/5 = 3V，LBI = 1.25V，V OUT = 3.47V，FB = 1.3V（MAX757）			60	µA

五、工作原理

5.1 脉冲频率调制控制方案

MAX756/MAX757采用独特的最小关断时间、电流限制的脉冲频率调制（PFM）控制方案。该方案结合了脉冲宽度调制（PWM）（高输出功率和效率）和传统PFM脉冲跳跃器（超低静态电流）的优点。没有振荡器，在重负载时，通过开关中的恒定峰值电流限制实现开关，使电感电流在峰值限制和较小值之间自振荡；在轻负载时，开关频率由一对单稳态触发器控制，设置最小关断时间（1µs）和最大导通时间（4µs），开关频率取决于负载和输入电压，最高可达500kHz。

5.2 电压参考

精密电压参考适用于驱动外部负载，如模数转换器。它保证有250µA的源电流和20µA的吸收电流能力，即使在关机模式下也保持激活状态。如果参考驱动外部负载，需用0.22µF电容旁路到地；如果无外部负载，至少用0.1µF电容旁路。

5.3 控制逻辑输入

控制输入（3/5、SHDN）是高阻抗MOS门，通过正常反向偏置的钳位二极管防止ESD损坏。如果这些输入由超过主电源电压的信号源驱动，建议用1MΩ的串联电阻限制二极管电流。逻辑输入阈值电平在3.3V和5V模式下相同（约1V），且控制输入不能浮空。

六、设计步骤

6.1 输出电压选择

• MAX756：输出电压可通过逻辑控制选择3.3V或5V，也可将 (3/5) 引脚连接到GND或OUT固定输出模式。效率取决于电池和负载，在2mA至200mA负载范围内通常优于80%。设备内部采用自举方式，电源来自输出电压。当输出设置为5V而非3.3V时，较高的内部电源电压会降低开关晶体管的导通电阻，略微增加输出功率。自举允许系统启动后电池电压降至1V以下，但输出电压不得超过7V。
• MAX757：输出电压由两个电阻R1和R2设置，它们在输出和FB引脚之间形成分压器。输出电压公式为 (V{OUT }=left(V{REF }right)[(R 2+R 1) / R 2])，其中 (V{REF}=1.25V)。为简化电阻选择，可使用 (R1=(R 2)left[left(V{OUT } / V_{REF }right)-1right])。由于FB引脚的输入偏置电流最大值为100nA，R1和R2可使用10kΩ至200kΩ的大阻值电阻，且不会显著降低精度。

6.2 低电池检测

MAX756/MAX757包含片上低电池检测电路。如果LBI引脚的电压低于稳压器的内部参考电压（1.25V），LBO（开漏输出）将电流吸收到地。低电池监测器的阈值由两个电阻R3和R4设置，它们在输入电压和LBI引脚之间形成分压器，阈值电压公式为 (R 3=left[left(V{IN} / V{REF}right)-1right] (R 4))。由于LBI电流小于100nA，R3和R4可使用10kΩ至200kΩ的大阻值电阻，以最小化对输入电源的负载。

6.3 电感选择

电感的饱和（增量）电流额定值应等于或大于峰值开关电流限制（最坏情况下为1.2A），一般允许电感饱和20%，但会降低效率。典型应用电路中的22µH电感适用于大多数MAX756/MAX757应用。较高的输入电压会增加每个周期传输的能量，可通过减小电感值（建议10µH）来减少因能量传输增加而产生的多余纹波。电感的直流电阻会显著影响效率，为获得最高效率，L1的直流电阻应限制在0.03Ω或更小。

6.4 电容选择

一个100µF、10V的表面贴装（SMT）钽电容在200mA电流下从2V升压到5V时，通常可提供50mV的输出纹波。对于轻负载或能容忍较高输出纹波的应用，可使用低至10µF的较小电容。旁路和滤波电容的ESR会影响效率，使用专门的低ESR电容或并联两个或更多滤波电容可获得最佳性能。

6.5 整流二极管

为获得最佳性能，建议使用开关肖特基二极管，如1N5817。对于低输出功率应用，如1N4148的pn结开关二极管也可使用，但由于pn结二极管的正向电压降较大，效率会受到影响。

6.6 PCB布局和接地

由于MAX756/MAX757的高峰值电流和高频操作，PCB布局对于最小化接地反弹和噪声非常重要。MAX756/MAX757的GND引脚与图1中C1和C2的接地引脚之间的距离必须保持在0.2"（5mm）以内。所有连接到FB和LX引脚的线路也应尽可能短。为获得最大输出功率、效率和最小输出纹波电压，应使用接地平面，并将MAX756/MAX757的GND（引脚7）直接焊接到接地平面。

七、总结

MAX756/MAX757升压DC - DC转换器凭借其高效、小巧、低功耗等优点，为小尺寸、低输入电压或电池供电系统的电源设计提供了可靠的解决方案。在设计过程中，工程师需要根据具体应用需求，合理选择输出电压、电感、电容、整流二极管等元件，并注意PCB布局和接地，以确保系统的性能和稳定性。大家在实际应用中是否遇到过类似电源转换器的设计难题呢？欢迎在评论区分享交流。