MAX761/MAX762：高效低功耗升压DC-DC转换器的设计与应用

在电子设备的电源管理中，升压DC-DC转换器扮演着至关重要的角色。今天我们要深入探讨的是MAXIM公司的MAX761/MAX762升压DC-DC转换器，它以其高效、低静态电流等特性在众多应用场景中脱颖而出。

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一、产品概述

MAX761/MAX762是一款能够提供12V/15V固定输出或可调输出的升压开关稳压器。它采用了独特的电流限制脉冲频率调制（PFM）控制方案，在宽负载电流范围内都能实现高效率，最大可提供150mA的输出电流。其输入电压范围为2V至16.5V，MAX761预设输出电压为12V，MAX762预设输出电压为15V，也可以通过两个外部电阻进行调节。

二、产品特性

2.1 高效性能

独特的PFM控制方案结合了脉冲宽度调制（PWM）转换器在重载时的高效率和脉冲频率调制在轻载时的低功耗优势。在宽负载电流范围内，效率可达86%，同时最大电源电流仅为110µA，关机模式下电源电流更是低至5µA。

2.2 内部功率MOSFET

内部集成了1A的N沟道功率MOSFET，使得该转换器适用于对元件数量要求较低的中低功率应用。其高达300kHz的开关频率允许使用小型表面贴装磁性元件，进一步减小了电路板空间。

2.3 低电池检测功能

具备低电池比较器（LBI/LBO），可以监测电池电压。当LBI电压低于1.5V参考电压时，LBO（开漏输出）将变为低电平，并且比较器具有20mV的迟滞，增强了抗干扰能力。

三、工作模式

3.1 自举模式与非自举模式

• 自举模式：IC由输出电压（VOUT）供电，内部N沟道FET的栅极电压在VOUT和地之间切换，提供了更大的开关栅极驱动，相比非自举模式提高了DC-DC转换器的效率。适用于输入电压低于约4V的情况。
• 非自举模式：IC由电源电压VIN供电，工作时电源电流最小。但由于内部FET栅极电压降低，在低输入电压时效率会下降。在非自举模式下，没有固定输出操作，必须使用外部电阻来设置输出电压。

3.2 脉冲频率调制（PFM）控制方案

该控制方案结合了脉冲跳过PFM转换器的超低电源电流和电流模式PWM转换器的高满载效率特性。内部功率MOSFET在电压比较器检测到输出电压失调时开启，通过峰值电流限制和一对单稳态触发器来设置开关的最大导通时间（8µs）和最小关断时间（1.3µs）。为了提高轻载效率，前两个脉冲的电流限制设置为峰值电流限制的一半。

3.3 连续导通模式（CCM）和不连续导通模式（DCM）

• CCM：在输出大电流时，MAX761/MAX762工作在CCM模式。此时电感中始终有电流流动，控制电路逐周期调整开关的占空比，以保持输出电压稳定，同时不超过开关电流能力，提供了出色的负载瞬态响应和高效率。
• DCM：在DCM模式下，电感电流在每个周期从零开始上升到峰值，然后下降到零。虽然效率仍然很高，但开关波形会包含振铃（电感的自谐振频率），不过这属于正常现象，不会影响操作。

四、设计步骤

4.1 设置输出电压

使用外部电阻R1和R2可以将输出电压从5V调整到16.5V。对于可调输出操作，选择反馈电阻R1在10kΩ至250kΩ范围内，较高的R1值可提供最低的电源电流和最佳的轻载效率。R2的计算公式为：(R 2=(R 1)left(frac{ VOUT }{V{REF }}-1right))，其中(V{REF}=1.5V)。

4.2 选择电感（L）

在CCM和DCM模式下，实用的电感值范围为10µH至50µH。为了确保开关在最小导通时间（约2.5µs）内电流不超过ILIM/2，可根据公式(L geq frac{(VIN(max ))(tON(min ))}{LIM / 2})计算最小电感值。一般来说，18µH的电感适用于大多数输入电压不超过5V的应用。

4.3 二极管选择

由于MAX761/MAX762的高开关频率，需要使用高速整流器。推荐使用平均电流额定值为1A的肖特基二极管，如1N5817。对于高温应用，可使用高速硅二极管，如MUR105或EC11FS1。

4.4 电容选择

• 输出滤波电容：选择输出滤波电容（C4）的主要标准是低等效串联电阻（ESR）。例如，一个33µF、16V的三洋OS - CON电容，ESR为100mΩ，在从5V升压到12V、输出电流为150mA时，通常可提供100mV的纹波。
• 输入旁路电容：输入旁路电容C1用于减少从电压源汲取的峰值电流，并降低MAX761/MAX762开关动作在电压源处产生的噪声。对于输出电流不超过250mA的情况，33µF的C1通常足够。同时，使用0.1µF的陶瓷电容C2对IC进行单独旁路，应将其放置在靠近V +和GND引脚的位置。
• 参考电容：使用0.1µF的电容对REF进行旁路，REF可提供高达100µA的电流。

4.5 设置低电池检测器电压

通过选择R3在10kΩ至500kΩ之间，并根据公式(R 4=R 3left[frac{left(V{TRIP }-V{REF}right)}{V{REF }}right])计算R4，可设置低电池检测器的下降触发电压（VTRIP）。上升触发电压由于比较器约20mV的迟滞而较高，可通过公式(V{TRIP }( rising )=left(V_{REF}+20 mVright)(1+R 4 / R 3))计算。

五、应用信息

5.1 布局考虑

由于高电流水平和快速开关波形会辐射噪声，因此正确的PCB布局至关重要。采用星型接地配置，将GND、输入旁路电容接地引线和输出滤波电容接地引线连接到同一点，以最小化接地噪声。同时，尽量缩短引线长度，以减少杂散电容、走线电阻和辐射噪声。特别是连接到FB和LX的走线必须短。将旁路电容C2尽可能靠近V +和GND放置。

5.2 应用场景

MAX761/MAX762适用于多种应用场景，如闪存编程、PCMCIA卡、电池供电应用以及高效DC-DC转换器等。其高效、低功耗的特性使其在对电源效率和电池寿命要求较高的设备中具有很大的优势。

MAX761/MAX762升压DC-DC转换器以其独特的特性和灵活的设计方案，为电子工程师在电源管理设计中提供了一个优秀的选择。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景，合理选择元件参数和工作模式，以实现最佳的性能和效率。你在使用MAX761/MAX762的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。