MAX848/MAX849：高功率、低噪声升压DC - DC转换器的卓越之选

在电子设备的电源设计中，一款高效、稳定且低噪声的升压DC - DC转换器至关重要。今天，我们就来深入探讨MAXIM公司推出的MAX848/MAX849 1 - 3节电池供电的高功率、低噪声升压DC - DC转换器，看看它能为我们的设计带来哪些优势。

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一、产品概述

MAX848/MAX849专为对噪声敏感的电源应用而设计，如便携式电话和带有RF数据链路的小型系统。其核心是一个同步升压拓扑调节器，能从1 - 3节NiCd/NiMH电池或1节Li - Ion电池产生固定的3.3V输出（也可通过外部电阻调节至2.7V - 5.5V）。同步整流技术相比类似的非同步升压调节器，效率提高了5%。

在待机模式下，脉冲跳跃PFM操作仅消耗150µW的静态功率，就能维持输出电压。固定频率PWM操作将开关噪声频谱限制在300kHz基频及其谐波范围内，便于后续滤波降噪。若需要更严格的噪声频谱控制，还可同步到200kHz - 400kHz的外部时钟。

此外，该器件还具备电池监测功能，通过一个双通道电压 - 频率模数转换器（ADC）实现。同时，提供两个控制输入，可通过瞬间按钮开关进行推 - 开、推 - 关控制，上电时，内部比较器会监测输出电压，产生电源良好输出（POK）。

MAX848和MAX849的主要区别在于N沟道MOSFET功率开关的电流限制，MAX848为0.8A，MAX849为1.4A。

二、产品特性

1. 高效性能

最高效率可达95%，输入范围为0.7V - 5.5V，具备3.3V双模式或2.7V - 5.5V可调输出，待机模式功耗仅0.15mW。

2. 灵活的工作模式

支持300kHz PWM模式或可同步模式，还配备双通道ADC和串行输出，以及电源良好功能。

三、应用领域

该转换器广泛应用于数字无绳电话、蜂窝电话、掌上电脑、本地3.3V - 5V电源等领域。

四、电气特性

1. 参考电压

参考输出电压典型值为1.25V，负载调节和电源抑制性能良好。

2. DC - DC转换器

输出电压在不同条件下有明确的范围，输出电流根据输入电压和输出电压的不同而变化。例如，当VIN = 1.2V，VOUT = 3.3V时，MAX848的输出电流为110mA，MAX849为300mA。

3. 开关特性

POUT和LX的泄漏电流较小，N沟道开关的导通电阻在不同模式下有不同的值，N沟道电流限制也因型号而异。

4. ADC特性

数据输出电压低和高有明确的范围，AIN1和AIN2的输入电压范围分别为0.625V - 1.875V和0V - 2.5V，输入电流较小，精度可达±4% FSR。

5. 电源良好特性

内部和外部跳闸电平有明确规定，POK的低电压和高泄漏电流也在规格范围内。

6. 逻辑和控制输入

输入低电压和高电压有相应的范围，逻辑输入电流较小，内部振荡器频率在260 - 340kHz之间，振荡器最大占空比为80 - 90%，外部时钟频率范围为200 - 400kHz。

五、典型工作特性

1. 效率与负载电流关系

不同输入电压和输出电压下，效率随负载电流的变化曲线展示了其在不同工况下的性能。例如，在VOUT = 3.3V，VIN = 2.4V时，随着负载电流的增加，效率呈现先上升后下降的趋势。

2. 其他特性

还包括无负载电池电流与输入电压的关系、关机电流与输入电压的关系、启动电压与负载电流的关系、参考电压与温度和参考电流的关系、ADC线性误差与满量程输入电压的关系等。

六、引脚描述

MAX848/MAX849共有16个引脚，每个引脚都有其特定的功能：

• AIN1和AIN2：分别为ADC的通道1和通道2输入，输入电压范围不同。
• REF：参考输出，需用0.22µF电容旁路到GND。
• GND：用于低电流接地路径，需通过短走线连接到PGND。
• OUT：输出感测输入，IC由OUT供电，需用0.1µF陶瓷电容旁路到GND，并通过10Ω串联电阻连接到POUT。
• POKIN：电源良好比较器输入，可连接到GND以设置固定阈值，也可通过电阻分压器调整阈值。
• FB：双模式DC - DC转换器反馈输入，连接到GND可获得固定3.3V输出电压，通过电阻分压器可调整输出电压。
• POK：电源良好输出，当输出电压低于内部设定阈值或POKIN电压低于VREF时，该引脚被拉低。
• AINSEL：ADC输入通道选择器，拉低选择AIN1，拉高选择AIN2。
• DATA：ADC的串行输出，脉冲输出，RZ格式。
• CLK/SEL：外部时钟输入/调节器的开关模式选择器，不同电平对应不同工作模式。
• PGND：内部N沟道功率MOSFET的源极，连接到高电流接地路径。
• LX：内部N沟道功率MOSFET和P沟道同步整流器的漏极。
• POUT：内部P沟道同步整流器MOSFET的源极，需连接外部肖特基二极管从LX到POUT，并通过0.1µF陶瓷电容旁路到PGND。
• ON2：关断控制输入，当ON1 = 0且ON2 = 1时，IC关闭。
• ON1：开启控制输入，当ON1 = 1或ON2 = 0时，IC开启。

七、详细工作原理

1. 整体架构

MAX848/MAX849将开关调节器、N沟道功率MOSFET、P沟道同步整流器、精密参考电压、电源良好指示器和电池电压监测器集成在一个单芯片中，直接由输出供电。

2. 启动过程

上电时，内部低压振荡器驱动N沟道功率开关，输出电压缓慢建立。振荡器的标称占空比为25%，以防止电感中的电流积累。当输出电压超过标称2.25V锁定电压时，误差比较器和内部定时电路被激活，设备根据CLK/SEL的逻辑控制，选择脉冲频率调制（PFM）低功率模式或脉冲宽度调制（PWM）低噪声模式继续工作。

3. 开关控制

通过ON1和ON2引脚进行开关控制，其逻辑关系如下表所示：	ON1	ON2	MAX848/MAX849
0	0	On
0	1	Off
1	0	On
1	1	On

4. 工作模式

• 低功率PFM模式：当CLK/SEL拉低时，设备工作在低功率、低供电电流的PFM模式。脉冲频率调制在轻负载时提供最高效率，P沟道整流器关闭以减少栅极电荷损失，调节器工作在不连续模式。N沟道功率MOSFET保持导通，直到电感电流上升到电流限制的30%，开关关闭时，电感能量传递到输出电容，直到电感电流过零才开始新的周期。
• 低噪声PWM模式：当CLK/SEL拉高时，设备工作在高功率、低噪声的电流模式PWM，以300kHz的标称内部振荡器频率开关。内部整流器在该模式下工作，调节器工作在连续模式。N沟道功率MOSFET导通，直到输出电压达到调节值或电感电流达到限制值（MAX848为0.8A，MAX849为1.4A），开关在周期的剩余时间内关闭，电感能量传递到输出电容，下一个振荡器周期开始新的周期。
• 同步PWM模式：当200kHz < fCLK < 400kHz的时钟信号应用于CLK/SEL时，设备进入同步电流模式PWM，内部同步整流器工作，开关频率同步到外部时钟信号。

5. 输出电压设置

MAX848/MAX849具有双模式操作，输出电压预设为3.3V（FB = 0V），也可通过外部电阻R1、R2和R3调节到2.7V - 5.5V，计算公式如下： [R2 = R3(VOUT / V TRIP - 1)] [R1 =(R 3+R 2)(VTRIP / VREF - 1)] 其中，VREF = 1.25V，VOUT是期望的输出电压，VTRIP是电源良好比较器的期望跳闸电平。

6. 电源良好功能

MAX848/MAX849具有电源良好比较器，当输出电压低于标称内部阈值3V（POKIN = 0V）时，其开漏输出POK被拉低。可通过外部设置输出电压的方法来设置电源良好跳闸电平。

7. 模数转换器（ADC）

内部的双通道串行ADC将模拟输入电压转换为数字流，通过DATA引脚输出。转换器根据输入电压按比例跳过时钟脉冲，输出格式为归零位流，位持续时间为1/fCLK。在PFM模式下，转换器不工作，DATA引脚被拉低。AIN1的输入电压范围为0.625V - 1.875V，AIN2的输入电压范围为0V - 2.5V，可通过AINSEL引脚选择通道。由于ADC是开关电容类型，在噪声环境中可能需要在输入处插入1kΩ串联电阻和0.01µF滤波电容。

8. 定时器功能实现

可通过离散硬件或微控制器（µC）实现必要的计数器功能。输出分辨率取决于计数的ADC时钟脉冲数量。

• 硬件实现：使用两个计数器或ASIC实现，其优点是精度不受µC解决方案的中断延迟影响。
• 全µC实现：使用µC定时器和计数器，定时器和计数器同时复位，计数器对输入的数据输出脉冲进行计数。当定时器超时，产生中断，µC读取计数器寄存器的状态。该实现的优点是无需外部硬件，但中断延迟会降低精度。

八、设计步骤

1. 电感选择

MAX848/MAX849的高开关频率允许使用小电感，建议MAX849使用10µH电感，MAX848使用22µH电感。推荐使用铁氧体磁芯或等效电感，不建议使用粉末铁芯用于高开关频率。电感的饱和额定值应超过内部电流限制（MAX848为0.8A，MAX849为1.4A），但一般可将电感偏置到饱和约20%。为获得最高效率，应使用直流电阻低（最好低于100mΩ）的线圈，并使用环形、罐形或屏蔽电感以减少辐射噪声。

2. 二极管选择

高开关频率要求使用高速整流器，推荐使用肖特基二极管，如1N5817或MBR0520L。确保二极管的电流额定值超过最大负载电流，击穿电压超过VOUT。在PFM模式下，肖特基整流二极管承载负载电流，效率会因二极管压降而损失；在PWM模式下，内部P沟道同步整流器工作，二极管效率损失最小。对于高温应用，肖特基二极管可能因高泄漏电流而不适用，可使用高速硅二极管，如MUR105或EC11FS1。

3. 电容选择

• 输入旁路电容：使用22µF、低ESR的输入电容可减少电感电流纹波引起的峰值电流和反射噪声。对于轻负载或能容忍较高输入纹波的应用，也可使用较小的陶瓷电容。
• 输出滤波电容：两个100µF（MAX848为单个100µF）、10V、低ESR的输出滤波电容在从1.2V升压到3.3V、200mA（MAX848为100mA）时，通常会产生30mV的纹波。需用0.1µF陶瓷电容将MAX848/MAX849的电源输入OUT旁路到GND，同时将POUT旁路到PGND。滤波电容的等效串联电阻（ESR）会影响效率和输出纹波，建议使用低ESR的表面贴装钽电容或Sanyo OS - CON有机半导体通孔电容。

九、应用信息

1. 瞬间开关控制

可使用瞬间按钮开关控制MAX848/MAX849的开关。当器件关闭时，ON1拉低，ON2拉高；按下开关时，ON2拉低，调节器开启，开关保持时间应足够让µC退出复位，控制器向ON1发出逻辑高电平，确保器件保持开启状态。关闭调节器时，按下并保持开关，控制器读取开关状态并拉低ON1，释放开关后ON2拉高。

2. 功率放大器和无线电供电

MAX849是数字无绳电话和PCS电话中功率放大器（PA）和无线电的理想电源。PA直接由MAX849供电以获得最大输出摆幅，后级线性调节器为控制器和无线电供电，同时减少开关噪声和纹波。

3. 上电复位延迟

在POK和GND之间添加定时电容可产生上电复位延迟，复位时间常数由上拉电阻和定时电容决定。上电时，POK为低电平，电容短路；输出电压达到调节值时，POK变高，电容缓慢充电到输出电压。

4. µC控制关机

当ON1 = 1或ON2 = 0时，MAX848/MAX849开启；µC监测电池电压，当电池电量低时，拉低ON1并拉高ON2，关闭器件。

十、布局考虑

由于电感电流水平高和快速开关波形会辐射噪声，因此正确的PCB布局至关重要。应使用星形接地配置保护敏感的模拟接地，将PGND、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（星形接地配置）以减少接地噪声，同时尽量缩短引线长度以减少杂散电容和走线电阻。如果使用外部电阻分压器设置输出电压，从FB到电阻的走线必须极短，并屏蔽来自CLK、DATA或LX等开关信号的干扰。

总之，MAX848/MAX849以其高效、低噪声、高集成度等特点，为电子工程师在设计电源电路时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，我们需要根据具体需求，合理选择电感、二极管、电容等元件，并注意PCB布局，以充分发挥其性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。