MAX1642/MAX1643：1V 输入高效升压 DC - DC 转换器的设计与应用

在电子设备的电源设计中，对于单节碱性电池供电的设备，高效的升压 DC - DC 转换器至关重要。今天我们就来深入探讨 MAXIM 公司的 MAX1642/MAX1643 这两款高性价比的升压 DC - DC 转换器。

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一、产品概述

MAX1642/MAX1643 是专为单节碱性电池供电设备设计的高效、低压升压 DC - DC 转换器。它们具有低静态电源电流，采用超小的 µMAX 封装，高度仅 1.1mm，保证启动电压为 0.88V。

内部集成了 1Ω 的 N 沟道 MOSFET 功率开关、作为续流二极管的内置同步整流器、振荡器、参考源和脉冲频率调制（PFM）控制电路。其中，MAX1642 具备 2µA 逻辑控制的关断模式，而 MAX1643 则提供专用的低电池检测器（BATTLO）。两款产品的输出电压预设为 3.3V ±4%，也可通过仅两个电阻在 +2V 至 +5.2V 范围内进行调节。

二、应用领域

这些特性使得 MAX1642/MAX1643 适用于多种设备，如寻呼机、遥控器、指针设备、个人医疗监测器以及单节电池供电的设备等。

三、产品特性

1. 高效性能

• 内置同步整流器，提高了转换效率，典型效率可达 80%。
• 0.88V 保证启动，能在低电压下正常工作。
• 超小的 µMAX 封装，高度仅 1.1mm，节省空间。
• 静态电源电流低，流入 BATT 引脚的静态电流仅 4µA。

2. 功能多样

• MAX1642 具有 2µA 逻辑控制的关断模式，可有效降低功耗。
• MAX1643 有两个欠压检测器，能实时监测电池状态。
• 输出电压范围为 2V 至 5.2V，可灵活满足不同设备的需求。
• 在 1.2V 输入时，可提供 20mA 输出电流。
• 具备反向电池保护功能，防止电池反接对设备造成损坏。

四、电气特性

1. 输入输出电压

• 最小工作输入电压典型值为 0.7V，最大工作输入电压为 1.65V。
• 启动电压在特定条件下为 0.88V，启动电压温度系数为 -2mV/°C。
• 输出电压在特定条件下为 3.16 - 3.44V，通过外部反馈可调节范围为 2.0 - 5.2V。

2. 开关电阻

• N 沟道导通电阻在输出电压为 3.3V 时，典型值为 1Ω，最大值为 1.5Ω。
• P 沟道导通电阻在输出电压为 3.3V 时，典型值为 1.5Ω，最大值为 2.2Ω。

3. 其他参数

• 静态电流方面，流入 OUT 引脚的静态电流典型值为 11µA，流入 BATT 引脚的静态电流典型值为 4µA。
• 关断电流方面，MAX1642 在特定条件下，流入 OUT 引脚的关断电流典型值为 0.1µA，流入 BATT 引脚的关断电流典型值为 2µA。

五、设计要点

1. 输出电压选择

• 若要选择固定 3.3V 输出，将 FB 引脚连接到 GND；若需要可调输出，可将 FB 引脚连接到 OUT 和 GND 之间的电阻分压器，通过公式 (R1 = R2(frac{V{OUT}}{V{REF}} - 1)) 计算电阻值，其中 (V_{REF}=1.23V)。

2. 功率失效检测

芯片内部有功率失效检测比较器，当 PFI 引脚电压低于 614mV 时，PFO 输出会向 GND 灌电流。可通过两个电阻 R3 和 R4 设置阈值，公式为 (R3 = R4(frac{V{TH}}{V{PFI}} - 1))，其中 (V_{PFI}=614mV)。

3. 低电池启动

MAX1642/MAX1643 采用带低压启动振荡器的自举电路，在低负载条件下能在较低电池电压下启动，启动后即使电池电压低于启动电压，输出仍可维持负载。

4. 电感选择

大多数应用推荐使用 100µH 电感。降低电感值（最低 68µH）可增加最大输出电流，提高电感值（最高 220µH）可降低峰值电感电流和纹波噪声。电感的饱和电流额定值必须超过 MAX1642/MAX1643 时序算法合成的峰值电流限制 (I{PEAK}=frac{K{MAX}}{L{MIN}})，其中 (K{MAX}=35V - mu s)，最大推荐 (I_{PEAK}) 为 350mA，为保证最佳效率，电感串联电阻应小于 1Ω。

5. 电容选择

输入和输出电容应能满足输入和输出峰值电流要求，并将电压纹波控制在可接受范围内。例如，一个 22µF、6V、低 ESR 的表面贴装钽输出滤波电容，在 20mA 电流下从 1.3V 升压到 3.3V 时，通常可提供 60mV 输出纹波。输入滤波电容（CIN）可降低从电池汲取的峰值电流，提高效率。建议选择低等效串联电阻（ESR）的电容，如陶瓷电容 ESR 最低，低 ESR 钽电容在成本和性能上取得较好平衡，低 ESR 铝电解电容也可接受，但应避免使用标准铝电解电容，同时要确保电容的纹波电流额定值超过峰值电感电流。

6. PCB 布局和接地

由于开关频率高和峰值电流大，PCB 布局至关重要。OUT 引脚必须尽可能靠近 IC 直接旁路到 GND（距离在 0.2 英寸或 5mm 以内）。功率组件（如 MAX1642/MAX1643、电感、输入滤波电容和输出滤波电容）应尽量靠近放置，其走线应短、直且宽（50mil 或 1.25mm），并采用星型接地配置将它们的接地引脚靠近放置。多层板上，可使用组件侧铜填充来布线星型接地，然后通过过孔连接到内部接地平面。外部电压反馈网络应非常靠近 FB 引脚（距离在 0.2 英寸或 5mm 以内），像 LX 引脚等噪声走线应远离电压反馈网络，并使用接地铜进行隔离。

7. 噪声和电压纹波控制

为最小化 EMI 和输出电压纹波，可遵循以下设计规则：

• 将 DC - DC 转换器和数字电路放置在 PCB 的对角，远离敏感的 RF 和模拟输入级。
• 使用闭环电感，如环形或屏蔽线轴电感，以最小化边缘磁场。
• 选择满足负载要求的最大电感值，以最小化峰值开关电流和由此产生的纹波和噪声。
• 使用低 ESR 的输入和输出滤波电容。
• 遵循合理的电路板布局和接地规则。
• 必要时，添加 LC π 滤波器、线性后置稳压器（如 MAX8863 和 MAX8864，采用 SOT23 封装）或屏蔽措施，LC π 滤波器的截止频率应至少比 DC - DC 转换器的开关频率低一到两个数量级。

六、总结

MAX1642/MAX1643 以其高效、多功能和小封装等特点，为单节碱性电池供电设备的电源设计提供了优秀的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择输出电压、电感、电容等参数，并注意 PCB 布局和噪声控制等问题，以确保设备的稳定运行。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。