1引言 MAX1524是美国MAXIM公司生产的一种小型、升压型DC-DC转换器,可应用于升压型、SEPIC 、反激型等多种拓扑结构。具有固定的导通时间和最小的关断时间,可以在较宽的输入/输出电压组合和负载电流下提供高效率。固定的导通时间是可以选择的,分别是最大占空比为50%的0.5μs和85%的3μs,使其在较宽的输出范围内,对外接元件的尺寸和成本的优化更为方便。 MAX1524采用自举工作方式,允许在较低的输入电压下启动,器件具有内部软启动和短路保护功能,并且具有故障锁定功能,当发生短路时自动关断控制器。该器件采用6引脚的SOT23封装,具有低静态电流(25μs),不需电流检测电阻。广泛地应用于数字相机、液晶显示器和其它低功耗的电子产品中。 2工作原理 2.1封装形式 MAX1524的封装形式如图1所示。
2.2引脚功能 ——脚1GND,接地端; ——脚2FB,反馈输入,连接一个外部电阻分压器,FB的反馈值为1.25V; ——脚3SET,导通时间控制,当连接到VCC时,为3μs,占空比为85%;当连接到GND时,为0.5μs,占空比为50%; ——脚4SHDN,关断控制输入,高电平为正常工作,低电平为关断状态; ——脚5EXT,外部MOSFET驱动端; ——脚6VCC,电源输入端,用0.1μF的电容器旁路,输入范围为2.5V~5.5V,采用自举工作方式,通过一个10Ω的电阻器串联在输出端。 2.3工作原理 MAX1524一般采用自举工作方式,其低压启动振荡器保证输入电压在低于1.5V时启动器件。启动振荡器用一个25%的占空比信号触发MOSFET,使输出电压升高,当输出电压超过欠压封锁阈值时,使正常的控制电路开始工作,而启动振荡器停止工作。 对于不同的输出电压/输入电压组合,MAX1524具有可选的固定导通时间,从而实现高效工作。高升压比时推荐使用3μs的导通时间,这样允许占空比超过80%,可以改善工作效率。在低升压比和高频工作时,使用0.5μs的导通时间比较好,这样可以减少外接电感器和电容器的尺寸。 MAX1524的软启动功能可以减小启动时的电感电流、输入电容和电感应力。软启动时间为3.2ms,不需外部元件。当软启动结束,若输出电压降到正常稳压值的一半以下时,器件工作在故障锁定状态,使SHDN处于低电平,器件处于关断状态,内部控制电路关闭,EXT输出低电平,电流降到1μA,输出电压比输入电压低一个二极管正向导通压降。当VCC降到2.37V以下时,器件被欠压锁定。 3典型应用 MAX1524可以在连续或非连续模式下工作。当电感电流不允许衰减到零值时,器件在连续模式下工作,这需要选用大电感,使电感纹波电流低于输入电流的一半。该模式的优点是峰值电流较小,电阻损耗小和输出纹波低。当电感足够大,使最大负载下的纹波电流为输入电流的30%时,可以使暂态工作特性最好、效率最高。但是在轻载下,例如负载小于最大负载的1/6时,会转变到非连续工作状态。 在非连续模式下工作有两种情况:(1)高输出电压,即输出电压/输入电压超过了MAX1524最大占空比时可以得到的数值。当外加占空比超过最大占空比的80%时,需采用非连续工作模式。(2)小输出电流,当最大输出电流非常小时,若使用大电感,在体积和费用上均不划算,此时可以使用小电感使其在非连续模式下工作。当负载电流与输出电压/输入电压比值的乘积低于几百毫安时,需采用非连续模式工作。 1)输出电压的设置:在输出和地之间通过电阻分压器连接到FB端,R2在30kΩ~100kΩ之间选择,R1由式(1)计算后选择。 (1) 式中:VFB=1.25V。 2)外加最大占空比的计算: 式中:VD为肖特基二极管的正向导通压降(0.5V)。 3.1连续模式下的设计 1)导通时间的选择 对于连续工作状态,MAX1524的占空比必须高于外加最大占空比。当外加占空比高于45%时,连接SET与GND,0.5μs的导通时间使开、关的速度非常快;当应用80%的占空比时,应连接SET与VCC,得到3μs的导通时间,此时必须采用非连续工作模式。 2)开关频率的确定 在连续模式中,对于重载或中载,开关频率与负载IL无关,与VIN有关。 当负载降为轻载时,进入非连续模式,开关频率与IL有关,为 3)峰值电感电流IP为 4)理想电感LI为 若计算出LI不是标准值,应选择最接近此计算值的标准值,误差可在±50%之间。若选择的电感值低于计算的理想值,峰值电感电流会偏高一点,反之,峰值电感电流会偏低一点。鉴于工作频率较高,推荐使用铁氧体铁芯,不要使用一般铁芯。电感的饱和电流应高于计算的峰值电流,并且其串联等效电阻(ESR)应尽量低。串联等效电阻的能耗为: 5)输出电容器的选择:输出电容最小值为 为了控制软启动期间的峰值电感电流,电容器最大值为: ,其中tSS=3.2ms。 电容值一般选择COUT(MIN)的2倍~3倍。建议不要使用陶瓷电容器,而使用钽电解电容器等。 3.2非连续模式的设计 连接SET与GND,使最大占空比低于67%;连接SET与VCC,最大占空比在67%~99%之间,非连续模式可以在任何占空比下工作。当外加占空比接近SET设置的最大占空比时,工作性能最佳。 1)开关频率的计算 开关频率与负载电流成正比关系: 2)理想电感的计算 若LI不是标准值,可选择最接近计算值的标准值,误差可在±30%之间。 3)峰值电感电流计算,电感元件的饱和值应大于该计算值,电感的等效串联电阻应很小。其功耗按式(2)计算。 (2) 4)输出电容器的选择 在非连续模式下工作,输出电容器可以选用低ESR的陶瓷电容器或钽电解电容器等。对于要求低于输出电压的2%的纹波,最小值为:为了控制软启动期间的峰值电感电流,电容器的最大值为:,其中tSS=3.2ms。 5)前馈电容器的选择 在软启动期间,需适当地控制峰值电感电流,使FB的纹波电压高于25mV。对于连续和非连续两种工作模式,若选用低ESR的输出电容,可获得较低的输出纹波,同时必须在FB和OUT之间使用前馈电容器。前馈电容器的数值大约为,选用的电容不能比此计算值高得太多。 6)反馈电容器的选择 对于两种工作模式,若使用前馈电容器,会在FB端得到较大的输出纹波。因此需要在FB与GND之间连接一个反馈电容器。反馈电容值CFB一般与CFF相等,并可以上下调整。若不使用前馈电容器,则不需要反馈电容器。 7)输入电容器的选择 输入电容器CIN可以减小输入电源的电流峰值,提高效率,减小噪声。输入电源的阻抗值决定了CIN的大小,阻抗值越高,电容越大,一般选择CIN=COUT。 考虑到电容器的体积,推荐使用01μF的陶瓷电容器。在自举工作时,用一个10Ω的电阻器连接在输出端和VCC之间,将输入电容器和输出电容器隔离。 8)功率MOSFET的选择 需要选择N沟道MOSFET,主要考虑总的栅极电荷Qg、反向传递电容或电荷CRSS、通态电阻RDS(ON)、最大的VDS(MAX)、最小的阈值电压VTH(MIN)。当高频工作时,Qg和CRSS对效率的影响更大一些,为主要考虑对象。 9)二极管的选择 高频工作时要求选择快速二极管,推荐使用肖特基二极管,因为其具有快恢复时间和低的正向压降。其电流额定值应为,反向击穿电压必须高于VOUT。当输出电压较高时,可选用硅整流二极管。 基于以上参数的计算方法,以一电源的设计为例,在连续工作模式下计算出各参数,具体为 VIN=3.3V±0.33V,VOUT=5V; IOUT(MAX)=700mA,IP=1.48A; L实际=3.3μH,LI=3.72μH; CFF=100pF,CFB=100pF,CIN=33μF, COUT=14μF~448μF,COUT(实际)=33μF; R1=100kΩ,R2=33.2kΩ DMAX=45.5%; tON=0.5μs(SET=GND); f=761kHz~800kHz(IOUT(MIN)=120mA) 3.3典型应用 MAX1524的典型应用电路如图2所示。 |