基于MAX1524的DC-DC转换器设计

利用MAX1524设计的DC-DC转换器方案

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。

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。

　　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：

　　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：

　　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

　　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0?1μF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。