基于MAX1524的DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

1、基于MAX1524的DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)        1引言    MAX1524是美國MAXIM公司生產(chǎn)的一種小型、升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器，可應(yīng)用于升壓型、SEPIC 、反激型等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。具有固定的導(dǎo)通時間和最小的關(guān)斷時間，可以在較寬的輸入/輸出電壓組合和負(fù)載電流下提供高效率。固定的導(dǎo)通時間是可以選擇的，分別是最大占空比為50的0.5s和85的3s，使其在較寬的輸出范圍內(nèi)，對外接元件的尺寸和成本的優(yōu)化更為方便。 MAX1524采用自舉工作方式，允許在較低的輸入電壓下啟動，器件具

2、有內(nèi)部軟啟動和短路保護(hù)功能，并且具有故障鎖定功能，當(dāng)發(fā)生短路時自動關(guān)斷控制器。該器件采用6引腳的SOT23封裝，具有低靜態(tài)電流（25s），不需電流檢測電阻。廣泛地應(yīng)用于數(shù)字相機(jī)、液晶顯示器和其它低功耗的電子產(chǎn)品中。2工作原理2.1封裝形式    MAX1524的封裝形式如圖1所示。2.2引腳功能    腳1GND，接地端；    腳2FB，反饋輸入，連接一個外部電阻分壓器，F(xiàn)B的反饋值為1.25V;    腳3SET，導(dǎo)通時間控制，當(dāng)連接到VCC時，為3s，占空比為85；當(dāng)連

3、接到GND時，為0.5s，占空比為50；    腳4SHDN，關(guān)斷控制輸入，高電平為正常工作，低電平為關(guān)斷狀態(tài)；    腳5EXT，外部MOSFET驅(qū)動端；    腳6VCC，電源輸入端，用0.1F的電容器旁路，輸入范圍為2.5V5.5V，采用自舉工作方式，通過一個10的電阻器串聯(lián)在輸出端。2.3工作原理    MAX1524一般采用自舉工作方式，其低壓啟動振蕩器保證輸入電壓在低于1.5V時啟動器件。啟動振蕩器用一個25的占空比信號觸發(fā)MOSFET，使輸出電壓升高，當(dāng)輸出電壓

4、超過欠壓封鎖閾值時，使正常的控制電路開始工作，而啟動振蕩器停止工作。    對于不同的輸出電壓/輸入電壓組合，MAX1524具有可選的固定導(dǎo)通時間，從而實(shí)現(xiàn)高效工作。高升壓比時推薦使用3s的導(dǎo)通時間，這樣允許占空比超過80，可以改善工作效率。在低升壓比和高頻工作時，使用0.5s的導(dǎo)通時間比較好，這樣可以減少外接電感器和電容器的尺寸。 MAX1524的軟啟動功能可以減小啟動時的電感電流、輸入電容和電感應(yīng)力。軟啟動時間為3.2ms，不需外部元件。當(dāng)軟啟動結(jié)束，若輸出電壓降到正常穩(wěn)壓值的一半以下時，器件工作在故障鎖定狀態(tài)，使SHDN處于低電平，器件處于關(guān)斷狀態(tài)

5、，內(nèi)部控制電路關(guān)閉，EXT輸出低電平，電流降到1A，輸出電壓比輸入電壓低一個二極管正向?qū)▔航?。?dāng)VCC降到2.37V以下時，器件被欠壓鎖定。 3典型應(yīng)用MAX1524可以在連續(xù)或非連續(xù)模式下工作。當(dāng)電感電流不允許衰減到零值時，器件在連續(xù)模式下工作，這需要選用大電感，使電感紋波電流低于輸入電流的一半。該模式的優(yōu)點(diǎn)是峰值電流較小，電阻損耗小和輸出紋波低。當(dāng)電感足夠大，使最大負(fù)載下的紋波電流為輸入電流的30時，可以使暫態(tài)工作特性最好、效率最高。但是在輕載下，例如負(fù)載小于最大負(fù)載的1/6時，會轉(zhuǎn)變到非連續(xù)工作狀態(tài)。 在非連續(xù)模式下工作有兩種情況：（1）高輸出電壓，即輸出電壓/輸入

6、電壓超過了MAX1524最大占空比時可以得到的數(shù)值。當(dāng)外加占空比超過最大占空比的80時，需采用非連續(xù)工作模式。（2）小輸出電流，當(dāng)最大輸出電流非常小時，若使用大電感，在體積和費(fèi)用上均不劃算，此時可以使用小電感使其在非連續(xù)模式下工作。當(dāng)負(fù)載電流與輸出電壓/輸入電壓比值的乘積低于幾百毫安時，需采用非連續(xù)模式工作。 1）輸出電壓的設(shè)置：在輸出和地之間通過電阻分壓器連接到FB端，R2在30k100k之間選擇，R1由式（1）計(jì)算后選擇。    (1) 式中：VFB=1.25V。 2）外加最大占空比的計(jì)算：   式中：VD為肖

7、特基二極管的正向?qū)▔航担?.5V）。 3.1連續(xù)模式下的設(shè)計(jì) 1）導(dǎo)通時間的選擇 對于連續(xù)工作狀態(tài)，MAX1524的占空比必須高于外加最大占空比。當(dāng)外加占空比高于45時，連接SET與GND，0.5s的導(dǎo)通時間使開、關(guān)的速度非?？?；當(dāng)應(yīng)用80的占空比時，應(yīng)連接SET與VCC，得到3s的導(dǎo)通時間，此時必須采用非連續(xù)工作模式。 2）開關(guān)頻率的確定 在連續(xù)模式中，對于重載或中載，開關(guān)頻率與負(fù)載IL無關(guān)，與VIN有關(guān)。        當(dāng)負(fù)載降為輕載時，進(jìn)入非連續(xù)模式，開關(guān)頻率與IL有關(guān)，為&#

8、160;       3）峰值電感電流IP為     4）理想電感LI為        若計(jì)算出LI不是標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)選擇最接近此計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)值，誤差可在±50之間。若選擇的電感值低于計(jì)算的理想值，峰值電感電流會偏高一點(diǎn)，反之，峰值電感電流會偏低一點(diǎn)。鑒于工作頻率較高，推薦使用鐵氧體鐵芯，不要使用一般鐵芯。電感的飽和電流應(yīng)高于計(jì)算的峰值電流，并且其串聯(lián)等效電阻（ESR）應(yīng)盡量低。串聯(lián)等效電阻的能耗為：    &

9、#160;   5）輸出電容器的選擇：輸出電容最小值為        為了控制軟啟動期間的峰值電感電流，電容器最大值為：    ，其中tSS=3.2ms。 電容值一般選擇COUT（MIN）的2倍3倍。建議不要使用陶瓷電容器，而使用鉭電解電容器等。 3.2非連續(xù)模式的設(shè)計(jì) 連接SET與GND，使最大占空比低于67；連接SET與VCC，最大占空比在6799之間，非連續(xù)模式可以在任何占空比下工作。當(dāng)外加占空比接近SET設(shè)置的最大占空比時，工作性能最佳。 

10、;1）開關(guān)頻率的計(jì)算開關(guān)頻率與負(fù)載電流成正比關(guān)系：        2）理想電感的計(jì)算        若LI不是標(biāo)準(zhǔn)值，可選擇最接近計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)值，誤差可在±30之間。 3）峰值電感電流計(jì)算，電感元件的飽和值應(yīng)大于該計(jì)算值，電感的等效串聯(lián)電阻應(yīng)很小。其功耗按式（2）計(jì)算。    (2) 4）輸出電容器的選擇 在非連續(xù)模式下工作，輸出電容器可以選用低ESR的陶瓷電容器或鉭電解電容器等。對于要求低于輸出電壓的2的

11、紋波，最小值為：為了控制軟啟動期間的峰值電感電流，電容器的最大值為：，其中tSS=3.2ms。     5）前饋電容器的選擇在軟啟動期間，需適當(dāng)?shù)乜刂品逯惦姼须娏?，使FB的紋波電壓高于25mV。對于連續(xù)和非連續(xù)兩種工作模式，若選用低ESR的輸出電容，可獲得較低的輸出紋波，同時必須在FB和OUT之間使用前饋電容器。前饋電容器的數(shù)值大約為，選用的電容不能比此計(jì)算值高得太多。 6）反饋電容器的選擇 對于兩種工作模式，若使用前饋電容器，會在FB端得到較大的輸出紋波。因此需要在FB與GND之間連接一個反饋電容器。反饋電容值CFB一般與CFF相等

12、，并可以上下調(diào)整。若不使用前饋電容器，則不需要反饋電容器。 7）輸入電容器的選擇 輸入電容器CIN可以減小輸入電源的電流峰值，提高效率，減小噪聲。輸入電源的阻抗值決定了CIN的大小，阻抗值越高，電容越大，一般選擇CIN=COUT。 考慮到電容器的體積，推薦使用01F的陶瓷電容器。在自舉工作時，用一個10的電阻器連接在輸出端和VCC之間，將輸入電容器和輸出電容器隔離。 8）功率MOSFET的選擇 需要選擇N溝道MOSFET，主要考慮總的柵極電荷Qg、反向傳遞電容或電荷CRSS、通態(tài)電阻RDS(ON)、最大的VDS（MAX）、最小的閾值電壓VTH(

13、MIN)。當(dāng)高頻工作時，Qg和CRSS對效率的影響更大一些，為主要考慮對象。 9）二極管的選擇高頻工作時要求選擇快速二極管，推薦使用肖特基二極管，因?yàn)槠渚哂锌旎謴?fù)時間和低的正向壓降。其電流額定值應(yīng)為，反向擊穿電壓必須高于VOUT。當(dāng)輸出電壓較高時，可選用硅整流二極管。 基于以上參數(shù)的計(jì)算方法，以一電源的設(shè)計(jì)為例，在連續(xù)工作模式下計(jì)算出各參數(shù)，具體為     VIN=3.3V±0.33V，VOUT=5V;     IOUT(MAX)=700mA,IP=1.48A; L實(shí)際=3.3H,LI=3.72H; CFF=100pF,CFB=100pF,CIN