MAX17291：高電壓、1A微功耗升壓轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)于高電壓、小尺寸且高效的電源解決方案的需求日益增長(zhǎng)。Analog Devices的MAX17291升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器就是這樣一款能滿(mǎn)足眾多應(yīng)用需求的優(yōu)秀產(chǎn)品。下面，我們就來(lái)深入了解一下這款器件。

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一、產(chǎn)品概述

MAX17291是一款低靜態(tài)電流的升壓（升壓）DC - DC轉(zhuǎn)換器，具有1A峰值電感電流限制和True Shutdown?功能。True Shutdown能將輸出與輸入斷開(kāi)，無(wú)正向或反向電流。輸出電壓可通過(guò)外部電阻分壓器設(shè)置。

它具有低靜態(tài)電流、小尺寸和在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的高效率等優(yōu)點(diǎn)，非常適合需要高電壓和小尺寸解決方案的應(yīng)用，如傳感器模塊。該器件集成了功率開(kāi)關(guān)、功率二極管和輸出負(fù)載開(kāi)關(guān)，能從1.8V至5.5V的輸入電源輸出高達(dá)20V的電壓。在關(guān)機(jī)模式下，負(fù)載開(kāi)關(guān)關(guān)閉，真正將負(fù)載與輸入電壓斷開(kāi)，從而將關(guān)機(jī)模式下的漏電流降至最低。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢(shì)

（一）電氣特性

1. 寬輸入輸出范圍：輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，輸出電壓范圍為5.5V至20V，能適應(yīng)多種電源和負(fù)載需求。
2. 低靜態(tài)電流：輸入靜態(tài)電源電流僅28μA，關(guān)機(jī)電流低至0.05μA，有助于降低功耗，延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。
3. 高效率：峰值效率可達(dá)91%，能有效減少能量損耗。
4. 電流限制：電感峰值電流限制為1A，內(nèi)置2.2ms軟啟動(dòng)時(shí)間，可最小化浪涌電流。
5. 保護(hù)功能：具備輸出短路保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

（二）封裝優(yōu)勢(shì)

提供節(jié)省空間、成本效益高的1.27mm x 0.87mm、6凸點(diǎn)WLP（3 x 2，0.4mm間距）和2mm x 2mm、8引腳TDFN封裝，并且工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，能適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。

三、工作模式

（一）輕載效率模式

采用脈沖頻率調(diào)制（PFM）的節(jié)能模式，在輕載時(shí)提高效率。在此模式下，導(dǎo)通時(shí)間由500mA的峰值電感電流限制決定。當(dāng)電感電流達(dá)到限制時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間結(jié)束，功率二極管正向偏置。在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，電荷轉(zhuǎn)移到輸出電容，使電壓上升。當(dāng)電感電流降至零時(shí)，關(guān)斷時(shí)間結(jié)束，負(fù)載由輸出電容供電，輸出電壓下降。當(dāng)FB電壓低于PFM參考電壓時(shí)，器件再次啟動(dòng)導(dǎo)通時(shí)間以提升輸出電壓。在輕載效率模式下，MAX17291可將輸出調(diào)節(jié)到標(biāo)稱(chēng)輸出目標(biāo)的1%以上。

（二）PWM模式

在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）的負(fù)載電流水平下，使用準(zhǔn)恒定的1.0MHz開(kāi)關(guān)頻率脈沖寬度調(diào)制（PWM）。電路根據(jù)輸入電壓與輸出電壓的比值預(yù)測(cè)所需的關(guān)斷時(shí)間。在開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始時(shí)，nMOS開(kāi)關(guān)FET導(dǎo)通，輸入電壓施加在電感上，電感電流上升。此時(shí)，輸出電容由負(fù)載電流放電。當(dāng)電感電流達(dá)到誤差放大器輸出設(shè)定的電流閾值時(shí)，nMOS開(kāi)關(guān)FET關(guān)斷，功率二極管正向偏置，電感將存儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)移到輸出電容以補(bǔ)充電荷并為負(fù)載供電。關(guān)斷時(shí)間結(jié)束后，下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始。誤差放大器將FB引腳電壓與內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較，其輸出決定電感峰值電流。MAX17291具有內(nèi)部補(bǔ)償電路，可適應(yīng)廣泛的輸入電壓、輸出電壓、電感和輸出電容值，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

四、應(yīng)用信息

（一）典型應(yīng)用

可用于12V升壓轉(zhuǎn)換器，輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，輸出電壓為12V。通過(guò)合理選擇外部元件，如電感、電容和電阻分壓器，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出。

（二）設(shè)計(jì)步驟

1. 輸出電壓編程：使用外部電阻分壓器R1和R2來(lái)設(shè)置輸出電壓。當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定時(shí)，F(xiàn)B引腳的典型電壓為1.25V。計(jì)算公式為 (R2 = ((V{OUT} / V{FB}) - 1) × R1) ，其中 (V{OUT}) 是期望的輸出電壓， (V{FB}) 是FB引腳的內(nèi)部參考電壓（典型值1.25V）。為了獲得最佳精度，建議R1的值小于475kΩ，以確保流過(guò)它的電流明顯大于FB引腳的偏置電流。同時(shí)，使用較低的R1值可提高抗噪聲注入能力，而較高的R1值則有助于降低靜態(tài)電流，在輕載電流下實(shí)現(xiàn)最高效率。
2. 電感選擇：電感是電源調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)中最重要的組件，其選擇會(huì)影響穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、瞬態(tài)行為和環(huán)路穩(wěn)定性。MAX17291設(shè)計(jì)用于與4.7μH至15μH的電感值配合使用?？墒褂孟嚓P(guān)公式計(jì)算電感的直流電流、紋波電流和峰值電流。一般來(lái)說(shuō)，如果電源預(yù)計(jì)在CCM模式下運(yùn)行，建議使用電感峰 - 峰電流紋波小于平均電感電流40%的電感。較大值的電感可減少EMI和電感中的磁損耗，但會(huì)增加負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。由于MAX17291用于相對(duì)較小輸出電流的應(yīng)用，電感峰 - 峰電流紋波可能會(huì)更高，此時(shí)MAX17291將主要在不連續(xù)電流模式（DCM）下運(yùn)行。
3. 輸入和輸出電容選擇：輸出電容主要用于滿(mǎn)足輸出紋波和環(huán)路穩(wěn)定性的要求，需考慮電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）對(duì)輸出紋波的影響。建議根據(jù)輸出電壓選擇合適的陶瓷電容，如輸出電壓在8V及以下時(shí)，使用22μF (C{OUT}) （有效電容12μF）；輸出電壓高于8V時(shí)，使用10μF (C{OUT}) （有效電容6μF）。輸入電容可減少輸入電源的電流峰值并提高效率，建議使用陶瓷電容，最小使用標(biāo)準(zhǔn)的22μF陶瓷電容（有效電容12μF）。在 (V{IN}) 接近 (V{OUT}) 的應(yīng)用中，需要更多的輸入和輸出電容來(lái)最小化電壓紋波。
4. 布局指南：對(duì)于開(kāi)關(guān)電源，尤其是高頻運(yùn)行的電源，印刷電路板（PCB）布局至關(guān)重要。為防止高頻噪聲輻射（EMI），需注意高頻開(kāi)關(guān)路徑的布局。應(yīng)盡量減小與LX引腳連接的所有走線(xiàn)的長(zhǎng)度和面積，并在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器下方使用接地平面。升壓轉(zhuǎn)換器最關(guān)鍵的電流路徑應(yīng)盡可能短，輸出電容應(yīng)盡可能靠近OUT和GND引腳，以減少LX和OUT處的寄生過(guò)沖。輸入電容與IN和GND的連接應(yīng)短，以減少電源電壓紋波。輸出電壓感測(cè)應(yīng)遠(yuǎn)離電感和LX開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，以最小化噪聲和磁干擾。電感和LX節(jié)點(diǎn)應(yīng)與反饋引腳及其電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)分開(kāi)，電阻分壓器的接地參考應(yīng)通過(guò)Kelvin連接回到GND引腳。在TDFN應(yīng)用中，電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)參考通過(guò)外露焊盤(pán)路由回AGND引腳。應(yīng)最大化元件側(cè)接地金屬的尺寸以幫助散熱，并使用帶有多個(gè)過(guò)孔的接地平面連接到元件側(cè)接地，以進(jìn)一步減少敏感電路節(jié)點(diǎn)上的噪聲干擾。

五、總結(jié)

MAX17291憑借其高集成度、低功耗、高效率和豐富的保護(hù)功能，為電子工程師提供了一個(gè)出色的升壓電源解決方案。無(wú)論是傳感器電源、可穿戴設(shè)備還是便攜式醫(yī)療設(shè)備等應(yīng)用，MAX17291都能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，幫助工程師設(shè)計(jì)出更穩(wěn)定、高效的電源系統(tǒng)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，合理選擇元件和優(yōu)化PCB布局是確保MAX17291性能的關(guān)鍵。你在使用類(lèi)似的升壓轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。