DC-DC變換器ICMAX786及其應用
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摘要：MAX786是MAXIM公司生產(chǎn)的DC-DC變換器，它主要應用于筆記本電腦等小型化、輕量化的便攜式設備中。文中介紹了MAX786工作原理、外圍電路的設計方法以及設計時注意事項，同時給出了其具體的應用電路。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/233525.htm關鍵詞：MAX786 變換器 DC-DC
為了使筆記本電腦等一類便攜式電子設備小型化和輕量化，同時為了抑制功耗和降低電源電壓，設計師們越來越多地使用大規(guī)模集成電路來工作。對于這類設備的電源部分，即使是在輸出電壓較低的情況下，也希望有一個高效率的DC-DC變換器。而實現(xiàn)這種高效率電源，并用于同步整流型電源的控制器則首推MAXIM公司生產(chǎn)的MAX786.利用MAX786可以很方便地同時輸出穩(wěn)定的5V和3.3V電壓，是一種高性能的降壓型DC-DC變換器IC。
1 MAX786概述
1.1 特點
MAX786具有如下特點：
●可以獲得3.3V和5V兩路固定輸出電壓；
●可以獲得最大95%的變換效率；
●省電。工作時自身消除電流為420μA，待機時消耗電流僅為70μA；
●輸入電壓范圍寬（5.5～30V）。
1.2 內(nèi)部結構及參數(shù)
圖1所示為MAX786的內(nèi)部結構圖。由圖可見，MAX786內(nèi)含兩個控制電路、四個功率MOSFET驅動器、兩個比較器以及振蕩頻率為200kHz或300kHz的振蕩器。
1.3 引腳說明
VL引腳（22）：5V電壓輸出端，最大輸出電流為5mA。由圖1可見，電源起動時由連接到輸入電源上的V+端給穩(wěn)壓器提供電源。但當5V輸出（FB5端）上升到4.5V以上時，穩(wěn)壓器關斷，Q1接通，F(xiàn)B5端與VL端短接，其結果是5V電壓由VL端輸出。正是由于MAX786具備這一功能，因而減小了穩(wěn)壓器的損耗，提高了效率。此外，該端子應選用一個4.7μF電容旁路到地。
REF引腳（10）：3.3V基準輸出端，最大輸出電流為5mA。該端口應采用電容旁路接地，其容量通常為0.22μF+1μF/mA。但在負載電流較大時，該電容往往會給各檔輸出電壓帶來某些影響。
SS3引腳（2）與SS5引腳（14）：如果在該兩引腳上接上電容，電源接通過時輸出電壓的上升速率將會變緩，因而可以抑制上電時產(chǎn)生的電流沖擊。上升時間tr可由公司tr≈1ms/nF求得。在輸出為5V時，通常連接10～100nF的電容器。
ON3引腳（3）與ON5引腳（13）：這兩個端子是接通或關斷3.3V與5V輸出的端子，通常情況下將它們連接到VL端。如果接地，則將關斷MAX786的輸出。
SYNC引腳（11）：如果把SYNC接地或者接VL端，則IC內(nèi)部的振蕩頻率為200kHz；如果將它接REF端，則產(chǎn)生的振蕩頻率為300kHz。
需要說明的是：當需要設計多組輸出電源時，往往要使用若干個驅動電路。由于印制版上存在著振蕩頻率不同的時鐘信號，將會產(chǎn)生諸如差拍干擾等弊端問題。這時，利用SYNC端可使這些驅動電路都與同一個時鐘信號同步，這樣，該問題就可以得到圓滿的解決。
D1引腳（4）與D2引腳（5）：把5V與3.3V輸出電壓輸入到這兩個端口上時，可以構成閾值電壓為1.65V的低壓檢測電路。如果用電阻進行分壓，還可以任意設定檢測電壓的大小。圖2所示為其輸出通/斷開關電路，如果將內(nèi)部比較器輸出一側的電源（VH端）連接到3～19V的任意電源上作為電平變換器使用，則可控制由功率MOSFET構成的輸出開關。比較器的輸出端Q1（8腳）與Q2（7腳）也可以以“線或”的形式互相連接在一起，其連接方式如圖3所示。
SHDN引腳（12）：如果SHDN端為“低”，則REF輸出與比較器將停止工作，且3.3V與5V輸出也將關斷，但VL端的輸出仍會維持在5V，這時消耗電流為25μA。如果SHDN端為“高”，而ON3端及ON5端為“低”，則電路處于待機方式，3.3V與5V輸出截止，但此時節(jié)VL輸出，REF輸出與比較器仍處于工作狀態(tài)，其消耗電流為70μA。
2 外圍電路的設計方法
圖4所示是采用MAX786構成的具有3A輸出電流的3.3V/5.0V DC-DC變換器，它同時帶輸出開關。該電路的主要指標如下：
●輸入電壓：6.5～30VDC；
●輸出電壓：5V與3.3V；
●輸出電流：3A；
●工作頻率：300kHz。
設計時，如果扼流圈 L1及L2的脈動電流（峰-峰）為最大輸出電流的30%，則電感電流的峰值為輸出電流的1.15倍。這樣可以算出L1、L2的值分別為：L1≈10.9μH，L2≈15.4μH。如果使用10μH電感，在電感中流過的脈沖電流峰值ΔIL應為3.49A。
工作在額定電流時，如果在取樣電阻Rcs上產(chǎn)生的電壓為80mV，那么，Rcs應選用25mΩ。
輸出濾波電容主要與控制系統(tǒng)的電路穩(wěn)定性、輸出紋波電壓和負載電流突變時的特性有關。為保持其中最具優(yōu)先條件的電路穩(wěn)定性，必須滿足以下兩個條件：
第一個條件為：CF>Vref/(2πVoutRcsG)
其中CF為輸出濾波電容的容量，Vref為基準電壓（3.3V），G為增益帶寬積（60×103Hz），Rcs為電流取樣電阻（0.025Ω），Vout為輸出電壓。由此可以求得C6>70μF，C7+C12>106F。
第二個條件為：RESRVoutRcs/Vref
這里RESR為輸出濾波電容的等效串聯(lián)電阻，由上式可以求出：RESR(C6)38mΩ，
RESR（C7+C12）25mΩ。
脈動電壓是電源電路的重要指標之一。在負載電流較大時，脈動電壓VR可由下式求得：
VR=IL[(RESR+1/(2πfCF))]
其中IL為扼流圈L1與L2中流過電流的峰-峰值（5V系統(tǒng)為1.38A，3V系統(tǒng)為0.98A），CF為輸出濾波電容C6、C7、C12的容量，f為振蕩頻率（300kHz），RESR為輸出濾波電容的等效串聯(lián)電阻。
由上式可以計算出容量為47μF、ESR為50mΩ的兩個電容器并聯(lián)使用時的紋波電壓為VR（5）≈42mV，VR（3.3）≈30mV。這里VR（5）為5V輸出的脈沖電壓，VR（3.3）為3.3V輸出的脈動電壓。
當負載電流較小時，MAX786處于空載方式，此時的紋波電壓由VRC與CRR兩部分相加而成。VRC為由輸出濾波電容引起的脈動分量，VRR為其ESR引起的脈動分量。
3 注意事項
在設計時，應在以下幾方面特別注意：
（1）印制版的布線：對于開關電源這種電源電路來說，電源性能的優(yōu)劣常常取決于零件的選擇、印制版上零件的配置和布線的好壞。
輸出濾波電容C6引線長度的改變，將引起輸出紋波電壓的變化。同樣的元件，由于引線長度不同，特性就會有較大的差異。特別是在高效率DC-DC變換器的，如果引線式元件的ESR過大，則應使用帖片式元件。
（2）功率MOSFET在選擇時應由輸入電壓的最大值（30V）來選擇功率MOSFET的漏-源間電壓VDSS。接通時的控制電壓是由VL端提供的5V電壓，因此用邏輯電平來使之導通是比較理想的。另外，如果不選用反向恢復時間trr很快的二極管，則將降低電路的效率。
在圖4的MAX786應用電路中，Tr1～Tr6選用了日本的Si9410DY，它的特性如下：
●Qg=24nCtyp(Ciss=1200PF @VGS=10V)
●接通電阻30mΩ(VGS=5Vtyp)
●VDS=30V
在實際使用時，還必須經(jīng)過上機確認。
（3）電流取樣電阻應選擇低阻值、耐沖擊電流、電感分量小的器件。不能用線繞電阻，應采用片式電阻。
在輸出電流大到幾安培時，由于扼流圈所產(chǎn)生的漏磁場將影響其周邊電路。因此在接近高靈敏度器件時，應使用封閉磁路型的扼流圈。所謂封閉磁路是指線圈用鐵芯包裹以使磁力線難以外泄的一種結構。
（4）選用輸入、輸出濾波電容時，必須確認其ESR值與脈動電流的大小。特別當使用鉭電容時，應選用具有規(guī)定浪涌電流的開關電源專用器件。此外確認其ESR值與脈動電流的大小。特別當使用鉭電容時，應選用具有規(guī)定浪涌電流的開關電源專用器件。此外還必須注意電解電容的使用壽命。對這類電容，通常應選用ESR值小、體積小、容量大的器件，同時對負載的急劇變化應具有良好的特性，另外，還應具備穩(wěn)定的溫度特性。
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