基于MAX1524的DC-DC转换器设计

2006-08-30 15:02:01来源: 电子元器件应用

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。

  


关键字:电容器  电感  电流

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200608/5736.html
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