摘  要：MAX1790是美国MAXIM公司生产的高效DC-DC转换器，转换效率高达90％。文中介绍了MAX1790的性能结构、工作原理及应用电路。

    关键词：DC-DC转换器；软启动；脉冲频率调制；MAX1790

    MAX1790是MAXIM公司生产的电流型、固定频率、脉冲宽度调制（PWM)DC-DC升压转换器。他内置1．6 A，0．21Ω的N沟道场效应功率管；具有较高的开关频率（640 kHz或1．2 MHz可选择）便于滤出纹波；有一个外部补偿脚提供给用户，使其较方便地决定驱动支路；允许使用小型的、低等效串联电阻（ESR）的陶瓷输出电容；有高效的稳压性能和快速的瞬间响应，转换效率90％；能够提供VIN～12 V的输出电压，而输入电压可低至2．6 V；芯片软启动可通过外部电容设置输入电流斜率编程，在关闭模式下，电流消耗可减少到0．1μA；其封装采用可节省空间的8脚μAMAX封装，他的微型封装和高开关频率使得芯片的占用空间小（低于1．1 mm高）。这些优点使MAX1790可广泛应用于PCMCIA卡、LCD显示电路、手提设备、便携式仪器等许多电子设备中。

    1  内部结构与管脚功能

    其封装形式如图1所示。内部结构如图2所示。引脚功能如表1所列。 

    2  基本工作原理

    MAX1790为电流型、固定频率、脉冲宽度调制（PWM）结构，具有较快的瞬态响应和低噪音工作，是高效率的电源。该器件通过误差放大器、2个比较器和几个信号发生器来稳定输出电压。误差放大器FB脚的信号与1．24 V的标准电压比较，从而改变COMP脚的输出电压。COMP脚的输出电压决定了每个时段内部MOSFET晶体管的开启阀值点。当负载变化时，误差放大器输出或灌电流到COMP脚，按照负载的需要产生电感峰值电流。

    为了保持高占空比的稳定，将斜率补偿信号与电流检测信号求和后作为误差比较器的同相输入信号。当负载较轻时，这种结构使得MAX1790处于跳跃周期状态，从而阻止输出电压过充电。在这种工作状态下，电感电流达到峰值约50 mA，并对输出端放电，等待下一个触发脉冲。

    （1）输出电流能力

    MAX1790的输出电流能力与限制电流、输入电压、工作频率和电感值有关。因为斜率补偿通过反馈回路、占空比影响电流限制。输出电流大小通过下面的公式计算：

    VDIODE为ILIM时二极管的正向压降；
    η为转换效率，正常尾部下为85%。
    

    （2）软启动

    MAX1790在上电时能够通过外部电容进行编程。当SHDN脚高电平时，软启动电容（Css)立即被充电到0．5 V。充电电流保持定值（典型值4μA）。在这个时期，SS脚的电压直接控制电感的峰值电流。从VSS＝0．5 V时的0 A到VSS＝1．5 V时达到满限制电流。在软启动循环结束后输出最大负载电流。当SHDN脚转为低电平时，软启动电容（Css）对地放电。

     （3）关闭

    当SHDN脚低电平时，MAX1790处于关闭状态，电源电流减小至0．1μA，在这一模式下，当N沟道MOSFET晶体管处于关闭状态下时，其内部基准电源、误差放大器比较器和偏置电路均不工作。

     （4）频率选择

    MAX1790开关频率能够在640 kHz或1．2 MHz两者间选择。连接FREQ与GND，开关频率为640 kHz；连接FREQ与IN，则开关频率为1．2 MHz，这时，使用微型外 部元件也可保持低噪声输出。FREQ有一个内部下拉回路，640 kHz开关频率时，用户可选择FREQ脚悬空。

    3  设计步骤

    升压器的设计仅需通过几次简单的计算即可完成。外部元件值的选择主要由输出电压，最大负载电流和最大最小输入电压决定。首先确定电感值，然后依次选择二极管、电容等值。

     （1）电感的选择

    电感值的选择由输入电压、输出电压、最大电流、开关频率、尺寸大小及电感值的有效值决定，其他因素包括效率和纹波电压。电感的主要参数包括：电感量峰值电流IPK和内阻Lr。下面的升压电路公式可在实际应用中作为电感值的计算公式。他考虑了电感的电感量及峰值电流，同时也考虑了元件的可靠性和成本。

    公式中有一常数LIP，他是电感交流峰值电流与直流电流最大平均值。综合考虑电感的尺寸、损耗和输出纹波，取LIR的值为0．3～0．5之间。峰值电流的计算公式为：

    在典型应用电路中，输出5 V电压时最大负载电流IOU T（M AX）＝500 mA。基于上述公式，取85％的转换效率、640 kHz的开关频率，电感值选定为5．4μH。电感的饱和额定电流应该大于IPK，电感线圈的电阻应该小于0．5Ω。在精密应用电路中，为了减小噪音辐射，应选用屏蔽电感。

    （2）二极管的选择

    二极管的选择应考虑输出电压和峰值开关电流，当确信二极管的峰值额定电流至少是IPK，击穿电压超过了输出电压VOUT时，推荐使用肖特基二极管。

    （3）输入输出电容的选择

    LOW-ESR 低等效率串联电阻）电容器作为输入旁路电容和输出滤波电容是一个不错的选择。LOW-ESR钽 电容在性价比方面较占优势。陶瓷电容也是个不错的选择。应避免使用铝电解电容。在纹波电压已知的情况下，可用下面简单的算式计算出输入、输出电容的值。

  
    这里VRIPPLE为电容上的纹波电压峰-峰值。
     （4）输出电压
    MAX1790的输出电压可从VIN～12 V可调。在输出端与地线间通过FB连接成一个电阻分压器，分压器电阻值的选择如下：

    电压转换器反馈设置脚的电压VFB＝1．24 V。由于流入FB脚的输入偏置电流典型值为0 A，在不影响精确度的情况下R2的值可达到100 kΩ。这个电阻分压器要尽可能靠近芯片。

     （5）回路补偿

    反馈回路电压需要适当的补偿才能阻止纹波输出超指标和输出不稳定引起的低效率。这可通过在COMP到GND间连接一个电阻（Rcomp）电容（Ccomp）串联支路与另一个电容相并联的电路来达到补偿效率。在理想性能下，选择元件按下面公式：

  
    陶瓷电容的ESR较小，Ccomp2可选择。正确的回路补偿最好的标准是检查MAX1790的瞬间响应。如需要，则调整Rcomp，Ccomp，以便得到理想的瞬间响应性能。

     （6）软启动电容

    在输出电压达到规定值时，软启动电容CSS没达到极限值，则电容CSS取值应该足够大。CSS的计算公式如下：

  
    其中：COUT为包括输出线上旁路电容在内的所有电容的总值；
      VOUT为最大输出电压；
      IINRUSH为允许的涌动峰值电流；
      IOUT为上电阶段最大输出电流；
      VIN为最小输入电压。

    4  典型应用电路

    图3所示为SEPIC结构的MAX1790电路。当输入电压高于或低于输出电压时（如将单节锂离子电池转换为输出电压3．3 V情况），这种电路较为合适。L1A，L1B为2个同芯电感线圈；两电感间的电容应选低ESR类型，最好选择陶瓷电容，以便获得最大效率和较小的纹波输出。该电路输入电压2．6～5．5 V，输出电压3．3 V，输出电流400 mA。