MAX731/MAX752：+5V/可调升压电流模式DC - DC转换器的深度解析

在电子设计领域，DC - DC转换器是实现电源转换的关键组件。今天我们要深入探讨的是Maxim公司的MAX731和MAX752这两款+5V/可调升压电流模式DC - DC转换器，它们在各类电子设备中都有着广泛的应用。

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一、产品概述

MAX731和MAX752是固定和可调的CMOS升压DC - DC开关模式稳压器。MAX731可接受+2.5V至+5.25V的正输入电压，并将其转换为固定的+5V输出，能保证在200mA负载下稳定工作，典型满载效率为82% - 87%，只需一个22μH的电感即可在全范围内工作。而MAX752是可调版本，能将最低+1.8V的输入电压转换为最高+15V的输出电压，最大输出电流可达200mA，典型满载效率为85% - 95%，一个50μH的电感就能满足全工作条件范围的需求。

这两款转换器采用电流模式脉冲宽度调制（PWM）控制器，能提供精确的输出调节和低次谐波噪声，典型空载电源电流为2mA，固定的170kHz振荡器频率便于对纹波和噪声进行滤波，同时也能使用较小的外部组件。此外，它们还具备逐周期电流限制、过流限制、外部关断和可编程软启动保护等功能。

二、应用领域

• +3V逻辑系统中的+5V逻辑电源：在一些低电压逻辑系统中，需要将+3V电源转换为+5V以满足特定逻辑电路的需求，MAX731/MAX752可以很好地实现这一转换。
• DC - DC转换器模块替换：对于一些性能不佳或需要升级的DC - DC转换器模块，MAX731/MAX752可以作为替代方案，提供更稳定的电源输出。
• 便携式仪器：如手持测量仪器、便携式医疗设备等，这些设备通常对电源的体积和效率有较高要求，MAX731/MAX752的小尺寸和高转换效率能很好地满足需求。
• 笔记本电脑：为笔记本电脑中的某些组件提供合适的电源，确保其稳定运行。
• 分布式电源系统：在分布式电源系统中，为不同的负载提供稳定的电源。
• 手机：为手机中的一些模块提供电源，如射频模块、显示屏等。
• 电池供电设备：由于其低功耗和高效转换的特点，非常适合电池供电的设备，能延长电池的使用时间。

三、产品特性

1. 高负载能力：无需外部MOSFET就能保证200mA的负载电流。
2. 宽输入电压范围：MAX731能从2.5V输入进行升压，MAX752最低能接受1.8V的输入电压。
3. 高频率PWM：采用170kHz的高频电流模式PWM，便于滤波和使用小尺寸的外部组件。
4. 高效率：MAX731典型满载效率为82% - 87%，MAX752典型满载效率为85% - 95%。
5. 小电感需求：只需较小的电感就能满足工作需求，且无需进行复杂的电感设计。
6. 低静态电流：MAX752的静态电流仅为2mA，能降低功耗。
7. 保护功能：具备过流和软启动保护功能，能有效保护设备。
8. 多种封装形式：提供8引脚DIP和16引脚宽体SO封装，方便不同的应用需求。
9. 关断引脚：通过关断引脚可以方便地控制设备的工作状态，降低功耗。

四、电气特性

（一）MAX731电气特性

1. 启动和工作电压：无负载启动电压最低为1.8V，当负载为200mA时，启动电压为2.0V，最低工作电压在不同负载下有所不同，如负载为100mA时为1.4V，200mA时为2.0V。
2. 输出电压：在输入电压为2.7V - 4.65V，负载电流为0 - 200mA的范围内，输出电压稳定在4.75 - 5.25V。
3. 输出电流：最大输出电流为200mA。
4. 调节特性：线路调节率为0.20%/V，负载调节率为0.005%/mA。
5. 效率：在输入电压为3V，负载电流为100mA时，效率为87%。
6. 其他特性：待机电流在不同条件下有所不同，关断输入阈值为V+ - 0.5V和0.25V，关断输入泄漏电流为1.0μA，短路电流为1.5A，LX导通电阻为0.5Ω，参考电压为1.15 - 1.30V，参考漂移为50ppm/°C，振荡器频率为125 - 215kHz，补偿引脚阻抗为20kΩ。

（二）MAX752电气特性

1. 输入和输出电压：不同负载和输入电压条件下，输出电压范围有所不同，如在特定配置下，输出电压可稳定在11.46 - 12.54V之间。
2. 负载调节：负载调节率表现良好。
3. 其他特性：电源电流在不同条件下有相应的数值，关断输入阈值等参数与MAX731类似。

五、工作原理

MAX731和MAX752采用电流模式PWM控制器结合简单的升压调节器拓扑结构，将未调节的直流电压进行升压。控制器由两个反馈回路组成：内部电流回路通过电流检测电阻（RS）和放大器监测开关电流，外部电压回路通过误差放大器监测输出电压。内部回路实现逐周期电流限制，当开关电流达到外部回路确定的阈值时，截断功率晶体管的导通时间。例如，输出电压下降会产生误差信号，提高阈值，使电路在每个周期内存储和传输更多能量。

六、可编程软启动

在软启动（SS）引脚需要连接一个0.1μF - 5μF的电容，以确保有序上电。充电电容的电压缓慢提高误差放大器输出电压的钳位值，通过缓慢增加逐周期电流限制阈值来限制上电时的浪涌电流。SS定时可以通过选择电容值从SS引脚进行控制，典型值为0.1μF。不同电容值和电路条件下的定时特性可参考相关表格。

当负载电流超过最大负载电流时，输出电压会下降；当负载超过约1.5A时，过流比较器会触发。当过流故障条件触发内部晶体管将SS电容放电到地时，会主动启动一个SS周期。

七、过流限制

当负载电流超过约1.5A时，内部回路的逐周期电流限制动作会关闭输出级，过流比较器会向控制逻辑发出信号，启动一个SS周期。在每个时钟周期，输出FET会再次导通，并尝试提供电流，直到超过逐周期或过流限制。需要注意的是，SS电容至少应为0.1μF，以确保过流保护功能正常工作。

八、关断模式

将关断（SHDN）引脚接地可使MAX731/MAX752进入关断模式。在关断模式下，输出功率FET关闭，但仍存在从V+到负载的外部路径（通过电感和二极管），以及从V+到GND的路径（通过电感、二极管和外部反馈电阻）。对于MAX731，反馈电阻约为80kΩ。内部参考关闭，导致SS电容放电。关断模式下典型的设备待机电流为35μA。要正常工作，需将SHDN连接到V+。一个SS周期可使MAX731从关断模式恢复。+1.23V的带隙参考在VREF处可提供高达100μA的电流，需要从VREF到GND连接一个旁路电容，MAX731为4.7μF，MAX752为0.01μF。

九、输出调整（MAX752）

MAX752的输出电压由两个电阻R1和R2设置，它们在输出和补偿电容（CC）引脚之间形成一个分压器。稳压器会调整输出，使R1和R2的连接点电压等于+1.23V的带隙参考电压。由于CC是CMOS输入，其输入阻抗几乎为开路，不会对分压器产生负载。R2可以在10kΩ - 30kΩ之间选择，R1可通过公式[R 1=R 2left(frac{ VOUT }{1.23 V}-1right)]计算得出。

十、工作模式

（一）连续电流模式

MAX731/MAX752通常在连续电流模式下工作，即电感中始终有电流流动，控制电路会逐周期调整开关的占空比，以保持稳压，且不会超过开关电流能力。这种模式提供了出色的负载瞬态响应。但在启动条件和非常轻负载的情况下，该方法无法在不超过开关电流能力的情况下将占空比调整到正确值，此时控制器会切换到不连续电流模式。

（二）不连续电流模式

在不连续电流模式下，电感中的电流在每个周期从0开始上升到峰值，然后下降到0。虽然效率仍然很高，但输出纹波会略有增加，开关波形会出现振铃（电感的自谐振频率）。这种振铃一开始可能会让人担心，但实际上并不表示存在问题。

（三）脉冲跳过模式

当负载电流低于几毫安时，即使是不连续电流模式也会向线圈输入比负载所需更多的能量，因此控制器会切换到脉冲跳过模式，通过跳过整个周期来实现稳压。效率仍然较好，典型为70% - 80%，部分原因是当负载电流较低时，MAX731/MAX752的静态电源电流在总电流中所占的比例会显著增大。脉冲跳过开关波形可能不规则，输出纹波包含低频分量，可能超过50mV。在关键应用中，使用更大的低ESR滤波电容可以帮助降低纹波电压。

MAX731/MAX752控制器通常在连续电流模式下工作，在极端条件下会切换到不连续电流模式或脉冲跳过模式。连续电流模式的输出比不连续或脉冲跳过模式更干净，因为峰 - 峰纹波幅度最小，且纹波频率固定在振荡器频率，便于对输出进行滤波。

十一、应用信息

（一）固定输出应用

对于12V或15V的固定输出，可以使用MAX732或MAX733。这些设备在这些电压下，输出电流可达200mA（MAX733为125mA），且无需外部分压器，能接受高于4.0V的输入电压。

（二）标准升压应用电路

标准升压应用电路（如图2a和2b所示）可在2.5V - 5.25V的输入电压下工作，输出电流取决于输入电压。

（三）电感选择

大多数MAX731设计使用22μH的电感，大多数MAX752设计使用50μH的电感。电感的重要规格是其增量饱和电流额定值，应大于直流负载电流的2.5倍（对于12V、200mA的负载，为500mA）。对于低功率应用，可以使用较小的电感值。相关表格列出了不同应用推荐的电感类型和供应商。

（四）输出滤波电容选择

选择输出滤波电容的主要标准是低等效串联电阻（ESR）。电感电流变化与输出电容ESR的乘积决定了输出电压上的高频幅度。电容的ESR应小于0.25Ω，以确保在整个电流范围内输出纹波小于50mVp - p（使用推荐的电感）。此外，应尽量减小输出滤波电容的ESR，以保持交流稳定性。相关表格提供了建议的电容供应商。

（五）其他组件

在满载（200mA）工作时，应使用电流额定值至少为500mA的肖特基二极管，如1N5817。CC输入处的两个补偿电容值很关键，因为它们是为提供最佳瞬态响应而选择的。

（六）输出纹波滤波

可以在输出端添加一个可选的低通π滤波器（如图2所示），将输出纹波降低到约5mVp - p。滤波器的截止频率为21kHz。由于滤波器电感与电路输出串联，应尽量减小其电阻，以避免过大的电压降。需要注意的是，反馈应在滤波器之前获取，而不是在滤波器之后。

（七）印刷电路板布局

印刷电路板布局对设备的安静运行很重要。旁路电容应尽可能靠近设备放置，以防止不稳定和噪声拾取。肖特基二极管的引脚也应保持较短，以防止输出中出现快速上升时间的脉冲。建议使用接地平面，但不是必需的。

（八）V+旁路

对于MAX752应用，当产生大于13V的电压且负载电流超过100mA时，电容C2（如图2b所示）应位于距离IC的V+和GND引脚小于1/2英寸的位置。该电容可抑制大负载瞬态产生的高电压。

十二、订购信息

MAX731和MAX752提供多种温度范围和引脚封装选择，包括8引脚塑料DIP、16引脚宽体SO、裸片和8引脚陶瓷DIP等。不同的型号适用于不同的温度环境，如0°C - +70°C、 - 40°C - +85°C和 - 55°C - +125°C等。需要注意的是，裸片仅在TA = +25°C时进行测试，如需符合MIL - STD - 883标准，需联系厂家。

MAX731和MAX752是两款性能出色的升压DC - DC转换器，具有多种优点和丰富的功能，能满足不同电子设备的电源需求。在实际设计中，我们需要根据具体的应用场景和要求，合理选择和使用这两款转换器，同时注意各个组件的选择和布局，以确保设备的稳定运行。你在使用这两款转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。