深度剖析MAX618：28V内部开关升压DC - DC转换器的卓越性能与设计应用

在电子工程师的日常设计工作中，DC - DC转换器是不可或缺的关键组件。今天，我们聚焦于Analog Devices推出的MAX618，一款具备28V内部开关的升压DC - DC转换器，深入探讨其特性、工作原理、设计要点等内容。

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一、产品概述

MAX618是一款CMOS、PWM升压DC - DC转换器，它能够产生高达28V的输出电压，输入电压范围为+3V至+28V。其内部集成了2A、0.3Ω的开关，无需外部功率MOSFET，就能提供高达500mA甚至更高的输出电流。PWM控制方案结合轻载时的Idle Mode™操作，可在宽负载范围内最大程度地降低噪声和纹波，同时提高效率，空载工作电流仅为500μA，效率最高可达93%。此外，250kHz的快速开关频率允许使用小型表面贴装电感和电容，关机模式可在设备不使用时延长电池寿命。

二、关键特性

（一）电压与效率

• 可调节输出电压：输出电压最高可达+28V，并且能够根据实际需求进行调节，为不同的应用场景提供了灵活的电压选择。
• 高效率表现：最高效率可达93%，在保证电源转换质量的同时，有效降低了能量损耗，提高了能源利用率。

  （二）输入与输出能力

• 宽输入电压范围：输入电压范围为+3V至+28V，这使得MAX618能够适应多种电源环境，增强了其在不同系统中的通用性。
• 高输出电流：在+12V输出时，能够提供高达500mA的输出电流，满足了许多设备对大电流的需求。

  （三）低功耗设计

• 低静态电流：空载时的静态电流仅为500μA，关机电流更是低至3μA，大大降低了系统在待机或不工作状态下的功耗，延长了电池续航时间。

  （四）封装优势

  采用热增强型16引脚QSOP封装，尺寸与行业标准的8引脚SO相同，但能够耗散高达1W的功率，在保证性能的同时，节省了电路板空间。

三、工作原理

（一）PWM控制与Idle Mode操作

MAX618结合了中高负载时的连续传导PWM操作和轻载时的Idle Mode操作，以在宽负载条件下实现高效率。在PWM模式下，内部MOSFET开关以250kHz的频率工作，每个时钟脉冲使开关导通，直到误差比较器触发或电感电流达到2A的开关电流限制。当开关关闭时，能量从电感转移到输出电容。在Idle Mode下，通过减少电感电流和跳过周期来降低内部开关、二极管和电感的损耗，提高轻载效率。只有当误差比较器检测到输出电压即将超出调节范围时，才会启动开关周期。

（二）补偿方案

MAX618采用电压控制和电流控制两种方案并行的方式进行补偿。电压控制回路对误差信号的主要低频分量进行严格调节，而电流控制回路则提高了高频时的稳定性。通过选择输出电容（COUT）、积分电容（CCOMP）和极点电容（CP）来实现补偿。

四、应用领域

（一）工业系统

在工业+24V和+28V系统中，MAX618能够稳定地提供所需的电压和电流，确保系统的正常运行。其宽输入电压范围和高输出电流能力使其能够适应工业环境中的复杂电源需求。

（二）显示设备

对于LCD显示器，MAX618可以为其提供稳定的电源，保证显示器的正常显示效果。其低噪声和高效率的特点有助于减少对显示信号的干扰，提高显示质量。

（三）掌上电脑

在掌上电脑等便携式设备中，MAX618的低功耗设计和小尺寸封装非常适合，能够在延长电池续航时间的同时，节省电路板空间。

五、设计要点

（一）输出电压设置

通过两个外部电阻（R1和R2）来设置输出电压。首先选择R2的值在10kΩ至200kΩ之间，然后根据公式(R{1}=R{2}left(frac{V{OUT }}{V{FB}}-1right))计算R1的值，其中VFB为1.5V。

（二）电感值确定

MAX618的高开关频率允许使用小值电感。推荐的电感值与输出电压成正比，计算公式为(L=frac{V_{OUT }}{7 × 10^{5}})。选择电感时，要确保其额定频率为250kHz，饱和电流超过峰值电感电流，直流电阻低于200mΩ。

（三）二极管选择

由于MAX618的高开关频率，需要选择高速整流二极管。肖特基二极管因其快速恢复时间和低正向电压而成为大多数应用的首选。要确保二极管的峰值电流额定值超过2A的峰值开关电流，击穿电压超过输出电压。

（四）电容选择

• 输入电容：输入旁路电容（CIND）用于减少升压配置产生的输入纹波。对于输入电流高达2A的情况，68μF通常就足够了。推荐使用低ESR电容，以降低输入纹波并提高效率。此外，还需要在IN引脚附近放置一个1μF的陶瓷电容进行旁路。
• 输出电容：根据表4选择最小输出电容，以确保稳定运行。同时，选择低ESR的输出电容，以减少输出纹波。
• 积分电容：补偿电容（CCOMP）设置MAX618传递函数中的主导极点。其值取决于输出电容，可根据表5或公式(C{COMP }=frac{C{COMP }( Table 5) × C{OUT }}{C{OUT }( Table 4) })计算。
• 极点补偿电容：极点电容（CP）用于消除COUT的ESR引入的不需要的零点，确保PWM操作的稳定性。其值可通过公式(C{P}=frac{R{ESR} × C{OUT }left(R{1}+R{2}right)}{R{1} × R_{2}})计算，其中RESR为COUT的ESR。

六、布局注意事项

由于MAX618的高电流水平和快速开关波形会辐射噪声，因此正确的PCB布局至关重要。建议使用MAX618评估套件或等效的PCB布局进行初始原型设计，避免使用面包板、绕线板和原型板。要将GND引脚、输入旁路电容接地引线和输出滤波电容接地引线连接到单点，以最小化接地噪声并提高调节性能。同时，尽量减少引线长度，以降低杂散电容、走线电阻和辐射噪声，特别是反馈电路、接地电路和LX引脚。将反馈电阻尽可能靠近FB引脚放置，将1μF的输入旁路电容尽可能靠近IN和GND引脚放置。

MAX618以其卓越的性能和灵活的设计特点，为电子工程师在DC - DC转换设计中提供了一个优秀的选择。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景，合理选择和设计相关参数，以充分发挥MAX618的优势。你在使用MAX618的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。