MAX639/MAX640/MAX653高效降压DC - DC转换器：技术解析与设计指南

在现代电子设备中，电源管理芯片扮演着至关重要的角色，直接影响到设备的性能、效率和稳定性。今天我们要深入探讨的是MAXIM公司推出的MAX639/MAX640/MAX653系列，这是一款5V/3.3V/3V/可调输出的高效、低静态电流（低 (I_{Q}) ）降压DC - DC转换器。

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一、产品概述

MAX639/MAX640/MAX653采用电流限制脉冲频率调制（PFM）控制方案，在宽负载电流范围内都能实现高效率，最大可提供225mA的输出电流。它不仅具备脉宽调制（PWM）转换器在重载下的高效率优点，而且仅需10µA的电源电流，远低于PWM转换器的2mA - 10mA。其输入电压范围为4V - 11.5V，可提供5V、3.3V、3V的预设输出电压，也可由用户将输出电压调整为1.3V至输入电压之间的任意值。内部集成的1A功率MOSFET开关，使其非常适合对元件数量要求较低的中低功率应用。如果需要更高的输出驱动能力，可以选择MAX649/MAX651/MAX652降压控制器，它们能驱动外部P沟道FET，最大输出功率可达5W。

二、应用领域

1. 电池电压转换

可将9V电池转换为5V、3.3V或3V，适用于各种电池供电的设备，如便携式仪器和手持终端等。

2. 替代高效线性稳压器

在需要高效电源转换的场景中，可替代传统的线性稳压器，提高能源利用效率。

3. 电压转换

实现5V到3.3V的电压转换，满足不同电子元件对电压的需求。

三、产品特性

1. 宽负载电流范围的高效率

在不同负载电流下都能保持较高的效率，有效降低功耗。

2. 低静态电流

仅需10µA的静态电流，有助于延长电池续航时间。

3. 大输出电流

最大输出电流可达225mA，能满足大多数中低功率设备的需求。

4. 预设或可调输出电压

提供5V（MAX639）、3.3V（MAX640）、3.0V（MAX653）的预设输出电压，也可通过外部电压分压器进行调整。

5. 低电池检测比较器

可检测电池电压，当电池电压低于设定值时，通过LBO引脚输出信号。

6. 电流限制PFM控制方案

结合了PWM转换器的高效率和低静态电流的优点。

四、电气特性

1. 电源电压和电流

输入电压范围为4.0V - 11.5V，在不同工作条件下，电源电流有所不同。例如，在SHDN = V+且无负载时，电源电流为10 - 20µA。

2. 输出电压

不同型号的输出电压有所差异，如MAX639的输出电压为4.80 - 5.20V，MAX640为3.17 - 3.43V，MAX653为2.88 - 3.12V。

3. 效率

在不同负载电流和电感值下，效率也有所不同。一般来说，在轻负载时效率较高，随着负载电流的增加，效率会有所下降。

4. 开关导通和关断时间

开关导通时间和关断时间与输入电压和输出电压有关，具体数值可参考文档中的表格。

五、典型工作特性

1. 效率与输出电流的关系

在不同输入电压和电感值下，效率随输出电流的变化而变化。一般来说，在轻负载时效率较高，随着输出电流的增加，效率会有所下降。

2. 效率与输入电压的关系

在不同输出电流和电感值下，效率随输入电压的变化而变化。通常，在一定范围内，输入电压越高，效率越高。

3. 输出电压纹波与输入电压的关系

输出电压纹波与输入电压、负载电流和电感值有关。一般来说，输入电压越高，输出电压纹波越小。

4. 启动时间与输出电流的关系

启动时间与电感值、输入电压和负载电流有关。电感值越大，启动时间越长；输入电压越高，启动时间越短。

六、设计指南

1. 元件选择

• 电容：输入和输出滤波电容可选用100µF左右的电解电容，或低等效串联电阻（ESR）的电容，以减小输出纹波。电容值并非关键参数，但低ESR电容能提高性能。
• 二极管：推荐使用1N5817或等效的肖特基二极管，其具有快速导通时间，可减少损耗。
• 电感：为获得最大输出电流，建议选择增量饱和电流额定值至少为600mA的100µH电感。选择电感时需考虑峰值电流额定值、电感值、串联电阻和尺寸等因素。

2. 固定或可调输出

若要使用预设输出电压，将VFB引脚接地即可；若需要其他输出电压，则需使用外部电压分压器。输出电压可通过公式 (R3 = R4 [(VOUT / VFB Threshold ) - 1]) 计算，其中R4取值范围为10kΩ - 1MΩ，VFB阈值通常为1.28V。

3. 低电池检测

低电池检测器将LBI输入引脚的电压与内部1.28V参考电压进行比较。当LBI引脚电压低于1.28V时，LBO引脚输出低电平。可通过电阻R1和R2设置低电池检测电压，公式为 (R 1=R 2[(V L B / L B I Threshold ) - 1])。

4. 关断模式

将SHDN引脚电压拉低至0.8V以下，可使芯片进入关断模式。此时，LX引脚呈高阻抗状态，VOUT引脚电压降为零。从关断模式恢复到正常工作状态时，输出电压上升到标称稳压值所需的时间（启动时间）取决于电感值、输入电压和负载电流。

5. 布局注意事项

由于电路中的一些外部元件会承受高达600mA的峰值电流，因此在布局时要特别注意接地问题。输入滤波电容的接地引脚、芯片的GND引脚、二极管的阳极和输出滤波电容的接地引脚应尽可能靠近，最好连接在同一点，以减少接地反弹，降低输出纹波。

七、总结

MAX639/MAX640/MAX653系列降压DC - DC转换器以其高效、低静态电流、宽输入电压范围和灵活的输出电压设置等优点，在中低功率电源应用中具有很大的优势。在设计过程中，合理选择外部元件和优化布局是确保电路性能的关键。希望本文能为电子工程师在使用该系列芯片时提供一些有用的参考。你在使用这些芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。