MAX668/MAX669：1.8V 至 28V 输入 PWM 升压控制器深度解析

在电子设计领域，DC - DC 转换器是不可或缺的一部分，它能满足不同电源和负载的需求。今天我们要深入探讨的是 Maxim 公司推出的 MAX668/MAX669 这两款恒定频率、脉宽调制（PWM）、电流模式的 DC - DC 控制器，它们在多种 DC - DC 转换应用中表现出色。

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一、产品概述

MAX668/MAX669 专为广泛的 DC - DC 转换应用而设计，涵盖升压、SEPIC、反激和隔离输出配置等。它能控制 20W 或更高的功率水平，转换效率超过 90%。其输入电压范围为 1.8V 至 28V，可支持各种电池和交流供电输入。

这款控制器具有先进的 BiCMOS 设计，具备低工作电流（220μA）、可调工作频率（100kHz 至 500kHz）、软启动功能以及 SYNC 输入，能将振荡器锁定到外部时钟。同时，通过低 100mV 的电流检测电压和 Maxim 专有的 Idle Mode™ 控制方案，优化了 DC - DC 转换效率。

二、产品特性与优势

（一）特性亮点

1. 宽输入电压范围：支持 1.8V 至 28V 的输入，能适应不同的电源环境。
2. 小封装设计：采用紧凑的 10 引脚 μMAX 封装，节省电路板空间。
3. 高效转换：转换效率超过 90%，能有效降低功耗。
4. 可调频率与同步：振荡器频率可在 100kHz 至 500kHz 之间调节，还能与外部时钟同步。
5. 低静态电流：静态电流仅 220μA，有助于延长电池续航。
6. 逻辑电平关断：可通过逻辑电平控制关断，关断时电源电流降至 3.5μA。
7. 软启动功能：避免启动时的电流冲击，保护电路元件。

（二）优势体现

这些特性使得 MAX668/MAX669 在众多应用中具有显著优势，例如在对空间要求较高的便携式设备中，小封装设计能满足其紧凑性需求；而高效转换和低静态电流则有助于延长电池使用时间，提高设备的续航能力。

三、MAX668 与 MAX669 的差异

虽然 MAX668 和 MAX669 在很多方面相似，但它们在一些关键特性上存在差异，这决定了它们在不同应用场景中的选择。	特性	MAX668	MAX669
(V_{CC}) 输入范围	3V 至 28V	1.8V 至 28V
工作模式	可采用自举或非自举方式，(V_{CC}) 可连接到输入、输出或其他电压源	必须采用自举方式，(V{CC}) 必须连接到升压输出电压 (V{OUT})
欠压锁定	LDO 低于 2.5V 时 IC 停止开关	无
软启动	有	LDO 高于 2.5V 时启动

从表格中可以看出，MAX669 更适合低输入电压的应用，而 MAX668 在输入电压较高或对输出电压无限制的情况下更具优势。

四、工作模式解析

（一）PWM 模式

在 PWM 模式下，控制器采用固定频率、电流模式操作，占空比由输入/输出电压比决定。电流模式反馈环路根据输出误差信号调节峰值电感电流，以实现对输出电压的精确控制。

（二）Idle Mode™

在轻负载时，控制器进入 Idle Mode™。在此模式下，仅在需要时提供开关脉冲以满足负载需求，从而最小化工作电流，提高轻负载效率。当控制器与外部时钟同步时，Idle Mode™ 仅在非常轻的负载下出现。

五、自举/非自举操作

（一）自举操作

自举操作时，IC 由电路输出（(V_{OUT})）供电。当输入电压较低时，这种方式能提高效率，因为 EXT 以较高的栅极电压驱动 FET，降低了 FET 的导通电阻。但自举操作也存在一些缺点，如增加了 IC 的工作功率，并且在低输入电压下高负载电流启动能力会降低。如果输入电压范围低于 2.7V，则只能选择 MAX669 进行自举操作。

（二）非自举操作

非自举操作时，IC 由输入电压（(V_{IN})）或其他电源供电。对于输入电压高于 5V 的情况，建议采用非自举操作。此外，如果输出电压超过 28V，必须采用非自举操作，且只有 MAX668 可用于非自举配置。

六、设计步骤

（一）设置工作频率

可根据多种因素选择 100kHz 至 500kHz 的工作频率，如噪声考虑、电感和电容的尺寸、工作功率以及 FET 的转换损耗等。振荡器频率由连接在 FREQ 到 GND 之间的电阻 (R{OSC}) 设置，公式为 (R{OSC}=5 × 10^{10} / f{OSC})（不使用外部时钟时）或 (R{OSC}(SYNC) =5 × 10^{10} /(0.85 × f_{SYNC }))（使用外部时钟时）。

（二）设置输出电压

输出电压由两个外部电阻（(R_2) 和 (R_3)）设置，先选择 (R_3) 在 10kΩ 至 1MΩ 范围内的值，然后根据公式 (R_2=R3[(V{OUT } / V_{REF })-1]) 计算 (R2)，其中 (V{REF}) 为 1.25V。

（三）确定电感值

对于大多数 MAX668/MAX669 升压设计，理想电感值 (L{IDEAL}) 可根据公式 (L{IDEAL }=V{OUT } /(4 × I{OUT } × f_{OSC })) 计算。电感值的选择有一定灵活性，但较小的电感值会增加电感电流的峰 - 峰值，需要更大的输出电容来维持输出纹波；较大的电感值则需要按比例增加输出滤波电容。

（四）确定峰值电感电流

峰值电感电流 (I{LPEAK }) 由公式 (I{LPEAK }=I{LDC }+(I{LPP}/ 2)) 计算，其中 (I{LDC}) 为平均直流输入电流，(I{LPP}) 为电感峰 - 峰纹波电流。确定 (I{LPEAK }) 后，电流检测电阻 (R{CS}) 可由 (R{CS}=85 mV / I{LPEAK }) 确定。

（五）功率 MOSFET 选择

需选择 N 沟道功率 MOSFET，由于 LDO 限制 EXT 输出栅极驱动不超过 5V，因此应选择逻辑电平 NFET，特别是在低输入电压（低于 5V）时，低阈值 NFET 能实现更好的性能。选择时需考虑总栅极电荷 (Q{g})、反向传输电容或电荷 (C{RSS})、导通电阻 (R{DS(ON)})、最大漏 - 源电压 (V{DS(MAX)}) 和最小阈值电压 (V_{TH(MIN)}) 等参数。

（六）二极管选择

由于 MAX668/MAX669 的高开关频率，需要高速整流二极管，大多数应用推荐使用肖特基二极管。要确保二极管的平均电流额定值足够，并且反向击穿电压超过 (V_{OUT})。对于高输出电压（50V 或以上），可能需要使用具有足够反向电压的高速硅整流器。

（七）电容选择

1. 输出滤波电容：最小输出滤波电容 (C{OUT(MIN) }) 可根据公式 (C{OUT(MIN) }=frac{(7.5 V × L / L{IDEAL })}{(2 pi R{CS} × V{IN (MIN)} × f{O S C})}) 计算，但通常需要 2 至 3 倍 (C_{OUT(MIN)}) 的电容值来满足低输出电压纹波的要求，且应使用低 ESR 类型的电容。
2. 输入电容：输入电容 (C{IN}) 可减少从输入电源汲取的电流峰值和噪声注入，其值主要由输入电源的源阻抗决定。在低输入电压设计中，增加 (C{IN}) 和/或降低其 ESR 可提高转换效率。
3. 旁路电容：需要三个陶瓷旁路电容，分别将 REF 旁路到 GND（0.22μF 或更大）、LDO 旁路到 GND（1μF 或更大）以及 (V_{CC}) 旁路到 GND（0.1μF 或更大），且应尽量靠近相应引脚放置。
4. 补偿电容：连接在 FB 到 GND 之间的小电容可形成极点，抵消输出电容 ESR 引入的左半平面零点。最佳补偿值 (C{FB}) 可根据公式 (C{FB}=C{OUT } × frac{ESR{COU T}}{(R 2 × R 3) /(R 2+R 3)}) 计算。

七、应用信息

（一）负载启动

在非自举配置中，MAX668 可以在任何输出负载和输入电压组合下启动。而在自举配置中，可能需要在电路启动且输出接近设定值后才能施加满载电流，特别是在输入电压下降时，这种限制更为明显。此时，低阈值 FET 是最有效的解决方案。

（二）布局考虑

由于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。应采用星形接地配置保护敏感的模拟接地，将 GND、PGND、输入旁路电容接地引线和输出滤波接地引线连接到单点，以最小化接地噪声。同时，应尽量缩短走线长度，减少杂散电容、走线电阻和辐射噪声。

（三）应用电路

1. 低压升压电路：MAX669 在低压升压应用中表现出色，采用自举模式可提高低输入电压性能。例如，图 3 所示电路可在输入电压低至 1.8V 时提供 5V 输出，输出电流大于 2A，效率通常在 85% 至 90% 之间。
2. +12V 升压应用：MAX668 在 5V 至 12V 升压应用中采用非自举模式，可最小化输入电源电流，实现最大轻载效率。该电路可提供大于 1A 的输出电流，典型效率为 92%。
3. 4 节电池到 +5V SEPIC 电源：MAX668 在 SEPIC 配置中可用于输入电压可大于或小于输出电压的情况，如将四节 NiMH、NiCd 或碱性电池转换为 5V 输出。该电路在输入电压为 3V 至 25V 时可提供大于 1A 的输出电流，效率通常在 70% 至 85% 之间。
4. 隔离 +5V 到 +5V 电源：图 7 所示电路可从 5V 输入电源提供 5V 隔离输出，输出电流为 400mA。变压器 T1 提供转换器前向路径的电气隔离，TLV431 并联稳压器和 MOC211 光耦合器提供隔离的反馈误差电压。

八、总结

MAX668/MAX669 是两款功能强大的 DC - DC 控制器，具有宽输入电压范围、高效转换、可调频率等诸多优点。在设计过程中，需要根据具体应用需求选择合适的工作模式和元件参数，并注意 PCB 布局等问题。通过合理的设计，MAX668/MAX669 能在各种 DC - DC 转换应用中发挥出色的性能。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。