MAX630/MAX4193：CMOS微功耗升压开关稳压器的卓越之选

一、引言

在电子设备的电源管理领域，高效、紧凑且低功耗的DC - DC转换器一直是工程师们追求的目标。Maxim的MAX630和MAX4193 CMOS DC - DC稳压器，凭借其出色的性能和丰富的特性，成为了5mW至5W范围内DC - DC转换电路的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这两款稳压器。

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二、产品概述

2.1 基本功能

MAX630和MAX4193将所有控制和功率处理功能集成在一个紧凑的8引脚封装中，包含1.31V带隙基准、振荡器、电压比较器和一个375mA的N沟道输出MOSFET，还提供了用于低电池检测的比较器。这样的集成设计大大简化了DC - DC转换电路的设计，减少了外部元件的使用。

2.2 低功耗特性

其工作电流仅为70µA，且几乎与输出开关电流或占空比无关。通过逻辑电平输入，可将稳压器的静态电流降至小于1µA，即使在低功率电池供电系统中也能确保高效率。这对于需要长时间续航的设备来说，无疑是一个巨大的优势。

2.3 电压兼容性

这两款器件与大多数电池电压兼容，工作电压范围为2.0V至16.5V，具有广泛的适用性。同时，它们与Raytheon的双极电路RC4191/2/3引脚兼容，但在效率和低压操作方面有显著提升。

三、产品特性

3.1 高效性能

典型效率可达85%，能有效减少能量损耗，提高电源利用率。这在对电源效率要求较高的应用中尤为重要，例如电池供电的设备，可以延长电池的使用时间。

3.2 低电流运行

典型工作电流为70µA，最大静态电流为1µA，进一步降低了功耗。在待机状态下，低静态电流可以减少不必要的能量消耗，提高系统的整体效率。

3.3 宽电压范围

可在2.0V至16.5V的电压下正常工作，适应不同的电源环境。这使得它们可以应用于多种不同类型的电池供电系统，如锂电池、镍氢电池等。

3.4 强大的驱动能力

具有525mA（峰值）的板载驱动能力，能够满足大多数负载的需求。在需要高功率输出的应用中，强大的驱动能力可以确保稳压器稳定工作，提供足够的功率。

3.5 高精度输出

MAX630的输出电压精度为±1.5%，能够提供稳定的输出电压。对于对电压精度要求较高的设备，如精密仪器、传感器等，高精度的输出电压可以保证设备的正常运行。

3.6 低电池检测功能

内置低电池检测器，可及时检测电池电压，当电池电量不足时发出警告。这对于需要维持稳定电源供应的设备来说非常重要，可以避免因电池电量不足而导致设备故障。

3.7 紧凑封装

采用8引脚Mini - DIP和SO封装，节省了电路板空间。在如今追求小型化的电子设备设计中，紧凑的封装可以使电路板更加简洁，提高空间利用率。

四、典型应用

4.1 +5V至+15V DC - DC转换器

通过简单的电路设计，MAX630可以将+5V输入转换为+15V输出，为需要高电压的设备提供电源。在一些工业控制设备、通信设备中，常常需要这种高电压的电源供应。

4.2 高效电池供电DC - DC转换器

凭借其低功耗和高效率的特性，MAX630和MAX4193非常适合用于电池供电的设备，如便携式电子设备、无线传感器等。可以延长电池的使用时间，提高设备的续航能力。

4.3 +3V至+5V DC - DC转换器

在一些使用3V电池供电的设备中，需要将电压转换为5V以满足设备的工作需求。MAX630可以轻松实现这种电压转换，为设备提供稳定的5V电源。

4.4 9V电池寿命延长

通过监测电池电压，当电池电压下降时，MAX630可以调整输出，继续为设备提供稳定的电源，从而延长9V电池的使用寿命。这在一些使用9V电池的设备中非常有用，如烟雾报警器、无线麦克风等。

4.5 不间断5V电源供应

在需要不间断电源供应的系统中，MAX630可以在市电和电池之间自动切换，确保设备始终有稳定的5V电源。如服务器、网络设备等，不间断的电源供应可以保证设备的正常运行，避免数据丢失。

4.6 5mW至5W开关模式电源

可以用于构建5mW至5W的开关模式电源，满足不同功率需求的应用。在各种电子设备中，开关模式电源具有效率高、体积小等优点，MAX630和MAX4193可以为开关模式电源的设计提供有力支持。

五、工作原理

5.1 电压调节回路

MAX630的工作可以通过其电压调节回路来理解。R1和R2对输出电压进行分压，然后与1.3V的内部基准进行比较。当输出电压低于期望电压时，比较器输出高电平，振荡器输出脉冲通过或非门锁存器，使输出N沟道MOSFET导通，驱动外部电感。当输出电压达到期望水平时，比较器输出低电平，电感不再被脉冲驱动，由滤波电容提供电流，直到输出电压再次下降，重复上述循环。

5.2 输出驱动器

MAX630/MAX4193的输出设备是一个大的N沟道MOSFET，导通电阻为4Ω，峰值电流额定值为525mA。与双极晶体管相比，MOSFET在开关应用中具有更高的速度，可减少开关损耗，并允许使用更小、更轻、成本更低的磁性元件。此外，MOSFET不需要基极电流，在低功率DC - DC转换器中，这可以减少输入功率的消耗。

5.3 振荡器

振荡器频率由连接到引脚2（CX）的单个外部低成本陶瓷电容设置。47pF的电容可将振荡器频率设置为40kHz，这是在低频下较低开关损耗和高频下减小电感尺寸之间的一个合理折衷。

5.4 低电池检测器

低电池检测器将LBR引脚的电压与内部1.31V参考电压进行比较。输出LBD是一个漏极开路的N沟道MOSFET。除了检测和警告低电池电压外，比较器还可以执行其他电压监测操作，如电源故障检测。当输入电压低于指定水平时，还可以降低振荡器频率，以增加可用输出功率，补偿因输入电压降低而导致的功率下降。

5.5 逻辑电平关断输入

当IC（引脚6）被驱动到低于0.2V或浮空时，稳压器进入关断模式。在关断模式下，MAX630的模拟电路、振荡器、LX和LBD输出都被关闭，静态电流通常为10nA（最大1µA）。

5.6 自举操作

在大多数电路中，MAX630和MAX4193的+VS电压首选来源是升压后的输出电压，即“自举”操作。N沟道LX输出的导通电阻随+VS的增加而减小，但设备工作电流也会随+VS升高。在输出电流非常低且输入电压大于3V的电路中，直接将+VS连接到输入电压可能比自举更高效。

六、外部元件选择

6.1 电阻

由于LBR和VFB输入偏置电流最大为10nA，R1/R2和R3/R4分压器中的电流可以低至1µA而不会显著影响精度。通常，R2和R4在10kΩ至1MΩ之间，R1和R3可以根据所需的输出电压和低电池警告阈值进行计算。

6.2 电感值

DC - DC升压转换器的可用输出电流与输入电压、外部电感值、输出电压和工作频率有关。电感值过低可能导致LX电流超过最大额定值，过高则可能无法提供所需的输出功率。可以根据相关公式计算最小允许电感值。

6.3 二极管

在大多数MAX630电路中，电感电流在LX开启下一个输出脉冲之前会归零，因此可以使用慢速关断二极管。但为了避免过多损耗，二极管必须具有快速开启时间。对于峰值电流小于100mA的低功率电路，信号二极管如1N4148表现良好；对于高电流电路或低功率下的最高效率，推荐使用1N5817系列肖特基二极管。

6.4 滤波电容

输出电压纹波有两个分量，一个由电容存储电荷的变化产生，另一个由电容的充放电电流及其等效串联电阻（ESR）产生。在使用低成本铝电解电容时，ESR产生的纹波通常较大。可以根据相关公式计算纹波电压。

6.5 振荡器电容

振荡器电容CX是一个非关键的陶瓷或银云母电容。可以根据所需的工作频率和引脚的杂散电容及封装的内部电容来计算CX的值。

6.6 旁路和补偿

由于电感充电电流可能较大，为了防止不必要的反馈，MAX630/MAX4193的接地路径阻抗必须尽可能低，并使用电源旁路。当电压设置电阻R1和R2使用较大值（>50kΩ）时，VFB输入的杂散电容可能会导致反馈响应滞后，使稳压器不稳定，增加低频纹波并降低效率。可以通过最小化VFB节点的杂散电容或添加100pF至10nF的超前补偿电容来解决这个问题。

七、总结

MAX630和MAX4193 CMOS微功耗升压开关稳压器以其高效、低功耗、宽电压范围和丰富的功能，为电子工程师在DC - DC转换电路设计中提供了一个优秀的解决方案。无论是在电池供电的便携式设备，还是需要高效电源管理的工业控制设备中，它们都能发挥出色的性能。希望通过本文的介绍，能让大家对这两款稳压器有更深入的了解，在实际设计中更好地应用它们。你在使用类似稳压器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。