MAX774/MAX775/MAX776：高效低功耗反相DC - DC控制器的设计与应用

在电子设计领域，DC - DC控制器是实现电源转换的关键组件。今天，我们来深入探讨MAXIM公司的MAX774/MAX775/MAX776系列 -5V/-12V/-15V或可调的高效、低静态电流（(I_{Q})）反相DC - DC控制器。

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一、产品概述

MAX774/MAX775/MAX776反相开关稳压器在三个数量级的负载电流范围内都能实现高效率。其独特的限流脉冲频率调制（PFM）控制方案结合了脉冲宽度调制（PWM）和PFM的优点，在重载时具有PWM的高效率，同时静态电流小于100µA（相比PWM转换器的2mA - 10mA），从而在宽负载范围内实现了高转换效率。

这些IC使用微小的外部组件，高达300kHz的高开关频率允许使用直径小于5mm的表面贴装磁性元件。它们接受3V至16.5V的输入电压，分别具有预设的 -5V（MAX774）、 -12V（MAX775）和 -15V（MAX776）输出电压，也可以通过两个电阻进行用户调节。最大(V{IN}-V{OUT})差分电压仅受所选外部开关晶体管的击穿电压限制。

二、应用领域

• LCD偏置发生器：为LCD提供稳定的负电压偏置。
• 高效DC - DC转换器：在各种需要电源转换的电路中发挥作用。
• 电池供电应用：低静态电流特性有助于延长电池续航时间。
• 数据通信器：为通信设备提供稳定的电源。

三、产品特性

1. 高效率：在5mA至1A负载电流下效率可达85%。
2. 高输出功率：最高可达5W输出功率。
3. 低静态电流：最大100µA的工作电流，最大5µA的关断电流。
4. 宽输入范围：3V至16.5V的输入电压范围。
5. 可调输出电压：除预设输出电压外，还可通过外部电阻进行调节。
6. 限流PFM控制方案：结合PWM和PFM的优点，提高效率。
7. 高开关频率：300kHz的开关频率，减小外部元件尺寸。

四、电气特性

1. 输入输出电压

输入电压范围为3.0V至16.5V，不同型号的输出电压预设值不同，如MAX774为 -5V，MAX775为 -12V，MAX776为 -15V，且输出电压精度较高。

2. 电流参数

• 工作时最大电源电流为100µA，关断时最大电流为5µA。
• 反馈输入电流（(I_{FB})）根据不同温度范围有所不同，如MAX77_C为±50nA，MAX77_E为±70nA，MAX77_M为±90nA。

3. 效率

在不同负载电流和输入电压下，效率表现良好，例如MAX774在(V{+}=5V)，(I{LOAD}=1A)时效率可达87%。

4. 其他参数

还包括参考电压、负载调整率、线路调整率、开关导通时间、关断时间等参数，这些参数确保了芯片在不同工作条件下的稳定性和可靠性。

五、典型工作特性

通过一系列图表展示了效率与负载电流、温度的关系，启动电压与负载电流的关系，以及开关导通/关断时间与温度的关系等。这些特性曲线有助于工程师在实际应用中更好地了解芯片的性能，从而进行合理的设计。

六、引脚说明

引脚名称	功能
OUT	固定输出操作的感应输入，也是EXT驱动器的负电源输入。
FB	反馈输入，用于调节输出电压。
SHDN	高电平有效关断输入，关断时电流小于5µA。
REF	1.5V参考输出，可提供100µA电流。
V+	正电源输入。
CS	电流感应比较器的同相输入。
EXT	外部P沟道功率MOSFET的栅极驱动输出。
GND	接地。

七、详细工作原理

MAX774/MAX775/MAX776采用独特的控制方案，结合了PFM和PWM的优点。当电压比较器检测到输出电压低于参考电压时，外部P沟道MOSFET功率晶体管导通。与传统PFM转换器不同的是，开关由开关电流限制（210mV/(R_{SENSE})）和单稳态触发器设置的导通/关断时间限制共同控制。

在轻载时，MOSFET开关一或多个周期后关闭，以提高轻载效率。对于前两个脉冲，电流限制设置为峰值电流限制的一半。如果这些脉冲使输出电压达到稳定，电压比较器将使MOSFET保持关闭，电流限制仍为峰值电流限制的一半。如果连续两个脉冲后输出电压仍不稳定，下一个脉冲的电流限制将等于全电流限制。

在重载时，MOSFET首先以峰值电流值的一半开关两次，然后保持导通直到开关电流达到全电流限制，再关闭。关闭2.3µs后，MOSFET再次导通，直到开关电流再次达到限制，如此循环直到输出稳定。

八、设计要点

1. 设置输出电压

芯片预设输出电压为 -5V、 -12V和 -15V，也可通过外部电阻分压器进行调节。对于预设输出电压，将FB连接到REF，OUT连接到输出；对于可调输出，连接外部电阻分压器到FB和REF。使用外部电阻分压器的原因包括需要非预设输出电压、输入 - 输出差分超过21V或输出电压超过 -15V。

2. 选择电感器

实际电感值范围为10µH至50µH。为了在高(vert V{OUT}vert)与(V{+})比率下获得最大电流，电感不应过大，以免峰值电流无法达到电流限制；也不应过小，以免电流上升过快，降低效率。计算公式为： (L(max) leq frac{[V+(min)-V{SW}(max)] × 12 mu s}{LIM(max)}) (L(min) geq frac{[V+(max)-V{SW}(min)] × 0.3 mu s}{delta(I) × I_{LIM}(min)})

为了提高效率，应选择低直流电阻的线圈，并使用环形、罐形或屏蔽线轴电感器，确保电感器的饱和电流额定值大于(I_{LIM}(max))。

3. 二极管选择

由于芯片的高开关频率，需要高速整流二极管。推荐使用肖特基二极管，如1N5817至1N5822系列。选择平均电流额定值约等于或大于(I{LIM}(max))且电压额定值高于(V{IN}(max) + V_{OUT})的二极管。在高温应用中，肖特基二极管可能因高泄漏电流而不适用，可使用高速硅二极管。

4. 电流感应电阻

电流感应电阻将峰值开关电流限制为210mV/(R_{SENSE})。为了最大化效率并减小外部组件的尺寸和成本，应尽量降低峰值电流，但不能设置过低，以免影响输出电流。可通过相关图表确定合适的感应电阻和峰值电流。

5. 外部开关晶体管

MAX774/MAX775/MAX776仅能驱动P沟道增强型MOSFET晶体管。选择功率晶体管时，需要考虑输入和输出电压、峰值电流额定值、导通电阻、栅源阈值和栅极电容等因素。漏源额定值必须大于(V{+} - V{OUT})输入 - 输出电压差分，栅源额定值必须大于(V_{+})加上EXT最负摆幅的绝对值。

6. 电容器

选择输出电容器时，应根据尺寸、纹波和输出电压要求进行选择。可并联电容器以增加电容并降低ESR，从而减小输出纹波。同时，电容器的纹波电流额定值应等于峰值电流。

九、PCB布局和接地

由于高电流水平和快速开关波形，正确的PCB布局至关重要。应使用星形接地配置，将输入旁路电容器、输出电容器、电感器和芯片的GND引脚连接到靠近芯片的公共点。此外，输入电容器C2应尽可能靠近芯片放置。如果使用外部电阻分压器，从FB到电阻的走线必须非常短。

十、订购信息

该系列产品提供多种温度范围和封装选项，包括8引脚塑料DIP、8引脚SO和8引脚CERDIP等。具体订购信息可参考文档中的表格。

总之，MAX774/MAX775/MAX776系列反相DC - DC控制器以其高效、低功耗和灵活的输出电压调节特性，为电子工程师在电源设计中提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体需求，合理选择外部组件，并注意PCB布局和接地，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用这类DC - DC控制器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。