MAX1692：低噪声、5.5V输入PWM降压调节器的设计与应用

在电子设备的电源管理领域，降压调节器是一种常见且关键的元件，它能够将较高的输入电压转换为较低且稳定的输出电压，以满足不同电路模块的供电需求。今天，我们就来深入探讨一下MAX1692这款低噪声、5.5V输入的PWM降压调节器。

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一、产品概述

MAX1692是一款低噪声、脉冲宽度调制（PWM）的DC - DC降压转换器，专为小型无线系统中的逻辑和发射器供电而设计，如手机、通信PDA和手持终端等。它具有内部同步整流器，无需外部肖特基二极管，不仅提高了效率，还简化了电路设计。其出色的噪声特性和固定频率操作，使得后续滤波变得更加容易，非常适合锂离子电池应用以及+3V或+5V固定输入应用。

1. 工作模式

MAX1692支持四种工作模式，以满足不同的应用场景和性能需求：

• 强制PWM模式：无论负载如何，都以固定频率工作，便于后续滤波处理。
• 可同步PWM模式：允许外部开关频率控制，从而最小化谐波干扰。
• 空闲模式（PWM/PFM）：在轻负载时切换到PFM脉冲跳跃模式，延长电池寿命。
• 关断模式：将设备置于待机状态，使静态电源电流降至0.1µA以下。

2. 主要特性

• 输入输出范围：输入电压范围为+2.7V至+5.5V，输出电压可在1.25V至输入电压之间进行调节，能够提供超过600mA的输出电流。
• 高效节能：最高效率可达95%，静态电流仅为85µA，在轻负载时能有效降低功耗。
• 精确参考：具有1.25V（±1.2%）的精确基准电压，保证输出电压的稳定性和准确性。
• 小封装设计：采用节省空间的10引脚µMAX封装，高度仅为1.11mm，适合对空间要求较高的应用。

3. 应用领域

MAX1692的应用范围广泛，包括但不限于以下几个方面：

• 通信设备：如手机、无绳电话等。
• 便携式设备：如PDA、手持终端等。
• 计算机设备：如CPU I/O电源、笔记本芯片组电源等。
• 电池供电设备：适用于单节锂离子电池或3节镍氢/镍镉电池供电的设备。

二、电气特性分析

1. 绝对最大额定值

在设计电路时，必须严格遵守器件的绝对最大额定值，以避免对器件造成永久性损坏。MAX1692的绝对最大额定值包括各引脚的电压范围、参考电流、LX峰值电流等。例如，IN、BP、SHDN、SYNC/PWM、LIM到GND的电压范围为 - 0.3V至 + 6V，LX峰值电流（内部限制）为1.6A。

2. 电气参数

详细的电气参数能够帮助工程师准确评估器件在不同条件下的性能。以 (V{IN}=+3.6V)，SYNC/PWM = GND， (V{LIM}=3.6V)， (overline{SHDN}=IN)为例，输出电压在不同负载和输入条件下的范围为1.185V至1.285V，振荡器频率为630kHz至840kHz等。

三、典型工作特性

1. 效率与负载电流关系

从典型工作特性曲线可以看出，MAX1692在不同输出电压和输入电压条件下，效率随负载电流的变化情况。例如，在 (V{OUT}=2.5V)， (V{IN}=3.6V)时，效率最高可达95%左右。这对于提高电源的能量转换效率，降低功耗具有重要意义。

2. 其他特性曲线

还包括压降电压与负载电流、电池输入电流与输入电压、反馈电压与负载电流等特性曲线。这些曲线能够帮助工程师更好地理解器件在不同工作条件下的性能表现，从而优化电路设计。

四、引脚功能与描述

1. 引脚配置

MAX1692采用10引脚µMAX封装，各引脚具有不同的功能：

• IN：电源电压输入，输入范围为+2.7V至+5.5V，需通过一个10µF的电容进行旁路。
• BP：电源旁路引脚，内部连接到IN，需通过一个0.1µF的电容进行旁路，不能连接到除IN以外的外部电源。
• GND：接地引脚。
• REF：1.25V、1.2%的参考输出，能够为外部负载提供50µA的电流，需通过一个0.22µF的电容旁路到GND。
• FB：反馈输入引脚，用于调节输出电压。
• LIM：电流限制选择输入，连接到GND可实现0.6A的电流限制，连接到IN可实现1.2A的电流限制。
• SYNC/PWM：振荡器同步和低噪声模式控制输入，可用于选择不同的工作模式并实现外部时钟同步。
• SHDN：低电平有效，关断控制输入，可将静态电流降至0.1µA。
• LX：电感连接到内部功率MOSFET的漏极。
• PGND：功率接地引脚。

2. 引脚功能详细解释

通过简化功能图可以看出，各引脚在电路中相互协作，实现了降压调节、电流限制、模式控制等功能。例如，SYNC/PWM引脚可以控制电路进入不同的工作模式，在强制PWM模式下，可确保开关噪声谐波不会干扰敏感的IF和数据采样频率；在PWM/PFM模式下，轻负载时可提高效率并降低静态电流。

五、工作原理与控制策略

1. PWM控制方案

MAX1692采用斜率补偿的电流模式PWM控制器，能够实现100%的占空比。在每个内部振荡器的下降沿，SYNC单元发送PWM开启信号，使内部P沟道MOSFET导通，电流通过电感流向负载并存储能量。当达到电流限制或输出电压达到调节值时，开关关闭，电感的磁场崩溃，能量通过N沟道同步整流器释放到输出滤波电容和负载中。

2. 100%占空比操作

当输入电压下降时，占空比增加，直到P沟道MOSFET持续导通，实现100%占空比操作。此时的压降电压约为输出电流乘以内部开关和电感的导通电阻，在 (I_{OUT}=600mA)时约为280mV。

3. 同步整流

N沟道同步整流器在每个周期的后半部分（关断时间）提高了效率。当电感电流低于NEGLIM比较器设定的阈值或PWM达到振荡器周期结束时，同步整流器关闭，防止多余电流反向流动。

4. 强制PWM和PWM/PFM操作

连接SYNC/PWM到IN可实现正常的强制PWM操作，适用于对噪声敏感的RF和数据采集应用；连接到GND可启用PWM/PFM操作，在轻负载时进入PFM模式，提高效率并降低静态电流。

5. SYNC输入和频率控制

内部振荡器可设置为750kHz的固定开关频率，也可与外部时钟同步。SYNC/PWM是一个负边沿触发输入，允许与500kHz至1000kHz的外部频率同步。

6. 关断模式

连接SHDN到GND可将MAX1692置于关断模式，此时参考、控制电路、内部开关MOSFET和同步整流器均关闭，输出电压降至0V。

7. 电流感测比较器

MAX1692使用多个内部电流感测比较器，包括PWM比较器、PFM模式控制比较器、NEGLIM阈值设置比较器和过流检测比较器，以实现精确的电流限制和保护功能。

六、应用设计要点

1. 输出电压选择

通过将FB连接到输出和GND之间的电阻分压器，可以选择1.25V至 (V{IN})之间的输出电压。反馈电阻R2应选择在5kΩ至500kΩ范围内，R1可根据公式 (R1 = R2 left[left(V{OUT} / V{FB}right)-1right])计算得出，其中 (V{FB}=1.232V)。同时，可在R1上并联一个47pF至100pF的小陶瓷电容，以补偿FB引脚的杂散电容和输出电容的等效串联电阻（ESR）。

2. 电容器选择

• 输入滤波电容：用于减少电压源的峰值电流和噪声，建议选择大于10µF的低ESR大容量电容，可根据公式 (I{RMS} = I{OUT} left[left(V{OUT} / V{IN}right)right]^{1 / 2} cdot V_{IN})计算最大RMS输入电流。
• 输出滤波电容：应考虑输出纹波电压，可近似为纹波电流与输出电容ESR的乘积，公式为 (V{RIPPLE} = [V{OUT} (V{IN} - V{OUT} )] / [2 cdot f{OSC}(L) (V{IN})] cdot ESR_{C2})。由于MAX1692的环路增益较低，可使用小容量、低ESR的输出滤波电容，但在PWM/PFM模式下，轻负载时输出纹波较高，需验证电容选择。建议选择低ESR的电容，如低ESR铝电解电容、钽电容或陶瓷电容。

3. 标准应用电路

提供了两种标准应用电路，分别针对功率和电路板空间进行了优化。一种是通用电路，可产生1.8V、600mA的输出；另一种是小型化电路，适用于对尺寸要求较高的应用，如手机，可在60mm²的面积内实现200mA、1.8V的输出。

4. 旁路考虑

IN和OUT分别通过10µF和47µF的电容旁路到PGND，BP和REF分别通过0.1µF和0.22µF的电容旁路到GND。旁路电容应尽可能靠近相应引脚，以减少噪声耦合。

5. PC板布局和布线

由于开关频率高和峰值电流大，PC板布局和布线非常重要。应将电感、输入滤波电容和输出滤波电容尽可能靠近连接，保持走线短、直、宽，并采用星型接地配置。外部电压反馈网络应靠近FB引脚，避免噪声走线干扰反馈网络。

七、总结

MAX1692作为一款高性能的低噪声PWM降压调节器，具有多种工作模式、高效节能、精确参考等优点，适用于多种小型无线系统和电池供电设备。在设计应用电路时，需要充分考虑其电气特性、引脚功能、工作原理和应用设计要点，合理选择元件和进行PC板布局，以确保电路的稳定性和性能。你在使用MAX1692的过程中遇到过哪些问题呢？或者对于电源管理电路设计，你还有哪些疑问？欢迎在评论区留言讨论。