深入解析MAX1927/MAX1928：低输出电压、800mA PWM降压DC - DC转换器

在电子设备的电源管理领域，高效、稳定且紧凑的DC - DC转换器一直是工程师们追求的目标。今天，我们就来深入探讨MAXIM公司的MAX1927/MAX1928低输出电压、800mA PWM降压DC - DC转换器，看看它在实际应用中能为我们带来哪些优势。

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一、产品概述

MAX1927/MAX1928专为紧凑设备中的低压微处理器供电而设计，能以最高效率产生低至750mV的输出电压。其输入电压范围为2.6V至5.5V，保证最小输出电流为800mA。1MHz的脉冲宽度调制（PWM）开关频率允许使用小型外部组件，独特的控制方案可在轻载时将纹波降至最低，同时保持仅140µA的低静态电流。

二、产品特性

1. 高输出电流与宽输出电压范围

• 能够提供800mA的输出电流，输出电压范围从0.75V到5V，满足多种不同的应用需求。
• 输入电压范围为2.6V至5.5V，可适应不同的电源环境。

2. 高效设计

• 内置低导通电阻的MOSFET开关和同步整流器，无需外部二极管，不仅提高了效率，还减少了外部组件数量。
• 100%占空比操作可在800mA时实现仅340mV的压降。

3. 功能丰富

• 具备内部软启动功能，可避免启动时的电流冲击。
• 提供Power - OK（POK）输出，方便监控电源状态。
• 可选择强制PWM操作，在所有负载电流下降低噪声。

4. 封装小巧

采用10引脚的µMAX封装，节省电路板空间，适合紧凑设备的设计。

三、应用领域

• WCDMA手机：为手机中的处理器和其他组件提供稳定的低电压电源，满足其对功耗和空间的要求。
• PDAs和掌上电脑：在有限的电池容量下，高效的电源转换有助于延长设备的续航时间。
• DSP核心电源：为数字信号处理器提供精确、稳定的电源，保证其正常工作。
• 电池供电设备：低静态电流和高效的转换效率可有效延长电池寿命。

四、电气特性

1. 输入输出特性

• 输入电压：范围为2.6V至5.5V，确保在不同电源条件下都能正常工作。
• 欠压锁定阈值：上升或下降时具有35mV的滞后，保证电源在合适的电压范围内启动和关闭。

2. 静态电流

• 无负载、脉冲跳变模式下，静态电流低至140µA；在压降模式下，静态电流为190 - 340µA；关机时，电源电流仅为0.1 - 10µA，有效降低了功耗。

3. 参考和误差放大器

• FB电压精度高，不同型号的MAX1927/MAX1928在各自的输出电压下都能保持较好的精度。
• 参考电压精度为1.231 - 1.269V，参考电源抑制比在2.6V < VBATT < 5.5V时为0.5 - 2mV。

4. PWM控制器

• P通道和N通道导通电阻低，在不同输入电压下都能保证较低的损耗。
• 电流检测跨阻为0.48V/A，P通道电流限制阈值为1.1 - 1.6A，可有效保护内部MOSFET和同步整流器。

五、工作模式

1. PFM模式

在轻载时，MAX1927/MAX1928进入脉冲频率调制（PFM）模式，将静态电流降低至140µA，提高效率。当电感峰值电流低于130mA时，启动脉冲跳变PFM操作，仅在必要时进行开关，减少内部开关、同步整流器和电感的开关频率和相关损耗。

2. PWM模式

在重载时，器件以固定的1MHz频率进行脉冲宽度调制（PWM）操作。电流模式反馈提供逐周期电流限制、出色的负载和线响应，以及内部MOSFET和同步整流器的过流保护。

3. 强制PWM操作

将PWM引脚连接到BATT可强制器件进入PWM操作模式，适用于对噪声敏感的RF和数据采集应用。不过，由于持续开关，强制PWM操作的静态电流比PFM模式高（典型值为2mA）。

4. 100%占空比操作

最大导通时间可超过一个内部振荡器周期，允许100%占空比操作。在输入电压下降时，占空比增加，直到内部P通道MOSFET持续导通。接近压降时，可跳过开关周期，降低开关频率，但电压纹波仍保持较小。

5. 同步整流

N通道同步整流器消除了外部肖特基二极管的需求，提高了效率。在每个周期的后半段（关断时间）导通，在正常模式下，当输出超出调节范围或电感电流接近零时关闭；在强制PWM模式下，保持活动直到新周期开始。

6. 关机模式

将SHDN引脚驱动为低电平可使器件进入关机模式，此时参考、控制电路、内部开关MOSFET和同步整流器关闭，输出变为高阻抗，输入电流降至典型值0.1µA。

7. POK输出

POK是一个开漏输出，在软启动斜坡结束且VFB在阈值的90%以内20ms后变为高阻抗。关机时为低阻抗，方便监控电源状态。

六、设计要点

1. 输出电压选择

• MAX1928有预设输出电压，如1.5V、1.8V和2.5V，将FB引脚直接连接到输出即可设置为预设电压。
• MAX1927R的输出电压可调，通过将FB引脚连接到输出和GND之间的外部电阻分压器来设置输出电压，公式为(R1 = R2 × (frac{V{OUT}}{V{FB}} - 1))，其中VFB为0.75V。

2. 输入电容选择

• 高频DC - DC转换器中，电容等效串联电阻（ESR）是输入纹波的主要来源，应避免使用高ESR的普通铝电解电容。
• 低ESR的铝电解电容、钽电容或聚合物电容是较好的选择，陶瓷电容的ESR最低。
• 输入滤波电容应选择低ESR的大容量电容（典型值≥10µF），以减少输入电压源的峰值电流和噪声，可使用公式(RMS =frac{I{OUT}}{V{IN}} × sqrt{V{OUT} × (V{IN} - V_{OUT})})计算最大RMS输入电流。

3. 补偿、稳定性和输出电容

• MAX1927/MAX1928采用外部补偿，通过一个电阻（RC）和一个电容（CC）串联连接在COMP引脚和GND之间。如果使用高ESR输出电容，可能需要从COMP引脚到GND连接一个额外的电容（Cf）。
• 补偿网络的设计步骤如下：
  • 选择合适的转换器带宽（fC），不超过开关频率的1/10。
  • 根据带宽计算补偿电容CC：
    • 对于MAX1927：(C{C}=(frac{V{OUT}}{I{OUT(MAX)}}) × (frac{1}{R{CS}}) × (g{m} × frac{R2}{R1 + R2}) × (frac{1}{2πf{C}}))
    • 对于MAX1928：(C{C}=(frac{V{OUT}}{I{OUT(MAX)}}) × (frac{1}{R{CS}}) × (g{m}) × (frac{1}{2πf{C}}))
  • 计算等效负载阻抗(R{L}=frac{V{OUT}}{I_{OUT(MAX)}})。
  • 计算补偿电阻(R{C}=frac{R{L} × C{OUT}}{C{C}})，以抵消输出负载和输出电容产生的主导极点。
  • 计算高频补偿极点，以抵消输出电容ESR产生的零点：(C{f}=frac{R{ESR} × C{OUT}}{R{C}})，取计算值和22pF中的较大值。

4. PCB布局和布线

• 高开关频率和大峰值电流使得PCB布局至关重要，良好的设计可最小化EMI、反馈路径上的噪声和接地平面的电压梯度，避免不稳定或调节误差。
• 电感、输入滤波电容和输出滤波电容应尽可能靠近连接，走线应短、直且宽，并采用星型接地配置将它们的接地引脚连接到一个公共节点。
• 外部电压反馈网络应靠近FB引脚（距离在0.2英寸或5mm以内），远离嘈杂的走线，如LX引脚的走线。
• 旁路电容应尽可能靠近各自的引脚，以减少噪声耦合。输入和输出电容应尽可能靠近器件放置，GND和PGND应连接到高质量的系统接地。

七、总结

MAX1927/MAX1928低输出电压、800mA PWM降压DC - DC转换器以其高效、多功能和紧凑的设计，为电子设备的电源管理提供了优秀的解决方案。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求选择合适的型号和工作模式，并注意输出电压设置、电容选择和PCB布局等设计要点，以充分发挥该转换器的性能优势。你在使用类似的DC - DC转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区留言分享。