基于MAX1524的DC-DC转换器设计
利用max1524设计的dc-dc转换器方案
1 引言
max1524是美国maxim公司生产的一种小型、升压型dc-dc转换器，可应用于升压型、sepic 、反激型等多种拓扑结构。具有固定的导通时间和最小的关断时间，可以在较宽的输入/输出电压组合和负载电流下提供高效率。固定的导通时间是可以选择的，分别是最大占空比为50％的0.5μs和85％的3μs，使其在较宽的输出范围内，对外接元件的尺寸和成本的优化更为方便。 max1524采用自举工作方式，允许在较低的输入电压下启动，器件具有内部软启动和短路保护功能，并且具有故障锁定功能，当发生短路时自动关断控制器。该器件采用6引脚的sot23封装，具有低静态电流（25μs），不需电流检测电阻。广泛地应用于数字相机、液晶显示器和其它低功耗的电子产品中。
2 工作原理
2.1 封装形式
max1524的封装形式如图1所示。
2.2 引脚功能
——脚1gnd，接地端；
——脚2fb，反馈输入，连接一个外部电阻分压器，fb的反馈值为1.25v;
——脚3set，导通时间控制，当连接到vcc时，为3μs，占空比为85％；当连接到gnd时，为0.5μs，占空比为50％；
——脚4shdn，关断控制输入，高电平为正常工作，低电平为关断状态；
——脚5ext，外部mosfet驱动端；
——脚6vcc，电源输入端，用0.1μf的电容器旁路，输入范围为2.5v～5.5v，采用自举工作方式，通过一个10ω的电阻器串联在输出端。
2.3 工作原理
max1524一般采用自举工作方式，其低压启动振荡器保证输入电压在低于1.5v时启动器件。启动振荡器用一个25％的占空比信号触发mosfet，使输出电压升高，当输出电压超过欠压封锁阈值时，使正常的控制电路开始工作，而启动振荡器停止工作。
对于不同的输出电压/输入电压组合，max1524具有可选的固定导通时间，从而实现高效工作。高升压比时推荐使用3μs的导通时间，这样允许占空比超过80％，可以改善工作效率。在低升压比和高频工作时，使用0.5μs的导通时间比较好，这样可以减少外接电感器和电容器的尺寸。
max1524的软启动功能可以减小启动时的电感电流、输入电容和电感应力。软启动时间为3.2ms，不需外部元件。当软启动结束，若输出电压降到正常稳压值的一半以下时，器件工作在故障锁定状态，使shdn处于低电平，器件处于关断状态，内部控制电路关闭，ext输出低电平，电流降到1μa，输出电压比输入电压低一个二极管正向导通压降。当vcc降到2.37v以下时，器件被欠压锁定。
3 典型应用
max1524可以在连续或非连续模式下工作。当电感电流不允许衰减到零值时，器件在连续模式下工作，这需要选用大电感，使电感纹波电流低于输入电流的一半。该模式的优点是峰值电流较小，电阻损耗小和输出纹波低。当电感足够大，使最大负载下的纹波电流为输入电流的30％时，可以使暂态工作特性最好、效率最高。但是在轻载下，例如负载小于最大负载的1/6时，会转变到非连续工作状态。
在非连续模式下工作有两种情况：（1）高输出电压，即输出电压/输入电压超过了max1524最大占空比时可以得到的数值。当外加占空比超过最大占空比的80％时，需采用非连续工作模式。（2）小输出电流，当最大输出电流非常小时，若使用大电感，在体积和费用上均不划算，此时可以使用小电感使其在非连续模式下工作。当负载电流与输出电压/输入电压比值的乘积低于几百毫安时，需采用非连续模式工作。
1）输出电压的设置：在输出和地之间通过电阻分压器连接到fb端，r2在30kω～100kω之间选择，r1由式（1）计算后选择。
3.1 连续模式下的设计
1）导通时间的选择
对于连续工作状态，max1524的占空比必须高于外加最大占空比。当外加占空比高于45％时，连接set与gnd，0.5μs的导通时间使开、关的速度非常快；当应用80％的占空比时，应连接set与vcc，得到3μs的导通时间，此时必须采用非连续工作模式。
2）开关频率的确定
在连续模式中，对于重载或中载，开关频率与负载il无关，与vin有关。
若计算出li不是标准值，应选择最接近此计算值的标准值，误差可在±50％之间。若选择的电感值低于计算的理想值，峰值电感电流会偏高一点，反之，峰值电感电流会偏低一点。鉴于工作频率较高，推荐使用铁氧体铁芯，不要使用一般铁芯。电感的饱和电流应高于计算的峰值电流，并且其串联等效电阻（esr）应尽量低。串联等效电阻的能耗为：
电容值一般选择cout（min）的2倍～3倍。建议不要使用陶瓷电容器，而使用钽电解电容器等。
3.2 非连续模式的设计
连接set与gnd，使最大占空比低于67％；连接set与vcc，最大占空比在67％～99％之间，非连续模式可以在任何占空比下工作。当外加占空比接近set设置的最大占空比时，工作性能最佳。
1）开关频率的计算
开关频率与负载电流成正比关系：
4）输出电容器的选择
在非连续模式下工作，输出电容器可以选用低esr的陶瓷电容器或钽电解电容器等。对
6）反馈电容器的选择
对于两种工作模式，若使用前馈电容器，会在fb端得到较大的输出纹波。因此需要在fb与gnd之间连接一个反馈电容器。反馈电容值cfb一般与cff相等，并可以上下调整。若不使用前馈电容器，则不需要反馈电容器。
7）输入电容器的选择
输入电容器cin可以减小输入电源的电流峰值，提高效率，减小噪声。输入电源的阻抗值决定了cin的大小，阻抗值越高，电容越大，一般选择cin=cout。
考虑到电容器的体积，推荐使用0?1μf的陶瓷电容器。在自举工作时，用一个10ω的电阻器连接在输出端和vcc之间，将输入电容器和输出电容器隔离。
8）功率mosfet的选择
需要选择n沟道mosfet，主要考虑总的栅极电荷qg、反向传递电容或电荷crss、通态电阻rds(on)、最大的vds（max）、最小的阈值电压vth(min)。当高频工作时，qg和crss对效率的影响更大一些，为主要考虑对象。
9）二极管的选择
高频工作时要求选择快速二极管，推荐使用肖特基二极管，因为其具有快恢复时间和低的正向压降。其电流额定值应为，反向击穿电压必须高于vout。当输出电压较高时，可选用硅整流二极管。
基于以上参数的计算方法，以一电源的设计为例，在连续工作模式下计算出各参数，具体为
vin=3.3v±0.33v，vout=5v;
iout(max)=700ma,ip=1.48a;
l实际=3.3μh,li=3.72μh;
cff=100pf,cfb=100pf,cin=33μf,
cout=14μf～448μf,cout（实际）=33μf;
r1=100kω,r2=33.2kω
dmax=45.5％;
ton=0.5μs(set=gnd);
f=761khz～800khz(iout(min)=120ma)
3.3 典型应用
max1524的典型应用电路如图2所示。
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max1524的封装形式如图1所示。
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——脚1gnd，接地端；
——脚2fb，反馈输入，连接一个外部电阻分压器，fb的反馈值为1.25v;
——脚3set，导通时间控制，当连接到vcc时，为3μs，占空比为85％；当连接到gnd时，为0.5μs，占空比为50％；
——脚4shdn，关断控制输入，高电平为正常工作，低电平为关断状态；
——脚5ext，外部mosfet驱动端；
——脚6vcc，电源输入端，用0.1μf的电容器旁路，输入范围为2.5v～5.5v，采用自举工作方式，通过一个10ω的电阻器串联在输出端。
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max1524一般采用自举工作方式，其低压启动振荡器保证输入电压在低于1.5v时启动器件。启动振荡器用一个25％的占空比信号触发mosfet，使输出电压升高，当输出电压超过欠压封锁阈值时，使正常的控制电路开始工作，而启动振荡器停止工作。
对于不同的输出电压/输入电压组合，max1524具有可选的固定导通时间，从而实现高效工作。高升压比时推荐使用3μs的导通时间，这样允许占空比超过80％，可以改善工作效率。在低升压比和高频工作时，使用0.5μs的导通时间比较好，这样可以减少外接电感器和电容器的尺寸。
max1524的软启动功能可以减小启动时的电感电流、输入电容和电感应力。软启动时间为3.2ms，不需外部元件。当软启动结束，若输出电压降到正常稳压值的一半以下时，器件工作在故障锁定状态，使shdn处于低电平，器件处于关断状态，内部控制电路关闭，ext输出低电平，电流降到1μa，输出电压比输入电压低一个二极管正向导通压降。当vcc降到2.37v以下时，器件被欠压锁定。
3 典型应用
max1524可以在连续或非连续模式下工作。当电感电流不允许衰减到零值时，器件在连续模式下工作，这需要选用大电感，使电感纹波电流低于输入电流的一半。该模式的优点是峰值电流较小，电阻损耗小和输出纹波低。当电感足够大，使最大负载下的纹波电流为输入电流的30％时，可以使暂态工作特性最好、效率最高。但是在轻载下，例如负载小于最大负载的1/6时，会转变到非连续工作状态。
在非连续模式下工作有两种情况：（1）高输出电压，即输出电压/输入电压超过了max1524最大占空比时可以得到的数值。当外加占空比超过最大占空比的80％时，需采用非连续工作模式。（2）小输出电流，当最大输出电流非常小时，若使用大电感，在体积和费用上均不划算，此时可以使用小电感使其在非连续模式下工作。当负载电流与输出电压/输入电压比值的乘积低于几百毫安时，需采用非连续模式工作。
1）输出电压的设置：在输出和地之间通过电阻分压器连接到fb端，r2在30kω～100kω之间选择，r1由式（1）计算后选择。
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1）导通时间的选择
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1）开关频率的计算
开关频率与负载电流成正比关系：
4）输出电容器的选择
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6）反馈电容器的选择
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考虑到电容器的体积，推荐使用0?1μf的陶瓷电容器。在自举工作时，用一个10ω的电阻器连接在输出端和vcc之间，将输入电容器和输出电容器隔离。
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9）二极管的选择
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l实际=3.3μh,li=3.72μh;
cff=100pf,cfb=100pf,cin=33μf,
cout=14μf～448μf,cout（实际）=33μf;
r1=100kω,r2=33.2kω
dmax=45.5％;
ton=0.5μs(set=gnd);
f=761khz～800khz(iout(min)=120ma)
3.3 典型应用
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