探索MAX1878：PDA雙輸出電源解決方案

引言

在如今的電子設(shè)備領(lǐng)域，PDA、MP3播放器、GPS接收器等產(chǎn)品對(duì)電源管理的要求越來(lái)越高。既需要高效穩(wěn)定的供電，又要兼顧體積和成本。Maxim推出的MAX1878雙輸出電源芯片，就是這樣一款能滿足多種應(yīng)用需求的優(yōu)秀解決方案。今天我們就來(lái)深入了解一下這款芯片。

文件下載：MAX1878.pdf

MAX1878概述

MAX1878采用小巧的12引腳TQFN封裝，集成了降壓和升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，專(zhuān)為PDA等設(shè)備設(shè)計(jì)。其輸入電壓范圍為2.0V至5.5V，適用于由兩節(jié)堿性電池或單節(jié)鋰離子電池供電的系統(tǒng)。降壓轉(zhuǎn)換器可為邏輯電路提供低至1.25V、超過(guò)500mA的輸出電流；升壓轉(zhuǎn)換器則能為液晶顯示器（LCD）提供高達(dá)28V、超過(guò)15mA的輸出電流。

它具有快速開(kāi)關(guān)頻率，允許使用小型電感和電容，典型靜態(tài)電流低至19μA，使系統(tǒng)在待機(jī)模式下也能保持高效率。每個(gè)輸出都可獨(dú)立使能，還提供評(píng)估套件，可加快設(shè)計(jì)進(jìn)程。

產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

多應(yīng)用適配

適用于個(gè)人數(shù)字助理（PDA）、電子記事本/翻譯器、MP3播放器和GPS接收器等多種設(shè)備，應(yīng)用范圍廣泛。

雙輸出電壓

• 主輸出：范圍為1.25V至輸入電壓，可靈活滿足不同邏輯電路的供電需求。
• LCD輸出：最高可達(dá)28V，能為L(zhǎng)CD提供穩(wěn)定的高壓供電。

低功耗特性

• 靜態(tài)電源電流低至19μA，關(guān)機(jī)電源電流僅1μA，有效延長(zhǎng)設(shè)備電池續(xù)航時(shí)間。

高頻設(shè)計(jì)與小封裝

• 高開(kāi)關(guān)頻率可使用小型外部組件，減小電路板占用空間。
• 采用0.75mm高、4mm x 4mm的12引腳TQFN封裝，節(jié)省空間且無(wú)需外部FET。

關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

對(duì)芯片各個(gè)引腳的電壓、電流等參數(shù)給出了明確的上限，如FB、FBLCD等引腳到AGND的電壓范圍為 - 0.3V至 + 6V，LX電流最大為800mA等。超過(guò)這些額定值可能會(huì)對(duì)芯片造成永久性損壞。

電氣特性

• 輸入電壓范圍：2.0V至5.5V，確保在不同電池供電條件下穩(wěn)定工作。
• 欠壓鎖定閾值：上升閾值約為2.0V，下降閾值約為1.82V，并有100mV的滯回，防止電壓波動(dòng)時(shí)芯片誤操作。
• 輸出特性：主輸出可在1.25V至輸入電壓范圍內(nèi)調(diào)整，LCD輸出可在輸入電壓 + 1V至28V范圍內(nèi)調(diào)整，同時(shí)給出了不同條件下的輸出電流、負(fù)載調(diào)整率、線路調(diào)整率等參數(shù)。

典型應(yīng)用電路與引腳配置

典型應(yīng)用電路

文檔給出了詳細(xì)的典型應(yīng)用電路圖，包含輸入、輸出電容，電感，反饋電阻等元件的連接方式。通過(guò)合理選擇這些元件的值，可以實(shí)現(xiàn)所需的輸出電壓和性能。

引腳配置

對(duì)12個(gè)引腳的功能進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，如IN為降壓轉(zhuǎn)換器電源輸入，LX為降壓轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，AIN1和AIN2為模擬輸入電源等。正確理解引腳功能是進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

控制方案解析

降壓轉(zhuǎn)換器控制方案

采用專(zhuān)有的電流限制控制方案，確保高效率、快速瞬態(tài)響應(yīng)和使用小型外部組件。通過(guò)控制高側(cè)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，在不同負(fù)載情況下實(shí)現(xiàn)良好的性能。輕載時(shí)，減小峰值電感電流，提高效率和降低輸出電壓紋波；中高負(fù)載時(shí)，調(diào)整導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)間，保持恒定頻率運(yùn)行和低輸出電壓紋波。

升壓轉(zhuǎn)換器控制方案

具有最小關(guān)斷時(shí)間和電流限制控制方案，開(kāi)關(guān)頻率最高可達(dá)500kHz，取決于負(fù)載和輸入電壓。內(nèi)部N溝道MOSFET的峰值電流限制為280mA，保證了升壓過(guò)程的穩(wěn)定性。

開(kāi)關(guān)控制

通過(guò)拉低ON引腳可將降壓轉(zhuǎn)換器置于關(guān)機(jī)模式，拉低ONLCD引腳可將升壓轉(zhuǎn)換器置于關(guān)機(jī)模式，關(guān)機(jī)時(shí)芯片功耗極低，僅為1μA。

軟啟動(dòng)功能

內(nèi)部軟啟動(dòng)電路可限制啟動(dòng)時(shí)的電流，減少輸入源上的瞬態(tài)變化。降壓轉(zhuǎn)換器通過(guò)電流限制實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，升壓轉(zhuǎn)換器通過(guò)LXLCD最小關(guān)斷時(shí)間實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，使輸出電壓逐漸建立，避免沖擊。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)與元件選擇

輸出電壓設(shè)置

通過(guò)連接電阻分壓器到FB和FBLCD引腳來(lái)設(shè)置降壓和升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。選擇合適的反饋電阻值，可根據(jù)給定的公式進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)要考慮輸入偏置電流對(duì)輸出電壓的影響。

電感選擇

MAX1878在整個(gè)工作范圍內(nèi)優(yōu)化使用10μH電感。較小電感值物理尺寸小，但可能導(dǎo)致輸出功率降低；較大電感值可在較低輸入電壓下啟動(dòng)，且紋波較小。電感飽和電流應(yīng)大于峰值開(kāi)關(guān)電流，可適當(dāng)偏置到飽和以提高效率。

升壓轉(zhuǎn)換器二極管選擇

由于開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)500kHz，需要選擇高速整流二極管，如1N4148。二極管平均電流額定值應(yīng)大于峰值開(kāi)關(guān)電流，反向擊穿電壓應(yīng)大于輸出電壓，不推薦使用肖特基二極管。

電容選擇

• 輸入旁路電容：使用10μF低ESR陶瓷電容旁路VIN到PGND和PGNDLCD，使用1μF低ESR陶瓷電容旁路AIN1和AIN2到AGND，以減少輸入電壓源的峰值電流和噪聲。
• 輸出濾波電容：使用0.1μF陶瓷電容旁路VLCD到PGNDLCD，使用10μF至47μF鉭電容旁路VMAIN到PGND，選擇合適ESR的電容可提供穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)和最小的輸出紋波。

紋波調(diào)節(jié)

為確保FB和FBLCD引腳有足夠的紋波（大于25mV），使用R6和C6注入紋波到FB，連接C5確保FBLCD有足夠紋波。

PCB布局與接地

由于開(kāi)關(guān)頻率高，PCB布局對(duì)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。良好的布局可減少反饋路徑上的EMI和接地平面的電壓梯度，避免不穩(wěn)定或調(diào)節(jié)誤差。應(yīng)將電感、輸入和輸出濾波電容靠近芯片放置，保持走線短、直、寬，反饋網(wǎng)絡(luò)靠近反饋引腳，將嘈雜走線與反饋網(wǎng)絡(luò)分開(kāi)。同時(shí)，TQFN封裝的外露焊盤(pán)和角焊盤(pán)連接到模擬接地平面，可提高散熱性能。

總結(jié)

MAX1878是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的雙輸出電源芯片，適用于多種便攜式電子設(shè)備。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要充分理解其特性、參數(shù)和控制方案，合理選擇元件和進(jìn)行PCB布局，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和穩(wěn)定性。大家在使用MAX1878進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。