具有数模控制的DC—DC转换器的设计

刘陵顺  姜忠山  鲁  芳

（海军航空工程学院自控系，烟台，264001）

摘  要：本文介绍了具有数模转换功能的DC—DC转换器MAX686的性能特点和管脚功能，给出了数控电源典型应用电路的参数设计过程。

关键词：数模转换   DC—DC转换器   MAX686

The Design of DC-DC inverter of a DA controlling

Liu Lingshun    Jiang Zhongshan  Lufang

(Naval Aeronautical Engineering Academy)

Abstract: The operating characteristics and pin function of DAC—Controlled DC—DC inverter MAX686 are introduced in this paper. The design produce of typical circuit about data controlled supply is given.

Key word: DAC—Controlled  DC—DC inverter  MAX686

1  引  言

在电源设计与应用中，提高电源的工作性能是关系到整个系统运行性能优劣的关键问题。电源需要具有精度高、体积小、效率高、集成度高等优点。MAX686是一种具有数模转换功能的DC—DC转换器，它把正的输入电压（0.8---27.5V）转换成+27.5V或-27.5V的输出电压。该芯片具有可编程的电流限制，内含6位数模转换器可以控制输出电压精度，因此电源的转换精度得到明显提高，并可以为单片机控制提供数字控制接口和数控电源。该芯片利用脉冲频率调节方式（PFM），在较宽的输出范围内使效率高达90%，运行频率为300 ，使芯片的外围元件体积减小。该芯片具有高集成度的优点，节省空间、减少功耗，延长电池的使用寿命，是电池供电系统中理想的直流电源转换器。MAX686静态电流为65 ，关断电流为1.5 ，内含N—MOSFET开关管，具有电源好指示功能。可以广泛地应用于液晶显示、手提电脑等便携式电子产品中。

2  芯片介绍

MAX686采用小型16脚QSOP封装，引脚封装图如图1所示。

图1  MAX686引脚图

引脚功能如下：

1脚PGND，电源地线，连接GND。

2脚UP，输出电压增加时的输入端。

3脚DN，输出电压减小时的输入端。

4脚POL，极性输入端，改变极性和FB的阈值可以调节输出电压的大小和极性，当POL=GND时，输出为正，当POL=VCC时，输出为负值。

5脚VDD，片内MOSFET的门极驱动电源，连接到VCC。

6脚ISET，LX电流限制设置端，改变片内开关管峰值电流的限制值，与VCC相连接时，电流限制值为500 ，与GND连接时，电流限制为250 。

7脚 ，关断输入端，连接到VCC时，处于运行状态；当 为低电平时，芯片关断。

8脚DACOUT，DAC输出电压引脚。

9脚REF，参考输出引脚，用0.1 的陶瓷电容对地旁路。

10脚FB，反馈输入，连接到外部电阻分压器设置输出电压。

11脚POK，电源OK传感输入或电源OK比较输入，当 时， 为低电平；POK连接到电阻分压器时，用于监视VIN或VOUT。

12脚VCC，芯片电源引脚。

13脚GND，地线。

14脚 ，电源OK比较器开--漏输出，连到外部开关可以使LCD接通或关断。

15脚NC，悬空。

16脚LX，内部开关管漏极28V。

3  电源设计方法

3.1  具有数模控制的电源设计

MAX686内部含有一个6位计数器和数字控制输出电压的DAC，利用引脚UP和DN驱动可逆计数器，达到直接控制DAC的目的。在正极性电压输出时，若增加输出电压，必须在UP端加一个上升沿，使DAC输出电压减小一步，达到增加VOUT的目的；若减小输出电压，在DN端加一个上升沿，使DAC输出电压增加一步，达到减小输出电压的目的。在负极性输出时，UP和DN控制倒置的方向，输出电压的大小与正极性输出控制方法相同。上电时，DAC数据为中间刻度，一旦达到满刻度或零刻度，DAC计数器不在翻转，因此，利用附加上升沿能使计数器翻转现象消失，从而避免欠压或过压现象。

对于正输出或负输出均可采用三个电阻R1、R2、R3设置输出电压。在10 ---220 之间选择R1值，分别计算R2和R3值。

设置最小正电压输出：最小输出电压由R1、R2对VOUT分压接到FB端设置，如图2所示。当VDACOUT=VFB=1.25V时，输出电压为最小值。R3对输出电压没有影响。选择R1=120 ，则R2为：

。

其中VOUT（MIN）为选择的最小输出电压。

设置最大正电压输出：确定最大正电压输出后，即可计算R3值： 。

输出电压VOUT的大小为DAC的输出VDACOUT的函数：输出电压为： 。

刚上电时，DAC指向中间数据，VDACOUT=0.635V，此时输出电压为： ，

当VDACOUT减小时，VOUT增加，6位DAC对0—1.25F分64步调整, 因此,1LSB=19.8毫伏。VOUT（MAX）对应VDACOUT=0V，VOUT（MIN）对应VDACOUT=1.25V。

            图3  负电压输出的变换器

设置最小负电压输出：对于负电压输出，FB端阈值为0V，R1接在FB和REF之间如图3所示，选择  R1=120 ，则R2为：

。

设置最大负电压输出：确定最大负电压输出后，计算R3：

则负电压输出为：

刚上电时，DAC指向中间数据，VDACOUT=0.635V，此时输出电压为： ，

当VDACOUT增加时， |增加。 对应VDACOUT=1.25V， 对应VDACOUT=0V。

3.2  不用DAC控制的电源设计

MAX686可以工作在不用DAC控制的模式下,对于正输出或负输出只用R1和R2两个电阻即可设置输出电压，在10 ---220 之间选择R1值，分别计算R2值。

对于正电压输出：将POL与GND相连设置FB阈值，忽略R3，则R2为：   ，

VREF=1.25V。

对于负电压输出：将POL与VCC相连设置FB阈值，忽略R3，则R2为：

，

VREF=1.25V。

对于负电压输出，若需要较小的输出电压，需将D2与VIN相连（如图3所示）， 将小于-27.5-VIN；若需要较大的输出电压，将D2与GND相连， 。

峰值电感电流限制的设置：对于高输出电流，将ISET连接到VCC，峰值电流为500毫安；对于低输出电流，将ISET连接到GND，峰值电流为250毫安。

电感的选择：LX的电感L1可在 之间选择，推荐使用22 的铁氧体铁芯，不要使用铁粉芯，直流等效电阻应小于200 。

二极管的选择：高频需要高速二极管，推荐使用肖特基二极管如1N5818或MBR0530L等。确保二极管峰值电流高于设置的电感峰值电流，反向击穿电压大于输出电压。

电容的选择：输出滤波电容的串联等效电阻（ESR）应较小，因为输出电压纹波取决于输出滤波电容的ESR与电感峰值电流的乘积。

输入旁路电容可以减小电源电流尖峰和芯片高频开关噪声，输入电源阻抗决定着旁路电容的大小，推荐选择15 。VCC的旁路电容为0.1 的陶瓷电容。对于REF端旁路电容，若REF的电流小于25 时，选用0.1 的陶瓷电容，对于小于50 ，选用0.47 的电容。 与R2并联的前向反馈电容CF可以提高系统的可靠性，可选择100 。

4  电源的监控

电源好（POK）引脚是电源好比较器的输入端，该端与电阻分压器相连可以对输出电压或输入电压进行监控。对于图4利用R4和R5分压器的电压控制 ，从而监控输入电压VIN监控，当VPOK>1.125V时， 变低，接通外接PNP晶体管，输出正电压。选择R5=100 ，则R4为：

，

其中，VIN为电源最小允许值。

R6与R7可以选择相同值，R7限制PNP三极管的基极电流，当 变高电平时，R6将三极管关断。设定最小基极电流高于负载电流的0.02倍，则：

其中VOUT（MIN）为最小输出电压，ILCD为负载电流。

图4  电源输入电压的监控

连接POK与FB，可以监控输出电压。POK的阈值比FB设定的电压小10%，因此，当输出电压小于设定值的90%时，POK关闭外部PNP三极管，使芯片与负载断开。

参考文献：

[1] 美国MAXIM资料全集，2001，5

[2] 纪宗南，具有数模转换功能的DC—DC转换器，国外电子元器件，2000，10