示例目标为:`VIN = 5 V`,`VOUT = 12 V`。
一、典型电路与各引脚作用
MT3608 是一款固定开关频率约 1.2 MHz 的升压型 DC-DC 转换器。其典型外围电路包括输入电容 `CIN`、电感 `L1`、肖特基二极管 `D1`、输出电容 `COUT`,以及输出电压反馈分压电阻`RTOP`、`RBOT`。
1. FB:反馈输入
FB 是反馈输入端。芯片会调节开关占空比,使 FB 引脚电压稳定在典型值 0.6 V。
2. SW:开关节点
SW 与芯片内部功率 MOSFET 的漏极相连,同时连接电感和肖特基二极管的阳极。它是高速脉冲开关节点。
- 内部 MOSFET 导通时,SW 被拉低,输入电源向电感储能,二极管通常反向截止,负载主要由输出电容供电。
- 内部 MOSFET 关断时,电感电流不能突变,SW 电压上升,电感经二极管向输出电容和负载释放能量。
如此反复开关,便能得到高于输入电压的输出电压。SW 节点的波形幅度大、变化快,PCB 走线应尽量短,铜皮面积也不宜过大,以减小噪声和电磁干扰。
3. EN:使能输入
EN 是芯片的开关控制端:
- 高电平:芯片工作;
- 低电平:芯片关断。
如果不需要外部控制,通常可将 EN 直接连接到 VIN,自启动。EN 不应悬空,因为悬空状态不确定,可能受到噪声干扰而误动作。
4. VIN 与 GND
VIN 是芯片电源输入端,应在 VIN 与 GND 附近放置输入旁路电容。GND 是芯片及整个转换器的参考地。输入电容、输出电容和芯片地之间的高频电流回路要尽可能短。
二、输出电压设置
输出电压由反馈分压电阻决定:
VOUT = VREF × (1 + RTOP / RBOT)
VREF ≈ 0.6 V
其中:
- `RTOP`:VOUT 到 FB 之间的上拉电阻;
- `RBOT`:FB 到 GND 之间的下拉电阻。
例如,设计通过该支流电路电流小于1mA,将 `RBOT` 取为 `1 kΩ`,要求 `VOUT = 12 V`:
RTOP = RBOT × (VOUT / VREF - 1)
= 1 kΩ × (12 / 0.6 - 1)
= 19 kΩ
所以 `RTOP = 19 kΩ`、`RBOT = 1 kΩ` 时,理论输出约为 12 V。实际电压会受到电阻误差、0.6 V 基准误差、负载及布线等因素影响。
还需注意:MT3608 只能主动升压,不能像降压芯片一样把输出稳定在低于输入的设定值。当输入接近或高于目标输出时,输出可能通过电感和二极管跟随输入,芯片也不能提供真正的输出断开功能。
三、电感选择
推荐范围为 `4.7~22 µH`。选型时不能只看电感量,还要关注:
- 饱和电流应高于实际峰值电感电流,并留出余量;
- 直流电阻 DCR 越小,导通损耗通常越低;
- 在 1.2 MHz 附近应具有合适的高频特性。
电感峰值电流可近似写成:
IL(PEAK) ≈ IIN(AVG) + ΔIL / 2
IIN(AVG) ≈ VOUT × IOUT / (VIN × η)
ΔIL ≈ VIN × D / (L × fSW)
D ≈ 1 - VIN / VOUT
其中 `η` 为效率,`fSW` 约为 1.2 MHz。最终仍应按最小输入电压、最大负载和器件容差校核。
四、电容选择
- 输入端:至少使用约 `10 µF` 的低 ESR 陶瓷电容,紧靠 VIN 与 GND;
- 输出端:至少使用约 `22 µF` 的低 ESR 陶瓷电容,紧靠二极管、输出端与 GND;
- 可并联 `100 nF~220 nF` 小电容以改善更高频段的旁路,但它不能代替主储能电容;
- 陶瓷电容在直流偏压下有效电容量会下降,选型时应查看 DC Bias 曲线,并保证耐压有足够余量。
五、肖特基二极管选择
二极管应使用开关速度快、正向压降低的肖特基二极管。其方向为:阳极接 SW,阴极接 VOUT。
选型主要看两项:
1.反向耐压:反向击穿电压应高于最大输出电压(是1.5-2倍),并保留瞬态尖峰余量。对于 12 V 输出,选 20 V 或更高耐压需结合实际尖峰;工程上常留更充分余量。
2. 电流能力:平均正向电流额定值应高于最大输出电流并留有余量;同时还要确认浪涌电流、热阻和温升。二极管在 MOSFET 关断期间承载的瞬时电流接近电感电流,因此峰值电流也不能超过其能力。ID(RMS) ≈ √(ID(PEAK) × Iout (电流额定值约等于输出平均电流与峰值电流乘积开根号)
六、PCB 布局要点
- `CIN—L1—内部 MOSFET—GND` 的高频回路应尽量短;
- `L1—D1—COUT—GND—内部 MOSFET` 的换流回路应尽量小;
- SW 节点远离 FB 走线和反馈分压电阻;
- 反馈电阻靠近 FB 放置,FB 从输出电容正端安静取样;
- 输入、输出电容的地端应以短而宽的路径接到芯片地;
- 大电流走线要足够宽,并注意芯片、电感和二极管散热。