深入解析MAX1887/MAX1897：多相降壓電源的理想選擇

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對于低電壓、高電流的多相DC - DC應(yīng)用，選擇合適的控制器至關(guān)重要。MAX1887/MAX1897作為Maxim推出的Quick - PWM從控制器，為這類應(yīng)用提供了出色的解決方案。下面我們就來詳細(xì)了解一下這兩款控制器。

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產(chǎn)品概述

MAX1887/MAX1897是專為低電壓、高電流的多相DC - DC應(yīng)用設(shè)計(jì)的降壓從控制器。它們可以與Maxim的任何Quick - PWM降壓控制器結(jié)合，形成多相DC - DC轉(zhuǎn)換器。像MAX1718這類現(xiàn)有的Quick - PWM控制器可作為主控制器，提供精確的輸出電壓調(diào)節(jié)、快速的瞬態(tài)響應(yīng)和故障保護(hù)功能。而MAX1887/MAX1897與主控制器的低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器同步，具備Quick - PWM恒定導(dǎo)通時(shí)間控制器、同步整流器的柵極驅(qū)動(dòng)器、有源電流平衡和精密電流限制電路。

產(chǎn)品特性

高效與低占空比能力

MAX1887/MAX1897和其他Quick - PWM控制器一樣，具有高效率、超低占空比能力和出色的瞬態(tài)響應(yīng)。它們通過電流檢測電阻差分檢測主從控制器的電感電流，利用差分輸入和外部參考得出的可調(diào)電流限制閾值，能精確平衡電感電流并提供精確的電流限制保護(hù)。

靈活的觸發(fā)與工作模式

MAX1887在主控制器低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器的上升沿觸發(fā)，使主從控制器的導(dǎo)通時(shí)間錯(cuò)開，實(shí)現(xiàn)異相操作，可降低輸入紋波電流和輸入電容數(shù)量。MAX1897則具有可選的觸發(fā)極性，可實(shí)現(xiàn)異相或同相操作。

低功耗設(shè)計(jì)

在功耗方面表現(xiàn)出色，靜態(tài)電源電流低，如MAX1887典型值為525μA，待機(jī)電源電流為20μA ；MAX1897關(guān)機(jī)時(shí)電源電流小于1μA。

多封裝選擇

提供多種封裝形式，如MAX1887采用16引腳QSOP封裝，MAX1897有20引腳5mm x 5mm QFN或20引腳5mm x 5mm薄型QFN封裝，方便不同應(yīng)用場景的設(shè)計(jì)需求。

工作原理

導(dǎo)通時(shí)間控制與有源電流平衡

采用恒定導(dǎo)通時(shí)間、電壓前饋架構(gòu)。高側(cè)開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間由一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路決定，其周期與輸入電壓成反比，與補(bǔ)償電壓（VCOMP）成正比。另一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路設(shè)置最小關(guān)斷時(shí)間（典型值為130ns）。當(dāng)滿足特定條件時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)，如檢測到TRIG輸入的轉(zhuǎn)換、從控制器的電感電流低于電流限制閾值且最小關(guān)斷時(shí)間已過。通過跨導(dǎo)放大器對主從電流檢測信號的差異進(jìn)行積分，調(diào)整從控制器的導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)電感電流的平衡。

同相和異相操作

多相系統(tǒng)可選擇異相操作（各相導(dǎo)通時(shí)間錯(cuò)開）或同相操作（所有相在新周期開始時(shí)同時(shí)開啟）。異相操作可降低輸入和輸出電壓紋波以及RMS紋波電流，減少輸入和輸出電容需求；同相操作時(shí)，輸入電容需承受較大的瞬時(shí)輸入電流，會(huì)增加紋波電壓和電流，降低效率。MAX1897可通過極性選擇輸入（POL）選擇觸發(fā)極性，以適應(yīng)不同的占空比應(yīng)用。

強(qiáng)制PWM模式

MAX1887/MAX1897控制器不允許輕載脈沖跳躍，主控制器必須配置為強(qiáng)制PWM操作。這種模式下，低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)波形是高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)波形的互補(bǔ)，允許電感電流反向，在負(fù)負(fù)載和輸出電壓下降過渡時(shí)，可使轉(zhuǎn)換器吸收電流，快速拉低輸出電壓，且開關(guān)頻率在全負(fù)載和輸入電壓范圍內(nèi)相對恒定。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輸入電壓和負(fù)載電流

在選擇開關(guān)頻率和電感工作點(diǎn)（紋波電流比）之前，要明確輸入電壓范圍和最大負(fù)載電流。輸入電壓范圍要考慮最壞情況下的高交流適配器電壓和最低輸入電壓；最大負(fù)載電流要考慮峰值負(fù)載電流和連續(xù)負(fù)載電流，它們分別影響瞬時(shí)組件應(yīng)力、濾波要求以及熱應(yīng)力。

開關(guān)頻率

開關(guān)頻率的選擇決定了尺寸和效率之間的權(quán)衡。最佳頻率主要取決于最大輸入電壓，同時(shí)由于MOSFET技術(shù)的不斷進(jìn)步，最佳頻率也是一個(gè)動(dòng)態(tài)值。

導(dǎo)通時(shí)間設(shè)置

主控制器的恒定導(dǎo)通時(shí)間控制算法使開關(guān)頻率接近恒定。從控制器的高側(cè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間與V +成反比，與補(bǔ)償電壓（VCOMP）成正比。要將從控制器的標(biāo)稱導(dǎo)通時(shí)間設(shè)置為與主控制器匹配，同時(shí)確保COMP電壓在其輸出電壓范圍內(nèi)（0.42V至2.80V）。

電感選擇

開關(guān)頻率和工作點(diǎn)（紋波百分比或LIR）決定電感值。要選擇低損耗、直流電阻盡可能低且能適應(yīng)指定尺寸的電感，同時(shí)要確保電感在峰值電感電流下不飽和。

電流限制設(shè)置

主從控制器的電流限制閾值要足夠大，以支持最大負(fù)載電流。先根據(jù)工作條件和低側(cè)MOSFET的特性設(shè)置主控制器的電流限制，再配置從控制器調(diào)整主控制器的電流限制閾值。

輸出電容選擇

輸出濾波電容的有效串聯(lián)電阻（ESR）要足夠低，以滿足輸出紋波和負(fù)載瞬態(tài)要求，同時(shí)要足夠高以滿足穩(wěn)定性要求。在不同應(yīng)用場景下，輸出電容的選擇依據(jù)不同，如CPU VCORE轉(zhuǎn)換器主要考慮防止負(fù)載瞬態(tài)時(shí)輸出電壓過低所需的ESR，非CPU應(yīng)用則主要考慮維持可接受輸出紋波電壓所需的ESR。

輸入電容選擇

輸入電容要滿足開關(guān)電流產(chǎn)生的紋波電流要求。MAX1887/MAX1897多相從控制器異相操作時(shí)，可通過將負(fù)載電流分配到獨(dú)立相來最小化輸入紋波電流；同相操作時(shí)，輸入電容需支持各相的組合輸入紋波電流。

MOSFET選擇

高側(cè)MOSFET要能在VIN(MIN)和VIN(MAX)下耗散電阻損耗和開關(guān)損耗，低側(cè)MOSFET要選擇導(dǎo)通電阻盡可能低、封裝適中且價(jià)格合理的型號，同時(shí)要確保DL柵極驅(qū)動(dòng)器能提供足夠電流，避免交叉導(dǎo)通問題。

應(yīng)用信息

電壓定位與有效效率

在為新的移動(dòng)處理器供電時(shí)，電壓定位可減少輸出電容的使用并降低負(fù)載下的功耗。通過動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電壓，可使電路容忍更高的ESR，從而減少電容數(shù)量。同時(shí)，電壓定位還能降低CPU的功耗，提高有效效率。

單級與兩級應(yīng)用

MAX1887/MAX1897可用于直接電池連接（單級）或從穩(wěn)壓5V電源獲取功率（兩級）。單級方法具有總電感尺寸小、電容少、輸入電流低、瞬態(tài)響應(yīng)好和總效率高等優(yōu)點(diǎn)；兩級方法則具有電路尺寸小、局部功耗低、放置靈活等優(yōu)勢。

陶瓷輸出電容應(yīng)用

陶瓷電容具有超低ESR、不可燃、體積小和無極性等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格昂貴、易碎，且超低ESR特性可能導(dǎo)致過高的ESR零頻率。在電壓定位電路中，MAX1887/MAX1897可充分利用陶瓷輸出電容的優(yōu)點(diǎn)，通過增加定位電阻降低有效ESR零頻率。

PCB布局指南

布局原則

PCB布局對于實(shí)現(xiàn)低開關(guān)損耗和穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。要保持高電流路徑短，尤其是接地端子；將所有模擬接地連接到單獨(dú)的實(shí)心銅平面；主控制器也應(yīng)有單獨(dú)的模擬接地；保持電源走線和負(fù)載連接短；保持高電流柵極驅(qū)動(dòng)走線短而寬；使用Kelvin檢測連接確保電流檢測精度；避免高速開關(guān)節(jié)點(diǎn)靠近敏感模擬區(qū)域；將引腳選擇控制輸入連接到模擬接地或VCC。

布局步驟

先放置電源組件，使接地端子相鄰；將控制器IC安裝在低側(cè)MOSFET附近；將柵極驅(qū)動(dòng)組件分組靠近控制器IC；按照特定方式進(jìn)行DC - DC控制器接地連接；將輸出電源平面直接連接到輸出濾波電容的正負(fù)極；將整個(gè)DC - DC轉(zhuǎn)換器電路盡可能靠近CPU放置。

MAX1887/MAX1897以其豐富的特性和出色的性能，為多相降壓電源設(shè)計(jì)提供了全面的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，綜合考慮各個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和布局要求，以實(shí)現(xiàn)最佳的電路性能。你在使用MAX1887/MAX1897進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。