MAX17497A/MAX17497B：AC - DC和DC - DC峰值電流模式轉(zhuǎn)換器

一、引言

在電子設備的電源設計中，高效、穩(wěn)定且緊湊的電源解決方案至關重要。Maxim Integrated推出的MAX17497A/MAX17497B AC - DC和DC - DC峰值電流模式轉(zhuǎn)換器，集成了降壓調(diào)節(jié)器，為智能電表、工業(yè)控制等多種應用提供了理想的電源解決方案。本文將詳細介紹這兩款轉(zhuǎn)換器的特點、性能以及設計要點。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 基本功能

MAX17497A/MAX17497B包含電流模式固定頻率反激式轉(zhuǎn)換器和同步降壓調(diào)節(jié)器。它們具備設計寬輸入電壓非隔離電源所需的所有控制電路，可用于為智能電表、工業(yè)控制等應用提供多輸出軌電源。其中，MAX17497A適用于通用離線（85V AC至265V AC）應用，而MAX17497B則支持適用于低壓DC - DC應用的欠壓鎖定（UVLO）閾值。兩款器件都集成了一個3.3V固定輸出同步降壓調(diào)節(jié)器，可提供高達600mA的負載電流。

2.2 關鍵參數(shù)

• 開關頻率：MAX17497A反激式轉(zhuǎn)換器的開關頻率為250kHz，MAX17497B反激/升壓轉(zhuǎn)換器的開關頻率為500kHz。兩款器件的內(nèi)部補償同步降壓調(diào)節(jié)器的開關頻率均為1MHz。
• 最大占空比：兩款器件的最大占空比均大于92%，降壓調(diào)節(jié)器的最大占空比為85%。
• 工作溫度范圍：-40°C至+125°C。

三、產(chǎn)品優(yōu)勢與特性

3.1 減少元件數(shù)量和電路板空間

• 集成了內(nèi)部補償?shù)慕祲赫{(diào)節(jié)器，無需電流感測電阻。
• 采用節(jié)省空間的16引腳（3mm x 3mm）TQFN封裝。

3.2 最小化無線電干擾

離線版本的250kHz開關頻率可最大程度減少對智能電表應用中無線電接收器的干擾。

3.3 降低浪涌電流

• 可編程的反激/升壓軟啟動。
• 降壓調(diào)節(jié)器采用內(nèi)部數(shù)字軟啟動。

3.4 降低故障時的功耗

• 打嗝模式過流保護。
• 帶遲滯的熱關斷。

3.5 強大的保護功能

• 反激/升壓可編程電流限制。
• 輸入過壓保護。

3.6 優(yōu)化的環(huán)路性能

可編程的反激/升壓斜率補償可最大化可獲得的相位裕度。

3.7 高效率

• 低RDSON（150mΩ）、65V額定內(nèi)部nMOSFET。
• 3.3V降壓調(diào)節(jié)器效率大于90%。

3.8 可選的擴頻功能

適用于對EMI敏感的應用。

四、電氣特性

4.1 輸入電源

• 電壓范圍：MAX17497A的輸入電壓范圍為4.5V至29V，MAX17497B為4.5V至36V。
• 啟動電流：在UVLO狀態(tài)下，啟動電流為22μA至36μA。
• 工作電流：開關狀態(tài)下，MAX17497A的輸入電源電流為2.75mA至4.5mA。

4.2 線性調(diào)節(jié)器（VCC）

輸出電壓范圍為4.8V至5.2V，壓降為160mV至300mV，電流限制為50mA至100mA。

4.3 過壓保護

OVI閾值上升和下降分別為1.18V至1.28V和1.11V至1.21V，屏蔽延遲為2μs。

4.4 反激/升壓轉(zhuǎn)換器

• 開關頻率：MAX17497A為235kHz至265kHz，MAX17497B為470kHz至530kHz。
• 最大占空比：MAX17497A為92%至97%，MAX17497B為90%至94%。

4.5 降壓調(diào)節(jié)器

• 輸入電壓范圍：7V至16V。
• 靜態(tài)電流：200μA至300μA。
• 輸出電壓精度：3.245V至3.355V。

五、設計要點

5.1 啟動電壓和輸入過壓保護設置

通過EN/UVLO和OVI引腳可實現(xiàn)啟動電壓和輸入過壓保護的設置?？墒褂秒娮璺謮浩鲗⑤斎隓C電壓的一部分施加到EN/UVLO引腳，當該引腳電壓超過1.23V（典型值）時，器件開始啟動；當電壓低于1.17V（典型值）時，器件關閉。通過修改電阻分壓器可實現(xiàn)輸入過壓保護，當OVI引腳電壓超過1.23V（典型值）時，器件停止開關操作，直到電壓低于1.17V（典型值）才恢復。

5.2 軟啟動編程

通過連接到SSF引腳的電容可對反激/升壓轉(zhuǎn)換器的軟啟動時間進行編程，計算公式為(C{SSF}=8.13 × t{SSF} nF)，其中(t_{SSF})以ms為單位。

5.3 輸出電壓編程

通過選擇連接從反激/升壓輸出到地的電阻分壓器的值，可設置反激/升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。計算公式為(R{U}=R{B} timesleft[frac{V{OUTF }}{1.22}-1right] k Omega)，其中(R{B})在20kΩ至50kΩ范圍內(nèi)。

5.4 電流限制編程

通過連接從RLIMF引腳到地的電阻可設置反激/升壓轉(zhuǎn)換器的電流限制，計算公式為(R{LIMF}=50 × I{PK} k Omega)，其中(I_{PK})以安培為單位。

5.5 斜率補償編程

當器件在最大占空比為49%時理論上不需要斜率補償，但實際應用中，MAX17497A需要一定的斜率補償以實現(xiàn)穩(wěn)定、無抖動的操作?？赏ㄟ^連接SCOMPF引腳到VCC設置默認的斜率補償值，也可通過連接從SCOMPF引腳到地的電阻(R{SCOMPF})進行編程，計算公式為(R{SCOMPF }=0.5 S{E} k Omega)，其中斜率(S{E})以毫伏每微秒為單位。

5.6 降壓過流保護

降壓調(diào)節(jié)器具備強大的過流保護功能，當高端開關電流達到1A（典型值）時，觸發(fā)打嗝模式，暫停開關操作32ms，以允許過載電流衰減。

5.7 誤差放大器、環(huán)路補償和功率級設計

為實現(xiàn)反激/升壓轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定運行，需要對誤差放大器輸出進行適當?shù)沫h(huán)路補償。補償網(wǎng)絡的設計目標是在轉(zhuǎn)換器的開環(huán)增益?zhèn)鬟f函數(shù)的交叉頻率處實現(xiàn)所需的閉環(huán)帶寬和足夠的相位裕度。

六、應用電路設計

6.1 反激式轉(zhuǎn)換器設計

6.1.1 不連續(xù)導通模式（DCM）

• 初級電感選擇：(L{PRIMAX } leq frac{left(V{INMIN } × D{MAX }right)^{2} × 0.4}{left(V{OUTF }+V{D}right) × I{OUTF } × f_{SW}})
• 占空比計算：(D{N E W}=frac{sqrt{2.5 × L{PRI} timesleft(V{OUTF }+V{D}right) × I{OUTF } × f{SW}}}{V_{INMIN }})
• 匝數(shù)比計算：(K=frac{left(V{OUTF }+V{D}right) timesleft(1-D{NEW }right)}{V{INMIN } × D_{NEW }})
• 峰值/均方根電流計算：根據(jù)相關公式計算初級和次級的峰值和均方根電流。
• 初級緩沖器選擇：根據(jù)公式計算緩沖電容、緩沖電阻和緩沖二極管的電壓額定值。
• 輸出電容選擇：(C{OUTF }=frac{I{STEP } × t{RESPONSE }}{Delta V{OUTF }})
• 輸入電容選擇：根據(jù)不同應用場景選擇合適的輸入電容。

6.1.2 連續(xù)導通模式（CCM）

• 變壓器匝數(shù)比計算：(K=frac{left(V{OUT }+V{D}right) timesleft(1-D{MAX }right)}{V{INMIN } × D_{MAX }})
• 初級電感計算：(L{PRI}=frac{left(V{OUTF }+V{D}right) timesleft(1-D{NOM}right)^{2}}{2 × I{OUTF } × beta × f{SW} × K^{2}})
• 峰值和均方根電流計算：根據(jù)相關公式計算初級和次級的峰值和均方根電流。
• 初級RCD緩沖器選擇：設計方法與DCM反激式轉(zhuǎn)換器相同。
• 輸出電容選擇：設計方法與DCM反激式轉(zhuǎn)換器相同。
• 輸入電容選擇：設計方法與DCM反激式轉(zhuǎn)換器相同。
• 誤差放大器補償設計：根據(jù)相關公式計算補償值。

6.2 升壓轉(zhuǎn)換器設計

6.2.1 不連續(xù)導通模式（DCM）

• 電感選擇：(L{IN } leq frac{left[left(V{OUTF }-V{INMIN }right) × V{INMIN }^{2}right] × 0.4}{I{OUTF } × V{OUTF }^{2} × f_{SW}})
• 峰值/均方根電流計算：根據(jù)相關公式計算電感的峰值電流。
• 輸出電容選擇：(C{OUT }=frac{I{STEP } × t{RESPONSE }}{Delta V{OUTF }})
• 輸入電容選擇：根據(jù)輸入DC總線允許的紋波計算輸入電容值。
• 誤差放大器補償設計：根據(jù)相關公式計算補償值。
• 斜率補償：連接SCOMPF引腳到VCC設置最小斜率。
• 輸出二極管選擇：選擇合適的電壓和電流額定值的二極管。
• 內(nèi)部MOSFET均方根電流計算：根據(jù)公式計算內(nèi)部MOSFET的均方根電流。

6.2.2 連續(xù)導通模式（CCM）

• 電感選擇：(L{I N}=frac{V{I N} × D times(1-D)}{0.3 × I{OUTF } × f{S W}})
• 峰值/均方根電流計算：根據(jù)相關公式計算電感和內(nèi)部MOSFET的峰值電流。
• 輸出電容選擇：設計方法與DCM升壓轉(zhuǎn)換器相同。
• 輸入電容選擇：根據(jù)輸入DC總線允許的紋波計算輸入電容值。
• 誤差放大器補償設計：根據(jù)相關公式計算補償值。
• 斜率補償斜坡：計算穩(wěn)定轉(zhuǎn)換器所需的斜率。
• 輸出二極管選擇：設計方法與DCM升壓轉(zhuǎn)換器相同。
• 內(nèi)部MOSFET均方根電流計算：根據(jù)公式計算內(nèi)部MOSFET的均方根電流。

七、熱考慮

在設計過程中，需要確保器件的結(jié)溫在電源指定的工作條件下不超過+125°C。可通過計算器件的功耗來評估熱性能，包括輸入功率、導通損耗、過渡損耗、電容損耗和降壓調(diào)節(jié)器損耗等。同時，需要根據(jù)器件的熱阻和環(huán)境溫度來估算結(jié)溫。

八、布局、接地和旁路

8.1 布局

所有承載脈沖電流的連接應盡可能短且寬，以最小化電感。電路各部分的正向和返回脈沖電流的環(huán)路面積應最小化，以減少輻射EMI。主MOSFET的散熱片表面積應盡可能小。

8.2 接地

電源部分的接地平面應與模擬接地平面分開，僅在電源接地平面的噪聲最小部分連接。濾波電容的負極、功率開關的接地返回和電流感測電阻應靠近在一起。

8.3 旁路

在器件的VCC引腳和地之間連接至少1μF的輸入旁路電容，以確保穩(wěn)定的工作。

九、總結(jié)

MAX17497A/MAX17497B AC - DC和DC - DC峰值電流模式轉(zhuǎn)換器具有集成度高、性能優(yōu)越、保護功能強大等優(yōu)點，適用于多種電源應用。在設計過程中，需要根據(jù)具體應用需求合理選擇器件參數(shù)，并注意啟動電壓、軟啟動、輸出電壓、電流限制、斜率補償?shù)仍O計要點，同時要考慮熱性能和布局、接地、旁路等問題，以確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。你在使用這些器件進行設計時，是否遇到過一些特別的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。