探索MAX17598/MAX17599：低IQ、寬輸入范圍的有源鉗位電流模式PWM控制器

一、引言

在工業(yè)電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)高效、可靠且靈活的電源控制器的需求日益增長(zhǎng)。Maxim Integrated推出的MAX17598/MAX17599低IQ、有源鉗位電流模式PWM控制器，為寬輸入隔離/非隔離正激轉(zhuǎn)換器工業(yè)電源的設(shè)計(jì)提供了理想解決方案。本文將深入探討這兩款控制器的特點(diǎn)、性能及其在實(shí)際應(yīng)用中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 通用描述

MAX17598/MAX17599包含設(shè)計(jì)寬輸入隔離/非隔離正激轉(zhuǎn)換器工業(yè)電源所需的所有控制電路。其中，MAX17598適用于通用輸入（整流85V AC至265V AC）或電信（36V DC至72V DC）電源，而MAX17599則針對(duì)低壓工業(yè)電源（4.5V DC至36V DC）進(jìn)行了優(yōu)化。

2.2 有源鉗位拓?fù)鋬?yōu)勢(shì)

兩款器件均配備AUX驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)輔助MOSFET（鉗位開關(guān)），實(shí)現(xiàn)正激轉(zhuǎn)換器的有源鉗位變壓器復(fù)位拓?fù)?。這種復(fù)位拓?fù)渚哂兄T多優(yōu)點(diǎn)，如降低開關(guān)上的電壓應(yīng)力、因允許更大的磁通擺幅而減小變壓器尺寸，以及通過(guò)消除耗散緩沖電路提高效率。此外，AUX和主驅(qū)動(dòng)器之間的可編程死區(qū)時(shí)間允許零電壓開關(guān)（ZVS），進(jìn)一步提高了效率。

三、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢(shì)

3.1 電氣特性

• 輸入電源范圍：MAX17598的輸入電壓范圍較寬，適用于多種電源應(yīng)用；MAX17599的輸入電壓范圍為4.5V至36V，滿足低壓工業(yè)電源需求。
• 可編程功能：包括可編程輸入欠壓鎖定（UVLO）、輸入過(guò)壓保護(hù)、100kHz至1MHz的可編程開關(guān)頻率、可編程頻率抖動(dòng)以實(shí)現(xiàn)低EMI擴(kuò)頻操作、可編程死區(qū)時(shí)間、可調(diào)軟啟動(dòng)和可編程斜率補(bǔ)償?shù)取?/li>
• 保護(hù)功能：具備打嗝式過(guò)流保護(hù)（打嗝模式）、軟停止功能、負(fù)電流限制等，確保在故障條件下的安全運(yùn)行。
• 同步功能：SYNC功能允許在對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用中，將多個(gè)轉(zhuǎn)換器同步到一個(gè)公共外部時(shí)鐘。
• 熱保護(hù)：過(guò)溫故障觸發(fā)熱關(guān)斷，可靠保護(hù)器件。

3.2 封裝與溫度范圍

器件采用16引腳TQFN封裝，引腳間距為0.5mm，工作溫度范圍為 -40°C至 +125°C，適用于各種工業(yè)環(huán)境。

四、參數(shù)解析

4.1 絕對(duì)最大額定值

詳細(xì)規(guī)定了各引腳的電壓、電流等參數(shù)的最大允許值，如VIN（MAX17599僅為 -0.3V至 +40V）、EN/UVLO、NDRV、AUXDRV等引腳的電壓范圍，以及最大輸入/輸出電流、連續(xù)功率耗散等參數(shù)。

4.2 電氣特性

在特定測(cè)試條件下（如VIN = 12V，VCS = VDITHER = VFB = VOVI = VSGND = VPGND = 0V等），給出了輸入電源、內(nèi)部LDO、過(guò)壓保護(hù)、振蕩器、同步、軟啟動(dòng)/軟停止、驅(qū)動(dòng)器、死區(qū)時(shí)間、電流限制比較器等各參數(shù)的最小值、典型值和最大值。例如，NDRV開關(guān)頻率范圍為100kHz至1000kHz，精度為±8%；軟啟動(dòng)充電電流典型值為10μA等。

4.3 典型工作特性

通過(guò)一系列圖表展示了不同參數(shù)隨溫度、電阻等因素的變化關(guān)系，如啟動(dòng)UVLO喚醒電平與溫度的關(guān)系、NDRV開關(guān)頻率與電阻的關(guān)系、效率曲線等，為工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中提供了重要參考。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 輸入電壓范圍與啟動(dòng)操作

• MAX17598：具有不同的上升和下降欠壓鎖定（UVLO）閾值，適用于離線AC/DC和電信DC - DC電源?？刹捎贸杀拘б娓叩腞C啟動(dòng)電路，通過(guò)啟動(dòng)電阻RSTART對(duì)啟動(dòng)電容CSTART充電，當(dāng)VIN達(dá)到上升UVLO閾值時(shí)，器件開始工作。
• MAX17599：VIN引腳的最大工作電壓為36V，上升UVLO閾值為4.1V，滯后為200mV，適用于4.5V至36V的低壓DC - DC應(yīng)用，可直接連接到輸入DC電源。

5.2 軟啟動(dòng)與軟停止

• 軟啟動(dòng)：通過(guò)控制COMP引腳實(shí)現(xiàn)電流模式軟啟動(dòng)，避免二次側(cè)軟啟動(dòng)電路，防止輸出電壓過(guò)沖和浪涌電流。軟啟動(dòng)周期可通過(guò)連接在SS引腳和GND之間的電容CSS進(jìn)行編程。
• 軟停止：當(dāng)器件關(guān)閉時(shí)，軟停止功能使輸出電壓逐漸下降，并安全放電鉗位電容，允許控制器以可控方式重啟。

5.3 斜率補(bǔ)償編程

由于MAX17598/MAX17599的最大占空比為72.5%（典型值），為防止連續(xù)導(dǎo)通模式、峰值電流模式控制的轉(zhuǎn)換器在占空比大于50%時(shí)出現(xiàn)次諧波不穩(wěn)定，需要進(jìn)行斜率補(bǔ)償?？赏ㄟ^(guò)連接在SLOPE引腳和地之間的電阻RSLOPE進(jìn)行編程。

5.4 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)

• n - 通道MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器（NDRV）：可提供超過(guò)900mA/1500mA的峰值源/灌電流，需選擇具有可接受導(dǎo)通和開關(guān)損耗的MOSFET。
• p - 通道MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器（AUXDRV）：借助電平轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)外部p - 通道MOSFET，可提供超過(guò)300mA/700mA的峰值源/灌電流，所選外部PMOSFET需能承受最大鉗位電壓。

5.5 死區(qū)時(shí)間設(shè)置

主輸出和AUX輸出邊緣之間的死區(qū)時(shí)間允許ZVS發(fā)生，可通過(guò)連接在DT和GND之間的電阻RDT將死區(qū)時(shí)間tDT設(shè)置在25ns至250ns之間。

5.6 振蕩器/開關(guān)頻率

通過(guò)連接在RT和GND之間的電阻RRT，可將器件的開關(guān)頻率編程在100kHz至1MHz之間。

5.7 峰值電流限制

通過(guò)連接在n - 通道MOSFET源極和PGND之間的電流感測(cè)電阻RCS設(shè)置電流限制。當(dāng)電流感測(cè)電壓超過(guò)電流限制比較器閾值時(shí)，MOSFET驅(qū)動(dòng)器（NDRV）在40ns（典型值）內(nèi)終止電流導(dǎo)通周期。

5.8 負(fù)峰值電流限制

器件通過(guò)監(jiān)測(cè)RCS兩端的電壓，限制動(dòng)態(tài)操作條件下鉗位開關(guān)、變壓器初級(jí)和鉗位電容中的過(guò)大負(fù)電流，典型負(fù)電流限制閾值設(shè)置為 -102mV。

5.9 輸出短路保護(hù)（打嗝模式）

當(dāng)檢測(cè)到連續(xù)八個(gè)峰值電流限制事件時(shí)，NDRV和AUXDRV驅(qū)動(dòng)器輸出關(guān)閉（打嗝后軟停止），經(jīng)過(guò)重啟周期tRSTR后，器件以軟啟動(dòng)方式再次開啟。此外，還具有120%（典型值）峰值電流限制的失控電流限制設(shè)置，可在短路故障時(shí)保護(hù)器件。

5.10 振蕩器同步與頻率抖動(dòng)

• 振蕩器同步：可將內(nèi)部振蕩器同步到外部時(shí)鐘，外部時(shí)鐘頻率范圍為內(nèi)部時(shí)鐘頻率的1.1倍至1.3倍。
• 頻率抖動(dòng)：通過(guò)在DITHER/SYNC引腳連接電容和電阻，可使轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率在±10%范圍內(nèi)抖動(dòng)，降低EMI。

六、布局建議

• 布線：所有承載脈沖電流的連接應(yīng)盡可能短且寬，以減小電感和輻射EMI。
• 接地：功率部分的接地平面應(yīng)與模擬接地平面分開，僅在功率接地平面噪聲最小的部分連接。
• 散熱：在器件的裸露焊盤下方提供多個(gè)連接到大地平面的熱過(guò)孔，以提高散熱效率。

七、典型應(yīng)用電路

文檔提供了電信電源和低壓DC - DC應(yīng)用的典型應(yīng)用電路，為工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中提供了參考。

八、總結(jié)

MAX17598/MAX17599低IQ、寬輸入范圍的有源鉗位電流模式PWM控制器憑借其豐富的功能、靈活的可編程特性和可靠的保護(hù)機(jī)制，為工業(yè)電源設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇器件參數(shù)，并遵循布局建議，以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源設(shè)計(jì)。你在實(shí)際使用這兩款控制器時(shí)，是否遇到過(guò)一些特殊的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。