探索MAX5974E/MAX5974F：低成本反激式電源電流模式PWM控制器

在電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尋找一款性能卓越、功能豐富且成本低廉的控制器至關(guān)重要。Maxim Integrated推出的MAX5974E/MAX5974F電流模式PWM控制器，便是這樣一款值得關(guān)注的產(chǎn)品。它專為低成本反激式電源設(shè)計(jì)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，下面就為大家詳細(xì)介紹。

文件下載：MAX5974F.pdf

產(chǎn)品概述

MAX5974E/MAX5974F為寬輸入電壓、電流模式PWM、非隔離同步反激式轉(zhuǎn)換器提供控制，主要用于以太網(wǎng)供電（PoE）受電設(shè)備（PD）應(yīng)用。其中，MAX5974E適用于通用或電信輸入范圍，而MAX5974F則能適應(yīng)低至8.4V的輸入電壓。

特性亮點(diǎn)

1. 高效節(jié)能：
   • 配備同步MOSFET驅(qū)動(dòng)器輸出，AUX驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)輸出同步整流器，降低傳導(dǎo)損耗。
   • 可編程死區(qū)時(shí)間實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS），輕載時(shí)降低開(kāi)關(guān)頻率（頻率折返），減少開(kāi)關(guān)損耗。
2. 簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)：內(nèi)部誤差放大器搭配1%參考電壓，無(wú)需外部并聯(lián)穩(wěn)壓器和光耦合器。
3. 低EMI：可編程頻率抖動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)低電磁干擾的擴(kuò)頻操作。
4. 寬工作范圍：工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，采用16引腳TQFN - EP封裝。

應(yīng)用場(chǎng)景

• PoE IEEE? 802.3af/at受電設(shè)備
• 高功率PD（超出802.3af/at標(biāo)準(zhǔn)）
• IP電話
• 無(wú)線接入節(jié)點(diǎn)
• 安全攝像頭

電氣特性

絕對(duì)最大額定值

在使用該控制器時(shí)，需注意各引腳的絕對(duì)最大額定值，如IN到GND的電壓范圍為 -0.3V至 +26V （VEN = 0V），EN、NDRV、AUXDRV到GND的電壓范圍為 -0.3V至（VIN + 0.3V）等。超出這些額定值可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成永久性損壞。

電氣參數(shù)

• 欠壓鎖定/啟動(dòng)：不同型號(hào)的啟動(dòng)電壓和關(guān)斷電壓有所不同，例如MAX5974E的啟動(dòng)電壓為15.4 - 16.5V，關(guān)斷電壓為6.65 - 7.35V。
• 振蕩器：開(kāi)關(guān)頻率范圍為100kHz至600kHz，可通過(guò)連接RT引腳的電阻進(jìn)行編程。
• 同步：同步邏輯高輸入為2.91V，同步脈沖寬度為50 ns，同步頻率范圍為1.1 x fSW至2 x fSW kHz。
• 軟啟動(dòng)和重啟：軟啟動(dòng)充電電流為9.5 - 10.5μA，打嗝模式下的放電電流為1.6 - 2.4μA。

典型工作特性

通過(guò)一系列圖表展示了該控制器在不同條件下的工作特性，如IN欠壓鎖定喚醒電平與溫度的關(guān)系、開(kāi)關(guān)頻率與溫度的關(guān)系等。這些特性有助于工程師在設(shè)計(jì)時(shí)更好地了解控制器的性能，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。

引腳配置與功能

引腳配置

MAX5974E/MAX5974F采用16引腳TQFN - EP封裝，各引腳具有不同的功能。

引腳功能

• DT：死區(qū)時(shí)間編程電阻連接引腳，通過(guò)連接電阻到GND設(shè)置NDRV和AUXDRV信號(hào)之間的死區(qū)時(shí)間。
• DITHER/SYNC：用于頻率抖動(dòng)編程或同步連接，可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻操作或與外部時(shí)鐘同步。
• RT：開(kāi)關(guān)頻率編程電阻連接引腳，通過(guò)連接電阻到GND設(shè)置PWM開(kāi)關(guān)頻率。
• FFB：頻率折返閾值編程輸入引腳，連接電阻到GND可設(shè)置輸出平均電流閾值，當(dāng)?shù)陀谠撻撝禃r(shí)，轉(zhuǎn)換器將開(kāi)關(guān)頻率折返至原來(lái)的1/2。
• COMP：跨導(dǎo)放大器輸出和PWM比較器輸入，在關(guān)機(jī)后由控制器主動(dòng)拉低。

詳細(xì)工作原理

電流模式控制環(huán)路

與電壓模式控制相比，電流模式控制具有兩大優(yōu)勢(shì)：一是能夠逐周期調(diào)整輸入電壓變化，實(shí)現(xiàn)前饋特性；二是將控制器的穩(wěn)定性要求降低到單極點(diǎn)系統(tǒng)，而電壓模式控制為雙極點(diǎn)系統(tǒng)。該控制器通過(guò)比較誤差放大器的縮放輸出與CSSC處的斜率補(bǔ)償電流檢測(cè)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電流模式控制。

輸入鉗位

當(dāng)設(shè)備啟用時(shí)，內(nèi)部18V輸入鉗位激活，防止電源輸入IN的電壓在過(guò)壓情況下超過(guò)18.5V（典型值）；當(dāng)設(shè)備禁用時(shí)，輸入鉗位電路也隨之禁用。

使能輸入

使能輸入用于啟用或禁用設(shè)備，驅(qū)動(dòng)EN引腳為低電平時(shí)，設(shè)備禁用，同時(shí)內(nèi)部18V輸入鉗位也會(huì)禁用。在某些操作條件下，需要外部18V齊納二極管來(lái)保護(hù)電路。

啟動(dòng)操作

設(shè)備在IN引腳電壓超過(guò)16V（MAX5974E）或8.4V（MAX5974F）且使能輸入電壓大于1.26V時(shí)啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)，CIN通過(guò)啟動(dòng)電阻RIN充電，當(dāng)VIN超過(guò)內(nèi)部引導(dǎo)欠壓鎖定（UVLO）閾值時(shí)，NDRV開(kāi)始切換n溝道MOSFET，將能量傳輸?shù)酱渭?jí)和三級(jí)輸出。

軟啟動(dòng)

通過(guò)在SS引腳連接電容到GND來(lái)編程軟啟動(dòng)時(shí)間，VSS在啟動(dòng)期間控制振蕩器占空比，使占空比緩慢平穩(wěn)地增加到穩(wěn)態(tài)值。

輸出短路保護(hù)（打嗝模式）

當(dāng)檢測(cè)到連續(xù)8次峰值電流限制事件時(shí)，NDRV和AUXDRV驅(qū)動(dòng)器輸出關(guān)閉一個(gè)重啟周期tRSTRT，之后設(shè)備進(jìn)行軟啟動(dòng)。重啟周期的持續(xù)時(shí)間取決于SS引腳電容的值。

頻率折返

通過(guò)連接電阻從FFB到GND，可將頻率折返閾值編程為滿載電流的0 - 20%。當(dāng)VCSAVG低于VFFB時(shí)，設(shè)備將開(kāi)關(guān)頻率折返至原來(lái)的1/2，以減少開(kāi)關(guān)損耗，提高轉(zhuǎn)換器效率。

占空比鉗位

最大占空比由2V、SS引腳電壓（VSS）和（2.43V - VDCLMP）中的最小值決定，可通過(guò)連接電阻到SS或DCLMP引腳來(lái)設(shè)置最大占空比。

振蕩器同步

內(nèi)部振蕩器可通過(guò)將外部時(shí)鐘直接應(yīng)用到DITHER/SYNC引腳進(jìn)行同步，外部時(shí)鐘頻率范圍為內(nèi)部時(shí)鐘頻率的1.1 - 2倍。

頻率抖動(dòng)

通過(guò)在DITHER/SYNC引腳連接電容到GND和電阻到RT，可使轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率在±10%范圍內(nèi)抖動(dòng)，降低電磁干擾。

可編程斜率補(bǔ)償

設(shè)備在CSSC引腳產(chǎn)生電流斜坡，通過(guò)連接外部電阻將其轉(zhuǎn)換為可編程斜率補(bǔ)償幅度，添加到電流檢測(cè)信號(hào)中，以穩(wěn)定峰值電流模式控制環(huán)路。

誤差放大器

內(nèi)部誤差放大器用于初級(jí)反饋，非反相輸入連接到內(nèi)部參考電壓，反相輸入提供反饋。高開(kāi)環(huán)增益和單位增益帶寬確保了良好的閉環(huán)帶寬和瞬態(tài)響應(yīng)。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

啟動(dòng)時(shí)間考慮

IN引腳的旁路電容CIN在設(shè)備喚醒后立即提供電流。CIN值過(guò)大可能會(huì)增加啟動(dòng)時(shí)間，但能在初始啟動(dòng)期間提供更多周期的柵極電荷；CIN值過(guò)小可能導(dǎo)致VIN低于7V，設(shè)備無(wú)法啟動(dòng)。因此，需要選擇合適的CIN值，并使用低泄漏電容。

偏置電路

需要一個(gè)異相三級(jí)繞組為偏置電路供電，選擇合適的匝數(shù)比，使三級(jí)繞組電壓VT高于UVLO關(guān)斷電平，以確保在電源故障時(shí)設(shè)備能夠正常工作。

布局建議

在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，應(yīng)盡量減少高di/dt環(huán)路和高dV/dt表面的噪聲發(fā)射。例如，縮短攜帶開(kāi)關(guān)電流的PCB走線，減小MOSFET散熱器的表面積，使用接地平面以獲得最佳效果。同時(shí)，對(duì)于通用交流輸入設(shè)計(jì)，需遵循相關(guān)安全法規(guī)。

MAX5974E/MAX5974F電流模式PWM控制器以其豐富的功能、高效的性能和靈活的設(shè)計(jì)，為低成本反激式電源設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理利用其各項(xiàng)特性，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，提高電源的性能和可靠性。你在使用這類控制器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。