探索MAX5975A/MAX5975B：適用于EMI敏感電源的電流模式PWM控制器

在電子電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)于EMI敏感電源的設(shè)計(jì)一直是工程師們面臨的挑戰(zhàn)之一。今天，我們將深入探討MAXIM推出的MAX5975A/MAX5975B電流模式PWM控制器，看看它是如何應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的。

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一、產(chǎn)品概述

MAX5975A/MAX5975B是專(zhuān)為PoE IEEE 802.3af/at供電設(shè)備中的寬輸入電壓正激和反激式電源設(shè)計(jì)的電流模式PWM控制器。MAX5975A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MAX5975B則適用于如壁式適配器等低壓電源（12V至24V）。這兩款器件既適用于隔離式設(shè)計(jì)，也適用于非隔離式設(shè)計(jì)。

二、關(guān)鍵特性

1. 控制模式與頻率特性

• 峰值電流模式控制：提供了良好的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性，相比電壓模式控制，具有輸入電壓前饋特性，且穩(wěn)定性要求降低為單極點(diǎn)系統(tǒng)。
• 可編程開(kāi)關(guān)頻率：開(kāi)關(guān)頻率可通過(guò)外部電阻在100kHz至600kHz之間編程，精度為±8%，還支持高達(dá)1.2MHz的開(kāi)關(guān)頻率同步。
• 頻率抖動(dòng)功能：可編程頻率抖動(dòng)特性可實(shí)現(xiàn)低EMI擴(kuò)頻操作，將開(kāi)關(guān)諧波能量分散到更寬的頻帶，降低峰值，有助于滿(mǎn)足嚴(yán)格的EMI要求。

2. 保護(hù)與補(bǔ)償特性

• 軟啟動(dòng)與電流斜率補(bǔ)償：可編程軟啟動(dòng)功能可消除輸出電壓過(guò)沖，電流斜率補(bǔ)償確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• 占空比限制與鉗位：占空比可編程，最大限制為80%，通過(guò)前饋?zhàn)畲笳伎毡茹Q位功能，可根據(jù)線路條件調(diào)整最大占空比，保護(hù)外部MOSFET。
• 頻率折返功能：在輕載時(shí)，可將開(kāi)關(guān)頻率降低至原來(lái)的一半，提高效率。
• 過(guò)流保護(hù)：具有逐周期峰值電流限制功能，典型傳播延遲為35ns，當(dāng)檢測(cè)到連續(xù)8次電流限制事件時(shí)，進(jìn)入打嗝模式，保護(hù)外部組件。

3. 其他特性

• 內(nèi)部誤差放大器：具有1%精度的參考電壓，可用于非隔離電源，無(wú)需外部并聯(lián)穩(wěn)壓器。
• 欠壓鎖定（UVLO）：內(nèi)部自舉UVLO具有大滯后，MAX5975A啟動(dòng)需要20V，MAX5975B需要10V。
• 低啟動(dòng)電流：典型啟動(dòng)電源電流為100μA。

三、電氣特性分析

1. 欠壓鎖定與啟動(dòng)

• 喚醒與關(guān)斷電平：MAX5975A的自舉UVLO喚醒電平典型值為20V，關(guān)斷電平為7V；MAX5975B喚醒電平典型值為10V。
• 啟動(dòng)電流：在欠壓鎖定狀態(tài)下，MAX5975A在VIN = +18V時(shí)，啟動(dòng)電流典型值為100μA；MAX5975B在VIN = +9V時(shí)同理。啟動(dòng)后，VIN = +12V時(shí)，電源電流為1.8 - 3mA。

2. 振蕩器與同步

• 開(kāi)關(guān)頻率：NDRV開(kāi)關(guān)頻率范圍為100 - 600kHz，精度為±8%，最大占空比在fSW = 250kHz時(shí)為81 - 84%。
• 同步特性：同步邏輯高輸入電壓為2.91V，同步脈沖寬度為50ns，同步頻率范圍為1.1 x fSW至2 x fSW。

3. 其他特性

• 抖動(dòng)斜坡發(fā)生器：充電和放電電流分別為50μA左右，斜坡高、低觸發(fā)點(diǎn)分別為2V和0.4V。
• 軟啟動(dòng)與重啟：軟啟動(dòng)充電電流典型值為10μA，放電電流根據(jù)不同情況有所不同，打嗝模式下最小重啟時(shí)間為1024個(gè)時(shí)鐘周期。

四、引腳配置與功能

1. 引腳配置

MAX5975A/MAX5975B采用16引腳TQFN封裝，各引腳功能明確，如NDRV為外部開(kāi)關(guān)nMOS柵極驅(qū)動(dòng)器輸出，RT用于開(kāi)關(guān)頻率編程等。

2. 引腳功能詳解

• DITHER/SYNC：用于頻率抖動(dòng)編程或同步連接，通過(guò)連接電容和電阻可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻頻率操作或與外部時(shí)鐘同步。
• RT：連接電阻RRT到地可設(shè)置PWM開(kāi)關(guān)頻率，計(jì)算公式為(R{RT}=frac{8.7 × 10^{9}}{f{SW}})。
• FFB：頻率折返閾值編程輸入，通過(guò)連接電阻到地可設(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)頻率降低至原來(lái)的一半。
• COMP：跨導(dǎo)放大器輸出和PWM比較器輸入，電平下移后連接到PWM比較器的反相輸入。

五、工作原理與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 啟動(dòng)操作

當(dāng)IN引腳電壓超過(guò)20V（MAX5975A）或10V（MAX5975B），且使能輸入電壓大于1.26V時(shí)，器件啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)，CIN通過(guò)啟動(dòng)電阻RIN充電，當(dāng)VIN達(dá)到自舉UVLO喚醒電平后，NDRV開(kāi)始切換n溝道MOSFET，將能量傳輸?shù)酱渭?jí)和 tertiary 輸出。

2. 軟啟動(dòng)

通過(guò)在SS引腳連接電容CSS到地，可編程軟啟動(dòng)時(shí)間，計(jì)算公式為(C{SS}=frac{I{SS - CH} × t{SS}}{2V})，其中(I{SS - CH})典型值為10μA。還可通過(guò)在SS引腳連接電阻到地，將VSS鉗位在2V以下，從而將最大占空比編程為小于80%。

3. 電流限制與保護(hù)

• 峰值電流限制：電流檢測(cè)電阻RCS連接在n溝道MOSFET源極和PGND之間，當(dāng)檢測(cè)電壓超過(guò)400mV時(shí)，MOSFET驅(qū)動(dòng)器（NDRV）在35ns內(nèi)終止電流導(dǎo)通周期。
• 輸出短路保護(hù)：當(dāng)檢測(cè)到連續(xù)8次峰值電流限制事件時(shí)，進(jìn)入打嗝模式，驅(qū)動(dòng)器輸出關(guān)閉一段時(shí)間tRSTRT，之后進(jìn)行軟啟動(dòng)。

4. 頻率折返

通過(guò)在FFB引腳連接電阻到地，可將頻率折返閾值編程為滿(mǎn)載電流的0 - 20%，計(jì)算公式為(R{FFB}=frac{10 × I{LOAD(LIGHT)} × R{CS}}{I{FFB}})。

5. 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，計(jì)算公式為(D{MAX}=frac{V{MIN}}{2.43V})。

6. 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SYNC/DITHER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。同步后，最大占空比會(huì)增加(frac{f{SYNC}}{f{SW}})倍。

7. 頻率抖動(dòng)

通過(guò)在SYNC/DITHER引腳連接電容到地，以及連接電阻到RT引腳，可實(shí)現(xiàn)±10%的開(kāi)關(guān)頻率抖動(dòng)，降低EMI。

8. 可編程斜率補(bǔ)償

在CSSC引腳產(chǎn)生電流斜坡，通過(guò)連接外部電阻從CSSC到CS，將電流斜坡轉(zhuǎn)換為可編程斜率補(bǔ)償幅度，確保峰值電流模式控制環(huán)路的穩(wěn)定性。

六、應(yīng)用信息與設(shè)計(jì)建議

1. 啟動(dòng)時(shí)間考慮

IN引腳的旁路電容CIN在器件喚醒后立即提供電流。CIN值過(guò)大，啟動(dòng)時(shí)間會(huì)增加；CIN值過(guò)小，可能導(dǎo)致VIN下降到7V以下，器件無(wú)法啟動(dòng)。應(yīng)選擇低泄漏電容，并根據(jù)公式計(jì)算CIN和RIN的值。

2. 偏置電路設(shè)計(jì)

需要一個(gè)同相 tertiary 繞組為偏置電路供電，選擇合適的匝數(shù)比，使 tertiary 繞組電壓高于UVLO關(guān)斷電平（最大7.5V）。

3. 布局建議

在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量減少高di/dt環(huán)路和高dV/dt表面，如縮短攜帶開(kāi)關(guān)電流的PCB走線長(zhǎng)度，使用接地平面，對(duì)于通用AC輸入設(shè)計(jì)，需遵循相關(guān)安全法規(guī)。

七、總結(jié)

MAX5975A/MAX5975B電流模式PWM控制器憑借其豐富的功能和良好的性能，為EMI敏感電源設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)具體需求，合理利用其各項(xiàng)特性，設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定且符合EMI要求的電源系統(tǒng)。你在使用類(lèi)似控制器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。