深入解析MAX1887/MAX1897：多相降壓電源的理想選擇

在電子設計領域，對于低電壓、高電流的多相DC - DC應用，選擇合適的控制器至關重要。MAX1887/MAX1897作為Maxim推出的Quick - PWM從控制器，為這類應用提供了出色的解決方案。下面我們就來詳細了解一下這兩款控制器。

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產品概述

MAX1887/MAX1897是專為低電壓、高電流的多相DC - DC應用設計的降壓從控制器。它們可以與Maxim的任何Quick - PWM降壓控制器結合，形成多相DC - DC轉換器。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節(jié)、快速的瞬態(tài)響應和故障保護功能。而MAX1887/MAX1897與主控制器的低側柵極驅動器同步，具備Quick - PWM恒定導通時間控制器、同步整流器的柵極驅動器、有源電流平衡和精密電流限制電路。

產品特性

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。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。

靈活的觸發(fā)與工作模式

MAX1887在主控制器低側柵極驅動器的上升沿觸發(fā)，使主從控制器的導通時間錯開，實現(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，可實現(xiàn)異相或同相操作。

低功耗設計

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，待機電源電流為20μA ；MAX1897關機時電源電流小于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，方便不同應用場景的設計需求。

工作原理

導通時間控制與有源電流平衡

采用恒定導通時間、電壓前饋架構。高側開關的導通時間由一個單穩(wěn)態(tài)電路決定，其周期與輸入電壓成反比，與補償電壓（VCOMP）成正比。另一個單穩(wěn)態(tài)電路設置最小關斷時間（典型值為130ns）。當滿足特定條件時，導通時間單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)，如檢測到TRIG輸入的轉換、從控制器的電感電流低于電流限制閾值且最小關斷時間已過。通過跨導放大器對主從電流檢測信號的差異進行積分，調整從控制器的導通時間，實現(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（各相導通時間錯開）或同相操作（所有相在新周期開始時同時開啟）。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，輸入電容需承受較大的瞬時輸入電流，會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，以適應不同的占空比應用。

強制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制PWM操作。這種模式下，低側柵極驅動波形是高側柵極驅動波形的互補，允許電感電流反向，在負負載和輸出電壓下降過渡時，可使轉換器吸收電流，快速拉低輸出電壓，且開關頻率在全負載和輸入電壓范圍內相對恒定。

設計要點

輸入電壓和負載電流

在選擇開關頻率和電感工作點（紋波電流比）之前，要明確輸入電壓范圍和最大負載電流。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；最大負載電流要考慮峰值負載電流和連續(xù)負載電流，它們分別影響瞬時組件應力、濾波要求以及熱應力。

開關頻率

開關頻率的選擇決定了尺寸和效率之間的權衡。最佳頻率主要取決于最大輸入電壓，同時由于MOSFET技術的不斷進步，最佳頻率也是一個動態(tài)值。

導通時間設置

主控制器的恒定導通時間控制算法使開關頻率接近恒定。從控制器的高側開關導通時間與V +成反比，與補償電壓（VCOMP）成正比。要將從控制器的標稱導通時間設置為與主控制器匹配，同時確保COMP電壓在其輸出電壓范圍內（0.42V至2.80V）。

電感選擇

開關頻率和工作點（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指定尺寸的電感，同時要確保電感在峰值電感電流下不飽和。

電流限制設置

主從控制器的電流限制閾值要足夠大，以支持最大負載電流。先根據(jù)工作條件和低側MOSFET的特性設置主控制器的電流限制，再配置從控制器調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載瞬態(tài)要求，同時要足夠高以滿足穩(wěn)定性要求。在不同應用場景下，輸出電容的選擇依據(jù)不同，如CPU VCORE轉換器主要考慮防止負載瞬態(tài)時輸出電壓過低所需的ESR，非CPU應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電流產生的紋波電流要求。MAX1887/MAX1897多相從控制器異相操作時，可通過將負載電流分配到獨立相來最小化輸入紋波電流；同相操作時，輸入電容需支持各相的組合輸入紋波電流。

MOSFET選擇

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

應用信息

電壓定位與有效效率

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

單級與兩級應用

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)響應好和總效率高等優(yōu)點；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。

陶瓷輸出電容應用

陶瓷電容具有超低ESR、不可燃、體積小和無極性等優(yōu)點，但價格昂貴、易碎，且超低ESR特性可能導致過高的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，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布局對于實現(xiàn)低開關損耗和穩(wěn)定運行至關重要。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的實心銅平面；主控制器也應有單獨的模擬接地；保持電源走線和負載連接短；保持高電流柵極驅動走線短而寬；使用Kelvin檢測連接確保電流檢測精度；避免高速開關節(jié)點靠近敏感模擬區(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MOSFET附近；將柵極驅動組件分組靠近控制器IC；按照特定方式進行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極；將整個DC - DC轉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，為多相降壓電源設計提供了全面的解決方案。在實際設計中，工程師需要根據(jù)具體應用需求，綜合考慮各個設計要點和布局要求，以實現(xiàn)最佳的電路性能。你在使用MAX1887/MAX1897進行設計時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。