深入剖析MAX1856：一款多功能PWM SLIC電源芯片

在電子設(shè)備的電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，如何高效、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)多種電壓輸出是工程師們面臨的重要挑戰(zhàn)。MAX1856作為一款具備寬輸入范圍、可同步的PWM SLIC電源芯片，為我們提供了一個(gè)出色的解決方案。今天，我們就來(lái)深入探討一下這款芯片的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：MAX1856.pdf

芯片概述

MAX1856是一款低成本的SLIC（振鈴和摘機(jī)）電源解決方案，它能夠利用多個(gè)供應(yīng)商提供的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)貨變壓器，生成多種輸出電壓，如 -24V 和 -72V（雙輸出）、-48V、-5V 和 -15V（單輸出或雙輸出），甚至高達(dá) -185V 的負(fù)電壓，以滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。其輸出電壓可通過(guò)外部分壓器進(jìn)行調(diào)整，具有很強(qiáng)的靈活性。

主要特性

1. 低成本現(xiàn)貨變壓器：采用標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)貨變壓器，降低了成本。
2. 寬輸入電壓范圍：支持 3V 至 28V 的輸入電壓，適用于多種電源場(chǎng)景。
3. 低音頻帶噪聲：在通話(huà)電池上具有低音頻帶噪聲，保證了音頻質(zhì)量。
4. 有效處理振鈴瞬變：能夠有效應(yīng)對(duì)振鈴瞬變條件，確保電源的穩(wěn)定性。
5. 多線路設(shè)備供電：可驅(qū)動(dòng) 2、4 或 12 線路設(shè)備，具有廣泛的適用性。
6. 高效延長(zhǎng)電池壽命：在生命線支持條件下，高效的性能可延長(zhǎng)電池壽命。
7. 可調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率：開(kāi)關(guān)頻率可在 100kHz 至 500kHz 之間調(diào)節(jié)，還支持時(shí)鐘同步。
8. 內(nèi)部軟啟動(dòng)：內(nèi)部軟啟動(dòng)功能可減少啟動(dòng)時(shí)對(duì)輸入電容的應(yīng)力。
9. 電流模式PWM和Idle Mode?控制方案：采用先進(jìn)的控制方案，提高了電源的效率和穩(wěn)定性。
10. 邏輯電平關(guān)斷：支持邏輯電平關(guān)斷功能，方便控制。
11. 10引腳μMAX封裝：緊湊的封裝形式，節(jié)省了電路板空間。

應(yīng)用領(lǐng)域

MAX1856的應(yīng)用范圍十分廣泛，涵蓋了多個(gè)領(lǐng)域，包括但不限于：

• VoIP振鈴和摘機(jī)電壓發(fā)生器：為VoIP設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。
• 電纜和DSL調(diào)制解調(diào)器：滿(mǎn)足調(diào)制解調(diào)器對(duì)電源的需求。
• 機(jī)頂盒：為機(jī)頂盒提供可靠的電源支持。
• 無(wú)線本地環(huán)路：在無(wú)線通信領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
• FTTH：適用于光纖到戶(hù)的應(yīng)用場(chǎng)景。
• LMDS/MMDS：為本地多點(diǎn)分配系統(tǒng)和多通道多點(diǎn)分配系統(tǒng)提供電源。
• 路由器：為路由器提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)。
• 工業(yè)電源：在工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
• CO DSL線路驅(qū)動(dòng)器電源：為DSL線路驅(qū)動(dòng)器提供合適的電源。
• MEMS偏置電源：滿(mǎn)足MEMS設(shè)備對(duì)偏置電源的要求。

工作原理

PWM控制器

MAX1856采用電流模式PWM控制器，其核心是一個(gè)BiCMOS多輸入比較器，能夠同時(shí)處理輸出誤差信號(hào)、電流感測(cè)信號(hào)和斜率補(bǔ)償斜坡。在PWM模式下，控制器采用固定頻率、電流模式操作，占空比由輸入輸出電壓比和變壓器匝數(shù)比決定。在輕負(fù)載時(shí)，控制器進(jìn)入Idle Mode，僅在必要時(shí)提供開(kāi)關(guān)脈沖，以最小化工作電流，提高輕負(fù)載效率。

低壓差穩(wěn)壓器（LDO）

芯片內(nèi)部的5V低壓差穩(wěn)壓器為所有功能模塊提供電源，包括EXT外部MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器。VCC到LDO的壓差通常為200mV（最大300mV，在12mA時(shí)），即使VCC低至3V，只要LDO超過(guò)2.7V，芯片仍能正常工作，但EXT的FET驅(qū)動(dòng)幅度會(huì)降低。

軟啟動(dòng)

MAX1856具有“數(shù)字”軟啟動(dòng)功能，無(wú)需外部電容。啟動(dòng)時(shí)，峰值電感電流從RCS設(shè)定值的1/5逐步增加到全電流限制值，分五步在fOSC或fSYNC的1024個(gè)周期內(nèi)完成。同時(shí)，振蕩器在輸出電壓達(dá)到標(biāo)稱(chēng)值的20%之前以正常工作頻率的1/3運(yùn)行。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

最大輸出功率

MAX1856的最大輸出功率取決于可用的最大輸入功率和電路效率，計(jì)算公式為 (P{OUT(MAX)} = EFFICIENCY × P{IN(MAX)})。效率損失主要包括電阻損耗、開(kāi)關(guān)損耗和變壓器鐵芯損耗。在初始計(jì)算時(shí)，通常可假設(shè)效率為80%。

設(shè)置工作頻率

SYNC/SHDN引腳可實(shí)現(xiàn)外部時(shí)鐘同步和關(guān)斷控制。當(dāng)SYNC/SHDN為低電平時(shí)，芯片所有功能關(guān)閉；為高電平時(shí)，芯片以100kHz至500kHz的頻率工作，頻率由連接在FREQ和GND之間的電阻ROSC設(shè)定，關(guān)系為 (R{OSC}=frac{50 M Omega × kHz}{f{OSC}(kHz)})。當(dāng)使用外部同步信號(hào)時(shí)，Idle Mode在15mV電流感測(cè)閾值處的切換將被禁用，并且ROSC應(yīng)設(shè)置為比SYNC時(shí)鐘速率低15%的頻率。

設(shè)置輸出電壓

通過(guò)兩個(gè)外部電阻組成的分壓器連接到FB和REF之間來(lái)設(shè)置輸出電壓。首先選擇R3的值在3.3kΩ至100kΩ之間，然后根據(jù)公式 (R1 = R3left[frac{V{OUT}}{V{REF}}right]) 計(jì)算R1的值。對(duì)于雙輸出情況，推薦采用分裂反饋技術(shù)，確保兩個(gè)輸出的調(diào)節(jié)精度。

變壓器選擇

變壓器的選擇取決于輸入輸出電壓比、輸出電流容量、占空比和振蕩器頻率。需要根據(jù)具體應(yīng)用選擇合適的變壓器匝數(shù)比和初級(jí)電感。例如，在標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用電路中，對(duì)于+12V輸入、-72V輸出和-24V輸出，分別需要1:6和1:2的匝數(shù)比，因此選擇了1:2:2:2匝數(shù)比的變壓器。

其他元件選擇

• 電流感測(cè)電阻：根據(jù)峰值電感電流確定電流感測(cè)電阻RCS的值，公式為 (R{CS}=frac{V{CS(MIN)}}{I_{LPEAK}}=85 mV / LPEAK)。
• 功率MOSFET：選擇具有低閾值、低總柵極電荷、低反向傳輸電容和低導(dǎo)通電阻的N溝道功率MOSFET。
• 二極管：由于芯片的高開(kāi)關(guān)頻率，推薦使用肖特基二極管，確保其平均電流額定值超過(guò)峰值次級(jí)電流，反向擊穿電壓滿(mǎn)足要求。
• 電容器：輸出濾波電容根據(jù)輸出紋波要求選擇，輸入濾波電容用于減少輸入電源的電流峰值和噪聲注入，旁路電容用于為芯片提供穩(wěn)定的電源。

總結(jié)

MAX1856作為一款功能強(qiáng)大的PWM SLIC電源芯片，具有寬輸入范圍、可同步、高效等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)具體需求合理選擇變壓器、電阻、MOSFET、二極管和電容器等元件，以確保電源的穩(wěn)定性和可靠性。希望本文能為電子工程師們?cè)谑褂肕AX1856進(jìn)行電源設(shè)計(jì)時(shí)提供一些有益的參考。你在使用MAX1856進(jìn)行設(shè)計(jì)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。