MAX1945R/MAX1945S：1MHz、1%精度、6A內(nèi)部開關(guān)降壓調(diào)節(jié)器的全面解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高效、精準(zhǔn)的電源管理至關(guān)重要。MAX1945R/MAX1945S作為一款高性能的降壓調(diào)節(jié)器，為工程師們提供了出色的解決方案。今天，我們就來深入探討這款調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：MAX1945.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX1945R/MAX1945S是Maxim推出的高效脈沖寬度調(diào)制（PWM）開關(guān)調(diào)節(jié)器，能夠提供高達(dá)6A的輸出電流。它的輸入電源范圍為2.6V至5.5V，可提供1.8V、2.5V的可選輸出電壓，以及0.8V至電源電壓85%的可調(diào)輸出電壓。當(dāng)VCC為3.3V/5V時，輸入電壓可低至2.25V，非常適合板載后調(diào)節(jié)應(yīng)用。其總輸出電壓誤差在負(fù)載、線路和溫度變化時小于±1%，確保了穩(wěn)定的輸出。

1. 關(guān)鍵特性

• 高效節(jié)能：具有高達(dá)95%的效率，能有效降低功耗。
• 高頻操作：可選擇500kHz或1MHz的固定頻率，也能同步到400kHz至1.2MHz的外部時鐘，高頻操作有助于減小外部組件的尺寸。
• 電壓裕量調(diào)節(jié)：MAX1945R提供±4%的電壓裕量，MAX1945S提供±9%的電壓裕量，方便進(jìn)行板級測試。
• 低散熱設(shè)計(jì)：內(nèi)部采用雙N溝道MOSFET，在重載時降低散熱。
• 小尺寸封裝：采用28引腳TSSOP - EP封裝，適用于空間受限的應(yīng)用。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域

• 低壓、高密度分布式電源：為各種電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。
• ASIC、CPU和DSP核心電壓：滿足這些高性能芯片的供電需求。
• RAM電源：確保內(nèi)存的穩(wěn)定運(yùn)行。
• 基站、電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：為通信設(shè)備提供可靠的電源支持。
• 服務(wù)器和筆記本電源：適用于各種計(jì)算機(jī)設(shè)備。

二、電氣特性

1. 絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于正確使用和保護(hù)器件至關(guān)重要。MAX1945R/MAX1945S的各引腳電壓、電流等都有明確的限制，例如CTL1、CTL2、IN、SYNC、VCC、VDD到GND的電壓范圍為 - 0.3V至 + 6V，LX電流范圍為 - 9A至 + 9A等。超過這些額定值可能會導(dǎo)致器件永久性損壞。

2. 電氣參數(shù)

文檔中詳細(xì)列出了各種電氣參數(shù)，包括輸入電壓、電源電流、參考電壓、跨導(dǎo)等。例如，輸入電壓范圍為2.6V至5.5V，在不同條件下的電源電流也有所不同。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電路時提供了重要的參考依據(jù)。

三、典型工作特性

1. 效率與輸出電流關(guān)系

通過圖表可以看出，在不同的輸入電壓和輸出電壓條件下，效率隨輸出電流的變化情況。這有助于工程師根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的工作點(diǎn)，以達(dá)到最佳的效率。

2. 頻率與輸入電壓關(guān)系

頻率與輸入電壓的關(guān)系圖展示了在不同輸入電壓下，開關(guān)頻率的變化情況。這對于設(shè)計(jì)中需要穩(wěn)定頻率的應(yīng)用非常重要。

3. 其他特性

還包括參考電壓與溫度的關(guān)系、關(guān)機(jī)電源電流與輸入電壓的關(guān)系、電流限制與輸出電壓的關(guān)系等，這些特性為工程師全面了解器件的性能提供了依據(jù)。

四、引腳描述

MAX1945R/MAX1945S的每個引腳都有特定的功能，下面是一些關(guān)鍵引腳的介紹：

• BST：自舉電壓，為高端驅(qū)動器提供電源輸入。
• VDD：低端驅(qū)動器電源電壓。
• LX：電感連接引腳，連接電感到調(diào)節(jié)器輸出。
• IN：電源電壓輸入，范圍為2.6V至5.5V。
• VCC：電源電壓輸入，為器件供電。
• REF：參考電壓，需旁路電容到GND。
• COMP：調(diào)節(jié)器補(bǔ)償引腳，連接RC網(wǎng)絡(luò)到GND。
• FB：反饋輸入，用于設(shè)置輸出電壓。
• FBSEL：反饋選擇輸入，可選擇不同的輸出電壓。
• SYNC：同步/頻率選擇引腳，可設(shè)置固定頻率或同步到外部時鐘。
• SYNCOUT：同步輸出，提供與器件工作頻率180度反相的頻率輸出。

五、詳細(xì)工作原理

1. 控制器功能

采用PWM電流模式控制方案，PWM比較器將集成的電壓反饋信號與放大的電流感應(yīng)信號和斜率補(bǔ)償斜坡的總和進(jìn)行比較。在內(nèi)部時鐘的每個上升沿，內(nèi)部高端MOSFET導(dǎo)通，直到PWM比較器觸發(fā)。在導(dǎo)通期間，電流通過電感上升，為輸出提供電流并在電感中存儲能量。

2. 電流感應(yīng)

內(nèi)部電流感應(yīng)放大器產(chǎn)生與高端MOSFET導(dǎo)通電阻和電感電流乘積成正比的電流信號。該信號與內(nèi)部斜率補(bǔ)償信號在比較器反相輸入處相加，當(dāng)總和超過誤差放大器的COMP電壓時，PWM比較器關(guān)閉內(nèi)部高端MOSFET。

3. 電流限制

內(nèi)部高端MOSFET的電流限制為8A（最小值），當(dāng)LX流出的電流超過此限制時，高端MOSFET關(guān)閉，同步整流器開啟，降低占空比并使輸出電壓下降，直到電流限制不再被超過。同時，同步整流器有2A的最小電流限制，保護(hù)器件免受反向電流的影響。

4. 軟啟動

采用數(shù)字軟啟動技術(shù)，在啟動時緩慢提升REF和FB的電壓，減少電源涌入電流。內(nèi)部振蕩器將軟啟動時間設(shè)置為3.7ms（典型值）。

5. 欠壓鎖定（UVLO）

當(dāng)VCC下降到2.35V以下時，UVLO電路禁止開關(guān)操作；當(dāng)VCC上升到2.4V以上時，UVLO清除，軟啟動功能激活。

6. 自舉（BST）

通過連接在BST和LX之間的電容以及從IN到BST的肖特基二極管，為內(nèi)部高端N溝道MOSFET提供柵極驅(qū)動。

7. 頻率選擇（SYNC）

可選擇500kHz或1MHz的固定頻率，也可同步到400kHz至1.2MHz的外部頻率。

8. 輸出電壓選擇

通過FBSEL引腳可選擇固定或可調(diào)的輸出電壓。當(dāng)FBSEL接地時，輸出電壓為1.8V；當(dāng)FBSEL接VCC時，輸出電壓為2.5V；當(dāng)FBSEL浮空時，可通過外部電阻分壓器設(shè)置0.8V至85% VIN的輸出電壓。

9. 關(guān)機(jī)模式

將CTL1和CTL2接地可關(guān)閉器件，此時內(nèi)部MOSFET停止開關(guān)，LX變?yōu)楦咦杩?，REF和COMP接地。

10. 電壓裕量調(diào)節(jié)

MAX1945R提供±4%的電壓裕量，MAX1945S提供±9%的電壓裕量，通過CTL1和CTL2設(shè)置電壓裕量。

11. 熱保護(hù)

當(dāng)結(jié)溫超過165°C時，熱傳感器將器件強(qiáng)制進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)，待結(jié)溫下降20°C后，器件重新開啟。

六、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. VCC去耦

由于高開關(guān)頻率和嚴(yán)格的輸出容差，需要用0.1μF電容從VCC到GND進(jìn)行去耦，并在VCC和IN之間連接10Ω電阻。電容應(yīng)盡可能靠近VCC放置。

2. 電感設(shè)計(jì)

選擇合適的電感對于電路的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要?？筛鶕?jù)公式 (L=frac{V{OUT } timesleft(V{IN }-V{OUT }right)}{f{OSC } × V{IN } × LIR × I{OUT(MAX) }}) 計(jì)算電感值，其中LIR為電感紋波電流與平均連續(xù)電流的比值，建議選擇20%至40%的最大負(fù)載電流。同時，應(yīng)選擇低損耗、直流電阻盡可能低的電感，鐵氧體磁芯類型通常是性能最佳的選擇。

3. 輸出電容選擇

輸出電容的關(guān)鍵選擇參數(shù)包括電容值、ESR、ESL和電壓額定值。這些參數(shù)會影響DC - DC轉(zhuǎn)換器的整體穩(wěn)定性、輸出紋波電壓和瞬態(tài)響應(yīng)?？筛鶕?jù)公式計(jì)算輸出電壓紋波，選擇合適的電容以減小紋波。陶瓷電容因其低ESR和低ESL特性，在轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率下是較好的選擇。

4. 輸入電容選擇

輸入電容可減少從輸入電源吸取的電流峰值，降低IC中的開關(guān)噪聲。輸入電容在開關(guān)頻率下的阻抗應(yīng)小于輸入源的阻抗，以確保高頻開關(guān)電流不通過輸入源，而是被分流。輸入電容還需滿足開關(guān)電流施加的紋波電流要求。

5. 補(bǔ)償設(shè)計(jì)

MAX1945R/MAX1945S采用電流模式控制方案，簡化了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)?？赏ㄟ^簡單的Type 1補(bǔ)償，使用單個補(bǔ)償電阻（RC）和補(bǔ)償電容（CC）創(chuàng)建穩(wěn)定且高帶寬的環(huán)路。補(bǔ)償設(shè)計(jì)需根據(jù)輸出電容的類型進(jìn)行調(diào)整，對于不同的輸出電壓和開關(guān)頻率，需選擇合適的RC和CC值。

七、PCB布局注意事項(xiàng)

• 去耦電容：盡可能靠近IC放置，將電源接地平面（連接到PGND）和信號接地平面（連接到GND）分開，并在輸出電容處進(jìn)行星型連接。
• 電容連接：輸入和輸出電容連接到電源接地平面，其他電容連接到信號接地平面。
• 高電流路徑：保持高電流路徑短而寬，縮短開關(guān)電流路徑，減小高端MOSFET、低端MOSFET和輸入電容形成的環(huán)路面積，避免在開關(guān)路徑中使用過孔。
• 散熱：將IN、LX和PGND分別連接到大面積銅區(qū)域，有助于冷卻IC，提高效率和長期可靠性。
• 反饋連接：確保所有反饋連接短而直接，將反饋電阻盡可能靠近IC放置。
• 布線：將高速開關(guān)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離敏感模擬區(qū)域（FB、COMP）。

總之，MAX1945R/MAX1945S是一款功能強(qiáng)大、性能出色的降壓調(diào)節(jié)器。通過深入了解其特性、工作原理和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，工程師們可以更好地將其應(yīng)用于各種電子設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源管理。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，還需要根據(jù)具體需求進(jìn)行合理的參數(shù)選擇和優(yōu)化，以達(dá)到最佳的性能。大家在使用這款調(diào)節(jié)器時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。