MAX8664：低成本雙輸出降壓控制器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理始終是至關(guān)重要的一環(huán)。今天，我們來(lái)深入了解一款極具性價(jià)比的雙輸出降壓控制器——MAX8664，它為需要雙電源的系統(tǒng)提供了高性能且低成本的解決方案。

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一、器件概述

MAX8664是一款雙輸出PWM控制器，具有諸多出色的特性。它能提供兩個(gè)獨(dú)立的輸出，且這兩個(gè)輸出以180°異相方式工作，有效降低了輸入電流紋波，從而減少了對(duì)輸入電容的需求。內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)器能夠驅(qū)動(dòng)外部MOSFET，每個(gè)通道可輸出高達(dá)25A的電流。該控制器的輸入電壓范圍為4.5V至28V，每個(gè)通道的輸出電壓可在0.6V至輸入電壓的90%之間調(diào)節(jié)，并且在負(fù)載、線路和溫度變化時(shí)，總輸出調(diào)節(jié)誤差小于±0.8%。

二、關(guān)鍵特性剖析

1. 高精度輸出

在負(fù)載和線路變化時(shí)，輸出精度能保持在±0.8%以內(nèi)，這確保了電源輸出的穩(wěn)定性，對(duì)于對(duì)電源質(zhì)量要求較高的設(shè)備來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。比如在一些精密儀器中，穩(wěn)定的電源輸出能保證儀器的正常運(yùn)行和測(cè)量精度。

2. 寬輸入電壓范圍

4.5V至28V的輸入電壓范圍，使得MAX8664能適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境，增加了其在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的通用性。無(wú)論是使用電池供電還是外部電源供電，都能輕松應(yīng)對(duì)。

3. 簡(jiǎn)單補(bǔ)償

對(duì)于任何類型的輸出電容，只需使用兩個(gè)電阻和一個(gè)電容就能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的補(bǔ)償，這大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)過(guò)程，降低了設(shè)計(jì)難度和成本。

4. 數(shù)字軟啟動(dòng)

數(shù)字軟啟動(dòng)功能可有效消除啟動(dòng)時(shí)的輸入浪涌電流，保護(hù)電路元件免受浪涌沖擊，延長(zhǎng)元件使用壽命。這在一些對(duì)電源啟動(dòng)特性要求較高的設(shè)備中尤為重要，比如服務(wù)器電源。

5. 可調(diào)開(kāi)關(guān)頻率

開(kāi)關(guān)頻率可在100kHz至1MHz之間調(diào)節(jié)，用戶可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求靈活選擇合適的開(kāi)關(guān)頻率，優(yōu)化電路性能。例如，在對(duì)電磁干擾要求較高的場(chǎng)合，可以選擇較低的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)降低干擾。

6. 180°異相操作

兩個(gè)輸出以180°異相方式工作，能顯著降低輸入紋波電流，減少對(duì)輸入電容的需求，進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。

7. 多重保護(hù)功能

具備過(guò)流、過(guò)壓和熱過(guò)載保護(hù)功能，確保在異常情況下能及時(shí)保護(hù)電路，提高系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)檢測(cè)到過(guò)流或過(guò)壓情況時(shí)，控制器會(huì)迅速采取措施，避免設(shè)備損壞。

三、電氣特性解析

1. 電源電壓

• 輸入電源電壓范圍為4.5V至28V，VL輸出電壓在7.2V < VIN < 28V且0 < IVL < 60mA時(shí)，典型值為6.6V；VCC輸出電壓在7.2V < VIN < 28V且0 < ICC < 5mA時(shí)，典型值為5.0V。
• VCC欠壓鎖定（UVLO）閾值在上升時(shí)典型值為3.5V，滯回為350mV。

  2. 參考精度

  在不同溫度范圍內(nèi)，參考精度都能保持在較高水平。例如，在TA = 0°C至 +85°C時(shí)，參考精度為0.5955V至0.6045V；在TA = -40°C至 +85°C時(shí)，參考精度為0.5930V至0.6070V。

  3. 保護(hù)特性

• 過(guò)壓保護(hù)（OVP）閾值在VFB1上升時(shí)為0.75REFIN2 + 0.15V。
• 電源良好（PWRGD）閾值在不同條件下有所不同，例如在VREFIN2 = VCC、VFB_上升且為MAX8664B時(shí)，閾值為0.525V，滯回為5%。
• 內(nèi)部軟啟動(dòng)時(shí)間在ROSC/EN12 = 56.1kΩ、400kHz時(shí)典型值為2.5ms。

四、引腳功能詳解

MAX8664共有20個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能：

1. 驅(qū)動(dòng)輸出引腳

• DH1和DH2分別為控制器1和控制器2的高端MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出，用于連接高端MOSFET的柵極。在關(guān)機(jī)和欠壓鎖定時(shí)，這兩個(gè)引腳為低電平。
• DL1和DL2分別為控制器1和控制器2的低端MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出，同樣在關(guān)機(jī)和欠壓鎖定時(shí)為低電平。

  2. 電感連接引腳

• LX1和LX2分別為控制器1和控制器2的外部電感連接引腳，需連接到MOSFET和電感的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，且要靠近高端MOSFET的源極，以形成用于高端電流檢測(cè)的開(kāi)爾文連接。在單調(diào)啟動(dòng)和關(guān)機(jī)期間，這兩個(gè)引腳為高阻抗。

  3. 升壓電容連接引腳

• BST1和BST2分別為控制器1和控制器2的高端MOSFET驅(qū)動(dòng)升壓電容連接引腳，需連接一個(gè)0.22μF的陶瓷電容到LX1和LX2。

  4. 電源和接地引腳

• VL為低端柵極驅(qū)動(dòng)電源和6.5V線性穩(wěn)壓器的輸出，需連接一個(gè)4.7μF的陶瓷電容到PGND。當(dāng)使用4.5V至5.5V電源時(shí)，可將VL連接到IN。
• PGND為電源接地，需連接到電源接地平面，并在靠近輸出電容接地處單點(diǎn)連接電源和模擬接地。
• GND為模擬接地，需連接到模擬接地平面，并在靠近輸出電容接地處單點(diǎn)連接模擬和電源接地平面。
• VCC為內(nèi)部模擬電源，需連接一個(gè)1μF的陶瓷電容到GND。當(dāng)使用4.5V至5.5V電源時(shí)，需通過(guò)一個(gè)10Ω電阻將VCC連接到IN。

  5. 反饋和參考輸入引腳

• FB1和FB2分別為控制器1和控制器2的反饋輸入，需連接到輸出和地之間的電阻分壓器中心，以設(shè)置所需的輸出電壓。
• REFIN2為控制器2的外部參考輸入，可連接0至1.3V的參考電壓，方便實(shí)現(xiàn)跟蹤電源應(yīng)用。若使用內(nèi)部0.6V參考，可將REFIN2連接到VCC。

  6. 開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置和使能引腳

• OSC/EN12為開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置輸入，通過(guò)連接一個(gè)22.6kΩ至226kΩ的電阻到地來(lái)設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率，范圍為100kHz至1000kHz。還可通過(guò)串聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行使能/關(guān)機(jī)控制，當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，IC進(jìn)入低功耗關(guān)機(jī)模式。

  7. 電源良好輸出引腳

• PWRGD為開(kāi)漏電源良好輸出，當(dāng)控制器1和2（使用內(nèi)部參考）處于調(diào)節(jié)狀態(tài)時(shí)為高阻抗；若輸出失調(diào)、出現(xiàn)故障或IC關(guān)機(jī)，則為低電平。

五、工作原理深入探究

1. DC - DC控制器架構(gòu)

MAX8664采用Maxim專有的峰值電壓模式控制架構(gòu)，能在負(fù)載或線路瞬變時(shí)提供卓越的瞬態(tài)響應(yīng)。這種架構(gòu)通過(guò)片上積分器消除了紋波電壓引起的直流誤差，確保了穩(wěn)定的運(yùn)行。當(dāng)輸出電壓低于調(diào)節(jié)閾值時(shí)，誤差比較器在時(shí)鐘周期上升沿開(kāi)啟高端開(kāi)關(guān)，開(kāi)始一個(gè)開(kāi)關(guān)周期。高端開(kāi)關(guān)保持導(dǎo)通，直到最小導(dǎo)通時(shí)間結(jié)束且輸出電壓達(dá)到調(diào)節(jié)值，或者電流限制閾值被超過(guò)。此時(shí)，低端同步整流器導(dǎo)通，直到輸出電壓再次低于調(diào)節(jié)閾值后的第一個(gè)時(shí)鐘周期上升沿。

2. 內(nèi)部線性穩(wěn)壓器

• 內(nèi)部VL低壓差線性穩(wěn)壓器為柵極驅(qū)動(dòng)提供6.5V電源，需連接一個(gè)4.7μF的陶瓷電容到PGND。當(dāng)使用4.5V至5.5V輸入電源時(shí)，可將VL直接連接到IN。
• 用于為IC功能供電的5V電源（VCC）由內(nèi)部1.5V并聯(lián)穩(wěn)壓器從VL生成，需連接一個(gè)2.2μF的陶瓷電容到GND。當(dāng)使用4.5V至5.5V輸入電源時(shí)，需通過(guò)一個(gè)10Ω電阻將VCC連接到IN。

3. 高端柵極驅(qū)動(dòng)電源（BST_）

高端MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電壓通過(guò)飛電容升壓電路生成。在低端MOSFET導(dǎo)通期間，BST_和LX_之間的電容通過(guò)集成的BST_二極管充電至VL電壓。當(dāng)?shù)投薓OSFET關(guān)斷時(shí)，BST_電壓高于LX_電壓，為高端MOSFET提供必要的導(dǎo)通電壓（VGS）?？刂破魍ㄟ^(guò)閉合BST_和DH_之間的開(kāi)關(guān)來(lái)開(kāi)啟高端MOSFET。

4. 電壓參考

內(nèi)部0.6V參考設(shè)置反饋調(diào)節(jié)電壓，控制器1始終使用內(nèi)部參考。控制器2提供外部參考輸入，可連接0至1.3V的電源到REFIN2，方便實(shí)現(xiàn)跟蹤應(yīng)用。若使用內(nèi)部0.6V參考，可將REFIN2連接到VCC。

5. 欠壓鎖定（UVLO）

當(dāng)VCC電源電壓低于UVLO閾值（典型下降值為3.15V）時(shí)，欠壓鎖定（UVLO）電路會(huì)禁止兩個(gè)控制器的開(kāi)關(guān)操作，并將DL和DH柵極驅(qū)動(dòng)器拉低。當(dāng)VCC上升超過(guò)UVLO閾值（典型上升值為3.5V）時(shí)，控制器開(kāi)始啟動(dòng)序列并恢復(fù)正常運(yùn)行。

6. 輸出過(guò)流保護(hù)

當(dāng)MAX8664檢測(cè)到過(guò)流情況時(shí)，DH會(huì)立即拉低。若過(guò)流情況連續(xù)持續(xù)四個(gè)周期，控制器會(huì)鎖定關(guān)閉，DH_和DL_都被拉低。在軟啟動(dòng)期間，當(dāng)FB_小于300mV時(shí)，控制器在第一次過(guò)流情況時(shí)就會(huì)鎖定關(guān)閉。保護(hù)電路通過(guò)檢測(cè)高端MOSFET的漏源電壓來(lái)檢測(cè)過(guò)流情況，過(guò)流保護(hù)閾值由連接在ILIM_和高端MOSFET漏極之間的電阻設(shè)置。

7. 輸出過(guò)壓保護(hù)（OVP）

當(dāng)一個(gè)或兩個(gè)輸出出現(xiàn)過(guò)壓事件時(shí)，MAX8664會(huì)鎖定關(guān)閉控制器。當(dāng)反饋電壓超過(guò)正常調(diào)節(jié)電壓150mV持續(xù)10μs時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。此時(shí)，低端MOSFET導(dǎo)通，高端MOSFET關(guān)斷，以釋放輸出電荷。要清除鎖定，需對(duì)EN或輸入電源進(jìn)行循環(huán)操作。

8. 熱過(guò)載保護(hù)

熱過(guò)載保護(hù)用于限制MAX8664的總功耗。當(dāng)結(jié)溫超過(guò) +160°C時(shí)，內(nèi)部熱傳感器會(huì)關(guān)閉設(shè)備，將兩個(gè)控制器的DH_和DL_拉低。要重新啟動(dòng)控制器，需對(duì)EN或輸入電源進(jìn)行循環(huán)操作。

9. 電源良好輸出（PWRGD）

PWRGD是一個(gè)開(kāi)漏輸出，當(dāng)輸出電壓高于PWRGD上限閾值或低于PWRGD下限閾值時(shí)會(huì)被拉低。在關(guān)機(jī)、VCC低于UVLO閾值、軟啟動(dòng)和故障情況下，PWRGD保持低電平。需要注意的是，在MAX8664A中，PWRGD不反映控制器2的狀態(tài)；在任一版本中，當(dāng)REFIN2連接到外部參考時(shí)，PWRGD也不反映控制器2的狀態(tài)。

六、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了多個(gè)典型應(yīng)用電路，包括600kHz低成本典型應(yīng)用電路、500kHz DDR2應(yīng)用跟蹤電路、1MHz全陶瓷電容且輸出順序控制的應(yīng)用電路以及300kHz輸入電壓為7.2V至20V的電路。每個(gè)電路都有詳細(xì)的元件清單，涵蓋了電容、電感、MOSFET、電阻等元件的型號(hào)和參數(shù)。這些典型電路為工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中提供了很好的參考，工程師可以根據(jù)具體需求選擇合適的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。

七、電源啟動(dòng)和順序控制

MAX8664的OSC/EN12輸入既用于設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率，又作為兩個(gè)控制器的使能輸入。通過(guò)連接一個(gè)電阻從OSC/EN12到地來(lái)設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率，當(dāng)OSC/EN12為高阻抗時(shí)，兩個(gè)控制器進(jìn)入低功耗關(guān)機(jī)模式。這可以通過(guò)在電阻和地之間連接一個(gè)晶體管輕松實(shí)現(xiàn)。在獨(dú)立輸出的啟動(dòng)配置中，當(dāng)REFIN2連接到VCC時(shí)，兩個(gè)控制器都使用內(nèi)部參考。

八、總結(jié)與思考

MAX8664作為一款低成本、高性能的雙輸出降壓控制器，憑借其豐富的特性、出色的電氣性能和完善的保護(hù)功能，在眾多電源管理應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。它的出現(xiàn)為電子工程師提供了一個(gè)可靠且經(jīng)濟(jì)的解決方案，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)雙電源的需求。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇電路參數(shù)和元件，充分發(fā)揮MAX8664的性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，對(duì)于其工作原理和保護(hù)機(jī)制的深入理解，有助于提高電路的可靠性和穩(wěn)定性。你在使用類似控制器時(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。