MAX17497A/MAX17497B：AC - DC和DC - DC峰值電流模式轉(zhuǎn)換器

一、引言

在電子設(shè)備的電源設(shè)計(jì)中，高效、穩(wěn)定且緊湊的電源解決方案至關(guān)重要。Maxim Integrated推出的MAX17497A/MAX17497B AC - DC和DC - DC峰值電流模式轉(zhuǎn)換器，集成了降壓調(diào)節(jié)器，為智能電表、工業(yè)控制等多種應(yīng)用提供了理想的電源解決方案。本文將詳細(xì)介紹這兩款轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)、性能以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：MAX17497A.pdf

二、產(chǎn)品概述

2.1 基本功能

MAX17497A/MAX17497B包含電流模式固定頻率反激式轉(zhuǎn)換器和同步降壓調(diào)節(jié)器。它們具備設(shè)計(jì)寬輸入電壓非隔離電源所需的所有控制電路，可用于為智能電表、工業(yè)控制等應(yīng)用提供多輸出軌電源。其中，MAX17497A適用于通用離線（85V AC至265V AC）應(yīng)用，而MAX17497B則支持適用于低壓DC - DC應(yīng)用的欠壓鎖定（UVLO）閾值。兩款器件都集成了一個(gè)3.3V固定輸出同步降壓調(diào)節(jié)器，可提供高達(dá)600mA的負(fù)載電流。

2.2 關(guān)鍵參數(shù)

• 開(kāi)關(guān)頻率：MAX17497A反激式轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率為250kHz，MAX17497B反激/升壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率為500kHz。兩款器件的內(nèi)部補(bǔ)償同步降壓調(diào)節(jié)器的開(kāi)關(guān)頻率均為1MHz。
• 最大占空比：兩款器件的最大占空比均大于92%，降壓調(diào)節(jié)器的最大占空比為85%。
• 工作溫度范圍：-40°C至+125°C。

三、產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)與特性

3.1 減少元件數(shù)量和電路板空間

• 集成了內(nèi)部補(bǔ)償?shù)慕祲赫{(diào)節(jié)器，無(wú)需電流感測(cè)電阻。
• 采用節(jié)省空間的16引腳（3mm x 3mm）TQFN封裝。

3.2 最小化無(wú)線電干擾

離線版本的250kHz開(kāi)關(guān)頻率可最大程度減少對(duì)智能電表應(yīng)用中無(wú)線電接收器的干擾。

3.3 降低浪涌電流

• 可編程的反激/升壓軟啟動(dòng)。
• 降壓調(diào)節(jié)器采用內(nèi)部數(shù)字軟啟動(dòng)。

3.4 降低故障時(shí)的功耗

• 打嗝模式過(guò)流保護(hù)。
• 帶遲滯的熱關(guān)斷。

3.5 強(qiáng)大的保護(hù)功能

• 反激/升壓可編程電流限制。
• 輸入過(guò)壓保護(hù)。

3.6 優(yōu)化的環(huán)路性能

可編程的反激/升壓斜率補(bǔ)償可最大化可獲得的相位裕度。

3.7 高效率

• 低RDSON（150mΩ）、65V額定內(nèi)部nMOSFET。
• 3.3V降壓調(diào)節(jié)器效率大于90%。

3.8 可選的擴(kuò)頻功能

適用于對(duì)EMI敏感的應(yīng)用。

四、電氣特性

4.1 輸入電源

• 電壓范圍：MAX17497A的輸入電壓范圍為4.5V至29V，MAX17497B為4.5V至36V。
• 啟動(dòng)電流：在UVLO狀態(tài)下，啟動(dòng)電流為22μA至36μA。
• 工作電流：開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，MAX17497A的輸入電源電流為2.75mA至4.5mA。

4.2 線性調(diào)節(jié)器（VCC）

輸出電壓范圍為4.8V至5.2V，壓降為160mV至300mV，電流限制為50mA至100mA。

4.3 過(guò)壓保護(hù)

OVI閾值上升和下降分別為1.18V至1.28V和1.11V至1.21V，屏蔽延遲為2μs。

4.4 反激/升壓轉(zhuǎn)換器

• 開(kāi)關(guān)頻率：MAX17497A為235kHz至265kHz，MAX17497B為470kHz至530kHz。
• 最大占空比：MAX17497A為92%至97%，MAX17497B為90%至94%。

4.5 降壓調(diào)節(jié)器

• 輸入電壓范圍：7V至16V。
• 靜態(tài)電流：200μA至300μA。
• 輸出電壓精度：3.245V至3.355V。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 啟動(dòng)電壓和輸入過(guò)壓保護(hù)設(shè)置

通過(guò)EN/UVLO和OVI引腳可實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)電壓和輸入過(guò)壓保護(hù)的設(shè)置?？墒褂秒娮璺謮浩鲗⑤斎隓C電壓的一部分施加到EN/UVLO引腳，當(dāng)該引腳電壓超過(guò)1.23V（典型值）時(shí)，器件開(kāi)始啟動(dòng)；當(dāng)電壓低于1.17V（典型值）時(shí)，器件關(guān)閉。通過(guò)修改電阻分壓器可實(shí)現(xiàn)輸入過(guò)壓保護(hù)，當(dāng)OVI引腳電壓超過(guò)1.23V（典型值）時(shí)，器件停止開(kāi)關(guān)操作，直到電壓低于1.17V（典型值）才恢復(fù)。

5.2 軟啟動(dòng)編程

通過(guò)連接到SSF引腳的電容可對(duì)反激/升壓轉(zhuǎn)換器的軟啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行編程，計(jì)算公式為(C{SSF}=8.13 × t{SSF} nF)，其中(t_{SSF})以ms為單位。

5.3 輸出電壓編程

通過(guò)選擇連接從反激/升壓輸出到地的電阻分壓器的值，可設(shè)置反激/升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。計(jì)算公式為(R{U}=R{B} timesleft[frac{V{OUTF }}{1.22}-1right] k Omega)，其中(R{B})在20kΩ至50kΩ范圍內(nèi)。

5.4 電流限制編程

通過(guò)連接從RLIMF引腳到地的電阻可設(shè)置反激/升壓轉(zhuǎn)換器的電流限制，計(jì)算公式為(R{LIMF}=50 × I{PK} k Omega)，其中(I_{PK})以安培為單位。

5.5 斜率補(bǔ)償編程

當(dāng)器件在最大占空比為49%時(shí)理論上不需要斜率補(bǔ)償，但實(shí)際應(yīng)用中，MAX17497A需要一定的斜率補(bǔ)償以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、無(wú)抖動(dòng)的操作?？赏ㄟ^(guò)連接SCOMPF引腳到VCC設(shè)置默認(rèn)的斜率補(bǔ)償值，也可通過(guò)連接從SCOMPF引腳到地的電阻(R{SCOMPF})進(jìn)行編程，計(jì)算公式為(R{SCOMPF }=0.5 S{E} k Omega)，其中斜率(S{E})以毫伏每微秒為單位。

5.6 降壓過(guò)流保護(hù)

降壓調(diào)節(jié)器具備強(qiáng)大的過(guò)流保護(hù)功能，當(dāng)高端開(kāi)關(guān)電流達(dá)到1A（典型值）時(shí)，觸發(fā)打嗝模式，暫停開(kāi)關(guān)操作32ms，以允許過(guò)載電流衰減。

5.7 誤差放大器、環(huán)路補(bǔ)償和功率級(jí)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)反激/升壓轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)誤差放大器輸出進(jìn)行適當(dāng)?shù)沫h(huán)路補(bǔ)償。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在轉(zhuǎn)換器的開(kāi)環(huán)增益?zhèn)鬟f函數(shù)的交叉頻率處實(shí)現(xiàn)所需的閉環(huán)帶寬和足夠的相位裕度。

六、應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

6.1 反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

6.1.1 不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）

• 初級(jí)電感選擇：(L{PRIMAX } leq frac{left(V{INMIN } × D{MAX }right)^{2} × 0.4}{left(V{OUTF }+V{D}right) × I{OUTF } × f_{SW}})
• 占空比計(jì)算：(D{N E W}=frac{sqrt{2.5 × L{PRI} timesleft(V{OUTF }+V{D}right) × I{OUTF } × f{SW}}}{V_{INMIN }})
• 匝數(shù)比計(jì)算：(K=frac{left(V{OUTF }+V{D}right) timesleft(1-D{NEW }right)}{V{INMIN } × D_{NEW }})
• 峰值/均方根電流計(jì)算：根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算初級(jí)和次級(jí)的峰值和均方根電流。
• 初級(jí)緩沖器選擇：根據(jù)公式計(jì)算緩沖電容、緩沖電阻和緩沖二極管的電壓額定值。
• 輸出電容選擇：(C{OUTF }=frac{I{STEP } × t{RESPONSE }}{Delta V{OUTF }})
• 輸入電容選擇：根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的輸入電容。

6.1.2 連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）

• 變壓器匝數(shù)比計(jì)算：(K=frac{left(V{OUT }+V{D}right) timesleft(1-D{MAX }right)}{V{INMIN } × D_{MAX }})
• 初級(jí)電感計(jì)算：(L{PRI}=frac{left(V{OUTF }+V{D}right) timesleft(1-D{NOM}right)^{2}}{2 × I{OUTF } × beta × f{SW} × K^{2}})
• 峰值和均方根電流計(jì)算：根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算初級(jí)和次級(jí)的峰值和均方根電流。
• 初級(jí)RCD緩沖器選擇：設(shè)計(jì)方法與DCM反激式轉(zhuǎn)換器相同。
• 輸出電容選擇：設(shè)計(jì)方法與DCM反激式轉(zhuǎn)換器相同。
• 輸入電容選擇：設(shè)計(jì)方法與DCM反激式轉(zhuǎn)換器相同。
• 誤差放大器補(bǔ)償設(shè)計(jì)：根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算補(bǔ)償值。

6.2 升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

6.2.1 不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）

• 電感選擇：(L{IN } leq frac{left[left(V{OUTF }-V{INMIN }right) × V{INMIN }^{2}right] × 0.4}{I{OUTF } × V{OUTF }^{2} × f_{SW}})
• 峰值/均方根電流計(jì)算：根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算電感的峰值電流。
• 輸出電容選擇：(C{OUT }=frac{I{STEP } × t{RESPONSE }}{Delta V{OUTF }})
• 輸入電容選擇：根據(jù)輸入DC總線允許的紋波計(jì)算輸入電容值。
• 誤差放大器補(bǔ)償設(shè)計(jì)：根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算補(bǔ)償值。
• 斜率補(bǔ)償：連接SCOMPF引腳到VCC設(shè)置最小斜率。
• 輸出二極管選擇：選擇合適的電壓和電流額定值的二極管。
• 內(nèi)部MOSFET均方根電流計(jì)算：根據(jù)公式計(jì)算內(nèi)部MOSFET的均方根電流。

6.2.2 連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）

• 電感選擇：(L{I N}=frac{V{I N} × D times(1-D)}{0.3 × I{OUTF } × f{S W}})
• 峰值/均方根電流計(jì)算：根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算電感和內(nèi)部MOSFET的峰值電流。
• 輸出電容選擇：設(shè)計(jì)方法與DCM升壓轉(zhuǎn)換器相同。
• 輸入電容選擇：根據(jù)輸入DC總線允許的紋波計(jì)算輸入電容值。
• 誤差放大器補(bǔ)償設(shè)計(jì)：根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算補(bǔ)償值。
• 斜率補(bǔ)償斜坡：計(jì)算穩(wěn)定轉(zhuǎn)換器所需的斜率。
• 輸出二極管選擇：設(shè)計(jì)方法與DCM升壓轉(zhuǎn)換器相同。
• 內(nèi)部MOSFET均方根電流計(jì)算：根據(jù)公式計(jì)算內(nèi)部MOSFET的均方根電流。

七、熱考慮

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要確保器件的結(jié)溫在電源指定的工作條件下不超過(guò)+125°C?？赏ㄟ^(guò)計(jì)算器件的功耗來(lái)評(píng)估熱性能，包括輸入功率、導(dǎo)通損耗、過(guò)渡損耗、電容損耗和降壓調(diào)節(jié)器損耗等。同時(shí)，需要根據(jù)器件的熱阻和環(huán)境溫度來(lái)估算結(jié)溫。

八、布局、接地和旁路

8.1 布局

所有承載脈沖電流的連接應(yīng)盡可能短且寬，以最小化電感。電路各部分的正向和返回脈沖電流的環(huán)路面積應(yīng)最小化，以減少輻射EMI。主MOSFET的散熱片表面積應(yīng)盡可能小。

8.2 接地

電源部分的接地平面應(yīng)與模擬接地平面分開(kāi)，僅在電源接地平面的噪聲最小部分連接。濾波電容的負(fù)極、功率開(kāi)關(guān)的接地返回和電流感測(cè)電阻應(yīng)靠近在一起。

8.3 旁路

在器件的VCC引腳和地之間連接至少1μF的輸入旁路電容，以確保穩(wěn)定的工作。

九、總結(jié)

MAX17497A/MAX17497B AC - DC和DC - DC峰值電流模式轉(zhuǎn)換器具有集成度高、性能優(yōu)越、保護(hù)功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種電源應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求合理選擇器件參數(shù)，并注意啟動(dòng)電壓、軟啟動(dòng)、輸出電壓、電流限制、斜率補(bǔ)償?shù)仍O(shè)計(jì)要點(diǎn)，同時(shí)要考慮熱性能和布局、接地、旁路等問(wèn)題，以確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用這些器件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，是否遇到過(guò)一些特別的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。