探索MAX17598/MAX17599：低IQ、寬輸入范圍的有源鉗位電流模式PWM控制器

一、引言

在工業電源設計領域，對高效、可靠且靈活的電源控制器的需求日益增長。Maxim Integrated推出的MAX17598/MAX17599低IQ、有源鉗位電流模式PWM控制器，為寬輸入隔離/非隔離正激轉換器工業電源的設計提供了理想解決方案。本文將深入探討這兩款控制器的特點、性能及其在實際應用中的設計要點。

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二、產品概述

2.1 通用描述

MAX17598/MAX17599包含設計寬輸入隔離/非隔離正激轉換器工業電源所需的所有控制電路。其中，MAX17598適用于通用輸入（整流85V AC至265V AC）或電信（36V DC至72V DC）電源，而MAX17599則針對低壓工業電源（4.5V DC至36V DC）進行了優化。

2.2 有源鉗位拓撲優勢

兩款器件均配備AUX驅動器，用于驅動輔助MOSFET（鉗位開關），實現正激轉換器的有源鉗位變壓器復位拓撲。這種復位拓撲具有諸多優點，如降低開關上的電壓應力、因允許更大的磁通擺幅而減小變壓器尺寸，以及通過消除耗散緩沖電路提高效率。此外，AUX和主驅動器之間的可編程死區時間允許零電壓開關（ZVS），進一步提高了效率。

三、關鍵特性與優勢

3.1 電氣特性

• 輸入電源范圍：MAX17598的輸入電壓范圍較寬，適用于多種電源應用；MAX17599的輸入電壓范圍為4.5V至36V，滿足低壓工業電源需求。
• 可編程功能：包括可編程輸入欠壓鎖定（UVLO）、輸入過壓保護、100kHz至1MHz的可編程開關頻率、可編程頻率抖動以實現低EMI擴頻操作、可編程死區時間、可調軟啟動和可編程斜率補償等。
• 保護功能：具備打嗝式過流保護（打嗝模式）、軟停止功能、負電流限制等，確保在故障條件下的安全運行。
• 同步功能：SYNC功能允許在對噪聲敏感的應用中，將多個轉換器同步到一個公共外部時鐘。
• 熱保護：過溫故障觸發熱關斷，可靠保護器件。

3.2 封裝與溫度范圍

器件采用16引腳TQFN封裝，引腳間距為0.5mm，工作溫度范圍為 -40°C至 +125°C，適用于各種工業環境。

四、參數解析

4.1 絕對最大額定值

詳細規定了各引腳的電壓、電流等參數的最大允許值，如VIN（MAX17599僅為 -0.3V至 +40V）、EN/UVLO、NDRV、AUXDRV等引腳的電壓范圍，以及最大輸入/輸出電流、連續功率耗散等參數。

4.2 電氣特性

在特定測試條件下（如VIN = 12V，VCS = VDITHER = VFB = VOVI = VSGND = VPGND = 0V等），給出了輸入電源、內部LDO、過壓保護、振蕩器、同步、軟啟動/軟停止、驅動器、死區時間、電流限制比較器等各參數的最小值、典型值和最大值。例如，NDRV開關頻率范圍為100kHz至1000kHz，精度為±8%；軟啟動充電電流典型值為10μA等。

4.3 典型工作特性

通過一系列圖表展示了不同參數隨溫度、電阻等因素的變化關系，如啟動UVLO喚醒電平與溫度的關系、NDRV開關頻率與電阻的關系、效率曲線等，為工程師在實際設計中提供了重要參考。

五、設計要點

5.1 輸入電壓范圍與啟動操作

• MAX17598：具有不同的上升和下降欠壓鎖定（UVLO）閾值，適用于離線AC/DC和電信DC - DC電源。可采用成本效益高的RC啟動電路，通過啟動電阻RSTART對啟動電容CSTART充電，當VIN達到上升UVLO閾值時，器件開始工作。
• MAX17599：VIN引腳的最大工作電壓為36V，上升UVLO閾值為4.1V，滯后為200mV，適用于4.5V至36V的低壓DC - DC應用，可直接連接到輸入DC電源。

5.2 軟啟動與軟停止

• 軟啟動：通過控制COMP引腳實現電流模式軟啟動，避免二次側軟啟動電路，防止輸出電壓過沖和浪涌電流。軟啟動周期可通過連接在SS引腳和GND之間的電容CSS進行編程。
• 軟停止：當器件關閉時，軟停止功能使輸出電壓逐漸下降，并安全放電鉗位電容，允許控制器以可控方式重啟。

5.3 斜率補償編程

由于MAX17598/MAX17599的最大占空比為72.5%（典型值），為防止連續導通模式、峰值電流模式控制的轉換器在占空比大于50%時出現次諧波不穩定，需要進行斜率補償。可通過連接在SLOPE引腳和地之間的電阻RSLOPE進行編程。

5.4 驅動器設計

• n - 通道MOSFET柵極驅動器（NDRV）：可提供超過900mA/1500mA的峰值源/灌電流，需選擇具有可接受導通和開關損耗的MOSFET。
• p - 通道MOSFET柵極驅動器（AUXDRV）：借助電平轉換器驅動外部p - 通道MOSFET，可提供超過300mA/700mA的峰值源/灌電流，所選外部PMOSFET需能承受最大鉗位電壓。

5.5 死區時間設置

主輸出和AUX輸出邊緣之間的死區時間允許ZVS發生，可通過連接在DT和GND之間的電阻RDT將死區時間tDT設置在25ns至250ns之間。

5.6 振蕩器/開關頻率

通過連接在RT和GND之間的電阻RRT，可將器件的開關頻率編程在100kHz至1MHz之間。

5.7 峰值電流限制

通過連接在n - 通道MOSFET源極和PGND之間的電流感測電阻RCS設置電流限制。當電流感測電壓超過電流限制比較器閾值時，MOSFET驅動器（NDRV）在40ns（典型值）內終止電流導通周期。

5.8 負峰值電流限制

器件通過監測RCS兩端的電壓，限制動態操作條件下鉗位開關、變壓器初級和鉗位電容中的過大負電流，典型負電流限制閾值設置為 -102mV。

5.9 輸出短路保護（打嗝模式）

當檢測到連續八個峰值電流限制事件時，NDRV和AUXDRV驅動器輸出關閉（打嗝后軟停止），經過重啟周期tRSTR后，器件以軟啟動方式再次開啟。此外，還具有120%（典型值）峰值電流限制的失控電流限制設置，可在短路故障時保護器件。

5.10 振蕩器同步與頻率抖動

• 振蕩器同步：可將內部振蕩器同步到外部時鐘，外部時鐘頻率范圍為內部時鐘頻率的1.1倍至1.3倍。
• 頻率抖動：通過在DITHER/SYNC引腳連接電容和電阻，可使轉換器的開關頻率在±10%范圍內抖動，降低EMI。

六、布局建議

• 布線：所有承載脈沖電流的連接應盡可能短且寬，以減小電感和輻射EMI。
• 接地：功率部分的接地平面應與模擬接地平面分開，僅在功率接地平面噪聲最小的部分連接。
• 散熱：在器件的裸露焊盤下方提供多個連接到大地平面的熱過孔，以提高散熱效率。

七、典型應用電路

文檔提供了電信電源和低壓DC - DC應用的典型應用電路，為工程師在實際設計中提供了參考。

八、總結

MAX17598/MAX17599低IQ、寬輸入范圍的有源鉗位電流模式PWM控制器憑借其豐富的功能、靈活的可編程特性和可靠的保護機制，為工業電源設計提供了強大的支持。工程師在設計過程中，需根據具體應用需求，合理選擇器件參數，并遵循布局建議，以實現高效、穩定的電源設計。你在實際使用這兩款控制器時，是否遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。