探索MAX5974E/MAX5974F：低成本反激式電源電流模式PWM控制器

在電源設計領域，尋找一款性能卓越、功能豐富且成本低廉的控制器至關重要。Maxim Integrated推出的MAX5974E/MAX5974F電流模式PWM控制器，便是這樣一款值得關注的產品。它專為低成本反激式電源設計，適用于多種應用場景，下面就為大家詳細介紹。

文件下載：MAX5974F.pdf

產品概述

MAX5974E/MAX5974F為寬輸入電壓、電流模式PWM、非隔離同步反激式轉換器提供控制，主要用于以太網供電（PoE）受電設備（PD）應用。其中，MAX5974E適用于通用或電信輸入范圍，而MAX5974F則能適應低至8.4V的輸入電壓。

特性亮點

1. 高效節能：
   • 配備同步MOSFET驅動器輸出，AUX驅動器驅動輸出同步整流器，降低傳導損耗。
   • 可編程死區時間實現零電壓開關（ZVS），輕載時降低開關頻率（頻率折返），減少開關損耗。
2. 簡化設計：內部誤差放大器搭配1%參考電壓，無需外部并聯穩壓器和光耦合器。
3. 低EMI：可編程頻率抖動功能實現低電磁干擾的擴頻操作。
4. 寬工作范圍：工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，采用16引腳TQFN - EP封裝。

應用場景

• PoE IEEE? 802.3af/at受電設備
• 高功率PD（超出802.3af/at標準）
• IP電話
• 無線接入節點
• 安全攝像頭

電氣特性

絕對最大額定值

在使用該控制器時，需注意各引腳的絕對最大額定值，如IN到GND的電壓范圍為 -0.3V至 +26V （VEN = 0V），EN、NDRV、AUXDRV到GND的電壓范圍為 -0.3V至（VIN + 0.3V）等。超出這些額定值可能會對設備造成永久性損壞。

電氣參數

• 欠壓鎖定/啟動：不同型號的啟動電壓和關斷電壓有所不同，例如MAX5974E的啟動電壓為15.4 - 16.5V，關斷電壓為6.65 - 7.35V。
• 振蕩器：開關頻率范圍為100kHz至600kHz，可通過連接RT引腳的電阻進行編程。
• 同步：同步邏輯高輸入為2.91V，同步脈沖寬度為50 ns，同步頻率范圍為1.1 x fSW至2 x fSW kHz。
• 軟啟動和重啟：軟啟動充電電流為9.5 - 10.5μA，打嗝模式下的放電電流為1.6 - 2.4μA。

典型工作特性

通過一系列圖表展示了該控制器在不同條件下的工作特性，如IN欠壓鎖定喚醒電平與溫度的關系、開關頻率與溫度的關系等。這些特性有助于工程師在設計時更好地了解控制器的性能，優化電路設計。

引腳配置與功能

引腳配置

MAX5974E/MAX5974F采用16引腳TQFN - EP封裝，各引腳具有不同的功能。

引腳功能

• DT：死區時間編程電阻連接引腳，通過連接電阻到GND設置NDRV和AUXDRV信號之間的死區時間。
• DITHER/SYNC：用于頻率抖動編程或同步連接，可實現擴頻操作或與外部時鐘同步。
• RT：開關頻率編程電阻連接引腳，通過連接電阻到GND設置PWM開關頻率。
• FFB：頻率折返閾值編程輸入引腳，連接電阻到GND可設置輸出平均電流閾值，當低于該閾值時，轉換器將開關頻率折返至原來的1/2。
• COMP：跨導放大器輸出和PWM比較器輸入，在關機后由控制器主動拉低。

詳細工作原理

電流模式控制環路

與電壓模式控制相比，電流模式控制具有兩大優勢：一是能夠逐周期調整輸入電壓變化，實現前饋特性；二是將控制器的穩定性要求降低到單極點系統，而電壓模式控制為雙極點系統。該控制器通過比較誤差放大器的縮放輸出與CSSC處的斜率補償電流檢測信號來實現電流模式控制。

輸入鉗位

當設備啟用時，內部18V輸入鉗位激活，防止電源輸入IN的電壓在過壓情況下超過18.5V（典型值）；當設備禁用時，輸入鉗位電路也隨之禁用。

使能輸入

使能輸入用于啟用或禁用設備，驅動EN引腳為低電平時，設備禁用，同時內部18V輸入鉗位也會禁用。在某些操作條件下，需要外部18V齊納二極管來保護電路。

啟動操作

設備在IN引腳電壓超過16V（MAX5974E）或8.4V（MAX5974F）且使能輸入電壓大于1.26V時啟動。啟動時，CIN通過啟動電阻RIN充電，當VIN超過內部引導欠壓鎖定（UVLO）閾值時，NDRV開始切換n溝道MOSFET，將能量傳輸到次級和三級輸出。

軟啟動

通過在SS引腳連接電容到GND來編程軟啟動時間，VSS在啟動期間控制振蕩器占空比，使占空比緩慢平穩地增加到穩態值。

輸出短路保護（打嗝模式）

當檢測到連續8次峰值電流限制事件時，NDRV和AUXDRV驅動器輸出關閉一個重啟周期tRSTRT，之后設備進行軟啟動。重啟周期的持續時間取決于SS引腳電容的值。

頻率折返

通過連接電阻從FFB到GND，可將頻率折返閾值編程為滿載電流的0 - 20%。當VCSAVG低于VFFB時，設備將開關頻率折返至原來的1/2，以減少開關損耗，提高轉換器效率。

占空比鉗位

最大占空比由2V、SS引腳電壓（VSS）和（2.43V - VDCLMP）中的最小值決定，可通過連接電阻到SS或DCLMP引腳來設置最大占空比。

振蕩器同步

內部振蕩器可通過將外部時鐘直接應用到DITHER/SYNC引腳進行同步，外部時鐘頻率范圍為內部時鐘頻率的1.1 - 2倍。

頻率抖動

通過在DITHER/SYNC引腳連接電容到GND和電阻到RT，可使轉換器的開關頻率在±10%范圍內抖動，降低電磁干擾。

可編程斜率補償

設備在CSSC引腳產生電流斜坡，通過連接外部電阻將其轉換為可編程斜率補償幅度，添加到電流檢測信號中，以穩定峰值電流模式控制環路。

誤差放大器

內部誤差放大器用于初級反饋，非反相輸入連接到內部參考電壓，反相輸入提供反饋。高開環增益和單位增益帶寬確保了良好的閉環帶寬和瞬態響應。

應用設計要點

啟動時間考慮

IN引腳的旁路電容CIN在設備喚醒后立即提供電流。CIN值過大可能會增加啟動時間，但能在初始啟動期間提供更多周期的柵極電荷；CIN值過小可能導致VIN低于7V，設備無法啟動。因此，需要選擇合適的CIN值，并使用低泄漏電容。

偏置電路

需要一個異相三級繞組為偏置電路供電，選擇合適的匝數比，使三級繞組電壓VT高于UVLO關斷電平，以確保在電源故障時設備能夠正常工作。

布局建議

在設計PCB時，應盡量減少高di/dt環路和高dV/dt表面的噪聲發射。例如，縮短攜帶開關電流的PCB走線，減小MOSFET散熱器的表面積，使用接地平面以獲得最佳效果。同時，對于通用交流輸入設計，需遵循相關安全法規。

MAX5974E/MAX5974F電流模式PWM控制器以其豐富的功能、高效的性能和靈活的設計，為低成本反激式電源設計提供了一個優秀的解決方案。電子工程師在設計過程中，可根據具體應用需求，合理利用其各項特性，優化電路設計，提高電源的性能和可靠性。你在使用這類控制器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。