MAX1858A/MAX1875A/MAX1876A：雙路180°異相降壓控制器的深度解析

在電子工程領域，電源管理是一個至關重要的環節。今天，我們將深入探討MAX1858A/MAX1875A/MAX1876A這三款雙路180°異相降壓控制器，它們在網絡、電信、DSP等眾多電源供應場景中都有著廣泛的應用。

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1. 產品概述

1.1 基本功能

MAX1858A/MAX1875A/MAX1876A能夠從4.5V至23V的輸入電源中生成兩路輸出，每路輸出電壓可在低于1V至18V之間調節，并且能夠支持10A及以上的負載。通過同步180°異相操作，有效降低了輸入電壓紋波和總RMS輸入紋波電流。

1.2 特性亮點

• 寬輸入輸出范圍：輸入電源范圍為4.5V - 23V，輸出電壓范圍為0 - 18V（最高支持10A負載）。
• 可調節特性：開關頻率可在100kHz至600kHz之間調節，還具備可調節的無損折返電流限制功能。
• 同步功能：支持可選的同步操作，提供時鐘輸出用于主從同步，可實現4個90°異相降壓轉換器（使用兩個控制器）。
• 特殊功能：MAX1875A/MAX1876A支持預偏置啟動，MAX1858A具備電源排序功能，MAX1858A/MAX1876A具有帶有140ms最小延遲的RST輸出。

2. 技術原理

2.1 DC - DC PWM控制

采用PWM電壓模式控制方案，控制器通過對內部振蕩器或外部時鐘輸入進行分頻來生成時鐘信號，每個控制器的開關頻率等于振蕩器頻率的一半（(f{sw}=f{osc}/2)）。內部跨導誤差放大器在COMP引腳產生積分誤差電壓，以提供高直流精度。

2.2 同步異相操作

兩個獨立的調節器以180°異相方式工作，這種設計減少了輸入濾波要求、降低了電磁干擾（EMI）并提高了效率。與傳統的雙開關調節器同相操作相比，它能有效降低RMS紋波電流和輸入電壓紋波，減少所需的輸入電容紋波電流額定值，降低成本和節省電路板空間。

2.3 內部5V線性調節器

所有功能由片上低壓差5V調節器內部供電，最大調節器輸入電壓（V +）為23V。輸出（VL）需用4.7μF陶瓷電容旁路至PGND，當V +大于5.5V時，VL通常為5V。同時，還采用了欠壓鎖定電路，當VL低于4.2V時，會禁用兩個調節器。

3. 引腳功能

3.1 補償與反饋引腳

• COMP1/COMP2：分別用于調節器1和調節器2的補償引腳，通過連接串聯電阻和電容到GND來補償控制環路。
• FB1/FB2：反饋輸入引腳，連接到輸出和GND之間的電阻分壓器，用于調節輸出電壓。

3.2 電流限制與頻率設置引腳

• ILIM1/ILIM2：用于調節調節器1和調節器2的電流限制閾值，可通過連接電阻到GND來實現可調節的電流限制。
• OSC：振蕩器頻率設置輸入引腳，通過連接電阻到GND來設置開關頻率。

3.3 其他重要引腳

• V +：輸入電源電壓引腳，范圍為4.5V - 23V。
• REF：2V參考輸出引腳，需用0.22μF或更大的陶瓷電容旁路到GND。
• CKO：時鐘輸出引腳，用于外部2相或4相同步。
• SYNC：同步輸入或時鐘輸出選擇輸入引腳，有三種工作模式，可實現不同的同步功能。

4. 設計要點

4.1 有效輸入電壓范圍

雖然控制器能在4.5V - 23V的輸入電源下工作，但實際輸入電壓范圍會受到占空比限制。最大輸入電壓受最小導通時間限制，最小輸入電壓受最大占空比限制。

4.2 輸出電壓設置

對于1V及以上的輸出電壓，通過連接輸出到FB_到GND的分壓器來設置；對于低于1V的輸出電壓，則連接輸出到FB_到REF的分壓器。

4.3 開關頻率設置

開關頻率由連接在OSC到GND的電阻（ROSC）決定，(R{OSC}=frac{6 × 10^{9}(Omega - Hz)}{f{SW}})。當使用外部同步信號時，ROSC應將開關頻率設置為SYNC速率的一半。

4.4 電感選擇

關鍵參數包括電感值（L）、峰值電感電流（IPEAK）和直流電阻（RDC）。通常選擇30%的峰 - 峰紋波電流與平均電流比（LIR = 0.3）作為折衷方案，(L=frac{V{OUT}(V{IN}-V{OUT})}{V{IN}f{SW}I{OUT}})，同時電感的飽和額定值必須超過最大負載電流下的峰值電感電流。

4.5 電流限制設置

采用“谷值”電流傳感算法，使用低側MOSFET的導通電阻作為電流傳感元件。可通過連接ILIM_到VL設置默認的100mV電流限制閾值，也可通過連接電阻到GND實現可調節的閾值。

4.6 電容選擇

• 輸入電容：用于減少從電源汲取的峰值電流和輸入電壓紋波，需滿足紋波電流要求，通常選擇非鉭電容。
• 輸出電容：關鍵參數包括電容值、ESR和電壓額定值，影響整體穩定性、輸出紋波電壓和瞬態響應。

4.7 補償

每個電壓模式控制器部分采用跨導誤差放大器，通過連接RCOMP_和CCOMP_A從COMP到GND來補償控制環路，以確保環路穩定性。

4.8 MOSFET選擇

選擇邏輯電平N溝道MOSFET，關鍵參數包括導通電阻（RDS(ON)）、最大漏源電壓（VDS(MAX)）、最小閾值電壓（VTH(MIN)）、總柵極電荷（Qg）、反向傳輸電容（CRSS）和功率耗散。

5. 應用注意事項

5.1 壓降性能

在低輸入電壓下，輸出電壓的可調范圍受最小關斷時間限制。為獲得最佳壓降性能，建議使用最低（100kHz）開關頻率設置。

5.2 抗噪性

在嘈雜環境中工作時，可通過調整控制器的補償來提高系統的抗噪性，例如降低交叉頻率。

5.3 PCB布局

精心的PCB布局對于實現低開關損耗和穩定操作至關重要。要將功率組件和模擬組件隔離，采用星形接地連接，保持高電流路徑短，避免引入交流電流到接地平面等。

6. 總結

MAX1858A/MAX1875A/MAX1876A雙路180°異相降壓控制器憑借其豐富的功能和出色的性能，為電源管理設計提供了一個強大的解決方案。在實際應用中，電子工程師需要根據具體需求，合理選擇和設計電路參數，同時注意PCB布局等細節，以確保系統的穩定性和可靠性。大家在使用這些控制器的過程中，是否也遇到過一些獨特的問題呢？歡迎在評論區分享交流。