深入解析MAX1875/MAX1876：双路180°反相PWM降压控制器

在电源管理领域，高效且稳定的降压控制器一直是电子工程师们追求的关键组件。今天，我们就来深入探讨一下Maxim公司的MAX1875/MAX1876双路180°反相PWM降压控制器，它拥有诸多出色特性，能满足多种应用场景的需求。

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一、产品概述

MAX1875/MAX1876可以从4.75V至23V的输入电源生成两个独立的输出，每个输出电压可在亚1V到18V之间调节，并且能够支持10A或更高的负载。其采用同步180°反相工作模式，有效降低了输入电压纹波和总RMS输入纹波电流。同时，该控制器的开关频率可通过外部电阻在100kHz至600kHz之间调节，还能与外部时钟同步。它还具备软启动和软停止功能，并且利用低端MOSFET的导通电阻作为电流感应元件，无需使用电流感应电阻。

二、主要特性

2.1 双独立输出电压

能够提供两个独立可调的输出电压，满足不同负载的供电需求，适用于复杂的电源系统设计。

2.2 反相工作模式

• 180°反相工作：降低了输入滤波要求、电磁干扰（EMI），提高了效率，减少了组件成本和电路板空间。
• 90°反相工作（使用两个MAX1875/MAX1876）：可以实现交错的两相或四相系统，进一步优化电源性能。

  2.3 折返电流限制

  在短路情况下，可调的折返电流限制能够降低功耗，保护电路组件。

  2.4 宽输入输出范围

• 输入电源范围为4.75V至23V，输出电压范围为0至18V（最高10A），适应多种电源环境。
• 效率超过90%，能有效降低功耗，提高能源利用率。

  2.5 可调节的开关频率

  开关频率可在100kHz至600kHz之间调节，可根据具体应用场景进行优化。同时，支持外部同步输入和时钟输出，方便实现主从同步。

  2.6 其他特性

  具有软启动和软停止功能，可减少启动时的电流冲击；MAX1876还带有复位输出（RST），可在两个输出达到稳定状态时向系统发出信号。

三、工作原理

3.1 DC - DC PWM控制

MAX1875/MAX1876采用PWM电压模式控制方案，通过对内部振荡器或外部时钟信号进行分频来生成时钟信号，每个控制器的开关频率等于振荡器频率的一半。内部跨导误差放大器在COMP引脚产生积分误差电压，通过PWM比较器和斜坡发生器设置占空比。当电感电流超过所选的谷底电流限制时，高端MOSFET不会在时钟边沿导通，低端MOSFET保持导通，使电感电流下降。

3.2 同步反相工作

两个独立的调节器以180°反相工作，降低了输入滤波要求和EMI，提高了效率。相比同相工作的双开关调节器，反相工作模式使两个调节器的瞬时输入电流峰值不再重叠，减少了RMS纹波电流和输入电压纹波，降低了对输入电容的纹波电流额定要求。

3.3 内部5V线性稳压器（VL）

所有功能由片上低压差5V稳压器内部供电，最大输入电压为23V。VL输出需用4.7µF陶瓷电容旁路至PGND，当V +大于5.5V时，VL典型值为5V。同时，该稳压器还具有欠压锁定电路，当VL低于4.5V时，两个调节器将被禁用。

3.4 高端栅极驱动电源（BST_）

高端N沟道开关的栅极驱动电压由飞电容升压电路产生。启动时，同步整流器（低端MOSFET）将LX_接地，将升压电容充电至5V；在第二个半周期，低端MOSFET关闭后，高端MOSFET通过闭合BST_和DH_之间的内部开关导通，提供必要的栅源电压。

3.5 MOSFET栅极驱动器（DH, DL）

DH和DL驱动器针对驱动中等大小的N沟道高端和较大的低端功率MOSFET进行了优化。DL_低端驱动波形始终是DH_高端驱动波形的互补（具有受控的死区时间，防止交叉导通）。自适应死区时间电路可监测DL_输出，确保高端FET在DL_完全关闭后才导通。

3.6 电流限制电路（ILIM_）

采用“谷底”电流传感算法，利用低端MOSFET的导通电阻作为电流传感元件。当电流传感信号高于电流限制阈值时，控制器不会启动新的周期。电流限制阈值可通过外部电阻在ILIM_引脚进行调节，范围为50mV至300mV。

3.7 欠压锁定和启动

当VL低于4.5V时，控制器激活欠压锁定（UVLO）电路，使DL和DH低电平，禁止开关操作；VL高于4.5V时，控制器启动输出。

3.8 使能（EN）、软启动和软停止

EN引脚为高电平时使能两个调节器，为低电平时关闭。关闭时，电源电流降至最大1mA，LX进入高阻抗状态，COMP通过17Ω电阻放电至GND，VL和REF保持激活。软启动过程中，输出逐渐上升至参考电压，以控制输出上升速率，减少启动时的输入浪涌电流；软停止过程则相反。

3.9 复位输出（MAX1876仅）

RST为开漏输出，当任一输出低于其标称调节电压的90%时，RST拉低；两个输出均超过90%且软启动完成后，RST变为高阻态。

3.10 时钟同步（SYNC, CKO）

SYNC有两个功能：选择用于同步从控制器的时钟输出（CKO）类型，或作为时钟输入使控制器与外部时钟信号同步。CKO可提供与开关频率同步的时钟信号，支持同相或90°反相同步。

3.11 热过载保护

当器件的管芯结温超过+160°C时，片上热传感器将关闭器件，使DL_和DH_低电平，器件冷却后再重新开启。

四、设计步骤

4.1 有效输入电压范围

实际输入电压范围受控制器占空比限制。最大输入电压受最小导通时间限制，最小输入电压受开关频率和最小关断时间限制。

4.2 设置输出电压

对于1V或更高的输出电压，可通过连接从输出到FB_到GND的分压器来设置；对于低于1V的输出电压，可连接从输出到FB_到REF的分压器。

4.3 设置开关频率

开关频率等于振荡器频率的一半，内部振荡器频率由连接在OSC到GND的电阻（ROSC）设置。当使用外部同步信号时，ROSC应设置为SYNC速率的一半。

4.4 电感选择

电感值由开关频率、输入电压、输出电压和所选的电感峰 - 峰交流电流与直流平均电流之比（LIR）决定。一般选择LIR为30%，以在尺寸和损耗之间取得较好的平衡。

4.5 电流限制设置

将ILIM连接到VL可获得默认的100mV（典型）电流限制阈值；若要调节阈值，可连接一个电阻（RILIM）从ILIM_到GND，调节范围为50mV至300mV。

4.6 输入电容选择

输入电容应选择在RMS输入电流下温度上升小于+10°C的电容，以确保长期可靠性。对于大多数应用，非钽电容（陶瓷、铝、聚合物或OS - CON）是首选。

4.7 输出电容选择

输出电容的关键参数是电容值、ESR和电压额定值，这些参数会影响整体稳定性、输出纹波电压和瞬态响应。

4.8 补偿

每个电压模式控制器部分采用跨导误差放大器，其输出是控制环路的补偿点。通过选择合适的补偿电阻和电容来优化控制环路的稳定性。

4.9 MOSFET选择

选择逻辑电平N沟道MOSFET，关键参数包括导通电阻、最大漏源电压、最小阈值电压、总栅极电荷、反向传输电容和功耗。要确保MAX1875/MAX1876的DL_栅极驱动器能够驱动MOSFET，并且MOSFET的总栅极电荷不会导致IC过热。

五、应用信息

5.1 压差性能

在低输入电压下，连续导通操作的输出电压可调范围受最小关断时间限制。为了获得最佳压差性能，建议使用最低的开关频率（100kHz）。同时，要注意计算最小输入电压和负载瞬态电压降（VSAG），以确保系统有足够的瞬态响应能力。

5.2 提高抗噪能力

在嘈杂环境中工作时，可以通过调整控制器的补偿来提高系统的抗噪能力，例如降低交叉频率。

5.3 PCB布局指南

精心设计的PCB布局对于实现低开关损耗和稳定的操作至关重要。要注意隔离电源组件和模拟组件，使用星型接地连接，保持高电流路径短，避免引入交流电流到接地平面，以及合理布线高速开关节点和敏感模拟区域。

六、总结

MAX1875/MAX1876双路180°反相PWM降压控制器凭借其出色的性能和丰富的特性，为电子工程师在电源设计领域提供了一个强大而灵活的解决方案。无论是在网络电源、电信电源，还是在DSP、ASIC和FPGA等电源应用中，它都能发挥出重要作用。但在实际应用中，我们需要根据具体的设计要求，仔细进行参数设置和布局设计，以确保系统的稳定性和可靠性。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。