探索MAX1846/MAX1847：高效反相PWM控制器的设计秘籍

在电信和网络应用的电源设计领域，MAX1846/MAX1847 高效反相PWM控制器凭借其卓越的性能和灵活的设计特性，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入探讨这两款控制器的特点、设计要点以及应用技巧。

文件下载：MAX1847.pdf

一、产品概述

MAX1846/MAX1847 是用于电信和网络应用的高效PWM反相控制器，可实现紧凑、低噪声的负输出DC - DC转换器。它们的输入电压范围为 +3V 至 +16.5V，输出电压范围为 -500mV 至 -200V。采用电流模式、恒定频率PWM控制方案，可有效降低开关噪声。

1. MAX1846

采用超紧凑的10引脚µMAX®封装，高频操作、与陶瓷电容兼容以及无变压器的反相拓扑结构，使得设计更加紧凑。同时，与电解电容兼容且可低至100kHz的操作频率，有助于降低外部组件成本。其高电流输出驱动器可驱动P沟道MOSFET，转换器输出功率可达30W。

2. MAX1847

具备时钟同步和关断功能，还可配置为使用N沟道MOSFET和变压器的反相反激控制器，输出功率可达70W，采用16引脚QSOP封装。

二、技术特性亮点

1. 高效节能

效率高达90%，能有效降低功耗，提高能源利用率。

2. 宽输入输出范围

输入范围为 +3.0V 至 +16.5V，输出范围为 -500mV 至 -200V，可满足多种不同的应用需求。

3. 灵活的频率控制

开关频率可在100kHz至500kHz之间通过电阻设置，还可通过外部时钟同步（仅MAX1847）。

4. 电流模式控制

简化补偿过程，提供良好的瞬态响应，并通过低端电流感应实现精确的电流模式控制和过流保护。

5. 内部软启动

无需外部电容，预设的“数字”软启动功能可在启动时逐步增加输出，减少冲击电流。

三、设计步骤详解

1. 初始规格确定

在开始设计前，需明确几个关键参数：最小期望输入电压 (V{IN(MIN)})、最大期望输入电压 (V{IN(MAX)})、期望输出电压 (V{OUT}) 和期望最大负载电流 (I{LOAD})。

2. 计算等效负载电阻

通过公式 (R{LOAD}=V{OUT} / I_{LOAD}) 计算等效负载电阻，简化后续验证方程。

3. 计算占空比

占空比是MOSFET开关导通时间与振荡器周期的比值，由输入电压与输出电压的比值决定。需计算最小占空比 (D{MIN}) 和最大占空比 (D{MAX})： [D{MIN}=frac{-V{OUT }+V{D}}{V{IN(MAX) }-V{SW}-V{LIM }-V{OUT }+V{D}}] [D{MAX}=frac{-V{OUT }+V{D}}{V{IN (MIN) }-V{SW}-V{LIM }-V{OUT }+V{D}}] 其中，(V{D}) 为输出二极管的正向压降，(V{SW}) 为外部FET导通时的压降，(V_{LIM}) 为电流限制阈值。

4. 设置输出电压

使用两个外部电阻在输出和REF之间形成电阻分压器连接到FB，设置输出电压。选择R2使 (I{R2}) 在50µA至250µA之间，然后通过公式 (R1 = R2 × (-V{OUT} / V_{REF})) 计算R1。

5. 设置工作频率

工作频率可在100kHz至500kHz之间选择，需综合考虑噪声、电感和电容大小、功率消耗等因素。可通过连接从FREQ到GND的电阻RFREQ设置振荡器频率，其关系可参考典型工作特性图或使用公式计算。

6. 选择电感值

电感值决定电流模式调节器的运行。对于大多数电路，连续模式下运行更高效经济。可通过计算电感纹波电流和电感值来选择合适的电感，同时要确保所选电感的饱和额定值满足或超过计算的峰值电感电流。

7. 确定峰值电感电流

通过公式 (I{LPEAK} = I{LDC} + (I{LPP} / 2)) 计算峰值电感电流，其中 (I{LDC}) 为平均直流电感电流，(I_{LPP}) 为电感峰 - 峰纹波电流。

8. 检查斜率补偿稳定性

在占空比大于50%时，需通过计算最小电感值 (L{MIN}) 检查斜率补偿稳定性，若 (L{MIN}) 大于所选电感值L，则需增大L。

9. 选择电感磁芯

选择最具成本效益的电感需优化磁场和磁通与尺寸的关系。对于较高输出电压，可能需要更多匝数的电感，可考虑使用粉末铁芯以降低成本。

10. 功率MOSFET选择

MAX1846/MAX1847可驱动多种P沟道功率MOSFET，选择时需考虑总栅极电荷 (Q{G})、反向传输电容 (C{RSS})、导通电阻 (R{DS(ON)})、最大漏 - 源电压 (V{DS(MAX)}) 和最小阈值电压 (V_{TH(MIN)}) 等参数。

11. 输出电容选择

输出电容负责滤波，其电容值和等效串联电阻（ESR）会影响输出纹波电压。需根据期望的输出纹波电压确定最大ESR，并选择合适的电容。

12. 选择补偿组件

MAX1846/MAX1847为外部环路补偿设备，需通过计算极点和零点，选择合适的补偿电阻 (R{COMP}) 和补偿电容 (C{COMP}) 来确保控制环路的稳定性。

四、应用信息与注意事项

1. 最大输出功率

MAX1846/MAX1847的最大输出功率取决于最大可用输入功率和电路效率，可通过公式 (P{OUT(MAX)} = Efficiency × P{IN(MAX)}) 计算。

2. 二极管选择

由于开关频率高，建议使用肖特基二极管，确保其平均电流额定值超过峰值电感电流，反向击穿电压超过输出电压与输入电压之差加上漏感尖峰。

3. 输入滤波电容

输入电容需提供逆变器的峰值电流，选择方法与输出电容相同，需考虑电容值和ESR以降低噪声和处理纹波电流。

4. 旁路电容

除输入和输出电容外，还需使用陶瓷旁路电容对REF和VL进行旁路，且应尽量靠近相应引脚。

5. PCB布局指南

良好的PCB布局和布线对于高频开关电源至关重要，建议遵循评估套件的PCB布局，将功率组件紧密放置，保持走线短、直、宽，采用“星形”接地配置。

五、总结

MAX1846/MAX1847 高效反相PWM控制器为电信和网络应用的电源设计提供了强大而灵活的解决方案。通过深入了解其特性和设计要点，工程师们可以根据具体应用需求，优化电路设计，实现高效、稳定的负输出DC - DC转换器。在实际设计过程中，还需不断调试和优化，以确保电路性能达到最佳状态。你在使用MAX1846/MAX1847 时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。