深入解析MAX1887/MAX1897：多相降压电源的理想选择

在电子设计领域，对于低电压、高电流的多相DC - DC应用，选择合适的控制器至关重要。MAX1887/MAX1897作为Maxim推出的Quick - PWM从控制器，为这类应用提供了出色的解决方案。下面我们就来详细了解一下这两款控制器。

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产品概述

MAX1887/MAX1897是专为低电压、高电流的多相DC - DC应用设计的降压从控制器。它们可以与Maxim的任何Quick - PWM降压控制器结合，形成多相DC - DC转换器。像MAX1718这类现有的Quick - PWM控制器可作为主控制器，提供精确的输出电压调节、快速的瞬态响应和故障保护功能。而MAX1887/MAX1897与主控制器的低侧栅极驱动器同步，具备Quick - PWM恒定导通时间控制器、同步整流器的栅极驱动器、有源电流平衡和精密电流限制电路。

产品特性

高效与低占空比能力

MAX1887/MAX1897和其他Quick - PWM控制器一样，具有高效率、超低占空比能力和出色的瞬态响应。它们通过电流检测电阻差分检测主从控制器的电感电流，利用差分输入和外部参考得出的可调电流限制阈值，能精确平衡电感电流并提供精确的电流限制保护。

灵活的触发与工作模式

MAX1887在主控制器低侧栅极驱动器的上升沿触发，使主从控制器的导通时间错开，实现异相操作，可降低输入纹波电流和输入电容数量。MAX1897则具有可选的触发极性，可实现异相或同相操作。

低功耗设计

在功耗方面表现出色，静态电源电流低，如MAX1887典型值为525µA，待机电源电流为20µA ；MAX1897关机时电源电流小于1µA。

多封装选择

提供多种封装形式，如MAX1887采用16引脚QSOP封装，MAX1897有20引脚5mm x 5mm QFN或20引脚5mm x 5mm薄型QFN封装，方便不同应用场景的设计需求。

工作原理

导通时间控制与有源电流平衡

采用恒定导通时间、电压前馈架构。高侧开关的导通时间由一个单稳态电路决定，其周期与输入电压成反比，与补偿电压（VCOMP）成正比。另一个单稳态电路设置最小关断时间（典型值为130ns）。当满足特定条件时，导通时间单稳态电路触发，如检测到TRIG输入的转换、从控制器的电感电流低于电流限制阈值且最小关断时间已过。通过跨导放大器对主从电流检测信号的差异进行积分，调整从控制器的导通时间，实现电感电流的平衡。

同相和异相操作

多相系统可选择异相操作（各相导通时间错开）或同相操作（所有相在新周期开始时同时开启）。异相操作可降低输入和输出电压纹波以及RMS纹波电流，减少输入和输出电容需求；同相操作时，输入电容需承受较大的瞬时输入电流，会增加纹波电压和电流，降低效率。MAX1897可通过极性选择输入（POL）选择触发极性，以适应不同的占空比应用。

强制PWM模式

MAX1887/MAX1897控制器不允许轻载脉冲跳跃，主控制器必须配置为强制PWM操作。这种模式下，低侧栅极驱动波形是高侧栅极驱动波形的互补，允许电感电流反向，在负负载和输出电压下降过渡时，可使转换器吸收电流，快速拉低输出电压，且开关频率在全负载和输入电压范围内相对恒定。

设计要点

输入电压和负载电流

在选择开关频率和电感工作点（纹波电流比）之前，要明确输入电压范围和最大负载电流。输入电压范围要考虑最坏情况下的高交流适配器电压和最低输入电压；最大负载电流要考虑峰值负载电流和连续负载电流，它们分别影响瞬时组件应力、滤波要求以及热应力。

开关频率

开关频率的选择决定了尺寸和效率之间的权衡。最佳频率主要取决于最大输入电压，同时由于MOSFET技术的不断进步，最佳频率也是一个动态值。

导通时间设置

主控制器的恒定导通时间控制算法使开关频率接近恒定。从控制器的高侧开关导通时间与V +成反比，与补偿电压（VCOMP）成正比。要将从控制器的标称导通时间设置为与主控制器匹配，同时确保COMP电压在其输出电压范围内（0.42V至2.80V）。

电感选择

开关频率和工作点（纹波百分比或LIR）决定电感值。要选择低损耗、直流电阻尽可能低且能适应指定尺寸的电感，同时要确保电感在峰值电感电流下不饱和。

电流限制设置

主从控制器的电流限制阈值要足够大，以支持最大负载电流。先根据工作条件和低侧MOSFET的特性设置主控制器的电流限制，再配置从控制器调整主控制器的电流限制阈值。

输出电容选择

输出滤波电容的有效串联电阻（ESR）要足够低，以满足输出纹波和负载瞬态要求，同时要足够高以满足稳定性要求。在不同应用场景下，输出电容的选择依据不同，如CPU VCORE转换器主要考虑防止负载瞬态时输出电压过低所需的ESR，非CPU应用则主要考虑维持可接受输出纹波电压所需的ESR。

输入电容选择

输入电容要满足开关电流产生的纹波电流要求。MAX1887/MAX1897多相从控制器异相操作时，可通过将负载电流分配到独立相来最小化输入纹波电流；同相操作时，输入电容需支持各相的组合输入纹波电流。

MOSFET选择

高侧MOSFET要能在VIN(MIN)和VIN(MAX)下耗散电阻损耗和开关损耗，低侧MOSFET要选择导通电阻尽可能低、封装适中且价格合理的型号，同时要确保DL栅极驱动器能提供足够电流，避免交叉导通问题。

应用信息

电压定位与有效效率

在为新的移动处理器供电时，电压定位可减少输出电容的使用并降低负载下的功耗。通过动态调整输出电压，可使电路容忍更高的ESR，从而减少电容数量。同时，电压定位还能降低CPU的功耗，提高有效效率。

单级与两级应用

MAX1887/MAX1897可用于直接电池连接（单级）或从稳压5V电源获取功率（两级）。单级方法具有总电感尺寸小、电容少、输入电流低、瞬态响应好和总效率高等优点；两级方法则具有电路尺寸小、局部功耗低、放置灵活等优势。

陶瓷输出电容应用

陶瓷电容具有超低ESR、不可燃、体积小和无极性等优点，但价格昂贵、易碎，且超低ESR特性可能导致过高的ESR零频率。在电压定位电路中，MAX1887/MAX1897可充分利用陶瓷输出电容的优点，通过增加定位电阻降低有效ESR零频率。

PCB布局指南

布局原则

PCB布局对于实现低开关损耗和稳定运行至关重要。要保持高电流路径短，尤其是接地端子；将所有模拟接地连接到单独的实心铜平面；主控制器也应有单独的模拟接地；保持电源走线和负载连接短；保持高电流栅极驱动走线短而宽；使用Kelvin检测连接确保电流检测精度；避免高速开关节点靠近敏感模拟区域；将引脚选择控制输入连接到模拟接地或VCC。

布局步骤

先放置电源组件，使接地端子相邻；将控制器IC安装在低侧MOSFET附近；将栅极驱动组件分组靠近控制器IC；按照特定方式进行DC - DC控制器接地连接；将输出电源平面直接连接到输出滤波电容的正负极；将整个DC - DC转换器电路尽可能靠近CPU放置。

MAX1887/MAX1897以其丰富的特性和出色的性能，为多相降压电源设计提供了全面的解决方案。在实际设计中，工程师需要根据具体应用需求，综合考虑各个设计要点和布局要求，以实现最佳的电路性能。你在使用MAX1887/MAX1897进行设计时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。