探索MAX1864/MAX1865：xDSL/Cable Modem的理想電源解決方案

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電源供應(yīng)是至關(guān)重要的一環(huán)。對(duì)于xDSL和Cable Modem這類成本敏感型應(yīng)用，選擇合適的電源控制器尤為關(guān)鍵。今天，我們就來深入探討一下Maxim公司的MAX1864/MAX1865電源控制器，看看它們?nèi)绾螢檫@些應(yīng)用提供高效、穩(wěn)定的電源解決方案。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1864/MAX1865電源控制器專為成本敏感型應(yīng)用而設(shè)計(jì)，如電纜調(diào)制解調(diào)器、xDSL用戶端設(shè)備（CPE）和機(jī)頂盒等。它們可以在低成本、未穩(wěn)壓的直流電源（如壁式適配器輸出）下工作，MAX1864可產(chǎn)生三個(gè)正輸出，而MAX1865能產(chǎn)生四個(gè)正輸出和一個(gè)負(fù)輸出，為系統(tǒng)提供了經(jīng)濟(jì)高效的電源供應(yīng)。

1. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

MAX1864包含一個(gè)電流模式同步降壓控制器和兩個(gè)正調(diào)節(jié)器增益塊，而MAX1865則多一個(gè)正增益塊和一個(gè)負(fù)調(diào)節(jié)器增益塊。主同步降壓控制器可產(chǎn)生大電流輸出，預(yù)設(shè)為3.3V，也可通過外部電阻分壓器在1.236V至0.8 × VIN之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2. 特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)

• 寬輸入電壓范圍：4.5V至28V的輸入電壓范圍，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 高效節(jié)能：采用固定頻率（100kHz/200kHz）PWM控制器，效率高達(dá)95%，且無需電流檢測(cè)電阻，降低了成本和功耗。
• 靈活調(diào)節(jié)：所有輸出電壓均可外部調(diào)節(jié)，提供了最大的靈活性。
• 軟啟動(dòng)功能：降壓轉(zhuǎn)換器和所有正線性穩(wěn)壓器都具有軟啟動(dòng)功能，可減少啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊。
• 電源良好指示：有電源良好輸出（POK），可監(jiān)測(cè)所有輸出電壓，方便用戶了解電源狀態(tài)。

二、電氣特性

1. 輸入輸出參數(shù)

在典型工作條件下（VIN = 12V，ILIM = FB = GND，VBST - VLx = 5V，TA = 0°C至+85°C），其電氣特性表現(xiàn)出色。例如，輸入電壓范圍為4.5V至28V，靜態(tài)電源電流在不同型號(hào)和條件下有所差異，VL調(diào)節(jié)器的輸出電壓在4.75V至5.25V之間，DC - DC控制器的輸出電壓在預(yù)設(shè)模式下為3.247V至3.380V等。

2. 開關(guān)頻率和占空比

開關(guān)頻率方面，MAX186_T為160kHz至240kHz，MAX186_U為80kHz至120kHz，最大占空比在74%至90%之間。這些參數(shù)的合理設(shè)置確保了電源的穩(wěn)定輸出和高效轉(zhuǎn)換。

三、典型工作特性

1. 輸出電壓與負(fù)載電流關(guān)系

從典型工作特性曲線可以看出，在預(yù)設(shè)模式和可調(diào)模式下，輸出電壓隨負(fù)載電流的變化情況。例如，在預(yù)設(shè)模式下，當(dāng)VIN不同時(shí)，輸出電壓在一定負(fù)載電流范圍內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定，且效率也能達(dá)到較高水平。

2. 效率與負(fù)載電流關(guān)系

效率與負(fù)載電流的關(guān)系曲線顯示，在不同輸入電壓和輸出電壓條件下，電源的效率隨著負(fù)載電流的增加而變化。一般來說，在適當(dāng)?shù)呢?fù)載范圍內(nèi)，效率能達(dá)到較高值，這對(duì)于節(jié)能和降低功耗非常重要。

3. 開關(guān)波形和軟啟動(dòng)特性

開關(guān)波形展示了降壓轉(zhuǎn)換器的工作過程，包括輸出電壓、電感電流等的變化情況。軟啟動(dòng)特性則確保了電源在啟動(dòng)時(shí)能夠平穩(wěn)上升，避免了電流沖擊對(duì)設(shè)備的損害。

四、引腳描述

MAX1864/MAX1865的引腳功能豐富，每個(gè)引腳都有其特定的作用。例如，POK引腳為開漏電源良好輸出，用于指示輸出電壓是否正常；COMP引腳為補(bǔ)償引腳，用于補(bǔ)償控制環(huán)路；FB引腳為反饋輸入，可用于調(diào)節(jié)輸出電壓等。了解這些引腳的功能對(duì)于正確使用和設(shè)計(jì)電路至關(guān)重要。

五、詳細(xì)工作原理

1. DC - DC控制器

MAX1864/MAX1865的降壓轉(zhuǎn)換器采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）電流模式控制方案。內(nèi)部跨導(dǎo)放大器在COMP引腳建立集成誤差電壓，通過比較集成電壓反饋信號(hào)和放大后的電流檢測(cè)信號(hào)以及斜率補(bǔ)償斜坡，來控制高側(cè)MOSFET的開關(guān)，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。

2. 電流檢測(cè)放大器

電流檢測(cè)電路通過放大高側(cè)MOSFET的導(dǎo)通電阻產(chǎn)生的電流檢測(cè)電壓，將其與內(nèi)部斜率補(bǔ)償信號(hào)相加后輸入到PWM比較器，以實(shí)現(xiàn)電流限制和穩(wěn)定輸出。

3. 電流限制電路

采用獨(dú)特的“谷值”電流限制算法，利用低側(cè)MOSFET的導(dǎo)通電阻作為傳感元件。當(dāng)?shù)蛡?cè)MOSFET兩端的電壓超過電流限制閾值時(shí)，高側(cè)MOSFET將不會(huì)開啟，從而實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。

4. 同步整流驅(qū)動(dòng)器

同步整流通過用低電阻MOSFET開關(guān)代替普通肖特基續(xù)流二極管，降低了整流器的傳導(dǎo)損耗，同時(shí)確保了升壓柵極驅(qū)動(dòng)器電路的正常啟動(dòng)和電流限制信號(hào)的提供。

5. 高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)電源

高側(cè)N溝道開關(guān)的柵極驅(qū)動(dòng)電壓由飛電容升壓電路產(chǎn)生，在啟動(dòng)時(shí)，同步整流器將LX接地，為升壓電容充電，隨后通過內(nèi)部開關(guān)為高側(cè)MOSFET提供必要的柵源電壓。

6. 內(nèi)部5V線性穩(wěn)壓器

除電流檢測(cè)放大器外，MAX1864/MAX1865的所有功能均由片上低壓差5V穩(wěn)壓器內(nèi)部供電。該穩(wěn)壓器的最大輸入電壓為28V，輸出需用至少1μF的陶瓷電容旁路到地。

7. 欠壓鎖定和軟啟動(dòng)

當(dāng)VL低于3.5V時(shí)，欠壓鎖定（UVLO）電路將抑制開關(guān)操作，強(qiáng)制POK低電平，并使DL和DH柵極驅(qū)動(dòng)器低電平。當(dāng)VL高于3.5V時(shí)，內(nèi)部數(shù)字軟啟動(dòng)將啟動(dòng)，逐步升高輸出電壓，減少啟動(dòng)時(shí)的輸入浪涌電流。

8. 電源良好輸出和熱過載保護(hù)

電源良好輸出（POK）為開漏輸出，當(dāng)任何輸出低于其標(biāo)稱調(diào)節(jié)電壓的90%或處于軟啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，POK為低電平；當(dāng)所有輸出超過標(biāo)稱調(diào)節(jié)電壓的90%且軟啟動(dòng)完成后，POK為高阻態(tài)。熱過載保護(hù)在結(jié)溫超過160°C時(shí)關(guān)閉設(shè)備，待結(jié)溫下降10°C后重新開啟，以保護(hù)設(shè)備免受過載損壞。

六、設(shè)計(jì)步驟

1. DC - DC降壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓選擇

可通過將FB連接到GND獲得預(yù)設(shè)的3.3V輸出電壓，也可通過連接從輸出到FB再到GND的分壓器來調(diào)節(jié)輸出電壓，范圍為1.236V至0.8 × VIN。

2. 電感值選擇

電感值的選擇需要考慮電感值（L）、峰值電流（IPEAK）和直流電阻（RDC）等參數(shù)。一般來說，選擇30%的紋波電流與負(fù)載電流比（LIR = 0.3）是一個(gè)較好的折衷方案。

3. 設(shè)置電流限制

電流限制閾值可通過連接從VL到ILIM再到GND的分壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)，范圍為106mV至530mV。在設(shè)置時(shí)，需考慮MOSFET的導(dǎo)通電阻和溫度變化對(duì)其的影響。

4. MOSFET選擇

選擇MOSFET時(shí)，需要考慮導(dǎo)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）和反向傳輸電容（CRSS）等參數(shù)。同時(shí)，要確保MOSFET的功率損耗在允許范圍內(nèi)，避免過熱損壞。

5. 輸入和輸出電容選擇

輸入電容用于減少?gòu)碾娫次〉姆逯惦娏骱洼斎腚妷杭y波，輸出電容則影響輸出電壓的穩(wěn)定性、紋波電壓和瞬態(tài)響應(yīng)。選擇時(shí)需要考慮電容的實(shí)際電容值、等效串聯(lián)電阻（ESR）和電壓額定值等參數(shù)。

6. 補(bǔ)償設(shè)計(jì)

通過在COMP和GND之間連接串聯(lián)電阻和電容，形成零極點(diǎn)對(duì)，以優(yōu)化控制環(huán)路的穩(wěn)定性。選擇合適的補(bǔ)償電阻和電容值，可確保電源在不同輸入輸出電壓條件下穩(wěn)定工作。

7. 線性調(diào)節(jié)器控制器

正輸出電壓可通過連接從輸出到FB_再到GND的分壓器進(jìn)行設(shè)置，負(fù)輸出電壓（僅MAX1865）可通過連接從輸出到FB5再到正電壓參考的分壓器進(jìn)行設(shè)置。

8. 晶體管選擇

選擇通過晶體管時(shí)，需要考慮電流增益（hFE）、輸入電容、集電極 - 發(fā)射極飽和電壓和功率損耗等參數(shù)，以確保線性調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定工作。

9. 穩(wěn)定性要求

線性調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定性取決于跨導(dǎo)放大器、通過晶體管的規(guī)格、基極 - 發(fā)射極電阻和輸出電容等因素。通過合理選擇這些參數(shù)，并驗(yàn)證相關(guān)極點(diǎn)和零點(diǎn)的位置，可確保線性調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定運(yùn)行。

10. 變壓器設(shè)計(jì)

如果使用變壓器，需要根據(jù)輸出電壓和負(fù)載要求選擇合適的匝數(shù)比，并注意變壓器在高占空比下的負(fù)載能力。

11. 緩沖器設(shè)計(jì)

為了減少M(fèi)OSFET開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的振蕩和噪聲，可在二極管處添加串聯(lián)RC緩沖器電路，以增加阻尼因子，使振蕩迅速穩(wěn)定。

七、應(yīng)用信息

1. PC板布局指南

PC板布局對(duì)于實(shí)現(xiàn)低開關(guān)損耗和穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。在布局時(shí)，應(yīng)將功率組件放置在一起，確保接地端子相鄰，保持高電流路徑短，將MAX1864/MAX1865與開關(guān)MOSFET相鄰安裝，分組放置柵極驅(qū)動(dòng)組件，將模擬接地連接到單獨(dú)的實(shí)心銅接地平面，確保反饋連接短而直接，避免高速開關(guān)節(jié)點(diǎn)靠近敏感模擬區(qū)域等。

2. 調(diào)節(jié)高電壓

通過添加共源共柵晶體管來緩沖基極驅(qū)動(dòng)輸出，可將線性調(diào)節(jié)器控制器配置為調(diào)節(jié)高輸出電壓，如正輸出電壓在30V至60V之間，負(fù)輸出電壓在 - 20V至 - 120V之間。

八、總結(jié)

MAX1864/MAX1865電源控制器以其豐富的功能、高效的性能和靈活的設(shè)計(jì)，為xDSL和Cable Modem等應(yīng)用提供了優(yōu)秀的電源解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇和配置各個(gè)組件，同時(shí)注意PC板布局和穩(wěn)定性要求，以確保電源系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。希望通過本文的介紹，能幫助電子工程師更好地了解和使用MAX1864/MAX1865，設(shè)計(jì)出更優(yōu)質(zhì)的電源電路。你在使用這類電源控制器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。