MAX17497A/MAX17497B：AC - DC和DC - DC峰值电流模式转换器

一、引言

在电子设备的电源设计中，高效、稳定且紧凑的电源解决方案至关重要。Maxim Integrated推出的MAX17497A/MAX17497B AC - DC和DC - DC峰值电流模式转换器，集成了降压调节器，为智能电表、工业控制等多种应用提供了理想的电源解决方案。本文将详细介绍这两款转换器的特点、性能以及设计要点。

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二、产品概述

2.1 基本功能

MAX17497A/MAX17497B包含电流模式固定频率反激式转换器和同步降压调节器。它们具备设计宽输入电压非隔离电源所需的所有控制电路，可用于为智能电表、工业控制等应用提供多输出轨电源。其中，MAX17497A适用于通用离线（85V AC至265V AC）应用，而MAX17497B则支持适用于低压DC - DC应用的欠压锁定（UVLO）阈值。两款器件都集成了一个3.3V固定输出同步降压调节器，可提供高达600mA的负载电流。

2.2 关键参数

• 开关频率：MAX17497A反激式转换器的开关频率为250kHz，MAX17497B反激/升压转换器的开关频率为500kHz。两款器件的内部补偿同步降压调节器的开关频率均为1MHz。
• 最大占空比：两款器件的最大占空比均大于92%，降压调节器的最大占空比为85%。
• 工作温度范围：-40°C至+125°C。

三、产品优势与特性

3.1 减少元件数量和电路板空间

• 集成了内部补偿的降压调节器，无需电流感测电阻。
• 采用节省空间的16引脚（3mm x 3mm）TQFN封装。

3.2 最小化无线电干扰

离线版本的250kHz开关频率可最大程度减少对智能电表应用中无线电接收器的干扰。

3.3 降低浪涌电流

• 可编程的反激/升压软启动。
• 降压调节器采用内部数字软启动。

3.4 降低故障时的功耗

• 打嗝模式过流保护。
• 带迟滞的热关断。

3.5 强大的保护功能

• 反激/升压可编程电流限制。
• 输入过压保护。

3.6 优化的环路性能

可编程的反激/升压斜率补偿可最大化可获得的相位裕度。

3.7 高效率

• 低RDSON（150mΩ）、65V额定内部nMOSFET。
• 3.3V降压调节器效率大于90%。

3.8 可选的扩频功能

适用于对EMI敏感的应用。

四、电气特性

4.1 输入电源

• 电压范围：MAX17497A的输入电压范围为4.5V至29V，MAX17497B为4.5V至36V。
• 启动电流：在UVLO状态下，启动电流为22μA至36μA。
• 工作电流：开关状态下，MAX17497A的输入电源电流为2.75mA至4.5mA。

4.2 线性调节器（VCC）

输出电压范围为4.8V至5.2V，压降为160mV至300mV，电流限制为50mA至100mA。

4.3 过压保护

OVI阈值上升和下降分别为1.18V至1.28V和1.11V至1.21V，屏蔽延迟为2μs。

4.4 反激/升压转换器

• 开关频率：MAX17497A为235kHz至265kHz，MAX17497B为470kHz至530kHz。
• 最大占空比：MAX17497A为92%至97%，MAX17497B为90%至94%。

4.5 降压调节器

• 输入电压范围：7V至16V。
• 静态电流：200μA至300μA。
• 输出电压精度：3.245V至3.355V。

五、设计要点

5.1 启动电压和输入过压保护设置

通过EN/UVLO和OVI引脚可实现启动电压和输入过压保护的设置。可使用电阻分压器将输入DC电压的一部分施加到EN/UVLO引脚，当该引脚电压超过1.23V（典型值）时，器件开始启动；当电压低于1.17V（典型值）时，器件关闭。通过修改电阻分压器可实现输入过压保护，当OVI引脚电压超过1.23V（典型值）时，器件停止开关操作，直到电压低于1.17V（典型值）才恢复。

5.2 软启动编程

通过连接到SSF引脚的电容可对反激/升压转换器的软启动时间进行编程，计算公式为(C{SSF}=8.13 × t{SSF} nF)，其中(t_{SSF})以ms为单位。

5.3 输出电压编程

通过选择连接从反激/升压输出到地的电阻分压器的值，可设置反激/升压转换器的输出电压。计算公式为(R{U}=R{B} timesleft[frac{V{OUTF }}{1.22}-1right] k Omega)，其中(R{B})在20kΩ至50kΩ范围内。

5.4 电流限制编程

通过连接从RLIMF引脚到地的电阻可设置反激/升压转换器的电流限制，计算公式为(R{LIMF}=50 × I{PK} k Omega)，其中(I_{PK})以安培为单位。

5.5 斜率补偿编程

当器件在最大占空比为49%时理论上不需要斜率补偿，但实际应用中，MAX17497A需要一定的斜率补偿以实现稳定、无抖动的操作。可通过连接SCOMPF引脚到VCC设置默认的斜率补偿值，也可通过连接从SCOMPF引脚到地的电阻(R{SCOMPF})进行编程，计算公式为(R{SCOMPF }=0.5 S{E} k Omega)，其中斜率(S{E})以毫伏每微秒为单位。

5.6 降压过流保护

降压调节器具备强大的过流保护功能，当高端开关电流达到1A（典型值）时，触发打嗝模式，暂停开关操作32ms，以允许过载电流衰减。

5.7 误差放大器、环路补偿和功率级设计

为实现反激/升压转换器的稳定运行，需要对误差放大器输出进行适当的环路补偿。补偿网络的设计目标是在转换器的开环增益传递函数的交叉频率处实现所需的闭环带宽和足够的相位裕度。

六、应用电路设计

6.1 反激式转换器设计

6.1.1 不连续导通模式（DCM）

• 初级电感选择：(L{PRIMAX } leq frac{left(V{INMIN } × D{MAX }right)^{2} × 0.4}{left(V{OUTF }+V{D}right) × I{OUTF } × f_{SW}})
• 占空比计算：(D{N E W}=frac{sqrt{2.5 × L{PRI} timesleft(V{OUTF }+V{D}right) × I{OUTF } × f{SW}}}{V_{INMIN }})
• 匝数比计算：(K=frac{left(V{OUTF }+V{D}right) timesleft(1-D{NEW }right)}{V{INMIN } × D_{NEW }})
• 峰值/均方根电流计算：根据相关公式计算初级和次级的峰值和均方根电流。
• 初级缓冲器选择：根据公式计算缓冲电容、缓冲电阻和缓冲二极管的电压额定值。
• 输出电容选择：(C{OUTF }=frac{I{STEP } × t{RESPONSE }}{Delta V{OUTF }})
• 输入电容选择：根据不同应用场景选择合适的输入电容。

6.1.2 连续导通模式（CCM）

• 变压器匝数比计算：(K=frac{left(V{OUT }+V{D}right) timesleft(1-D{MAX }right)}{V{INMIN } × D_{MAX }})
• 初级电感计算：(L{PRI}=frac{left(V{OUTF }+V{D}right) timesleft(1-D{NOM}right)^{2}}{2 × I{OUTF } × beta × f{SW} × K^{2}})
• 峰值和均方根电流计算：根据相关公式计算初级和次级的峰值和均方根电流。
• 初级RCD缓冲器选择：设计方法与DCM反激式转换器相同。
• 输出电容选择：设计方法与DCM反激式转换器相同。
• 输入电容选择：设计方法与DCM反激式转换器相同。
• 误差放大器补偿设计：根据相关公式计算补偿值。

6.2 升压转换器设计

6.2.1 不连续导通模式（DCM）

• 电感选择：(L{IN } leq frac{left[left(V{OUTF }-V{INMIN }right) × V{INMIN }^{2}right] × 0.4}{I{OUTF } × V{OUTF }^{2} × f_{SW}})
• 峰值/均方根电流计算：根据相关公式计算电感的峰值电流。
• 输出电容选择：(C{OUT }=frac{I{STEP } × t{RESPONSE }}{Delta V{OUTF }})
• 输入电容选择：根据输入DC总线允许的纹波计算输入电容值。
• 误差放大器补偿设计：根据相关公式计算补偿值。
• 斜率补偿：连接SCOMPF引脚到VCC设置最小斜率。
• 输出二极管选择：选择合适的电压和电流额定值的二极管。
• 内部MOSFET均方根电流计算：根据公式计算内部MOSFET的均方根电流。

6.2.2 连续导通模式（CCM）

• 电感选择：(L{I N}=frac{V{I N} × D times(1-D)}{0.3 × I{OUTF } × f{S W}})
• 峰值/均方根电流计算：根据相关公式计算电感和内部MOSFET的峰值电流。
• 输出电容选择：设计方法与DCM升压转换器相同。
• 输入电容选择：根据输入DC总线允许的纹波计算输入电容值。
• 误差放大器补偿设计：根据相关公式计算补偿值。
• 斜率补偿斜坡：计算稳定转换器所需的斜率。
• 输出二极管选择：设计方法与DCM升压转换器相同。
• 内部MOSFET均方根电流计算：根据公式计算内部MOSFET的均方根电流。

七、热考虑

在设计过程中，需要确保器件的结温在电源指定的工作条件下不超过+125°C。可通过计算器件的功耗来评估热性能，包括输入功率、导通损耗、过渡损耗、电容损耗和降压调节器损耗等。同时，需要根据器件的热阻和环境温度来估算结温。

八、布局、接地和旁路

8.1 布局

所有承载脉冲电流的连接应尽可能短且宽，以最小化电感。电路各部分的正向和返回脉冲电流的环路面积应最小化，以减少辐射EMI。主MOSFET的散热片表面积应尽可能小。

8.2 接地

电源部分的接地平面应与模拟接地平面分开，仅在电源接地平面的噪声最小部分连接。滤波电容的负极、功率开关的接地返回和电流感测电阻应靠近在一起。

8.3 旁路

在器件的VCC引脚和地之间连接至少1μF的输入旁路电容，以确保稳定的工作。

九、总结

MAX17497A/MAX17497B AC - DC和DC - DC峰值电流模式转换器具有集成度高、性能优越、保护功能强大等优点，适用于多种电源应用。在设计过程中，需要根据具体应用需求合理选择器件参数，并注意启动电压、软启动、输出电压、电流限制、斜率补偿等设计要点，同时要考虑热性能和布局、接地、旁路等问题，以确保电源系统的稳定运行。你在使用这些器件进行设计时，是否遇到过一些特别的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。