探索MAX17598/MAX17599：低IQ、宽输入范围的有源钳位电流模式PWM控制器

一、引言

在工业电源设计领域，对高效、可靠且灵活的电源控制器的需求日益增长。Maxim Integrated推出的MAX17598/MAX17599低IQ、有源钳位电流模式PWM控制器，为宽输入隔离/非隔离正激转换器工业电源的设计提供了理想解决方案。本文将深入探讨这两款控制器的特点、性能及其在实际应用中的设计要点。

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二、产品概述

2.1 通用描述

MAX17598/MAX17599包含设计宽输入隔离/非隔离正激转换器工业电源所需的所有控制电路。其中，MAX17598适用于通用输入（整流85V AC至265V AC）或电信（36V DC至72V DC）电源，而MAX17599则针对低压工业电源（4.5V DC至36V DC）进行了优化。

2.2 有源钳位拓扑优势

两款器件均配备AUX驱动器，用于驱动辅助MOSFET（钳位开关），实现正激转换器的有源钳位变压器复位拓扑。这种复位拓扑具有诸多优点，如降低开关上的电压应力、因允许更大的磁通摆幅而减小变压器尺寸，以及通过消除耗散缓冲电路提高效率。此外，AUX和主驱动器之间的可编程死区时间允许零电压开关（ZVS），进一步提高了效率。

三、关键特性与优势

3.1 电气特性

• 输入电源范围：MAX17598的输入电压范围较宽，适用于多种电源应用；MAX17599的输入电压范围为4.5V至36V，满足低压工业电源需求。
• 可编程功能：包括可编程输入欠压锁定（UVLO）、输入过压保护、100kHz至1MHz的可编程开关频率、可编程频率抖动以实现低EMI扩频操作、可编程死区时间、可调软启动和可编程斜率补偿等。
• 保护功能：具备打嗝式过流保护（打嗝模式）、软停止功能、负电流限制等，确保在故障条件下的安全运行。
• 同步功能：SYNC功能允许在对噪声敏感的应用中，将多个转换器同步到一个公共外部时钟。
• 热保护：过温故障触发热关断，可靠保护器件。

3.2 封装与温度范围

器件采用16引脚TQFN封装，引脚间距为0.5mm，工作温度范围为 -40°C至 +125°C，适用于各种工业环境。

四、参数解析

4.1 绝对最大额定值

详细规定了各引脚的电压、电流等参数的最大允许值，如VIN（MAX17599仅为 -0.3V至 +40V）、EN/UVLO、NDRV、AUXDRV等引脚的电压范围，以及最大输入/输出电流、连续功率耗散等参数。

4.2 电气特性

在特定测试条件下（如VIN = 12V，VCS = VDITHER = VFB = VOVI = VSGND = VPGND = 0V等），给出了输入电源、内部LDO、过压保护、振荡器、同步、软启动/软停止、驱动器、死区时间、电流限制比较器等各参数的最小值、典型值和最大值。例如，NDRV开关频率范围为100kHz至1000kHz，精度为±8%；软启动充电电流典型值为10μA等。

4.3 典型工作特性

通过一系列图表展示了不同参数随温度、电阻等因素的变化关系，如启动UVLO唤醒电平与温度的关系、NDRV开关频率与电阻的关系、效率曲线等，为工程师在实际设计中提供了重要参考。

五、设计要点

5.1 输入电压范围与启动操作

• MAX17598：具有不同的上升和下降欠压锁定（UVLO）阈值，适用于离线AC/DC和电信DC - DC电源。可采用成本效益高的RC启动电路，通过启动电阻RSTART对启动电容CSTART充电，当VIN达到上升UVLO阈值时，器件开始工作。
• MAX17599：VIN引脚的最大工作电压为36V，上升UVLO阈值为4.1V，滞后为200mV，适用于4.5V至36V的低压DC - DC应用，可直接连接到输入DC电源。

5.2 软启动与软停止

• 软启动：通过控制COMP引脚实现电流模式软启动，避免二次侧软启动电路，防止输出电压过冲和浪涌电流。软启动周期可通过连接在SS引脚和GND之间的电容CSS进行编程。
• 软停止：当器件关闭时，软停止功能使输出电压逐渐下降，并安全放电钳位电容，允许控制器以可控方式重启。

5.3 斜率补偿编程

由于MAX17598/MAX17599的最大占空比为72.5%（典型值），为防止连续导通模式、峰值电流模式控制的转换器在占空比大于50%时出现次谐波不稳定，需要进行斜率补偿。可通过连接在SLOPE引脚和地之间的电阻RSLOPE进行编程。

5.4 驱动器设计

• n - 通道MOSFET栅极驱动器（NDRV）：可提供超过900mA/1500mA的峰值源/灌电流，需选择具有可接受导通和开关损耗的MOSFET。
• p - 通道MOSFET栅极驱动器（AUXDRV）：借助电平转换器驱动外部p - 通道MOSFET，可提供超过300mA/700mA的峰值源/灌电流，所选外部PMOSFET需能承受最大钳位电压。

5.5 死区时间设置

主输出和AUX输出边缘之间的死区时间允许ZVS发生，可通过连接在DT和GND之间的电阻RDT将死区时间tDT设置在25ns至250ns之间。

5.6 振荡器/开关频率

通过连接在RT和GND之间的电阻RRT，可将器件的开关频率编程在100kHz至1MHz之间。

5.7 峰值电流限制

通过连接在n - 通道MOSFET源极和PGND之间的电流感测电阻RCS设置电流限制。当电流感测电压超过电流限制比较器阈值时，MOSFET驱动器（NDRV）在40ns（典型值）内终止电流导通周期。

5.8 负峰值电流限制

器件通过监测RCS两端的电压，限制动态操作条件下钳位开关、变压器初级和钳位电容中的过大负电流，典型负电流限制阈值设置为 -102mV。

5.9 输出短路保护（打嗝模式）

当检测到连续八个峰值电流限制事件时，NDRV和AUXDRV驱动器输出关闭（打嗝后软停止），经过重启周期tRSTR后，器件以软启动方式再次开启。此外，还具有120%（典型值）峰值电流限制的失控电流限制设置，可在短路故障时保护器件。

5.10 振荡器同步与频率抖动

• 振荡器同步：可将内部振荡器同步到外部时钟，外部时钟频率范围为内部时钟频率的1.1倍至1.3倍。
• 频率抖动：通过在DITHER/SYNC引脚连接电容和电阻，可使转换器的开关频率在±10%范围内抖动，降低EMI。

六、布局建议

• 布线：所有承载脉冲电流的连接应尽可能短且宽，以减小电感和辐射EMI。
• 接地：功率部分的接地平面应与模拟接地平面分开，仅在功率接地平面噪声最小的部分连接。
• 散热：在器件的裸露焊盘下方提供多个连接到大地平面的热过孔，以提高散热效率。

七、典型应用电路

文档提供了电信电源和低压DC - DC应用的典型应用电路，为工程师在实际设计中提供了参考。

八、总结

MAX17598/MAX17599低IQ、宽输入范围的有源钳位电流模式PWM控制器凭借其丰富的功能、灵活的可编程特性和可靠的保护机制，为工业电源设计提供了强大的支持。工程师在设计过程中，需根据具体应用需求，合理选择器件参数，并遵循布局建议，以实现高效、稳定的电源设计。你在实际使用这两款控制器时，是否遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。