MAX1858A/MAX1875A/MAX1876A：双路180°异相降压控制器的深度解析

在电子工程领域，电源管理是一个至关重要的环节。今天，我们将深入探讨MAX1858A/MAX1875A/MAX1876A这三款双路180°异相降压控制器，它们在网络、电信、DSP等众多电源供应场景中都有着广泛的应用。

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1. 产品概述

1.1 基本功能

MAX1858A/MAX1875A/MAX1876A能够从4.5V至23V的输入电源中生成两路输出，每路输出电压可在低于1V至18V之间调节，并且能够支持10A及以上的负载。通过同步180°异相操作，有效降低了输入电压纹波和总RMS输入纹波电流。

1.2 特性亮点

• 宽输入输出范围：输入电源范围为4.5V - 23V，输出电压范围为0 - 18V（最高支持10A负载）。
• 可调节特性：开关频率可在100kHz至600kHz之间调节，还具备可调节的无损折返电流限制功能。
• 同步功能：支持可选的同步操作，提供时钟输出用于主从同步，可实现4个90°异相降压转换器（使用两个控制器）。
• 特殊功能：MAX1875A/MAX1876A支持预偏置启动，MAX1858A具备电源排序功能，MAX1858A/MAX1876A具有带有140ms最小延迟的RST输出。

2. 技术原理

2.1 DC - DC PWM控制

采用PWM电压模式控制方案，控制器通过对内部振荡器或外部时钟输入进行分频来生成时钟信号，每个控制器的开关频率等于振荡器频率的一半（(f{sw}=f{osc}/2)）。内部跨导误差放大器在COMP引脚产生积分误差电压，以提供高直流精度。

2.2 同步异相操作

两个独立的调节器以180°异相方式工作，这种设计减少了输入滤波要求、降低了电磁干扰（EMI）并提高了效率。与传统的双开关调节器同相操作相比，它能有效降低RMS纹波电流和输入电压纹波，减少所需的输入电容纹波电流额定值，降低成本和节省电路板空间。

2.3 内部5V线性调节器

所有功能由片上低压差5V调节器内部供电，最大调节器输入电压（V +）为23V。输出（VL）需用4.7µF陶瓷电容旁路至PGND，当V +大于5.5V时，VL通常为5V。同时，还采用了欠压锁定电路，当VL低于4.2V时，会禁用两个调节器。

3. 引脚功能

3.1 补偿与反馈引脚

• COMP1/COMP2：分别用于调节器1和调节器2的补偿引脚，通过连接串联电阻和电容到GND来补偿控制环路。
• FB1/FB2：反馈输入引脚，连接到输出和GND之间的电阻分压器，用于调节输出电压。

3.2 电流限制与频率设置引脚

• ILIM1/ILIM2：用于调节调节器1和调节器2的电流限制阈值，可通过连接电阻到GND来实现可调节的电流限制。
• OSC：振荡器频率设置输入引脚，通过连接电阻到GND来设置开关频率。

3.3 其他重要引脚

• V +：输入电源电压引脚，范围为4.5V - 23V。
• REF：2V参考输出引脚，需用0.22µF或更大的陶瓷电容旁路到GND。
• CKO：时钟输出引脚，用于外部2相或4相同步。
• SYNC：同步输入或时钟输出选择输入引脚，有三种工作模式，可实现不同的同步功能。

4. 设计要点

4.1 有效输入电压范围

虽然控制器能在4.5V - 23V的输入电源下工作，但实际输入电压范围会受到占空比限制。最大输入电压受最小导通时间限制，最小输入电压受最大占空比限制。

4.2 输出电压设置

对于1V及以上的输出电压，通过连接输出到FB_到GND的分压器来设置；对于低于1V的输出电压，则连接输出到FB_到REF的分压器。

4.3 开关频率设置

开关频率由连接在OSC到GND的电阻（ROSC）决定，(R{OSC}=frac{6 × 10^{9}(Omega - Hz)}{f{SW}})。当使用外部同步信号时，ROSC应将开关频率设置为SYNC速率的一半。

4.4 电感选择

关键参数包括电感值（L）、峰值电感电流（IPEAK）和直流电阻（RDC）。通常选择30%的峰 - 峰纹波电流与平均电流比（LIR = 0.3）作为折衷方案，(L=frac{V{OUT}(V{IN}-V{OUT})}{V{IN}f{SW}I{OUT}})，同时电感的饱和额定值必须超过最大负载电流下的峰值电感电流。

4.5 电流限制设置

采用“谷值”电流传感算法，使用低侧MOSFET的导通电阻作为电流传感元件。可通过连接ILIM_到VL设置默认的100mV电流限制阈值，也可通过连接电阻到GND实现可调节的阈值。

4.6 电容选择

• 输入电容：用于减少从电源汲取的峰值电流和输入电压纹波，需满足纹波电流要求，通常选择非钽电容。
• 输出电容：关键参数包括电容值、ESR和电压额定值，影响整体稳定性、输出纹波电压和瞬态响应。

4.7 补偿

每个电压模式控制器部分采用跨导误差放大器，通过连接RCOMP_和CCOMP_A从COMP到GND来补偿控制环路，以确保环路稳定性。

4.8 MOSFET选择

选择逻辑电平N沟道MOSFET，关键参数包括导通电阻（RDS(ON)）、最大漏源电压（VDS(MAX)）、最小阈值电压（VTH(MIN)）、总栅极电荷（Qg）、反向传输电容（CRSS）和功率耗散。

5. 应用注意事项

5.1 压降性能

在低输入电压下，输出电压的可调范围受最小关断时间限制。为获得最佳压降性能，建议使用最低（100kHz）开关频率设置。

5.2 抗噪性

在嘈杂环境中工作时，可通过调整控制器的补偿来提高系统的抗噪性，例如降低交叉频率。

5.3 PCB布局

精心的PCB布局对于实现低开关损耗和稳定操作至关重要。要将功率组件和模拟组件隔离，采用星形接地连接，保持高电流路径短，避免引入交流电流到接地平面等。

6. 总结

MAX1858A/MAX1875A/MAX1876A双路180°异相降压控制器凭借其丰富的功能和出色的性能，为电源管理设计提供了一个强大的解决方案。在实际应用中，电子工程师需要根据具体需求，合理选择和设计电路参数，同时注意PCB布局等细节，以确保系统的稳定性和可靠性。大家在使用这些控制器的过程中，是否也遇到过一些独特的问题呢？欢迎在评论区分享交流。