深入剖析MAX1856：一款多功能PWM SLIC电源芯片

在电子设备的电源设计领域，如何高效、稳定地实现多种电压输出是工程师们面临的重要挑战。MAX1856作为一款具备宽输入范围、可同步的PWM SLIC电源芯片，为我们提供了一个出色的解决方案。今天，我们就来深入探讨一下这款芯片的特点、应用以及设计要点。

文件下载：MAX1856.pdf

芯片概述

MAX1856是一款低成本的SLIC（振铃和摘机）电源解决方案，它能够利用多个供应商提供的标准现货变压器，生成多种输出电压，如 -24V 和 -72V（双输出）、-48V、-5V 和 -15V（单输出或双输出），甚至高达 -185V 的负电压，以满足不同应用场景的需求。其输出电压可通过外部分压器进行调整，具有很强的灵活性。

主要特性

1. 低成本现货变压器：采用标准的现货变压器，降低了成本。
2. 宽输入电压范围：支持 3V 至 28V 的输入电压，适用于多种电源场景。
3. 低音频带噪声：在通话电池上具有低音频带噪声，保证了音频质量。
4. 有效处理振铃瞬变：能够有效应对振铃瞬变条件，确保电源的稳定性。
5. 多线路设备供电：可驱动 2、4 或 12 线路设备，具有广泛的适用性。
6. 高效延长电池寿命：在生命线支持条件下，高效的性能可延长电池寿命。
7. 可调节开关频率：开关频率可在 100kHz 至 500kHz 之间调节，还支持时钟同步。
8. 内部软启动：内部软启动功能可减少启动时对输入电容的应力。
9. 电流模式PWM和Idle Mode™控制方案：采用先进的控制方案，提高了电源的效率和稳定性。
10. 逻辑电平关断：支持逻辑电平关断功能，方便控制。
11. 10引脚µMAX封装：紧凑的封装形式，节省了电路板空间。

应用领域

MAX1856的应用范围十分广泛，涵盖了多个领域，包括但不限于：

• VoIP振铃和摘机电压发生器：为VoIP设备提供稳定的电源。
• 电缆和DSL调制解调器：满足调制解调器对电源的需求。
• 机顶盒：为机顶盒提供可靠的电源支持。
• 无线本地环路：在无线通信领域发挥重要作用。
• FTTH：适用于光纤到户的应用场景。
• LMDS/MMDS：为本地多点分配系统和多通道多点分配系统提供电源。
• 路由器：为路由器提供稳定的电源供应。
• 工业电源：在工业领域具有广泛的应用前景。
• CO DSL线路驱动器电源：为DSL线路驱动器提供合适的电源。
• MEMS偏置电源：满足MEMS设备对偏置电源的要求。

工作原理

PWM控制器

MAX1856采用电流模式PWM控制器，其核心是一个BiCMOS多输入比较器，能够同时处理输出误差信号、电流感测信号和斜率补偿斜坡。在PWM模式下，控制器采用固定频率、电流模式操作，占空比由输入输出电压比和变压器匝数比决定。在轻负载时，控制器进入Idle Mode，仅在必要时提供开关脉冲，以最小化工作电流，提高轻负载效率。

低压差稳压器（LDO）

芯片内部的5V低压差稳压器为所有功能模块提供电源，包括EXT外部MOSFET栅极驱动器。VCC到LDO的压差通常为200mV（最大300mV，在12mA时），即使VCC低至3V，只要LDO超过2.7V，芯片仍能正常工作，但EXT的FET驱动幅度会降低。

软启动

MAX1856具有“数字”软启动功能，无需外部电容。启动时，峰值电感电流从RCS设定值的1/5逐步增加到全电流限制值，分五步在fOSC或fSYNC的1024个周期内完成。同时，振荡器在输出电压达到标称值的20%之前以正常工作频率的1/3运行。

设计要点

最大输出功率

MAX1856的最大输出功率取决于可用的最大输入功率和电路效率，计算公式为 (P{OUT(MAX)} = EFFICIENCY × P{IN(MAX)})。效率损失主要包括电阻损耗、开关损耗和变压器铁芯损耗。在初始计算时，通常可假设效率为80%。

设置工作频率

SYNC/SHDN引脚可实现外部时钟同步和关断控制。当SYNC/SHDN为低电平时，芯片所有功能关闭；为高电平时，芯片以100kHz至500kHz的频率工作，频率由连接在FREQ和GND之间的电阻ROSC设定，关系为 (R{OSC}=frac{50 M Omega × kHz}{f{OSC}(kHz)})。当使用外部同步信号时，Idle Mode在15mV电流感测阈值处的切换将被禁用，并且ROSC应设置为比SYNC时钟速率低15%的频率。

设置输出电压

通过两个外部电阻组成的分压器连接到FB和REF之间来设置输出电压。首先选择R3的值在3.3kΩ至100kΩ之间，然后根据公式 (R1 = R3left[frac{V{OUT}}{V{REF}}right]) 计算R1的值。对于双输出情况，推荐采用分裂反馈技术，确保两个输出的调节精度。

变压器选择

变压器的选择取决于输入输出电压比、输出电流容量、占空比和振荡器频率。需要根据具体应用选择合适的变压器匝数比和初级电感。例如，在标准应用电路中，对于+12V输入、-72V输出和-24V输出，分别需要1:6和1:2的匝数比，因此选择了1:2:2:2匝数比的变压器。

其他元件选择

• 电流感测电阻：根据峰值电感电流确定电流感测电阻RCS的值，公式为 (R{CS}=frac{V{CS(MIN)}}{I_{LPEAK}}=85 mV / LPEAK)。
• 功率MOSFET：选择具有低阈值、低总栅极电荷、低反向传输电容和低导通电阻的N沟道功率MOSFET。
• 二极管：由于芯片的高开关频率，推荐使用肖特基二极管，确保其平均电流额定值超过峰值次级电流，反向击穿电压满足要求。
• 电容器：输出滤波电容根据输出纹波要求选择，输入滤波电容用于减少输入电源的电流峰值和噪声注入，旁路电容用于为芯片提供稳定的电源。

总结

MAX1856作为一款功能强大的PWM SLIC电源芯片，具有宽输入范围、可同步、高效等优点，适用于多种应用场景。在设计过程中，需要根据具体需求合理选择变压器、电阻、MOSFET、二极管和电容器等元件，以确保电源的稳定性和可靠性。希望本文能为电子工程师们在使用MAX1856进行电源设计时提供一些有益的参考。你在使用MAX1856进行设计时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。