MAX1945R/MAX1945S：1MHz、1%精度、6A内部开关降压调节器的全面解析

在电子设计领域，高效、精准的电源管理至关重要。MAX1945R/MAX1945S作为一款高性能的降压调节器，为工程师们提供了出色的解决方案。今天，我们就来深入探讨这款调节器的特点、应用以及设计要点。

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一、产品概述

MAX1945R/MAX1945S是Maxim推出的高效脉冲宽度调制（PWM）开关调节器，能够提供高达6A的输出电流。它的输入电源范围为2.6V至5.5V，可提供1.8V、2.5V的可选输出电压，以及0.8V至电源电压85%的可调输出电压。当VCC为3.3V/5V时，输入电压可低至2.25V，非常适合板载后调节应用。其总输出电压误差在负载、线路和温度变化时小于±1%，确保了稳定的输出。

1. 关键特性

• 高效节能：具有高达95%的效率，能有效降低功耗。
• 高频操作：可选择500kHz或1MHz的固定频率，也能同步到400kHz至1.2MHz的外部时钟，高频操作有助于减小外部组件的尺寸。
• 电压裕量调节：MAX1945R提供±4%的电压裕量，MAX1945S提供±9%的电压裕量，方便进行板级测试。
• 低散热设计：内部采用双N沟道MOSFET，在重载时降低散热。
• 小尺寸封装：采用28引脚TSSOP - EP封装，适用于空间受限的应用。

2. 应用领域

• 低压、高密度分布式电源：为各种电子设备提供稳定的电源。
• ASIC、CPU和DSP核心电压：满足这些高性能芯片的供电需求。
• RAM电源：确保内存的稳定运行。
• 基站、电信和网络设备：为通信设备提供可靠的电源支持。
• 服务器和笔记本电源：适用于各种计算机设备。

二、电气特性

1. 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于正确使用和保护器件至关重要。MAX1945R/MAX1945S的各引脚电压、电流等都有明确的限制，例如CTL1、CTL2、IN、SYNC、VCC、VDD到GND的电压范围为 - 0.3V至 + 6V，LX电流范围为 - 9A至 + 9A等。超过这些额定值可能会导致器件永久性损坏。

2. 电气参数

文档中详细列出了各种电气参数，包括输入电压、电源电流、参考电压、跨导等。例如，输入电压范围为2.6V至5.5V，在不同条件下的电源电流也有所不同。这些参数为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据。

三、典型工作特性

1. 效率与输出电流关系

通过图表可以看出，在不同的输入电压和输出电压条件下，效率随输出电流的变化情况。这有助于工程师根据实际需求选择合适的工作点，以达到最佳的效率。

2. 频率与输入电压关系

频率与输入电压的关系图展示了在不同输入电压下，开关频率的变化情况。这对于设计中需要稳定频率的应用非常重要。

3. 其他特性

还包括参考电压与温度的关系、关机电源电流与输入电压的关系、电流限制与输出电压的关系等，这些特性为工程师全面了解器件的性能提供了依据。

四、引脚描述

MAX1945R/MAX1945S的每个引脚都有特定的功能，下面是一些关键引脚的介绍：

• BST：自举电压，为高端驱动器提供电源输入。
• VDD：低端驱动器电源电压。
• LX：电感连接引脚，连接电感到调节器输出。
• IN：电源电压输入，范围为2.6V至5.5V。
• VCC：电源电压输入，为器件供电。
• REF：参考电压，需旁路电容到GND。
• COMP：调节器补偿引脚，连接RC网络到GND。
• FB：反馈输入，用于设置输出电压。
• FBSEL：反馈选择输入，可选择不同的输出电压。
• SYNC：同步/频率选择引脚，可设置固定频率或同步到外部时钟。
• SYNCOUT：同步输出，提供与器件工作频率180度反相的频率输出。

五、详细工作原理

1. 控制器功能

采用PWM电流模式控制方案，PWM比较器将集成的电压反馈信号与放大的电流感应信号和斜率补偿斜坡的总和进行比较。在内部时钟的每个上升沿，内部高端MOSFET导通，直到PWM比较器触发。在导通期间，电流通过电感上升，为输出提供电流并在电感中存储能量。

2. 电流感应

内部电流感应放大器产生与高端MOSFET导通电阻和电感电流乘积成正比的电流信号。该信号与内部斜率补偿信号在比较器反相输入处相加，当总和超过误差放大器的COMP电压时，PWM比较器关闭内部高端MOSFET。

3. 电流限制

内部高端MOSFET的电流限制为8A（最小值），当LX流出的电流超过此限制时，高端MOSFET关闭，同步整流器开启，降低占空比并使输出电压下降，直到电流限制不再被超过。同时，同步整流器有2A的最小电流限制，保护器件免受反向电流的影响。

4. 软启动

采用数字软启动技术，在启动时缓慢提升REF和FB的电压，减少电源涌入电流。内部振荡器将软启动时间设置为3.7ms（典型值）。

5. 欠压锁定（UVLO）

当VCC下降到2.35V以下时，UVLO电路禁止开关操作；当VCC上升到2.4V以上时，UVLO清除，软启动功能激活。

6. 自举（BST）

通过连接在BST和LX之间的电容以及从IN到BST的肖特基二极管，为内部高端N沟道MOSFET提供栅极驱动。

7. 频率选择（SYNC）

可选择500kHz或1MHz的固定频率，也可同步到400kHz至1.2MHz的外部频率。

8. 输出电压选择

通过FBSEL引脚可选择固定或可调的输出电压。当FBSEL接地时，输出电压为1.8V；当FBSEL接VCC时，输出电压为2.5V；当FBSEL浮空时，可通过外部电阻分压器设置0.8V至85% VIN的输出电压。

9. 关机模式

将CTL1和CTL2接地可关闭器件，此时内部MOSFET停止开关，LX变为高阻抗，REF和COMP接地。

10. 电压裕量调节

MAX1945R提供±4%的电压裕量，MAX1945S提供±9%的电压裕量，通过CTL1和CTL2设置电压裕量。

11. 热保护

当结温超过165°C时，热传感器将器件强制进入关机状态，待结温下降20°C后，器件重新开启。

六、设计要点

1. VCC去耦

由于高开关频率和严格的输出容差，需要用0.1µF电容从VCC到GND进行去耦，并在VCC和IN之间连接10Ω电阻。电容应尽可能靠近VCC放置。

2. 电感设计

选择合适的电感对于电路的性能和稳定性至关重要。可根据公式 (L=frac{V{OUT } timesleft(V{IN }-V{OUT }right)}{f{OSC } × V{IN } × LIR × I{OUT(MAX) }}) 计算电感值，其中LIR为电感纹波电流与平均连续电流的比值，建议选择20%至40%的最大负载电流。同时，应选择低损耗、直流电阻尽可能低的电感，铁氧体磁芯类型通常是性能最佳的选择。

3. 输出电容选择

输出电容的关键选择参数包括电容值、ESR、ESL和电压额定值。这些参数会影响DC - DC转换器的整体稳定性、输出纹波电压和瞬态响应。可根据公式计算输出电压纹波，选择合适的电容以减小纹波。陶瓷电容因其低ESR和低ESL特性，在转换器开关频率下是较好的选择。

4. 输入电容选择

输入电容可减少从输入电源吸取的电流峰值，降低IC中的开关噪声。输入电容在开关频率下的阻抗应小于输入源的阻抗，以确保高频开关电流不通过输入源，而是被分流。输入电容还需满足开关电流施加的纹波电流要求。

5. 补偿设计

MAX1945R/MAX1945S采用电流模式控制方案，简化了补偿网络。可通过简单的Type 1补偿，使用单个补偿电阻（RC）和补偿电容（CC）创建稳定且高带宽的环路。补偿设计需根据输出电容的类型进行调整，对于不同的输出电压和开关频率，需选择合适的RC和CC值。

七、PCB布局注意事项

• 去耦电容：尽可能靠近IC放置，将电源接地平面（连接到PGND）和信号接地平面（连接到GND）分开，并在输出电容处进行星型连接。
• 电容连接：输入和输出电容连接到电源接地平面，其他电容连接到信号接地平面。
• 高电流路径：保持高电流路径短而宽，缩短开关电流路径，减小高端MOSFET、低端MOSFET和输入电容形成的环路面积，避免在开关路径中使用过孔。
• 散热：将IN、LX和PGND分别连接到大面积铜区域，有助于冷却IC，提高效率和长期可靠性。
• 反馈连接：确保所有反馈连接短而直接，将反馈电阻尽可能靠近IC放置。
• 布线：将高速开关节点远离敏感模拟区域（FB、COMP）。

总之，MAX1945R/MAX1945S是一款功能强大、性能出色的降压调节器。通过深入了解其特性、工作原理和设计要点，工程师们可以更好地将其应用于各种电子设计中，实现高效、稳定的电源管理。在实际设计过程中，还需要根据具体需求进行合理的参数选择和优化，以达到最佳的性能。大家在使用这款调节器时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。