低成本电压模式PWM降压控制器MAX1966/MAX1967：设计与应用指南

在电子设计领域，成本和性能的平衡始终是工程师们关注的焦点。MAX1966/MAX1967作为低成本电压模式PWM降压控制器，以其独特的特性和广泛的应用场景，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入探讨这两款控制器的设计与应用。

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一、产品概述

MAX1966/MAX1967是电压模式脉冲宽度调制（PWM）降压DC - DC控制器，适用于各种对成本敏感的应用。它们驱动低成本的N - MOSFET作为高端开关和同步整流器，无需外部肖特基功率二极管或电流检测电阻。通过检测低端FET的漏源电压，提供短路和电流限制保护。两款器件都能提供低至0.8V的输出，非常适合DSP内核和其他低压逻辑电路。

1.1 主要特性

• 成本优化设计：无需肖特基二极管或电流检测电阻，降低了成本。
• 高效率：在超低成本设计中，效率可超过90%，通过优化元件选择可达到95%。
• 宽输入范围：MAX1966的输入范围为2.7V至5.5V，MAX1967的输入范围为2.7V至28V。
• 低电压输出：提供0.8V反馈，适用于低压输出。
• 低开关频率：100kHz的开关频率可使用低成本元件。
• 热关断保护：确保器件在高温时的安全。

二、电气特性

2.1 输入电压范围

MAX1966的输入电压范围为2.7V至5.5V，MAX1967的输入电压范围为2.7V至28V，不同的输入范围使其适用于不同的应用场景。

2.2 振荡器特性

振荡器频率在0°C至+85°C时为82kHz至124kHz，-40°C至+85°C时为79kHz至127kHz。最小占空比为10%，最大占空比为90% - 95%。

2.3 软启动特性

内部6位DAC使转换器从0到满输出电压的斜坡时间为1024 / fosc，软启动电平为VOUT / 64。

2.4 误差放大器特性

FB调节电压在不同温度和输入电压范围内稳定在0.782V至0.815V之间。

2.5 MOSFET驱动特性

具有断前通后时间为30ns的特性，DH和DL的导通电阻和峰值源/灌电流等参数也有明确规定。

三、典型应用电路与引脚配置

3.1 典型应用电路

MAX1966和MAX1967都有各自的典型应用电路，通过合理选择元件，可以实现不同的输出电压和负载电流。

3.2 引脚配置

详细介绍了每个引脚的功能，如BST为DH驱动器的正电源，COMP/EN为补偿引脚，FB为反馈输入等。

四、详细工作原理

4.1 无电阻电流限制

利用低端N - 沟道MOSFET的RDS(ON)来检测电流，消除了外部检测电阻，通过比较低端RDS(ON)上的电压与固定的 - 305mV参考电压来实现电流限制。

4.2 MOSFET栅极驱动器

DH和DL驱动器针对低栅极电荷的MOSFET进行了优化，采用自适应死区时间电路，确保高端FET在低端MOSFET完全关断后才开启。

4.3 内部软启动

通过将控制器跨导放大器的内部参考输入从0斜坡到0.8V参考电压，限制浪涌电流，斜坡时间约为10ms。

4.4 高端栅极驱动电源（BST）

通过飞电容升压电路为高端N - 沟道开关提供栅极驱动电压。

4.5 内部5V线性稳压器（MAX1967）

MAX1967的所有功能由片上低压差5V稳压器内部供电，VCC引脚通过10Ω电阻连接到VL，VL需用2.2µF电容旁路到地。

五、设计与应用注意事项

5.1 设计步骤

• 输入电压范围：考虑最坏情况下的高输入电压和最低输入电压。
• 最大负载电流：考虑峰值负载电流和连续负载电流。
• 电感值：在尺寸、瞬态响应和效率之间进行权衡。

5.2 输出电压设置

通过将FB引脚连接到输出和地之间的电阻分压器来配置输出电压。

5.3 电感选择

根据公式计算合适的电感值，选择低损耗、不饱和的电感。

5.4 电流限制设置

通过检测外部低端MOSFET上的电压来实现电流限制，但由于MOSFET RDS(ON)规格不精确，电流限制阈值不够准确。

5.5 输出电容选择

输出电容的ESR要满足输出纹波和负载瞬态要求，同时要满足稳定性要求。

5.6 稳定性和补偿

通过合理选择电感、输出电容、R3和C6来确保电路的稳定运行。

5.7 输入电容选择

输入电容要降低噪声注入和输入电源的电流峰值，满足纹波电流要求。

5.8 功率MOSFET选择

考虑MOSFET的导通电阻、电流能力、栅极电荷、电压额定值和最大输入电压等参数。

5.9 极低电压应用

在低电压供电的应用中，可以采用额外的偏置电源为栅极驱动供电，提高效率或使用低成本的5V逻辑电平MOSFET。

六、PCB布局指南

6.1 布局原则

• 保持高电流路径短，尤其是接地端子。
• 连接电源和模拟地靠近IC。
• 使用两个旁路陶瓷电容为IC输入和供电。
• 保持功率走线和负载连接短。
• 使用开尔文检测连接确保电流限制精度。
• 允许电感充电电流路径比放电路径长。
• 确保电感和C3之间的连接短而直接。
• 路由开关节点远离敏感模拟区域。
• 确保C1陶瓷旁路电容紧邻引脚并靠近器件。

6.2 布局步骤

• 先放置功率元件，使接地端子相邻。
• 将MAX1966/MAX1967安装在MOSFET N2附近。
• 确保VIN和GND引脚在连接到功率开关和C2之前终止于C1的两端。
• 连接C7到相应的引脚，距离尽量短。
• 将栅极驱动元件分组在控制器IC附近。
• 将MAX1966/MAX1967的接地连接到三个独立的接地平面。

七、总结

MAX1966/MAX1967以其低成本、高效率和广泛的应用场景，为电子工程师提供了一个优秀的降压控制器解决方案。在设计过程中，合理选择元件、优化PCB布局以及注意各项参数的设置，能够充分发挥这两款控制器的性能，满足不同应用的需求。你在使用MAX1966/MAX1967的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。