探索MAX17691A/MAX17691B：高效無光耦隔離反激式轉(zhuǎn)換器的卓越性能與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子工程領(lǐng)域，電源設(shè)計(jì)一直是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。對(duì)于低中功率應(yīng)用而言，反激式轉(zhuǎn)換器因其簡單性和低成本而備受青睞。然而，在隔離應(yīng)用中，傳統(tǒng)的光耦和次級(jí)側(cè)誤差放大器會(huì)增加設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和成本。今天，我們將深入探討Maxim的MAX17691A/MAX17691B，這是一款具有創(chuàng)新性的4.2V - 60V無光耦隔離反激式轉(zhuǎn)換器，集成了FET，為電源設(shè)計(jì)帶來了全新的解決方案。

文件下載：MAX17691B.pdf

產(chǎn)品概述

MAX17691A/MAX17691B屬于Maxim的Rainier系列隔離電源設(shè)備，旨在實(shí)現(xiàn)更涼爽、更小巧、更簡單的電源解決方案。它采用固定頻率峰值電流模式控制，直接從初級(jí)側(cè)反激波形中感應(yīng)隔離輸出電壓，無需次級(jí)側(cè)誤差放大器和光耦，可節(jié)省多達(dá)20%的PCB空間。

關(guān)鍵特性

• 寬輸入電壓范圍：支持4.2V - 60V的輸入電壓，適用于各種電源環(huán)境。
• 集成nMOSFET：具有低RDSON（76V、170mΩ）的集成nMOSFET初級(jí)開關(guān)，提高了效率。
• 可編程開關(guān)頻率：開關(guān)頻率可在100kHz - 350kHz之間編程，靈活性高。
• 多種保護(hù)功能：具備輸入過壓保護(hù)、軟啟動(dòng)、打嗝保護(hù)和熱保護(hù)等功能，確保設(shè)備的可靠性。
• 低EMI設(shè)計(jì)：支持頻率抖動(dòng)和外部時(shí)鐘同步，降低電磁干擾。
• 溫度補(bǔ)償：可對(duì)輸出整流二極管的正向電壓降進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高輸出電壓的穩(wěn)定性。

工作原理

無光耦反激操作

MAX17691A/MAX17691B通過內(nèi)置算法在次級(jí)二極管導(dǎo)通期間感應(yīng)LX引腳電壓，利用內(nèi)部差分放大器生成與次級(jí)繞組電壓成比例的電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的采樣和調(diào)節(jié)。這種方法減少了變壓器寄生元件和二極管正向電壓對(duì)輸出電壓調(diào)節(jié)的影響。

電源電壓和LDO輸出

該轉(zhuǎn)換器支持4.2V - 60V的寬輸入電壓范圍，內(nèi)部LDO輸出電壓為5.77V（典型值）。在高輸入電壓應(yīng)用中，可通過額外的輔助繞組對(duì)VCC進(jìn)行過驅(qū)動(dòng)，以提高系統(tǒng)效率。

使能/欠壓鎖定和過壓保護(hù)

EN/UVLO引腳用于控制轉(zhuǎn)換器的開關(guān)操作，當(dāng)引腳電壓超過1.215V（典型值）時(shí)，轉(zhuǎn)換器開始工作；當(dāng)電壓低于1.1V（典型值）時(shí)，轉(zhuǎn)換器停止工作。MAX17691A還具有輸入過壓保護(hù)功能，當(dāng)OVI引腳電壓超過1.215V（典型值）時(shí)，設(shè)備停止開關(guān)。

軟啟動(dòng)時(shí)間

軟啟動(dòng)功能可減少啟動(dòng)時(shí)的輸入浪涌電流，默認(rèn)軟啟動(dòng)時(shí)間為5ms（典型值），也可通過連接電容來編程軟啟動(dòng)時(shí)間。

開關(guān)頻率和外部時(shí)鐘同步

開關(guān)頻率可通過連接電阻RRT在100kHz - 350kHz之間編程，默認(rèn)開關(guān)頻率為200kHz。SYNC/DITHER引腳可用于頻率抖動(dòng)或外部時(shí)鐘同步，頻率抖動(dòng)可降低電磁干擾，外部時(shí)鐘同步可避免多轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中的低頻“拍頻”現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

變壓器設(shè)計(jì)

變壓器設(shè)計(jì)是反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。需要選擇合適的磁化電感和變壓器匝數(shù)比，以滿足MAX17691A/MAX17691B的內(nèi)部采樣算法要求。具體步驟包括計(jì)算次級(jí)與初級(jí)匝數(shù)比K、確定最大占空比、計(jì)算初級(jí)磁化電感LMAG等。

元件選擇

• 次級(jí)整流器：選擇具有足夠反向阻斷電壓和低正向電壓降的整流器，如肖特基二極管或nMOSFET。
• 溫度補(bǔ)償電阻：根據(jù)開關(guān)頻率和輸出電壓等參數(shù)選擇合適的溫度補(bǔ)償電阻RTC/VCM，以補(bǔ)償輸出二極管正向電壓的溫度變化。
• SET和FB電阻：根據(jù)輸出電壓和匝數(shù)比等參數(shù)計(jì)算SET和FB電阻的值，確保輸出電壓的準(zhǔn)確性。
• 輸入和輸出電容：選擇具有低ESR和高紋波電流能力的電容，以減少輸入和輸出電壓的紋波。

環(huán)路補(bǔ)償（僅MAX17691B）

MAX17691B提供了外部環(huán)路補(bǔ)償?shù)撵`活性，可根據(jù)系統(tǒng)需求調(diào)整環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，以提高轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

電壓鉗位設(shè)計(jì)

為了限制集成nMOSFET的電壓應(yīng)力，需要設(shè)計(jì)外部電壓鉗位電路，如Zener二極管鉗位電路。對(duì)于存在LX節(jié)點(diǎn)振蕩的情況，還需要添加RC緩沖器來阻尼振蕩。

熱考慮

確保設(shè)備在所有工作條件下的結(jié)溫不超過+125°C，可通過計(jì)算總功率損耗和結(jié)溫上升來評(píng)估熱性能，并采取適當(dāng)?shù)纳岽胧?/p>

設(shè)計(jì)示例

以一個(gè)工業(yè)應(yīng)用為例，輸入電壓范圍為18V - 36V，輸出電壓為5V，負(fù)載電流為1.5A。通過詳細(xì)的計(jì)算和元件選擇，展示了如何設(shè)計(jì)一個(gè)基于MAX17691A/MAX17691B的反激式轉(zhuǎn)換器。

匝數(shù)比選擇

計(jì)算最小匝數(shù)比KMIN，并根據(jù)最大占空比的限制確定最終的匝數(shù)比K。

磁化電感和開關(guān)頻率

計(jì)算最小磁化電感LMAG，并選擇合適的開關(guān)頻率fSWRT。

輸出電容選擇

根據(jù)目標(biāo)帶寬和輸出紋波要求選擇合適的輸出電容。

軟啟動(dòng)時(shí)間選擇

選擇5ms的軟啟動(dòng)時(shí)間，并計(jì)算軟啟動(dòng)期間的輸出電容充電電流和初級(jí)峰值電流。

次級(jí)二極管選擇

選擇具有合適反向電壓和電流額定值的次級(jí)二極管。

RTC/VCM電阻選擇

根據(jù)開關(guān)頻率和輸出電壓計(jì)算KVCM，并選擇合適的RTC/VCM電阻。

RSET和RFB電阻選擇

根據(jù)KVCM和其他參數(shù)計(jì)算RSET和RFB電阻的值。

輸入電容選擇

根據(jù)輸入電壓紋波要求選擇合適的輸入電容。

環(huán)路補(bǔ)償（僅MAX17691B）

計(jì)算MAX17691B的環(huán)路補(bǔ)償值，包括RZ、CZ和CP。

PCB布局指南

良好的PCB布局對(duì)于實(shí)現(xiàn)干凈、穩(wěn)定的操作至關(guān)重要。以下是一些PCB布局的指導(dǎo)原則：

• 盡量減小脈沖電流路徑的環(huán)路面積，特別是高頻電流路徑。
• 在IC的VCC和GND引腳之間連接旁路電容。
• 在VIN和GND引腳之間連接旁路電容，并將其靠近IC放置。
• 將IC的暴露焊盤直接連接到GND引腳。
• 分離模擬小信號(hào)地和開關(guān)電流的功率地，并在開關(guān)活動(dòng)最小的點(diǎn)連接。
• 盡量減小RFB電阻的走線長度。

總結(jié)

MAX17691A/MAX17691B是一款功能強(qiáng)大的無光耦隔離反激式轉(zhuǎn)換器，具有高效、緊湊、可靠等優(yōu)點(diǎn)。通過合理的設(shè)計(jì)和布局，可以充分發(fā)揮其性能，滿足各種低中功率隔離電源應(yīng)用的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和要求，仔細(xì)選擇元件和參數(shù)，確保轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用類似的轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。