MAX17007A/MAX17007B/MAX17008：筆記本電腦的雙路可組合QPWM圖形核心控制器

一、引言

在電池供電系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)中，高效、穩(wěn)定且靈活的電源控制器至關(guān)重要。MAX17007A/MAX17007B/MAX17008作為雙路QuickPWM?降壓控制器，能滿足筆記本電腦等設(shè)備對電源的嚴(yán)格要求。本文將深入剖析這一系列控制器的特性、工作模式、設(shè)計(jì)要點(diǎn)等內(nèi)容，助力電子工程師更好地應(yīng)用該產(chǎn)品。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 基本功能

MAX17007A/MAX17007B/MAX17008專為電池供電系統(tǒng)的通用電源生成而設(shè)計(jì)。它包含兩個(gè)開關(guān)模式電源（SMPS），不僅能獨(dú)立工作，還可組合成兩相單輸出模式。其采用恒定導(dǎo)通時(shí)間Quick - PWM操作，能快速響應(yīng)負(fù)載瞬變，輕松處理寬輸入/輸出（I/O）電壓比，同時(shí)保持相對恒定的開關(guān)頻率，開關(guān)頻率可通過外部電阻在200kHz至600kHz之間單獨(dú)調(diào)整。

2.2 關(guān)鍵特性

• 高精度輸出：具備±0.7%的輸出精度，可提供固定和可調(diào)的輸出電壓。
• 多種工作模式：支持強(qiáng)制PWM、脈沖跳躍和超聲波模式，提高輕載效率。
• 完善的保護(hù)功能：包括過壓（僅MAX17007A/MAX17007B）、欠壓保護(hù)和精確的用戶可選電流限制（15mV、30mV、45mV和60mV）。
• 動態(tài)輸出電壓調(diào)整：SMPS1的輸出電壓可通過改變REFIN1引腳的電壓進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。
• 獨(dú)立控制：獨(dú)立的開/關(guān)控制和獨(dú)立的開漏電源良好輸出，提供靈活的系統(tǒng)配置。

三、工作原理

3.1 Quick - PWM控制架構(gòu)

Quick - PWM控制架構(gòu)是一種偽固定頻率、恒定導(dǎo)通時(shí)間、帶電壓前饋的電流模式調(diào)節(jié)器。它依靠輸出濾波電容的ESR作為電流檢測電阻，輸出紋波電壓提供PWM斜坡信號。高側(cè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間由一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器決定，其脈沖寬度與輸入電壓成反比，與輸出電壓成正比。另一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)置最小關(guān)斷時(shí)間（典型值150ns）。

3.2 開關(guān)頻率

每個(gè)SMPS的開關(guān)頻率可通過外部電阻獨(dú)立編程。通過連接電阻（RTON）在TON和VIN之間設(shè)置開關(guān)周期TSW，公式為 (T{SW1 }=CTON(RTON 1+6.5 k Omega)) 和 (T{SW2 }=CTON(RTON 2+6.5 k Omega)) ，其中 (CTON =16.26 pF) 。高頻（600kHz）操作可優(yōu)化應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)最小的組件尺寸，但會因較高的開關(guān)損耗而犧牲效率；低頻（200kHz）操作則提供最佳的整體效率，但會增加組件尺寸和電路板空間。

3.3 組合模式

在組合模式下（ (FB2 = VCC) ），TON1設(shè)置導(dǎo)通時(shí)間和開關(guān)頻率，有效開關(guān)頻率是每相頻率的兩倍。同時(shí)，通過電流平衡積分器維持兩相電流相等，提高效率和功率分配。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 電感選擇

電感值由每相開關(guān)頻率和工作點(diǎn)（紋波電流比）決定，公式為 (L=left(frac{V{IN}-V{OUT }}{f{SWLOAD(MAX) } LIR }right)left(frac{V{OUT }}{V_{IN }}right)) 。選擇低損耗、低直流電阻且能在額定尺寸內(nèi)工作的電感，同時(shí)要確保電感在峰值電流下不飽和。

4.2 輸出電容選擇

輸出濾波電容需具有足夠低的等效串聯(lián)電阻（ESR）以滿足輸出紋波和負(fù)載瞬變要求，同時(shí)要有足夠高的ESR以滿足穩(wěn)定性要求。在低功率應(yīng)用中，電容大小通常取決于維持可接受輸出紋波電壓所需的ESR；在高功率應(yīng)用中，電容大小則取決于防止負(fù)載瞬變時(shí)輸出電壓下降過低所需的ESR。

4.3 輸入電容選擇

輸入電容需滿足開關(guān)電流帶來的紋波電流要求，計(jì)算公式為 (I{RMS}=frac{sqrt{I{LOAD1 }^{2} V{OUT 1}left(V{IN }-V{OUT 1}right)+I{LOAD 2}^{2} V{OUT 2}left(V{IN }-V{OUT 2}right)}}{V{IN }}) （單相同應(yīng)用）或 (I{RMS }=left(frac{I{LOAD }}{2 V{IN }}right) sqrt{2 V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)}) （組合模式）。選擇在RMS輸入電流下溫度上升小于+10°C的輸入電容，以確保電路的長期穩(wěn)定性。

4.4 MOSFET選擇

高側(cè)MOSFET要能在VIN(MIN)和VIN(MAX)下消散電阻損耗和開關(guān)損耗，理想情況下，兩者損耗應(yīng)大致相等。低側(cè)MOSFET應(yīng)選擇導(dǎo)通電阻（RDS(ON)）盡可能低、封裝適中且價(jià)格合理的產(chǎn)品。同時(shí)，要確保DL柵極驅(qū)動器能提供足夠的電流以支持柵極電荷和高側(cè)MOSFET導(dǎo)通時(shí)注入寄生柵 - 漏電容的電流。

4.5 PCB布局

PCB布局對于實(shí)現(xiàn)低開關(guān)損耗和穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。要保持高電流路徑短，特別是接地端子；將所有模擬接地連接到單獨(dú)的實(shí)心銅平面；保持電源跡線和負(fù)載連接短；保持高電流、柵極驅(qū)動器跡線短而寬；將高速開關(guān)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離敏感模擬區(qū)域。

五、應(yīng)用案例

MAX17007A/MAX17007B/MAX17008可用于筆記本電腦的GPU核心電源和低功耗I/O電源等。在實(shí)際應(yīng)用中，通過合理選擇組件和優(yōu)化PCB布局，可以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源供應(yīng)。

六、總結(jié)

MAX17007A/MAX17007B/MAX17008是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的雙路可組合QPWM圖形核心控制器。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，需根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇組件和優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮該控制器的優(yōu)勢。同時(shí)，要注意PCB布局的細(xì)節(jié)，確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似控制器的使用難題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。