MAX17020：高性能雙路Quick - PWM降壓控制器的深度剖析

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，一款性能卓越的降壓控制器往往能為整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。今天，我們就來(lái)深入探討一下Maxim公司的MAX17020，一款集多種功能于一身的雙路Quick - PWM降壓控制器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX17020專為電池供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可用于主電源5V/3.3V或I/O電源1.5V/1.05V的生成。它采用同步整流技術(shù)，通過(guò)低側(cè)MOSFET感應(yīng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、低成本且高效的電流檢測(cè)，為谷值電流限制保護(hù)提供支持。結(jié)合輸出過(guò)壓和欠壓保護(hù)功能，確保輸出電源的穩(wěn)定性和可靠性。

特點(diǎn)亮點(diǎn)

1. 雙路Quick - PWM控制：能夠快速響應(yīng)負(fù)載變化，在寬輸入電壓范圍內(nèi)保持相對(duì)恒定的工作頻率和電感工作點(diǎn)。
2. 內(nèi)部100mA線性穩(wěn)壓器：可配置為預(yù)設(shè)5V或3.3V輸出，也可在0.6V - 4V之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足不同的電源需求。
3. 獨(dú)立LDO旁路輸入：當(dāng)旁路電壓超過(guò)LDO輸出電壓的93.5%時(shí)，可自動(dòng)旁路LDO，提高電源效率。
4. 3.3V始終開(kāi)啟的RTC電源：為實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供穩(wěn)定的電源，即使在筆記本電腦關(guān)機(jī)時(shí)也能正常工作。
5. 超聲波模式：確保在輕負(fù)載時(shí)開(kāi)關(guān)頻率大于20kHz，避免可聽(tīng)噪聲。

二、電氣特性分析

輸入電源特性

在不同的工作模式下，MAX17020的輸入電源電流表現(xiàn)不同。例如，在待機(jī)模式下，輸入電源電流（IIN(STBY)）在VIN = 6V - 24V，ON1 = ON2 = GND，ONLDO = VCC時(shí)，典型值為85μA，最大值為175μA；在關(guān)機(jī)模式下，輸入電源電流（IIN(SHDN)）在VIN = 4.5V - 24V，ON1 = ON2 = ONLDO = GND時(shí)，典型值為50μA，最大值為70μA。

PWM控制器特性

1. 輸出電壓精度：OUT1和OUT2的輸出電壓精度在不同預(yù)設(shè)輸出和可調(diào)反饋情況下都有明確的規(guī)格。例如，OUT1在5V預(yù)設(shè)輸出時(shí)，精度為±0.05V；在1.5V預(yù)設(shè)輸出時(shí)，精度為±0.015V。
2. 開(kāi)關(guān)頻率和導(dǎo)通時(shí)間：通過(guò)TON引腳可以設(shè)置不同的開(kāi)關(guān)頻率，如TON = VCC時(shí)，OUT1/OUT2的開(kāi)關(guān)頻率為200kHz/300kHz；TON = REF或GND時(shí)，OUT1/OUT2的開(kāi)關(guān)頻率為400kHz/300kHz或400kHz/500kHz。同時(shí)，不同開(kāi)關(guān)頻率下的導(dǎo)通時(shí)間也有所不同。

線性穩(wěn)壓器（LDO）特性

LDO的輸出電壓精度在不同輸入電壓和負(fù)載電流下有所變化。例如，在VIN = 24V，LDOREFIN = BYP = GND，0mA < ILDO < 100mA時(shí)，輸出電壓精度為±0.1V。此外，LDO還具有短路保護(hù)功能，短路電流最大值為260mA。

RTC電源特性

RTC輸出電壓精度在0 < IRTC < 5mA，VIN = 6V - 24V時(shí)，為±0.1V。短路電流最大值為30mA，確保了RTC電源的穩(wěn)定性和可靠性。

三、工作模式詳解

強(qiáng)制PWM模式（SKIP = VCC）

此模式下，零交叉比較器被禁用，低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)波形始終是高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)波形的互補(bǔ)，電感電流在輕負(fù)載時(shí)會(huì)反向。雖然能保持開(kāi)關(guān)頻率相對(duì)恒定，但空載時(shí)5V偏置電流在20mA - 60mA之間，具體取決于開(kāi)關(guān)頻率和MOSFET的選擇。

自動(dòng)脈沖跳過(guò)模式（SKIP = GND）

在輕負(fù)載時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換到脈沖頻率調(diào)制（PFM）模式。通過(guò)比較器在電感電流過(guò)零時(shí)截?cái)嗟蛡?cè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)脈沖跳過(guò)。在不連續(xù)導(dǎo)通模式下，由于斜率補(bǔ)償和輸出紋波電壓的影響，輸出電壓的直流調(diào)節(jié)水平比誤差比較器閾值高約1.5%。

超聲波模式（SKIP = 開(kāi)路或REF）

該模式下，開(kāi)關(guān)頻率保證不低于20kHz，消除了輕負(fù)載時(shí)的音頻頻率調(diào)制。當(dāng)控制器檢測(cè)到在過(guò)去37μs內(nèi)沒(méi)有開(kāi)關(guān)動(dòng)作或SECFB電壓低于其反饋閾值時(shí)，會(huì)發(fā)出超聲波脈沖，使外部未調(diào)節(jié)的電荷泵或變壓器次級(jí)繞組得到刷新。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與應(yīng)用

設(shè)計(jì)步驟

1. 確定輸入電壓范圍和最大負(fù)載電流：輸入電壓的最大值要考慮最壞情況下的交流適配器電壓，最小值要考慮電池電壓下降后的情況。最大負(fù)載電流包括峰值負(fù)載電流和連續(xù)負(fù)載電流，分別影響瞬時(shí)組件應(yīng)力和熱應(yīng)力。
2. 選擇開(kāi)關(guān)頻率：開(kāi)關(guān)頻率的選擇決定了尺寸和效率之間的權(quán)衡。較高的頻率可以減小組件尺寸，但會(huì)增加MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗；較低的頻率則能提高效率，但會(huì)增加組件尺寸和電路板空間。
3. 確定電感工作點(diǎn)：電感值的選擇要在尺寸、效率、瞬態(tài)響應(yīng)和輸出紋波之間進(jìn)行權(quán)衡。一般來(lái)說(shuō)，電感值越低，瞬態(tài)響應(yīng)越好，但效率會(huì)降低，輸出紋波會(huì)增加。

組件選擇

1. 電感選擇：根據(jù)開(kāi)關(guān)頻率、輸入電壓、輸出電壓和最大負(fù)載電流等參數(shù)計(jì)算電感值。選擇低損耗、直流電阻盡可能低的電感，確保其在峰值電感電流下不會(huì)飽和。
2. 輸出電容選擇：輸出電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）要滿足輸出紋波和負(fù)載瞬態(tài)要求，同時(shí)也要滿足穩(wěn)定性要求。在有劇烈負(fù)載瞬變的應(yīng)用中，電容的大小要根據(jù)防止輸出電壓下降過(guò)多來(lái)確定；在沒(méi)有大而快的負(fù)載瞬變的應(yīng)用中，電容的大小要根據(jù)保持可接受的輸出電壓紋波來(lái)確定。
3. 輸入電容選擇：輸入電容要滿足開(kāi)關(guān)電流引起的紋波電流要求，選擇對(duì)電源浪涌電流有較好抗性的電容，如陶瓷、鋁或OS - CON電容。
4. 功率MOSFET選擇：高側(cè)MOSFET要能在最小和最大輸入電壓下都能有效散熱，低側(cè)MOSFET要選擇導(dǎo)通電阻盡可能低的器件，同時(shí)要確保MAX17020的DL_柵極驅(qū)動(dòng)器能提供足夠的電流。

應(yīng)用案例

MAX17020適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，如筆記本電腦、圖形卡、DDR電源、游戲控制臺(tái)等。在筆記本電腦中，它可以為主要系統(tǒng)電源、I/O系統(tǒng)電源和圖形卡提供穩(wěn)定的電源；在圖形卡中，它可以滿足動(dòng)態(tài)圖形核心的電源需求。

五、PCB布局指南

PCB布局對(duì)于實(shí)現(xiàn)低開(kāi)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，特別是在接地端子處；保持電源跡線和負(fù)載連接短，以提高效率；將LX_直接連接到低側(cè)MOSFET的漏極，以最小化電流檢測(cè)誤差；將高速開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)與敏感模擬區(qū)域分開(kāi)。

六、總結(jié)

MAX17020作為一款高性能的雙路Quick - PWM降壓控制器，具有多種功能和出色的電氣特性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理選擇組件和優(yōu)化PCB布局，可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，為電子設(shè)備提供穩(wěn)定、高效的電源解決方案。希望本文能為電子工程師在使用MAX17020進(jìn)行電源設(shè)計(jì)時(shí)提供有益的參考。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。