電子工程師必備：MAX8743雙路高效降壓控制器深度解析

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。對于筆記本電腦等設(shè)備而言，需要高效、穩(wěn)定的降壓控制器來將高電壓電池轉(zhuǎn)換為低電壓的芯片組和RAM電源。今天我們就來深入了解一下Maxim推出的MAX8743雙路高效降壓控制器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX8743是一款專為降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置的雙脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器。它能夠?qū)⒏唠妷弘姵亟祲?，為筆記本電腦中的芯片組、RAM等提供低電壓電源，具有高效率、出色的瞬態(tài)響應(yīng)和高直流輸出精度等優(yōu)點。

特點

1. 超高效率：采用單級降壓轉(zhuǎn)換，可直接對高電壓電池進行降壓，實現(xiàn)最高效率；也可采用兩級轉(zhuǎn)換，減小物理尺寸。
2. 精確的電流限制：CS輸入可與低端檢測電阻配合使用，提供精確的電流限制；也可連接到LX，使用低端MOSFET作為電流檢測元件。
3. 快速PWM響應(yīng)：Quick - PWM?技術(shù)具有100ns的負(fù)載階躍響應(yīng)，能快速應(yīng)對負(fù)載變化。
4. 高輸出精度：在不同的輸入電壓和負(fù)載條件下，輸出電壓精度可達1%。
5. 高輸出阻抗：在關(guān)機狀態(tài)下具有高輸出阻抗，可消除負(fù)輸出電壓，節(jié)省肖特基二極管的成本。
6. 雙模式輸出：提供固定1.8V/1.5V/可調(diào)或2.5V/可調(diào)輸出模式，輸出范圍可在1V至5.5V之間調(diào)整。
7. 寬輸入電壓范圍：電池輸入范圍為2V至28V，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
8. 可調(diào)過壓保護：可根據(jù)需要調(diào)整過壓保護閾值，增強系統(tǒng)的安全性。
9. 數(shù)字軟啟動：具有1.7ms的數(shù)字軟啟動功能，可減少啟動時的輸入浪涌電流。
10. 驅(qū)動能力強：能夠驅(qū)動大型同步整流FET。
11. 電源良好指示：配備電源良好窗口比較器，可實時監(jiān)測輸出電壓狀態(tài)。
12. 參考輸出：提供2V ±1%的參考輸出電壓。

二、應(yīng)用場景

1. 筆記本電腦：為CPU核心、芯片組、RAM等提供穩(wěn)定的低電壓電源。
2. 低電壓電源應(yīng)用：如1.8V和2.5V的I/O電源等。

三、技術(shù)細節(jié)

1. 工作原理

MAX8743采用自由運行、恒定導(dǎo)通時間且?guī)в休斎肭梆伒腜WM控制架構(gòu)。這種架構(gòu)利用輸出濾波電容的有效串聯(lián)電阻（ESR）作為電流檢測電阻，輸出紋波電壓提供PWM斜坡信號?？刂扑惴ê唵?，高端開關(guān)導(dǎo)通時間僅由一個單穩(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。另一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)置最小關(guān)斷時間（典型值為400ns）。當(dāng)誤差比較器為低電平、低端開關(guān)電流低于電流限制閾值且最小關(guān)斷時間單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器超時，導(dǎo)通時間單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā)。

2. 導(dǎo)通時間設(shè)置

導(dǎo)通時間由TON引腳的連接方式?jīng)Q定，不同的連接方式對應(yīng)不同的工作頻率。同時，為防止兩側(cè)出現(xiàn)音頻頻率“拍頻”現(xiàn)象，一側(cè)的導(dǎo)通時間比另一側(cè)高35%。導(dǎo)通時間的計算公式為：(On - time =K(V{OUT }+0.075 V) / V{IN })，其中K由TON引腳的連接方式確定，0.075V是對低端MOSFET開關(guān)預(yù)期壓降的近似值。

3. 自動脈沖跳過切換

在跳過模式（(overline{SKIP}=GND)）下，當(dāng)輕負(fù)載時，會自動切換到脈沖頻率調(diào)制（PFM）模式。切換點與電感電流的臨界導(dǎo)通點相關(guān)，負(fù)載電流達到一定值時發(fā)生切換。切換點的負(fù)載電流計算公式為：(I{LOAD(SKIP)} approx frac{K × V{OUT }}{2 L}left(frac{V{IN }-V{OUT }}{V_{IN }}right))。

4. 強制PWM模式

在低噪聲的強制PWM模式（(overline{SKIP}= high)）下，禁用零交叉比較器，使低端柵極驅(qū)動波形成為高端柵極驅(qū)動波形的互補波形。這種模式可保持開關(guān)頻率相對恒定，但空載電池電流會增加，適用于降低音頻頻率噪聲、改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)等場景。

5. 電流限制電路

采用獨特的“谷值”電流檢測算法，當(dāng)CS_處的電流檢測信號幅度高于電流限制閾值時，PWM不允許啟動新的周期。實際峰值電流比電流限制閾值大一個電感紋波電流的量。電流限制閾值可通過ILIM引腳的內(nèi)部5μA電流源和外部電阻進行調(diào)整，調(diào)整范圍為25mV至250mV。

6. MOSFET柵極驅(qū)動

DH和DL驅(qū)動器針對驅(qū)動中等大小的高端和較大的低端功率MOSFET進行了優(yōu)化。自適應(yīng)死區(qū)時間電路可防止高端FET在DL完全關(guān)斷之前導(dǎo)通，確保電路的正常工作。

7. 上電復(fù)位、欠壓鎖定和軟啟動

上電復(fù)位（POR）在VCC上升到約2V時發(fā)生，復(fù)位故障鎖存器并準(zhǔn)備PWM運行。VCC欠壓鎖定（UVLO）電路在VCC低于4.05V時禁止開關(guān)動作。軟啟動功能可在啟動期間逐漸增加內(nèi)部電流限制水平，減少輸入浪涌電流。

8. 電源良好輸出

PGOOD窗口比較器持續(xù)監(jiān)測輸出電壓的過壓和欠壓情況。在關(guān)機、待機和軟啟動期間，PGOOD主動拉低；數(shù)字軟啟動結(jié)束后，當(dāng)輸出在誤差比較器閾值的10%范圍內(nèi)時，PGOOD釋放。

9. 過壓和欠壓保護

輸出過壓保護可連續(xù)監(jiān)測輸出電壓，當(dāng)輸出超過過壓閾值時，觸發(fā)保護并強制DL低端柵極驅(qū)動器拉高。輸出欠壓保護在輸出低于誤差放大器跳閘電壓的70%時觸發(fā)，可通過UVP引腳進行啟用或禁用。

四、設(shè)計要點

1. 確定參數(shù)

在選擇開關(guān)頻率和電感工作點之前，需明確輸入電壓范圍和最大負(fù)載電流。輸入電壓范圍要考慮最壞情況下的高AC適配器電壓和最低電池電壓；最大負(fù)載電流需考慮峰值負(fù)載電流和連續(xù)負(fù)載電流，分別影響瞬時組件應(yīng)力、濾波要求和熱應(yīng)力。

2. 電感選擇

電感值由開關(guān)頻率（導(dǎo)通時間）和工作點（紋波電流比）決定，計算公式為：(L=frac{V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)}{V{IN } × f × LIR × I_{LOAD(MAX) }})。同時，要選擇低損耗、直流電阻盡可能低的電感，確保其在峰值電感電流下不飽和。

3. 輸出電容選擇

輸出濾波電容的ESR要足夠低以滿足輸出紋波和負(fù)載瞬態(tài)要求，同時要足夠高以滿足穩(wěn)定性要求。電容值要足夠大，以吸收從滿載到空載時電感的能量，避免觸發(fā)OVP電路。

4. 輸入電容選擇

輸入電容需滿足開關(guān)電流產(chǎn)生的紋波電流要求，優(yōu)先選擇非鉭電容，如陶瓷、鋁或OS - CON電容。

5. 功率MOSFET選擇

對于高端MOSFET，要選擇在最佳電池電壓下導(dǎo)通損耗等于開關(guān)損耗的器件，確保在最小和最大輸入電壓下的損耗不超過封裝熱限制。對于低端MOSFET，要選擇RDS(ON)盡可能低、封裝適中且價格合理的器件。

6. PCB布局

PCB布局對于實現(xiàn)低開關(guān)損耗和穩(wěn)定運行至關(guān)重要。要使用四層板，頂層放置功率組件，底層放置IC和敏感接地組件，中間兩層作為接地平面。保持高電流路徑短，特別是接地端子；將電流檢測電阻靠近頂層星形接地點；合理布線，避免高速開關(guān)節(jié)點干擾敏感模擬區(qū)域。

五、總結(jié)

MAX8743雙路高效降壓控制器憑借其眾多優(yōu)點，在筆記本電腦等低電壓電源應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢。電子工程師在設(shè)計過程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇參數(shù)和組件，同時注意PCB布局，以確保系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運行。你在使用類似控制器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。