MAX1992/MAX1993：高效PWM降壓控制器的卓越之選

在電子設備的電源管理領域，高效、穩(wěn)定且具備多種保護功能的降壓控制器至關重要。MAX1992/MAX1993作為Maxim推出的Quick - PWM降壓控制器，憑借其出色的性能和豐富的特性，在筆記本電腦等設備的低電壓電源供應中發(fā)揮著重要作用。本文將深入剖析這兩款控制器的特點、工作原理及設計要點。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1992/MAX1993脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器具有高效率、出色的瞬態(tài)響應和高直流輸出精度。它們能夠?qū)?a href="http://www.makelele.cn/v/tag/873/" target="_blank">高壓電池降壓，為筆記本電腦中的CPU核心、芯片組或RAM等提供低電壓電源。

主要特性

1. 電感飽和保護：通過LSAT引腳設置電感電流飽和極限，有效防止電感飽和，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。
2. 精確的電流限制：采用獨特的“谷值”電流傳感算法，可精確調(diào)整電流限制閾值，適應不同負載需求。
3. 超高效率：能夠驅(qū)動大型同步整流MOSFET，提升轉(zhuǎn)換效率。
4. Quick - PWM控制：具備100ns的負載階躍響應，在處理寬輸入/輸出電壓比時表現(xiàn)出色，同時保持相對恒定的開關頻率。
5. 動態(tài)輸出電壓：MAX1993支持動態(tài)可調(diào)輸出電壓，適用于需要動態(tài)調(diào)整電壓的應用場景。

二、工作原理

1. Quick - PWM控制架構

Quick - PWM是一種偽固定頻率、恒定導通時間、電流模式調(diào)節(jié)器，采用電壓前饋技術。它利用輸出濾波電容的ESR作為電流傳感電阻，輸出紋波電壓提供PWM斜坡信號。高側(cè)開關導通時間由一個單穩(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。

2. 自動脈沖跳過模式

在輕載時（(overline{SKIP}=GND)），會自動切換到脈沖頻率調(diào)制（PFM）模式，以提高輕載效率。切換點由電感值和負載電流決定，一般在負載電流達到電感峰 - 峰紋波電流的一半時發(fā)生切換。

3. 強制PWM模式

當(overline{SKIP}=V_{CC})時，進入低噪聲強制PWM模式。該模式禁用零交叉比較器，使電感電流在輕載時反向，保持開關頻率相對恒定，但會增加空載時的5V偏置電流。

三、關鍵特性詳解

1. 電流限制保護

• 谷值電流限制：通過CSP和CSN之間的電流傳感電阻實現(xiàn)谷值電流傳感。當電流傳感信號超過谷值電流限制閾值時，PWM控制器不會啟動新的周期。
• 負電流限制：在強制PWM模式下，還實現(xiàn)了負電流限制，防止VOUT吸收電流時電感電流反向過大。
• 電感飽和限制：通過LSAT引腳設置電感飽和閾值，當電感電流超過閾值時，立即關閉高側(cè)柵極驅(qū)動器，并在ILIM上啟用6μA放電電流。

2. MOSFET柵極驅(qū)動器

DH和DL驅(qū)動器經(jīng)過優(yōu)化，可驅(qū)動中等大小的高側(cè)和較大的低側(cè)功率MOSFET。自適應死區(qū)時間電路可防止高側(cè)和低側(cè)MOSFET同時導通，避免擊穿電流。

3. 上電復位、欠壓鎖定和軟啟動

• 上電復位（POR）：當VCC上升到約2V時，復位故障鎖存器和軟啟動計數(shù)器，為PWM操作做好準備。
• 欠壓鎖定（UVLO）：在VCC達到4.25V之前，抑制開關操作。
• 軟啟動：在啟動期間逐步增加內(nèi)部電流限制水平，減少輸入浪涌電流。

4. 電源良好輸出（PGOOD）

PGOOD是一個開漏輸出，用于連續(xù)監(jiān)測輸出電壓。在關機和軟啟動期間，PGOOD被拉低；軟啟動結(jié)束后，若輸出電壓在標稱調(diào)節(jié)電壓的±10%范圍內(nèi)，PGOOD變?yōu)楦咦杩埂?/p>

5. 故障消隱（MAX1993 FBLANK）

MAX1993在動態(tài)輸出電壓轉(zhuǎn)換期間自動進入強制PWM操作，F(xiàn)BLANK決定強制PWM操作的持續(xù)時間，同時在轉(zhuǎn)換期間禁用過壓和欠壓故障保護，防止誤觸發(fā)。

6. 關機和輸出放電

根據(jù)OVP/UVP引腳的設置，可選擇是否啟用輸出放電功能。啟用時，關機時通過內(nèi)部10Ω開關將輸出放電到地；禁用時，輸出放電速率由負載電流和輸出電容決定。

7. 故障保護

• 過壓保護（OVP）：當輸出電壓超過標稱調(diào)節(jié)電壓的116%且OVP啟用時，關閉PWM控制器，拉低DH并拉高DL，快速放電輸出電容。
• 欠壓保護（UVP）：當輸出電壓低于標稱調(diào)節(jié)電壓的70%且UVP啟用時，設置故障鎖存器并進入放電模式。
• 熱故障保護：當結(jié)溫超過+160°C時，激活故障鎖存器，拉低PGOOD并關閉控制器。

四、輸出電壓設置

1. 預設輸出電壓（僅MAX1992）

通過將FB連接到AGND、VCC或OUT，可分別獲得2.5V、1.8V或0.7V的固定輸出電壓。

2. 電阻分壓器設置VOUT

使用電阻分壓器可將輸出電壓從0.7V調(diào)整到5.5V。MAX1992將FB調(diào)節(jié)到0.7V，MAX1993將FB調(diào)節(jié)到REFIN設置的電壓。

3. 動態(tài)輸出電壓（僅MAX1993）

通過改變REFIN的電壓，MAX1993可實現(xiàn)動態(tài)輸出電壓調(diào)整。在GATE信號的控制下，可切換REFIN電阻分壓器中的電阻，從而改變輸出電壓。

五、設計要點

1. 設計流程

在選擇開關頻率和電感工作點之前，需確定輸入電壓范圍和最大負載電流。主要設計權衡在于選擇合適的開關頻率和電感工作點，同時考慮輸入電壓范圍、最大負載電流、開關頻率和電感工作點等因素。

2. 電感選擇

根據(jù)開關頻率和電感工作點計算電感值，選擇低損耗、直流電阻盡可能低的電感。電感值應使電路在最大負載時工作在臨界導通邊緣，最佳工作點通常在20% - 50%的紋波電流之間。

3. 瞬態(tài)響應

電感紋波電流會影響瞬態(tài)響應性能，低電感值可使電感電流更快地上升和下降，減少輸出電壓的下垂和過沖。

4. 設置電流限制

最小電流限制閾值應足夠大，以支持最大負載電流?？赏ㄟ^連接ILIM到VCC設置默認的50mV谷值電流限制閾值，也可使用可調(diào)模式精確調(diào)整閾值。

5. 輸出電容選擇

輸出濾波電容的ESR應足夠低，以滿足輸出紋波和負載瞬態(tài)要求，同時又要足夠高以滿足穩(wěn)定性要求。通常根據(jù)ESR和電壓額定值選擇電容。

6. 輸入電容選擇

輸入電容需滿足開關電流產(chǎn)生的紋波電流要求，對于大多數(shù)應用，非鉭電容（陶瓷、鋁或OSCON）更適合，以抵抗電源啟動時的浪涌電流。

7. 功率MOSFET選擇

• 高側(cè)MOSFET：需能在VIN(MIN)和VIN(MAX)下消散電阻損耗和開關損耗，最佳效率時開關損耗應等于導通損耗。
• 低側(cè)MOSFET：應選擇導通電阻盡可能低、封裝適中且價格合理的MOSFET。

六、應用信息

1. 壓差性能

連續(xù)導通操作的輸出電壓可調(diào)范圍受不可調(diào)節(jié)的最小關斷時間單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器限制。為獲得最佳壓差性能，可使用較慢的（200kHz）導通時間設置。

2. 多輸出電壓設置（僅MAX1993）

MAX1993可通過離散邏輯或DAC產(chǎn)生三個或更多輸出電壓，通過切換電阻網(wǎng)絡中的電阻來改變REFIN的電壓。

3. 有源總線終端（僅MAX1993）

在DDR內(nèi)存架構中，MAX1993可配置為有源總線終端調(diào)節(jié)器，為內(nèi)存提供跟蹤參考電壓的電源。

4. 電壓定位

在快速負載瞬變的應用中，電壓定位可減少輸出電容的使用，最大化輸出電壓的AC和DC容差窗口。

七、PCB布局指南

PCB布局對于實現(xiàn)低開關損耗和穩(wěn)定運行至關重要。應遵循以下原則：

1. 保持高電流路徑短，特別是接地端子。
2. 保持電源走線和負載連接短，使用厚銅PCB板可提高滿載效率。
3. 直接將CSP和CSN連接到電流傳感電阻兩端，以最小化電流傳感誤差。
4. 優(yōu)先保證電感充電路徑比放電路徑長。
5. 將高速開關節(jié)點（BST、LX、DH和DL）與敏感模擬區(qū)域（REF、FB、CSP和CSN）分開布線。

總之，MAX1992/MAX1993降壓控制器以其高效、穩(wěn)定和多功能的特點，為電子工程師在電源設計中提供了可靠的解決方案。通過深入了解其工作原理和設計要點，工程師們可以更好地發(fā)揮這兩款控制器的性能，滿足不同應用的需求。你在實際設計中是否遇到過類似控制器的應用難題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。