MAX20860A：高效可擴(kuò)展降壓調(diào)節(jié)器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理始終是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。今天要為大家詳細(xì)介紹一款高性能的電源管理芯片——MAX20860A，它是一款具有PMBus和AVSBus接口的雙相60A、16V可擴(kuò)展降壓調(diào)節(jié)器，在數(shù)據(jù)中心、通信、網(wǎng)絡(luò)等眾多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。

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一、產(chǎn)品概述

MAX20860A是一款高度集成、高效的雙相降壓DC - DC開關(guān)調(diào)節(jié)器。它的輸入電壓范圍為5V至16V，輸出電壓可在0.4V至5.8V之間調(diào)節(jié)，能夠提供高達(dá)60A的負(fù)載電流。通過(guò)與最多兩個(gè)外部功率級(jí)配合使用，它還能提供高達(dá)120A的負(fù)載電流。在雙相運(yùn)行配置下，使用PMBus可將最小輸入電壓范圍配置為2.7V。其開關(guān)頻率可在308kHz至2MHz之間配置，方便在尺寸和性能方面優(yōu)化設(shè)計(jì)。

產(chǎn)品特性

• 高功率密度與低元件數(shù)量：采用緊湊的4.25mm x 10mm、36引腳FC2QFN封裝，內(nèi)部集成補(bǔ)償功能，減少了外部元件數(shù)量，提高了功率密度。
• 雙相運(yùn)行與可擴(kuò)展性：支持雙相運(yùn)行，還可通過(guò)外部功率級(jí)擴(kuò)展至三相或四相運(yùn)行，各相均勻交錯(cuò)，有效降低輸入/輸出電壓紋波，提高負(fù)載瞬態(tài)性能。
• 寬工作范圍：輸入電壓范圍為5V至16V，輸出電壓范圍為0.4V至5.8V，開關(guān)頻率可配置，工作結(jié)溫范圍為 - 40°C至 + 125°C，能適應(yīng)多種應(yīng)用場(chǎng)景。
• 高效節(jié)能：具有高達(dá)93%的峰值效率，還可通過(guò)可選的外部偏置輸入電源進(jìn)一步提高效率。
• 先進(jìn)調(diào)制方案（AMS）：可選擇AMS，在快速負(fù)載瞬變時(shí)提供改進(jìn)的性能，提高控制環(huán)路相位裕度，減少輸出電容需求。
• 豐富的保護(hù)功能：具備正/負(fù)過(guò)流保護(hù)、輸出過(guò)壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等多種保護(hù)功能，確保設(shè)計(jì)的穩(wěn)健性。
• 通信接口：支持PMBus和AVSBus接口，方便與主機(jī)設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置和遙測(cè)功能。

應(yīng)用領(lǐng)域

• 數(shù)據(jù)中心電源：為數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)。
• 通信設(shè)備：滿足通信設(shè)備對(duì)電源的高效、穩(wěn)定需求。
• 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供可靠的電源支持。
• 負(fù)載點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)器：在各種需要精確電壓調(diào)節(jié)的應(yīng)用中發(fā)揮作用。

二、電氣特性與性能

輸入輸出參數(shù)

• 輸入電壓范圍：默認(rèn)情況下為5V至16V，雙相運(yùn)行時(shí)可通過(guò)PMBus將最小輸入電壓配置為2.7V。
• 輸出電壓范圍：0.4V至5.8V，輸出電壓精度在特定條件下可達(dá)±1%。
• 輸出電流：最大可提供60A負(fù)載電流，配合外部功率級(jí)可擴(kuò)展至120A。

開關(guān)頻率與同步

• 開關(guān)頻率：可在308kHz至2MHz之間配置，頻率精度為±10%。
• 同步功能：支持頻率同步，當(dāng)連接有效的外部同步時(shí)鐘到SYNC_IN引腳時(shí)，可同步多個(gè)單元的開關(guān)頻率，減少互調(diào)噪聲。

保護(hù)功能

• 過(guò)流保護(hù)：提供正過(guò)流保護(hù)（POCP）和快速正過(guò)流保護(hù)（FPOCP），可選擇不同的POCP閾值（40A、35A、30A、25A每相）。負(fù)過(guò)流保護(hù)（NOCP）閾值為POCP閾值的 - 83%。
• 過(guò)壓保護(hù)：輸出過(guò)壓保護(hù)（OVP）閾值為10% - 16%，OVP故障發(fā)生后，設(shè)備停止開關(guān)并拉低PGOOD引腳，默認(rèn)20ms后重啟。
• 過(guò)溫保護(hù)：過(guò)溫保護(hù)閾值為 + 155°C，具有20°C的滯后，當(dāng)溫度超過(guò)閾值時(shí)，設(shè)備停止開關(guān)并拉低PGOOD引腳，溫度恢復(fù)正常后20ms重啟。

三、控制架構(gòu)與工作模式

固定頻率峰值電流模式控制

MAX20860A采用固定頻率峰值電流模式控制架構(gòu)，包含誤差放大器、內(nèi)部電壓環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、電流檢測(cè)、內(nèi)部斜率補(bǔ)償和PWM調(diào)制器。參考電壓（VREF）可通過(guò)PMBus VOUT_COMMAND在0.4V至0.8V之間調(diào)整，默認(rèn)VREF由PGM1引腳選擇的場(chǎng)景配置。

先進(jìn)調(diào)制方案（AMS）

AMS可提供改進(jìn)的瞬態(tài)響應(yīng)，允許在大負(fù)載瞬變時(shí)臨時(shí)增加或減少開關(guān)頻率。啟用AMS后，控制環(huán)路相位裕度提高，可擴(kuò)展控制環(huán)路帶寬，減少輸出電容需求。

有源電流平衡

該功能可確保各相之間的動(dòng)態(tài)電流共享，在穩(wěn)態(tài)和負(fù)載瞬變時(shí)都能保持電流平衡，通過(guò)調(diào)整各相電流控制信號(hào)來(lái)最小化相電流不平衡。

同步功能

當(dāng)連接有效的外部同步時(shí)鐘到SYNC_IN引腳時(shí)，MAX20860A支持頻率同步。若外部同步時(shí)鐘不可用或丟失，設(shè)備將以內(nèi)部時(shí)鐘頻率恢復(fù)開關(guān)。SYNC_OUT輸出可作為下游設(shè)備的同步時(shí)鐘。

四、引腳配置與功能

MAX20860A共有36個(gè)引腳，各引腳具有特定的功能，主要引腳功能如下：

• 電源引腳：VDDH1、VDDH2為調(diào)節(jié)器輸入電源，VCC1、VCC2為內(nèi)部1.8V LDO輸出，AVDD為模擬電路供電，DVDD為數(shù)字電路供電。
• 控制引腳：EN為輸出使能，PGOOD為開漏電源良好輸出，ALERTB為PMBus警報(bào)。
• 通信引腳：SCL、SDA為PMBus時(shí)鐘和數(shù)據(jù)輸入/輸出，AVS_CLK、AVS_SDI、AVS_SDO為AVSBus時(shí)鐘和數(shù)據(jù)輸入/輸出。
• 功率級(jí)接口引腳：PWM、CS、TS_FAULTB用于與外部功率級(jí)通信，傳輸PWM信號(hào)、電流檢測(cè)信號(hào)、溫度檢測(cè)信號(hào)和故障狀態(tài)。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

輸出電壓感測(cè)

MAX20860A的反饋參考電壓（VREF）可在0.4V至0.8V之間編程，通過(guò)PMBus VOUT_SCALE_LOOP命令選擇反饋電阻分壓器比例，確保PMBus VOUT_COMMAND與實(shí)際輸出電壓匹配。當(dāng)使用非標(biāo)準(zhǔn)反饋電阻分壓器比例時(shí)，建議將PMBus VOUT_SCALE_LOOP設(shè)置為1.0。

開關(guān)頻率選擇

開關(guān)頻率可在308kHz至2MHz之間選擇，較高的開關(guān)頻率適合對(duì)解決方案尺寸有要求的應(yīng)用，較低的開關(guān)頻率適合對(duì)效率和散熱有要求的應(yīng)用。選擇頻率時(shí)需確保不違反最小可控導(dǎo)通時(shí)間和最小可控關(guān)斷時(shí)間。

輸出電感選擇

輸出電感對(duì)電壓調(diào)節(jié)器的整體尺寸、成本和效率有重要影響。通常選擇電感值使電感電流紋波為每相最大負(fù)載電流的20% - 50%，同時(shí)要考慮POCP閾值和電感電流紋波對(duì)電感值的要求。

輸出電容選擇

輸出電容的選擇主要考慮輸出電壓紋波和負(fù)載瞬變時(shí)的輸出電壓過(guò)沖和下沖。根據(jù)公式計(jì)算最小輸出電容，以滿足設(shè)計(jì)要求。

輸入電容選擇

輸入電容的選擇取決于輸入電壓紋波要求，同時(shí)建議在每個(gè)VDDH_引腳旁邊放置3.3nF和1μF的電容進(jìn)行高頻去耦。

PCB布局

合理的PCB布局對(duì)于MAX20860A的性能至關(guān)重要。應(yīng)將電源地平面放在PCB的第二層，輸入去耦電容靠近IC，VCC去耦電容靠近VCC_引腳，模擬地采用多邊形或島狀連接，敏感信號(hào)走線遠(yuǎn)離噪聲源，高速AVSBus通信線平行布線并進(jìn)行阻抗匹配和屏蔽。

六、總結(jié)

MAX20860A作為一款高性能的雙相降壓調(diào)節(jié)器，憑借其豐富的功能、高效的性能和靈活的配置選項(xiàng)，為電子工程師在電源設(shè)計(jì)方面提供了強(qiáng)大的支持。無(wú)論是在數(shù)據(jù)中心、通信設(shè)備還是其他領(lǐng)域，它都能滿足不同應(yīng)用的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景，合理選擇開關(guān)頻率、電感、電容等參數(shù)，并注意PCB布局，以充分發(fā)揮MAX20860A的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源設(shè)計(jì)。大家在使用MAX20860A進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。