MAX17007/MAX17008：筆記本電腦的雙路可組合QPWM圖形核心控制器

一、引言

在筆記本電腦的電源管理領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定且靈活的電源控制器至關(guān)重要。MAX17007/MAX17008作為一款專為筆記本電腦設(shè)計(jì)的雙路可組合QPWM圖形核心控制器，憑借其出色的性能和豐富的功能，為筆記本電腦的電源設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的解決方案。本文將深入介紹MAX17007/MAX17008的特點(diǎn)、工作原理、應(yīng)用電路以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能為電子工程師在相關(guān)設(shè)計(jì)中提供有價(jià)值的參考。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 基本特性

MAX17007/MAX17008是雙路Quick - PWM?降壓控制器，適用于電池供電系統(tǒng)的通用電源生成。這兩個(gè)開(kāi)關(guān)模式電源（SMPS）還可以組合成兩相單輸出模式運(yùn)行。其具有以下顯著特性：

• 快速瞬態(tài)響應(yīng)：恒定導(dǎo)通時(shí)間的Quick - PWM操作能夠?qū)ω?fù)載瞬變做出快速響應(yīng)，輕松處理寬輸入/輸出（I/O）電壓比，同時(shí)保持相對(duì)恒定的開(kāi)關(guān)頻率。開(kāi)關(guān)頻率可通過(guò)外部電阻在200kHz至600kHz之間單獨(dú)調(diào)整。
• 精確的電流檢測(cè)：差分輸出電流檢測(cè)允許使用輸出感測(cè)電阻進(jìn)行精確的電流限制，或者采用無(wú)損電感直流電阻（DCR）電流檢測(cè)以降低功耗，同時(shí)保持0.7%的輸出精度。
• 全面的保護(hù)功能：具備過(guò)壓（僅MAX17007）、欠壓保護(hù)以及精確的用戶可選電流限制（15mV、30mV、45mV和60mV），確保了系統(tǒng)的穩(wěn)健運(yùn)行。
• 多種工作模式：支持可選的強(qiáng)制PWM、脈沖跳過(guò)或超聲波模式操作，可根據(jù)不同的負(fù)載情況優(yōu)化效率。

2.2 應(yīng)用場(chǎng)景

該控制器適用于多種筆記本電腦的電源應(yīng)用，包括但不限于：

• 筆記本電腦的GPU核心電源。
• 低功耗I/O電源。
• 5V和3.3V電源。
• 2至4節(jié)鋰離子電池供電設(shè)備。

三、電氣特性分析

3.1 輸入輸出特性

• 輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為4.5V至26V，能夠適應(yīng)多種電源輸入情況。
• 靜態(tài)電流：在不同工作狀態(tài)下，靜態(tài)電流表現(xiàn)不同。例如，在輸出強(qiáng)制高于調(diào)節(jié)電壓且EN1 = EN2 = 5V時(shí)，靜態(tài)電流IDD + Icc典型值為1.7mA，最大值為2.5mA；在關(guān)機(jī)狀態(tài)（EN1 = EN2 = GND，TA = +25°C）下，關(guān)機(jī)電流ISHDN典型值為0.1μA，最大值為5μA。
• 輸出電壓精度：SMPS1和SMPS2的輸出電壓精度較高。例如，SMPS1在CSL1處測(cè)量，REFIN1 = Vcc，VIN = 2V至26V，SKIP = Voc時(shí)，電壓精度為1.043V至1.057V；SMPS2在CSL2處測(cè)量，F(xiàn)B2 = REF，VIN = 2V至26V，SKIP = Voc時(shí)，電壓精度為1.489V至1.511V。

3.2 開(kāi)關(guān)特性

• 導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間：導(dǎo)通時(shí)間tON1和tON2可通過(guò)外部電阻RTON1和RTON2進(jìn)行調(diào)整。例如，當(dāng)RTON1 = RTON2 = 97.5k（600kHz）時(shí)，tON1和tON2典型值為174ns；當(dāng)RTON1 = RTON2 = 200k（300kHz）時(shí)，典型值為336ns；當(dāng)RTON1 = RTON2 = 302.5k（200kHz）時(shí)，典型值為500ns。最小關(guān)斷時(shí)間tOFF(MIN)典型值為250ns，最大值為330ns。
• 開(kāi)關(guān)頻率：開(kāi)關(guān)頻率可通過(guò)外部電阻靈活調(diào)整，不同的頻率設(shè)置可在效率和元件尺寸之間進(jìn)行權(quán)衡。高頻（600kHz）操作可優(yōu)化應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)最小的元件尺寸，但會(huì)因較高的開(kāi)關(guān)損耗而犧牲一些效率；低頻（200kHz）操作則提供最佳的整體效率，但會(huì)增加元件尺寸和電路板空間。

3.3 保護(hù)特性

• 過(guò)壓保護(hù)（僅MAX17007）：當(dāng)內(nèi)部反饋電壓高于過(guò)壓閾值時(shí)，OVP比較器會(huì)立即拉低DH并拉高DL，拉低PGOOD，設(shè)置故障鎖存器，并禁用故障的SMPS控制器。過(guò)壓閾值對(duì)于SMPS1（固定1.05V和可調(diào)REFIN1）為+300mV，對(duì)于SMPS2在預(yù)設(shè)模式（固定1.5V輸出）為+300mV，在可調(diào)模式（0.7V反饋）為+150mV。
• 欠壓保護(hù)：當(dāng)反饋電壓低于欠壓閾值時(shí)，控制器會(huì)立即拉低PGOOD并觸發(fā)200μs的單觸發(fā)定時(shí)器。如果反饋電壓在整個(gè)200μs內(nèi)都低于欠壓故障閾值，則設(shè)置故障SMPS的欠壓故障鎖存器，并啟動(dòng)其關(guān)機(jī)序列。欠壓閾值對(duì)于SMPS1（固定1.05V和可調(diào)REFIN1）為 - 200mV，對(duì)于SMPS2在預(yù)設(shè)模式（固定1.5V輸出）為 - 200mV，在可調(diào)模式（0.7V反饋）為 - 100mV。
• 熱故障保護(hù)：當(dāng)結(jié)溫高于+160°C時(shí)，熱傳感器會(huì)激活故障鎖存器，拉低PGOOD并關(guān)閉控制器。當(dāng)結(jié)溫冷卻15°C后，可通過(guò)切換EN或循環(huán)VCC電源來(lái)重新激活控制器。

四、工作模式詳解

4.1 強(qiáng)制PWM模式（SKIP = 5V）

在強(qiáng)制PWM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)波形。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是能保持開(kāi)關(guān)頻率相對(duì)恒定，但空載時(shí)5V偏置電流會(huì)在2mA至5mA之間，具體取決于開(kāi)關(guān)頻率。在關(guān)機(jī)時(shí)，無(wú)論SKIP配置如何，MAX17007/MAX17008都會(huì)自動(dòng)采用強(qiáng)制PWM操作。

4.2 自動(dòng)脈沖跳過(guò)模式（SKIP = GND或2V）

在輕載時(shí)，該模式會(huì)自動(dòng)切換到PFM。這種切換由比較器控制，該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。當(dāng)電感處于連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，MAX17007/MAX17008調(diào)節(jié)輸出紋波的谷底，實(shí)際直流輸出電壓比跳閘電平高輸出紋波電壓的50%。在不連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)下，由于斜率補(bǔ)償，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%，但內(nèi)部積分器會(huì)對(duì)此進(jìn)行校正，從而實(shí)現(xiàn)較小的負(fù)載調(diào)節(jié)。

4.3 超聲波模式（SKIP = Open = 3.3V）

此模式激活了一種獨(dú)特的脈沖跳過(guò)模式，最小開(kāi)關(guān)頻率為25kHz，可消除輕載控制器自動(dòng)跳過(guò)脈沖時(shí)可能出現(xiàn)的音頻頻率調(diào)制。當(dāng)控制器檢測(cè)到在過(guò)去30μs內(nèi)沒(méi)有發(fā)生開(kāi)關(guān)操作時(shí)，會(huì)觸發(fā)超聲波脈沖。通過(guò)這種方式，可有效避免音頻噪聲的產(chǎn)生。在組合模式下，超聲波模式設(shè)置被禁用，SKIP = OPEN（3.3V）的設(shè)置與SKIP = GND的設(shè)置相同。

五、應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

5.1 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用電路

MAX17007/MAX17008的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用電路可生成筆記本電腦中的1V至1.2V/12A和1.5V/12A芯片組電壓。輸入電源范圍為7V至20V，表1列出了標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的組件選擇，表2列出了組件制造商。通過(guò)合理選擇組件，可確保電路的穩(wěn)定運(yùn)行和高效性能。

5.2 組合模式應(yīng)用電路

組合模式操作允許MAX17007/MAX17008通過(guò)在兩相之間共享負(fù)載電流來(lái)支持更高的輸出電流，將功耗分布在多個(gè)功率組件上，從而提高效率。通過(guò)將FB2連接到VCC來(lái)配置組合模式，表3列出了組合模式和分離模式下引腳功能的差異。在組合模式下，各引腳的功能會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，以實(shí)現(xiàn)更高的性能和更靈活的控制。

六、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

6.1 開(kāi)關(guān)頻率和電感選擇

在選擇開(kāi)關(guān)頻率和電感工作點(diǎn)（紋波電流比）之前，需要明確輸入電壓范圍和最大負(fù)載電流。開(kāi)關(guān)頻率的選擇決定了尺寸和效率之間的基本權(quán)衡，而電感的選擇則需要在尺寸、效率、瞬態(tài)響應(yīng)和輸出噪聲之間進(jìn)行平衡。一般來(lái)說(shuō)，較低的電感值可提供更好的瞬態(tài)響應(yīng)和較小的物理尺寸，但會(huì)導(dǎo)致效率降低和輸出噪聲增加。

6.2 電流限制設(shè)置

最小電流限制閾值必須足夠高，以支持最大負(fù)載電流。在設(shè)置電流限制時(shí)，需要考慮電感紋波電流的影響，同時(shí)要注意DCR感測(cè)時(shí)導(dǎo)通電阻的公差和熱變化?？赏ㄟ^(guò)選擇合適的電流感測(cè)方法（如輸出串聯(lián)電阻感測(cè)或無(wú)損電感感測(cè)）來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的電流限制和較低的功耗。

6.3 輸出電容選擇

輸出濾波電容的選擇需要考慮有效串聯(lián)電阻（ESR）和電容值。ESR必須足夠低以滿足輸出紋波和負(fù)載瞬態(tài)要求，同時(shí)又要足夠高以滿足穩(wěn)定性要求。在選擇輸出電容時(shí)，需要綜合考慮電容的化學(xué)特性（如聚合物、鉭、鋁、電解電容等）、成本以及電路的具體要求。

6.4 PCB布局

PCB布局對(duì)于實(shí)現(xiàn)低開(kāi)關(guān)損耗和穩(wěn)定的操作至關(guān)重要。需要遵循以下布局準(zhǔn)則：

• 保持高電流路徑短，特別是在接地端子處，以確保穩(wěn)定、無(wú)抖動(dòng)的操作。
• 將所有模擬接地連接到單獨(dú)的實(shí)心銅平面，并連接到Quick - PWM控制器的GND引腳。
• 保持電源跡線和負(fù)載連接短，以提高效率。
• 保持高電流、柵極驅(qū)動(dòng)跡線（DL、DH、LX和BST）短而寬，以最小化跡線電阻和電感。
• 避免高速開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)靠近敏感的模擬區(qū)域（REF、REFIN1、FB2、CSH和CSL）。

七、總結(jié)

MAX17007/MAX17008作為一款高性能的雙路可組合QPWM圖形核心控制器，為筆記本電腦的電源設(shè)計(jì)提供了豐富的功能和靈活的解決方案。通過(guò)合理選擇組件、優(yōu)化工作模式和精心設(shè)計(jì)PCB布局，工程師可以充分發(fā)揮該控制器的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)試和優(yōu)化，以確保系統(tǒng)的性能達(dá)到最佳狀態(tài)。你在使用MAX17007/MAX17008進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。