探索MAX8524/MAX8525：2 - 至8 - 相VRM 10/9.1 PWM控制器的卓越性能

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，一款優(yōu)秀的PWM控制器對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源供應(yīng)至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入探討一下Maxim推出的MAX8524/MAX8525——2 - 至8 - 相VRM 10/9.1 PWM控制器，看看它在設(shè)計(jì)中能為我們帶來(lái)哪些驚喜。

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一、產(chǎn)品概述

MAX8524/MAX8525是同步、可擴(kuò)展的2/3/4 - 相、電流模式降壓控制器，與外部MOSFET驅(qū)動(dòng)器（如MAX8523）配合使用，可實(shí)現(xiàn)嵌入式VRD設(shè)計(jì)或電壓調(diào)節(jié)器模塊（VRM）設(shè)計(jì)。其各相的開(kāi)關(guān)頻率可在150kHz至1.2MHz之間設(shè)置，允許控制帶寬高達(dá)200kHz，電壓誤差放大器的5MHz增益帶寬積能為大多數(shù)應(yīng)用提供足夠的環(huán)路增益。在VRM應(yīng)用中，滿負(fù)載時(shí)模塊間的電流平衡在5%以內(nèi)，充分發(fā)揮了多相操作的優(yōu)勢(shì)。此外，采用具有溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)損電感電流檢測(cè)，可在保持降壓精度的同時(shí)降低功耗。

二、關(guān)鍵特性亮點(diǎn)

1. 靈活的相位操作

支持引腳可選的2、3、4 - 相操作，以及主從式的6、8 - 相操作，能根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景提供可擴(kuò)展的輸出電流，廣泛適用于服務(wù)器、工作站、臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等。在4 - 相操作時(shí)，有效開(kāi)關(guān)頻率為0.6MHz至4.8MHz；在8 - 相操作時(shí)，有效開(kāi)關(guān)頻率為1.2MHz至9.6MHz，可顯著降低輸入和輸出紋波電流。

2. 精確的電壓和電流控制

• 高精度電壓：MAX8525包含一個(gè)6位DAC（符合Intel VRM 10.0），MAX8524包含一個(gè)5位DAC（符合Intel VRM 9.1），兩者均能實(shí)現(xiàn)±0.4%的初始電壓精度。
• 精準(zhǔn)電流共享：專有的電流共享方案可將滿載時(shí)各相之間的電流不平衡降低到小于5%，確保了多相操作的穩(wěn)定性和高效性。

  3. 快速的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

  采用快速主動(dòng)平均電流檢測(cè)和最快的電壓定位技術(shù)，能在負(fù)載變化時(shí)迅速做出響應(yīng)，有效減少輸出電壓的波動(dòng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

  4. 其他實(shí)用特性

  具備可編程空載偏移和輸出電壓定位功能，可根據(jù)輸出電流調(diào)整輸出電壓；動(dòng)態(tài)VID變化功能（僅MAX8525）允許處理器在250mV窗口內(nèi)調(diào)整其核心電壓；還擁有可調(diào)的折返電流限制、軟啟動(dòng)和軟停止、電源良好輸出等特性，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

三、電氣特性詳解

1. 電源相關(guān)特性

• VCC工作范圍：在4.5V至5.5V之間，確保了在一定電壓波動(dòng)下的穩(wěn)定工作。
• VCC UVLO跳閘電平：上升時(shí)典型值為4.25V，具有270mV的滯后，能有效防止電源電壓波動(dòng)引起的誤操作。
• 電源電流：在不同工作模式下，如關(guān)機(jī)、待機(jī)和正常工作時(shí)，電源電流有明確的參數(shù)范圍，方便工程師在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行功耗評(píng)估。

  2. 參考電壓特性

  提供2.0V ± 0.4%的參考輸出，能為外部負(fù)載提供高達(dá)500μA的電流。參考電壓的負(fù)載調(diào)節(jié)和線路調(diào)節(jié)性能良好，在不同負(fù)載和電源電壓變化時(shí)，能保持穩(wěn)定的輸出。

  3. 軟啟動(dòng)特性

  軟啟動(dòng)步長(zhǎng)為12.5mV，每步軟啟動(dòng)時(shí)間在17 - 23μs之間，可有效減少啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，保護(hù)電路元件。

  4. 電壓調(diào)節(jié)特性

  通過(guò)差分輸出電壓檢測(cè)（RS + 、RS - ）實(shí)現(xiàn)高精度的輸出電壓控制，能補(bǔ)償功率輸出和地線中的損耗。同時(shí)，RS + 和RS - 的輸入偏置電流較小，減少了檢測(cè)誤差。

  5. 電流檢測(cè)放大器特性

  各相的輸出電流采用差分檢測(cè)方式，低失調(diào)電壓和高增益（50V/V）的差分電流放大器允許使用低電阻的電流檢測(cè)電阻，以降低功耗。平均電流限制跳閘電平精度在±10%以內(nèi)，確保了對(duì)輸出電流的精確控制。

  6. 振蕩器特性

  振蕩器頻率精度為±10%，每相的開(kāi)關(guān)頻率范圍為150kHz至1200kHz，可通過(guò)外部電阻（ROSC）進(jìn)行靈活設(shè)置。在主從模式下，CLKI/設(shè)置頻率比在0.8至4.0之間，能滿足不同的同步需求。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

1. 時(shí)鐘頻率設(shè)置

時(shí)鐘頻率由從OSC到地的外部電阻設(shè)置。在選擇每相開(kāi)關(guān)頻率（fSW）和相數(shù)后，可根據(jù)相關(guān)表格確定時(shí)鐘頻率。對(duì)于6 - 或8 - 相操作，即使在從模式下，也需在主從控制器的OSC引腳連接外部電阻。建議使用1%精度的電阻來(lái)確保良好的頻率精度，并將電阻盡可能靠近OSC引腳放置。

2. 輸出電感選擇

輸出電感的選擇需綜合考慮電感電流紋波（LIR）、負(fù)載瞬變時(shí)的電流上升率、輸出紋波電壓等因素。一般推薦LIR在30%至60%之間，相數(shù)較多時(shí)可選擇接近上限的值。電感值可根據(jù)公式計(jì)算得出，同時(shí)要確保所選電感的直流電阻盡可能低，飽和電流大于峰值電感電流。

3. 輸出電容選擇

輸出電容的選擇主要取決于ESR要求，以滿足核心電源的瞬態(tài)響應(yīng)。需計(jì)算最小輸出電容（CO(min)）和最大輸出電容（CO(max)），確保在滿足瞬態(tài)響應(yīng)的同時(shí)，能在OTF VID變化時(shí)間窗口內(nèi)達(dá)到新的VID輸出電壓?？赡苄枰M合使用不同類型的電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的ESR和輸出電容值。

4. 輸入電容選擇

輸入電容的主要作用是減少?gòu)碾娫醇橙〉姆逯惦娏?，降低電路開(kāi)關(guān)引起的輸入噪聲和電壓紋波。需根據(jù)開(kāi)關(guān)電流計(jì)算輸入紋波電流要求，選擇低ESR的電容器，并可并聯(lián)小值低ESL陶瓷電容器以減少高頻振鈴。

5. 功率MOSFET選擇

MOSFET的功耗取決于柵極驅(qū)動(dòng)電壓（VG）、導(dǎo)通電阻（RDSON）、總柵極電荷（QGT）和柵極閾值電壓（VTH）。建議使用邏輯電平閾值MOSFET（VGATE < 10V），并分別計(jì)算高側(cè)和低側(cè)MOSFET的導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)要考慮MOSFET的米勒電容對(duì)電路的影響。

6. 環(huán)路補(bǔ)償和輸出電壓定位

通過(guò)連接從COMP引腳到地的等效電阻（RE）來(lái)設(shè)置跨導(dǎo)放大器的直流增益，以實(shí)現(xiàn)快速的輸出電壓定位。根據(jù)輸出電容的ESR零頻率確定補(bǔ)償電容（CC）的值，確保在零交叉頻率處實(shí)現(xiàn)一階滾降。

7. 電流限制設(shè)置

為滿足OTF操作，輸出電流限制（ILIM）應(yīng)至少比最大額定輸出電流（IOUT_MAX）高15%?？赏ㄟ^(guò)連接從REF到GND的電阻分壓器，并將中心抽頭連接到ILIM來(lái)設(shè)置電流限制閾值。

五、PCB布局指南

1. 元件布局

將MOSFET、電感、輸入/輸出電容和電流檢測(cè)電阻安裝在PCB板的頂層，將這些器件的接地連接在電源接地平面上，并將其他接地連接到單獨(dú)的模擬接地平面，最后將模擬接地平面單點(diǎn)連接到電源接地。

2. 散熱考慮

將高功率元件（MOSFET和電感）放置在大面積的PCB區(qū)域，或使用散熱片來(lái)幫助散熱。

3. 布線要求

保持高電流走線短、寬且緊密耦合，以減少走線電感和電阻；使柵極驅(qū)動(dòng)連接短、寬且緊密耦合，以減少高頻柵極電流引起的EMI和振鈴。對(duì)于電流檢測(cè)和遠(yuǎn)程電壓檢測(cè)的信號(hào)走線，應(yīng)緊密耦合并遠(yuǎn)離電感和其他開(kāi)關(guān)噪聲源，使用接地平面屏蔽這些走線。同時(shí)，將REF電容、VCC電容、電流檢測(cè)去耦電容和遠(yuǎn)程檢測(cè)去耦電容盡可能靠近MAX8524/MAX8525放置。

六、總結(jié)

MAX8524/MAX8525 PWM控制器憑借其靈活的相位操作、精確的電壓和電流控制、快速的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)以及豐富的實(shí)用特性，為電子工程師在設(shè)計(jì)低電壓CPU核心電源時(shí)提供了一個(gè)強(qiáng)大而可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，仔細(xì)考慮各個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，合理選擇元件并優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮該控制器的性能優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源設(shè)計(jì)。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)交流分享。