MAX17007A/MAX17007B/MAX17008：筆記本電腦的雙路可組合QPWM圖形核心控制器

一、引言

在電池供電系統的電源設計中，高效、穩定且靈活的電源控制器至關重要。MAX17007A/MAX17007B/MAX17008作為雙路QuickPWM?降壓控制器，能滿足筆記本電腦等設備對電源的嚴格要求。本文將深入剖析這一系列控制器的特性、工作模式、設計要點等內容，助力電子工程師更好地應用該產品。

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二、產品概述

2.1 基本功能

MAX17007A/MAX17007B/MAX17008專為電池供電系統的通用電源生成而設計。它包含兩個開關模式電源（SMPS），不僅能獨立工作，還可組合成兩相單輸出模式。其采用恒定導通時間Quick - PWM操作，能快速響應負載瞬變，輕松處理寬輸入/輸出（I/O）電壓比，同時保持相對恒定的開關頻率，開關頻率可通過外部電阻在200kHz至600kHz之間單獨調整。

2.2 關鍵特性

• 高精度輸出：具備±0.7%的輸出精度，可提供固定和可調的輸出電壓。
• 多種工作模式：支持強制PWM、脈沖跳躍和超聲波模式，提高輕載效率。
• 完善的保護功能：包括過壓（僅MAX17007A/MAX17007B）、欠壓保護和精確的用戶可選電流限制（15mV、30mV、45mV和60mV）。
• 動態輸出電壓調整：SMPS1的輸出電壓可通過改變REFIN1引腳的電壓進行動態調整。
• 獨立控制：獨立的開/關控制和獨立的開漏電源良好輸出，提供靈活的系統配置。

三、工作原理

3.1 Quick - PWM控制架構

Quick - PWM控制架構是一種偽固定頻率、恒定導通時間、帶電壓前饋的電流模式調節器。它依靠輸出濾波電容的ESR作為電流檢測電阻，輸出紋波電壓提供PWM斜坡信號。高側開關導通時間由一個單穩態觸發器決定，其脈沖寬度與輸入電壓成反比，與輸出電壓成正比。另一個單穩態觸發器設置最小關斷時間（典型值150ns）。

3.2 開關頻率

每個SMPS的開關頻率可通過外部電阻獨立編程。通過連接電阻（RTON）在TON和VIN之間設置開關周期TSW，公式為 (T{SW1 }=CTON(RTON 1+6.5 k Omega)) 和 (T{SW2 }=CTON(RTON 2+6.5 k Omega)) ，其中 (CTON =16.26 pF) 。高頻（600kHz）操作可優化應用以實現最小的組件尺寸，但會因較高的開關損耗而犧牲效率；低頻（200kHz）操作則提供最佳的整體效率，但會增加組件尺寸和電路板空間。

3.3 組合模式

在組合模式下（ (FB2 = VCC) ），TON1設置導通時間和開關頻率，有效開關頻率是每相頻率的兩倍。同時，通過電流平衡積分器維持兩相電流相等，提高效率和功率分配。

四、設計要點

4.1 電感選擇

電感值由每相開關頻率和工作點（紋波電流比）決定，公式為 (L=left(frac{V{IN}-V{OUT }}{f{SWLOAD(MAX) } LIR }right)left(frac{V{OUT }}{V_{IN }}right)) 。選擇低損耗、低直流電阻且能在額定尺寸內工作的電感，同時要確保電感在峰值電流下不飽和。

4.2 輸出電容選擇

輸出濾波電容需具有足夠低的等效串聯電阻（ESR）以滿足輸出紋波和負載瞬變要求，同時要有足夠高的ESR以滿足穩定性要求。在低功率應用中，電容大小通常取決于維持可接受輸出紋波電壓所需的ESR；在高功率應用中，電容大小則取決于防止負載瞬變時輸出電壓下降過低所需的ESR。

4.3 輸入電容選擇

輸入電容需滿足開關電流帶來的紋波電流要求，計算公式為 (I{RMS}=frac{sqrt{I{LOAD1 }^{2} V{OUT 1}left(V{IN }-V{OUT 1}right)+I{LOAD 2}^{2} V{OUT 2}left(V{IN }-V{OUT 2}right)}}{V{IN }}) （單相同應用）或 (I{RMS }=left(frac{I{LOAD }}{2 V{IN }}right) sqrt{2 V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)}) （組合模式）。選擇在RMS輸入電流下溫度上升小于+10°C的輸入電容，以確保電路的長期穩定性。

4.4 MOSFET選擇

高側MOSFET要能在VIN(MIN)和VIN(MAX)下消散電阻損耗和開關損耗，理想情況下，兩者損耗應大致相等。低側MOSFET應選擇導通電阻（RDS(ON)）盡可能低、封裝適中且價格合理的產品。同時，要確保DL柵極驅動器能提供足夠的電流以支持柵極電荷和高側MOSFET導通時注入寄生柵 - 漏電容的電流。

4.5 PCB布局

PCB布局對于實現低開關損耗和穩定運行至關重要。要保持高電流路徑短，特別是接地端子；將所有模擬接地連接到單獨的實心銅平面；保持電源跡線和負載連接短；保持高電流、柵極驅動器跡線短而寬；將高速開關節點遠離敏感模擬區域。

五、應用案例

MAX17007A/MAX17007B/MAX17008可用于筆記本電腦的GPU核心電源和低功耗I/O電源等。在實際應用中，通過合理選擇組件和優化PCB布局，可以實現高效、穩定的電源供應。

六、總結

MAX17007A/MAX17007B/MAX17008是一款功能強大、性能優越的雙路可組合QPWM圖形核心控制器。電子工程師在設計過程中，需根據具體應用需求，合理選擇組件和優化電路設計，以充分發揮該控制器的優勢。同時，要注意PCB布局的細節，確保電路的穩定性和可靠性。大家在實際應用中是否遇到過類似控制器的使用難題呢？歡迎在評論區分享交流。