筆記本電腦電源控制芯片MAX8716/MAX8717/MAX8756/MAX8757詳析

在筆記本電腦的電源設計中，穩定高效的電源供應是確保設備正常運行的關鍵。MAX8716/MAX8717/MAX8756/MAX8757作為一系列適用于筆記本電腦的雙路、降壓、交錯式、固定頻率開關模式電源控制器，憑借其出色的性能和豐富的功能，在電源設計領域備受關注。

文件下載：MAX8717.pdf

產品概述

MAX8716/MAX8717/MAX8756/MAX8757具備同步整流功能，主要用于主電源（5V/3.3V）的生成，其中MAX8756還針對電池供電系統的I/O電源軌進行了優化。這些控制器采用固定頻率操作和優化的交錯架構，能有效降低輸入紋波電流，提高電源效率。

產品特性

頻率與效率

• 固定開關頻率：提供多種可選頻率，如200kHz、300kHz、500kHz等，可根據不同應用場景靈活選擇。
• 優化交錯：采用40/60最優交錯方式，相比傳統的180°異相調節器，能在更低的輸入電壓下避免占空比重疊，提高電源效率。
• 低噪聲模式：在輕載時保持高效率，同時將開關頻率控制在可聽范圍之外，減少噪聲干擾。

輸出與調節

• 輸出電壓靈活：支持固定輸出（如3.3V/5V、1.5V/1.8V）和可調輸出（1V - 5.5V、1V - 2.3V），滿足不同負載需求。
• 精確輸出電流限制：可通過感測電阻實現精確的輸出電流限制，也可采用無損電感電流感測降低功耗。
• 軟啟動與軟停止：軟啟動可減少浪涌電流，軟停止則能逐漸降低輸出電壓，防止負電壓尖峰。

其他特性

• 獨立控制與信號：具備獨立的ON/OFF控制和電源良好信號，實現靈活的電源排序。
• 高精度參考電壓：提供2V的精密參考電壓，精度達±1.5%，可作為系統的精確參考。

電氣特性

輸入電源

• 輸入電壓范圍：4V - 26V，能適應不同的電源輸入。
• 偏置電壓：VCC和VDD的范圍為4.5V - 5.5V。
• 靜態電流：在不同工作模式下，靜態電流較小，降低功耗。

主電源控制器

• 輸出電壓精度：在固定模式下，輸出電壓精度高，如PWM1輸出電壓在3.265V - 3.365V（MAX8716、MAX8717、MAX8757），PWM2輸出電壓在4.94V - 5.09V（MAX8716、MAX8717、MAX8757）。
• 反饋電壓：在可調模式下，反饋電壓穩定，確保輸出電壓的精確調節。

頻率與占空比

• 工作頻率：可通過FSEL輸入選擇不同的開關頻率，滿足不同應用需求。
• 最大占空比：高達97.5% - 99%，保證電源的高效轉換。

電流限制

• 調節范圍：ILIM_調節范圍為0.5V - VREF，可靈活設置電流限制。
• 閾值設置：固定和可調的電流限制閾值，確保系統的安全運行。

故障檢測

• 過壓保護：當輸出電壓超過115%的標稱值時，觸發過壓保護，拉低PGOOD_信號。
• 欠壓保護：當輸出電壓低于70%的標稱值時，觸發欠壓保護，啟動軟停止序列。
• 熱關斷：當結溫超過+160°C時，觸發熱關斷保護，確保系統安全。

典型工作特性

效率曲線

從典型工作特性曲線可以看出，在不同的輸入電壓和負載電流下，該系列控制器都能保持較高的效率。例如，在3.3V輸出時，輕載時采用SKIP模式效率較高，重載時采用PWM模式效率更優。

電壓與電流波形

通過觀察啟動、關機、穩態等不同狀態下的電壓和電流波形，我們可以更直觀地了解控制器的工作過程和性能表現。例如，在啟動過程中，軟啟動功能能有效減少浪涌電流，使輸出電壓平穩上升。

引腳說明

電源與控制引腳

• VCC：模擬電源輸入，需通過串聯電阻連接到系統電源，并使用陶瓷電容旁路到AGND。
• SKIP1/2：用于控制SMPS1/2的低噪聲模式，可選擇不同的工作模式。
• REF：2.0V參考電壓輸出，需使用陶瓷電容旁路到AGND。
• ON1/2：SMPS1/2的使能輸入，高電平使能，低電平關閉。

電流感測與反饋引腳

• CSH1/2：正電流感測輸入，連接到電流感測元件的正端。
• CSL1/2：負電流感測輸入，連接到電流感測元件的負端。
• FB1/2：反饋輸入，用于調節輸出電壓。

其他引腳

• PGOOD1/2：電源良好輸出，低電平表示輸出電壓異常。
• DH1/2：高端柵極驅動輸出，為高端MOSFET提供驅動信號。
• DL1/2：低端柵極驅動輸出，為低端MOSFET提供驅動信號。

詳細工作原理

電源偏置

該系列控制器需要一個5V的偏置電源（VDD和VCC），VDD為MOSFET柵極驅動供電，VCC為IC供電。通過RC濾波器將VDD連接到VCC，確保電源的穩定供應。

上電復位與欠壓鎖定

當VCC上升到約2V時，觸發上電復位（POR），復位欠壓、過壓和熱關斷故障鎖存器。VCC欠壓鎖定（UVLO）電路在VCC低于閾值時禁止開關操作，確保系統的安全啟動。

軟啟動與軟停止

軟啟動在ON_為高電平且REF正常時開始，輸出電壓在2ms內從0V上升到設定值，減少浪涌電流。軟停止在ON_為低電平、輸出欠壓故障或熱故障時開始，輸出電壓在4ms內下降到0V，防止負電壓尖峰。

固定頻率電流模式PWM控制

每個電流模式PWM控制器的核心是一個多輸入開環比較器，將輸出電壓誤差信號和斜率補償斜坡信號相加，實現對輸出電壓的精確控制。

頻率選擇

通過FSEL輸入可選擇不同的開關頻率，高頻操作適用于對元件尺寸要求較高的應用，低頻操作則能提供更好的整體效率。

輕載操作控制

通過SKIP_輸入可使輸出工作在不連續模式，在輕載時提高效率。當零交叉比較器啟用時，控制器在檢測到電感電流為零時強制DL_為低電平，避免輸出電容過充。

自動脈沖跳過切換

在跳過模式下，輕載時會自動切換到PFM模式，切換點由電感電流的零交叉決定。這種切換機制能在保證效率的同時，減少輸出電壓紋波。

輸出電壓調節

在連續導通模式下，控制器調節輸出紋波的峰值，實際DC輸出電壓低于斜率補償跳閘電平；在不連續導通模式下，控制器調節輸出紋波的谷值，輸出電壓高于誤差比較器閾值。

設計要點

元件選擇

• 電感：根據輸入電壓、輸出電壓、負載電流和開關頻率等參數選擇合適的電感值，一般選擇低損耗、低直流電阻的電感。
• 輸出電容：選擇具有低等效串聯電阻（ESR）的電容，以滿足輸出紋波和負載瞬態要求，同時要考慮電容的穩定性。
• MOSFET：選擇合適的高側和低側MOSFET，確保其能夠承受相應的電流和電壓，同時要考慮其導通損耗和開關損耗。
• 輸入電容：選擇能夠滿足紋波電流要求的輸入電容，一般選擇非鉭電容，以提高可靠性和壽命。

電流限制設置

• 確定電流限制閾值：根據最大負載電流和電感紋波電流確定最小電流限制閾值，確保系統的安全運行。
• 選擇電流感測方法：可采用輸出串聯電阻感測或無損電感感測，根據應用需求選擇合適的方法。

穩定性考慮

• ESR零點：輸出電容的ESR零點頻率應低于開關頻率的一定比例，以確保系統的穩定性。
• 負載瞬態響應：在設計時要考慮負載瞬態響應，確保輸出電壓在負載變化時能夠快速穩定。

PCB布局

• 縮短高電流路徑：盡量縮短高電流路徑，特別是接地端子，以減少開關損耗和提高穩定性。
• 合理布局元件：將功率元件和敏感元件分開布局，避免相互干擾。
• 正確路由PCB走線：合理路由PCB走線，減少電流感測誤差，提高效率。

應用信息

占空比限制

• 最小輸入電壓：受最大占空比規格限制，可通過選擇較慢的開關頻率提高降壓性能，但要注意瞬態性能的下降。
• 最大輸入電壓：受最小導通時間規格限制，超過最大輸入電壓會導致脈沖跳過操作，降低開關頻率。

故障保護

• 過壓保護：當輸出電壓超過115%的標稱值時，觸發過壓保護，拉低PGOOD_信號，強制DL_為高電平。
• 欠壓保護：當輸出電壓低于70%的標稱值時，觸發欠壓保護，拉低PGOOD_信號，啟動軟停止序列。
• 熱保護：當結溫超過+160°C時，觸發熱保護，拉低PGOOD_信號，關閉兩個SMPS控制器。

總結

MAX8716/MAX8717/MAX8756/MAX8757系列控制器為筆記本電腦電源設計提供了一種高效、穩定的解決方案。通過合理選擇元件、優化PCB布局和設置參數，能夠充分發揮其性能優勢，滿足不同應用場景的需求。在實際設計過程中，工程師需要根據具體要求進行綜合考慮，確保系統的可靠性和穩定性。你在使用這些控制器時，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨特的設計經驗呢？歡迎在評論區分享。