電子工程師必備：MAX8743雙路高效降壓控制器深度解析

在電子設備的設計中，電源管理是至關重要的一環。對于筆記本電腦等設備而言，需要高效、穩定的降壓控制器來將高電壓電池轉換為低電壓的芯片組和RAM電源。今天我們就來深入了解一下Maxim推出的MAX8743雙路高效降壓控制器。

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一、產品概述

MAX8743是一款專為降壓拓撲結構配置的雙脈沖寬度調制（PWM）控制器。它能夠將高電壓電池降壓，為筆記本電腦中的芯片組、RAM等提供低電壓電源，具有高效率、出色的瞬態響應和高直流輸出精度等優點。

特點

1. 超高效率：采用單級降壓轉換，可直接對高電壓電池進行降壓，實現最高效率；也可采用兩級轉換，減小物理尺寸。
2. 精確的電流限制：CS輸入可與低端檢測電阻配合使用，提供精確的電流限制；也可連接到LX，使用低端MOSFET作為電流檢測元件。
3. 快速PWM響應：Quick - PWM?技術具有100ns的負載階躍響應，能快速應對負載變化。
4. 高輸出精度：在不同的輸入電壓和負載條件下，輸出電壓精度可達1%。
5. 高輸出阻抗：在關機狀態下具有高輸出阻抗，可消除負輸出電壓，節省肖特基二極管的成本。
6. 雙模式輸出：提供固定1.8V/1.5V/可調或2.5V/可調輸出模式，輸出范圍可在1V至5.5V之間調整。
7. 寬輸入電壓范圍：電池輸入范圍為2V至28V，能適應多種電源環境。
8. 可調過壓保護：可根據需要調整過壓保護閾值，增強系統的安全性。
9. 數字軟啟動：具有1.7ms的數字軟啟動功能，可減少啟動時的輸入浪涌電流。
10. 驅動能力強：能夠驅動大型同步整流FET。
11. 電源良好指示：配備電源良好窗口比較器，可實時監測輸出電壓狀態。
12. 參考輸出：提供2V ±1%的參考輸出電壓。

二、應用場景

1. 筆記本電腦：為CPU核心、芯片組、RAM等提供穩定的低電壓電源。
2. 低電壓電源應用：如1.8V和2.5V的I/O電源等。

三、技術細節

1. 工作原理

MAX8743采用自由運行、恒定導通時間且帶有輸入前饋的PWM控制架構。這種架構利用輸出濾波電容的有效串聯電阻（ESR）作為電流檢測電阻，輸出紋波電壓提供PWM斜坡信號。控制算法簡單，高端開關導通時間僅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（典型值為400ns）。當誤差比較器為低電平、低端開關電流低于電流限制閾值且最小關斷時間單穩態觸發器超時，導通時間單穩態觸發器被觸發。

2. 導通時間設置

導通時間由TON引腳的連接方式決定，不同的連接方式對應不同的工作頻率。同時，為防止兩側出現音頻頻率“拍頻”現象，一側的導通時間比另一側高35%。導通時間的計算公式為：(On - time =K(V{OUT }+0.075 V) / V{IN })，其中K由TON引腳的連接方式確定，0.075V是對低端MOSFET開關預期壓降的近似值。

3. 自動脈沖跳過切換

在跳過模式（(overline{SKIP}=GND)）下，當輕負載時，會自動切換到脈沖頻率調制（PFM）模式。切換點與電感電流的臨界導通點相關，負載電流達到一定值時發生切換。切換點的負載電流計算公式為：(I{LOAD(SKIP)} approx frac{K × V{OUT }}{2 L}left(frac{V{IN }-V{OUT }}{V_{IN }}right))。

4. 強制PWM模式

在低噪聲的強制PWM模式（(overline{SKIP}= high)）下，禁用零交叉比較器，使低端柵極驅動波形成為高端柵極驅動波形的互補波形。這種模式可保持開關頻率相對恒定，但空載電池電流會增加，適用于降低音頻頻率噪聲、改善負載瞬態響應等場景。

5. 電流限制電路

采用獨特的“谷值”電流檢測算法，當CS_處的電流檢測信號幅度高于電流限制閾值時，PWM不允許啟動新的周期。實際峰值電流比電流限制閾值大一個電感紋波電流的量。電流限制閾值可通過ILIM引腳的內部5μA電流源和外部電阻進行調整，調整范圍為25mV至250mV。

6. MOSFET柵極驅動

DH和DL驅動器針對驅動中等大小的高端和較大的低端功率MOSFET進行了優化。自適應死區時間電路可防止高端FET在DL完全關斷之前導通，確保電路的正常工作。

7. 上電復位、欠壓鎖定和軟啟動

上電復位（POR）在VCC上升到約2V時發生，復位故障鎖存器并準備PWM運行。VCC欠壓鎖定（UVLO）電路在VCC低于4.05V時禁止開關動作。軟啟動功能可在啟動期間逐漸增加內部電流限制水平，減少輸入浪涌電流。

8. 電源良好輸出

PGOOD窗口比較器持續監測輸出電壓的過壓和欠壓情況。在關機、待機和軟啟動期間，PGOOD主動拉低；數字軟啟動結束后，當輸出在誤差比較器閾值的10%范圍內時，PGOOD釋放。

9. 過壓和欠壓保護

輸出過壓保護可連續監測輸出電壓，當輸出超過過壓閾值時，觸發保護并強制DL低端柵極驅動器拉高。輸出欠壓保護在輸出低于誤差放大器跳閘電壓的70%時觸發，可通過UVP引腳進行啟用或禁用。

四、設計要點

1. 確定參數

在選擇開關頻率和電感工作點之前，需明確輸入電壓范圍和最大負載電流。輸入電壓范圍要考慮最壞情況下的高AC適配器電壓和最低電池電壓；最大負載電流需考慮峰值負載電流和連續負載電流，分別影響瞬時組件應力、濾波要求和熱應力。

2. 電感選擇

電感值由開關頻率（導通時間）和工作點（紋波電流比）決定，計算公式為：(L=frac{V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)}{V{IN } × f × LIR × I_{LOAD(MAX) }})。同時，要選擇低損耗、直流電阻盡可能低的電感，確保其在峰值電感電流下不飽和。

3. 輸出電容選擇

輸出濾波電容的ESR要足夠低以滿足輸出紋波和負載瞬態要求，同時要足夠高以滿足穩定性要求。電容值要足夠大，以吸收從滿載到空載時電感的能量，避免觸發OVP電路。

4. 輸入電容選擇

輸入電容需滿足開關電流產生的紋波電流要求，優先選擇非鉭電容，如陶瓷、鋁或OS - CON電容。

5. 功率MOSFET選擇

對于高端MOSFET，要選擇在最佳電池電壓下導通損耗等于開關損耗的器件，確保在最小和最大輸入電壓下的損耗不超過封裝熱限制。對于低端MOSFET，要選擇RDS(ON)盡可能低、封裝適中且價格合理的器件。

6. PCB布局

PCB布局對于實現低開關損耗和穩定運行至關重要。要使用四層板，頂層放置功率組件，底層放置IC和敏感接地組件，中間兩層作為接地平面。保持高電流路徑短，特別是接地端子；將電流檢測電阻靠近頂層星形接地點；合理布線，避免高速開關節點干擾敏感模擬區域。

五、總結

MAX8743雙路高效降壓控制器憑借其眾多優點，在筆記本電腦等低電壓電源應用中具有很大的優勢。電子工程師在設計過程中，需要根據具體的應用需求，合理選擇參數和組件，同時注意PCB布局，以確保系統的高效、穩定運行。你在使用類似控制器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。