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域，高效、穩定且靈活的電源控制器至關重要。MAX17007/MAX17008作為一款專為筆記本電腦設計的雙路可組合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計提供了優秀的解決方案。本文將深入介紹MAX17007/MAX17008的特點、工作原理、應用電路以及設計要點，希望能為電子工程師在相關設計中提供有價值的參考。

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二、產品概述

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的通用電源生成。這兩個開關模式電源（SMPS）還可以組合成兩相單輸出模式運行。其具有以下顯著特性：

• 快速瞬態響應：恒定導通時間的Quick - PWM操作能夠對負載瞬變做出快速響應，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。
• 精確的電流檢測：差分輸出電流檢測允許使用輸出感測電阻進行精確的電流限制，或者采用無損電感直流電阻（DCR）電流檢測以降低功耗，同時保持0.7%的輸出精度。
• 全面的保護功能：具備過壓（僅MAX17007）、欠壓保護以及精確的用戶可選電流限制（15mV、30mV、45mV和60mV），確保了系統的穩健運行。
• 多種工作模式：支持可選的強制PWM、脈沖跳過或超聲波模式操作，可根據不同的負載情況優化效率。

2.2 應用場景

該控制器適用于多種筆記本電腦的電源應用，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節鋰離子電池供電設備。

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，能夠適應多種電源輸入情況。
• 靜態電流：在不同工作狀態下，靜態電流表現不同。例如，在輸出強制高于調節電壓且EN1 = EN2 = 5V時，靜態電流IDD + Icc典型值為1.7mA，最大值為2.5mA；在關機狀態（EN1 = EN2 = GND，TA = +25°C）下，關機電流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處測量，REFIN1 = Vcc，VIN = 2V至26V，SKIP = Voc時，電壓精度為1.043V至1.057V；SMPS2在CSL2處測量，FB2 = REF，VIN = 2V至26V，SKIP = Voc時，電壓精度為1.489V至1.511V。

3.2 開關特性

• 導通時間和關斷時間：導通時間tON1和tON2可通過外部電阻RTON1和RTON2進行調整。例如，當RTON1 = RTON2 = 97.5k（600kHz）時，tON1和tON2典型值為174ns；當RTON1 = RTON2 = 200k（300kHz）時，典型值為336ns；當RTON1 = RTON2 = 302.5k（200kHz）時，典型值為500ns。最小關斷時間tOFF(MIN)典型值為250ns，最大值為330ns。
• 開關頻率：開關頻率可通過外部電阻靈活調整，不同的頻率設置可在效率和元件尺寸之間進行權衡。高頻（600kHz）操作可優化應用以實現最小的元件尺寸，但會因較高的開關損耗而犧牲一些效率；低頻（200kHz）操作則提供最佳的整體效率，但會增加元件尺寸和電路板空間。

3.3 保護特性

• 過壓保護（僅MAX17007）：當內部反饋電壓高于過壓閾值時，OVP比較器會立即拉低DH并拉高DL，拉低PGOOD，設置故障鎖存器，并禁用故障的SMPS控制器。過壓閾值對于SMPS1（固定1.05V和可調REFIN1）為+300mV，對于SMPS2在預設模式（固定1.5V輸出）為+300mV，在可調模式（0.7V反饋）為+150mV。
• 欠壓保護：當反饋電壓低于欠壓閾值時，控制器會立即拉低PGOOD并觸發200μs的單觸發定時器。如果反饋電壓在整個200μs內都低于欠壓故障閾值，則設置故障SMPS的欠壓故障鎖存器，并啟動其關機序列。欠壓閾值對于SMPS1（固定1.05V和可調REFIN1）為 - 200mV，對于SMPS2在預設模式（固定1.5V輸出）為 - 200mV，在可調模式（0.7V反饋）為 - 100mV。
• 熱故障保護：當結溫高于+160°C時，熱傳感器會激活故障鎖存器，拉低PGOOD并關閉控制器。當結溫冷卻15°C后，可通過切換EN或循環VCC電源來重新激活控制器。

四、工作模式詳解

4.1 強制PWM模式（SKIP = 5V）

在強制PWM模式下，零交叉比較器被禁用，低側柵極驅動波形始終是高側柵極驅動波形的互補波形。這種模式的優點是能保持開關頻率相對恒定，但空載時5V偏置電流會在2mA至5mA之間，具體取決于開關頻率。在關機時，無論SKIP配置如何，MAX17007/MAX17008都會自動采用強制PWM操作。

4.2 自動脈沖跳過模式（SKIP = GND或2V）

在輕載時，該模式會自動切換到PFM。這種切換由比較器控制，該比較器在電感電流過零時截斷低側開關導通時間。當電感處于連續導通狀態時，MAX17007/MAX17008調節輸出紋波的谷底，實際直流輸出電壓比跳閘電平高輸出紋波電壓的50%。在不連續導通狀態下，由于斜率補償，輸出電壓的直流調節水平比誤差比較器閾值高約1.5%，但內部積分器會對此進行校正，從而實現較小的負載調節。

4.3 超聲波模式（SKIP = Open = 3.3V）

此模式激活了一種獨特的脈沖跳過模式，最小開關頻率為25kHz，可消除輕載控制器自動跳過脈沖時可能出現的音頻頻率調制。當控制器檢測到在過去30μs內沒有發生開關操作時，會觸發超聲波脈沖。通過這種方式，可有效避免音頻噪聲的產生。在組合模式下，超聲波模式設置被禁用，SKIP = OPEN（3.3V）的設置與SKIP = GND的設置相同。

五、應用電路設計

5.1 標準應用電路

MAX17007/MAX17008的標準應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列出了標準應用的組件選擇，表2列出了組件制造商。通過合理選擇組件，可確保電路的穩定運行和高效性能。

5.2 組合模式應用電路

組合模式操作允許MAX17007/MAX17008通過在兩相之間共享負載電流來支持更高的輸出電流，將功耗分布在多個功率組件上，從而提高效率。通過將FB2連接到VCC來配置組合模式，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，各引腳的功能會發生相應變化，以實現更高的性能和更靈活的控制。

六、設計要點與注意事項

6.1 開關頻率和電感選擇

在選擇開關頻率和電感工作點（紋波電流比）之前，需要明確輸入電壓范圍和最大負載電流。開關頻率的選擇決定了尺寸和效率之間的基本權衡，而電感的選擇則需要在尺寸、效率、瞬態響應和輸出噪聲之間進行平衡。一般來說，較低的電感值可提供更好的瞬態響應和較小的物理尺寸，但會導致效率降低和輸出噪聲增加。

6.2 電流限制設置

最小電流限制閾值必須足夠高，以支持最大負載電流。在設置電流限制時，需要考慮電感紋波電流的影響，同時要注意DCR感測時導通電阻的公差和熱變化。可通過選擇合適的電流感測方法（如輸出串聯電阻感測或無損電感感測）來實現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電阻（ESR）和電容值。ESR必須足夠低以滿足輸出紋波和負載瞬態要求，同時又要足夠高以滿足穩定性要求。在選擇輸出電容時，需要綜合考慮電容的化學特性（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布局對于實現低開關損耗和穩定的操作至關重要。需要遵循以下布局準則：

• 保持高電流路徑短，特別是在接地端子處，以確保穩定、無抖動的操作。
• 將所有模擬接地連接到單獨的實心銅平面，并連接到Quick - PWM控制器的GND引腳。
• 保持電源跡線和負載連接短，以提高效率。
• 保持高電流、柵極驅動跡線（DL、DH、LX和BST）短而寬，以最小化跡線電阻和電感。
• 避免高速開關節點靠近敏感的模擬區域（REF、REFIN1、FB2、CSH和CSL）。

七、總結

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計提供了豐富的功能和靈活的解決方案。通過合理選擇組件、優化工作模式和精心設計PCB布局，工程師可以充分發揮該控制器的優勢，實現高效、穩定的電源系統。在實際應用中，還需要根據具體的設計要求和實際情況進行進一步的調試和優化，以確保系統的性能達到最佳狀態。你在使用MAX17007/MAX17008進行設計時遇到過哪些挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和想法。