高效降壓控制器MAX1845：設計與應用指南

在電子設備的電源設計中，高效、穩定的降壓控制器至關重要。今天，我們就來深入探討一下Maxim公司的MAX1845，這是一款雙路、高效、具備精確電流限制功能的降壓控制器，廣泛應用于筆記本電腦等設備中。

文件下載：MAX1845.pdf

一、MAX1845概述

1.1 主要功能

MAX1845是一款專為降壓（buck）拓撲結構配置的雙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。該控制器具有高效、出色的瞬態響應和高直流輸出精度等優點。其CS輸入可與低端檢測電阻配合使用，以提供精確的電流限制，也可連接到LX，利用低端MOSFET作為電流檢測元件。

1.2 特點優勢

• 超高效率：單級降壓轉換可直接降低高電壓電池，實現盡可能高的效率；兩級轉換則可在更高的開關頻率下降低5V系統電源，實現最小的物理尺寸。
• 精確電流限制：可通過ILIM_引腳調整電流限制閾值，范圍為25mV至250mV。
• 快速響應：Quick - PWM?技術具有100ns的負載階躍響應。
• 高精度輸出：輸出電壓精度在1%以內。
• 雙模式輸出：提供固定1.8V/1.5V/可調或2.5V/可調輸出模式。
• 寬輸入輸出范圍：電池輸入范圍為2V至28V，輸出范圍可在1V至5.5V之間調節。
• 多種保護功能：具備可調過壓保護、欠壓保護、數字軟啟動等功能。

1.3 應用場景

• 筆記本電腦：為CPU核心、芯片組、RAM等提供低電壓電源。
• 其他低電壓電源應用：如1.8V和2.5V I/O電源等。

二、電氣特性分析

2.1 輸入輸出電壓

• 輸入電壓范圍：電池電壓V+范圍為2V至28V，VCC和VDD的范圍為4.5V至5.5V。
• 輸出電壓：OUT1可提供1.8V或1.5V固定輸出，也可通過FB1引腳調節為1V至5.5V的可調輸出；OUT2可提供2.5V固定輸出，同樣可通過FB2引腳調節為1V至5.5V的可調輸出。

2.2 電流限制

• 固定電流限制閾值：當ILIM_連接到VCC時，電流限制閾值為50mV。
• 可調電流限制閾值：通過ILIM_引腳連接電阻分壓器網絡，可將電流限制閾值調整為25mV至250mV。

2.3 其他特性

• 開關頻率：標稱開關頻率為200/300/420/540kHz，可通過TON引腳進行選擇。
• 軟啟動時間：數字軟啟動時間為1.7ms。
• 參考電壓：REF輸出為2V ±1%。

三、工作原理與控制架構

3.1 自由運行、恒定導通時間PWM控制器

MAX1845采用Quick - PWM控制架構，這是一種偽固定頻率、恒定導通時間的電流模式類型，帶有電壓前饋。該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。

3.2 導通時間控制

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。通過TON引腳可設置不同的導通時間，從而選擇不同的開關頻率。

3.3 自動脈沖跳過切換

在跳過模式（SKIP = GND）下，輕載時會自動切換到脈沖頻率調制（PFM）模式。切換閾值與電感電流的連續和不連續運行邊界一致，可通過公式計算。

3.4 強制PWM模式

在強制PWM模式（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，可保持開關頻率相對恒定，但空載電池電流會增加。

四、設計要點

4.1 輸入電壓范圍和最大負載電流

在選擇開關頻率和電感工作點之前，需確定輸入電壓范圍和最大負載電流。輸入電壓范圍應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。

4.2 開關頻率選擇

開關頻率的選擇決定了尺寸和效率之間的權衡。最佳頻率主要取決于最大輸入電壓，因為MOSFET開關損耗與頻率和VIN2成正比。

4.3 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，可通過公式計算。選擇低損耗、低直流電阻的電感，確保其在峰值電感電流下不飽和。

4.4 電流限制確定

對于大多數應用，可通過確定最小電感電流和選擇合適的檢測電阻來設置電流限制。在對成本敏感且對電流檢測精度要求不高的應用中，可使用低端MOSFET的導通電阻代替檢測電阻。

4.5 輸出電容選擇

輸出濾波電容需具有足夠低的ESR以滿足輸出紋波和負載瞬態要求，同時具有足夠高的ESR以滿足穩定性要求。電容值應足夠大，以吸收電感能量，避免觸發過壓保護電路。

4.6 輸入電容選擇

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

4.7 MOSFET選擇

• 高端MOSFET：選擇在最佳電池電壓下導通損耗等于開關損耗的MOSFET，確保在最小和最大輸入電壓下的損耗不超過封裝熱限制。
• 低端MOSFET：選擇RDS(ON)盡可能低、封裝適中且價格合理的MOSFET，確保MAX1845的DL柵極驅動器能夠驅動。

五、PCB布局指南

5.1 總體原則

• 使用四層板，頂層用于功率組件，底層用于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，特別是在接地端子處，以確保穩定、無抖動的操作。
• 正確布線PCB走線，避免額外的電流檢測誤差，可使用Kelvin連接從CS_引腳到檢測電阻。

5.2 具體步驟

1. 先放置功率組件，使接地端子相鄰。
2. 將控制器IC安裝在同步整流MOSFET附近，最好在背面，以保持CS_、GND和DL_柵極驅動線短而寬。
3. 將柵極驅動組件（BST_二極管和電容、VDD旁路電容）分組在控制器IC附近。
4. 進行DC - DC控制器接地連接，創建小的模擬接地平面（AGND）和功率接地島（PGND）。
5. 在板的頂層創建星形接地，以最小化兩側之間的串擾。
6. 使用多個過孔將輸出功率平面直接連接到輸出濾波電容的正負極。

六、總結

MAX1845作為一款高性能的降壓控制器，在筆記本電腦等設備的電源設計中具有廣泛的應用前景。通過合理選擇組件、優化設計和布局，可實現高效、穩定的電源解決方案。在實際設計過程中，電子工程師們需要根據具體應用需求，綜合考慮各種因素，以達到最佳的性能和可靠性。大家在使用MAX1845進行設計時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區分享交流。