MAX1992/MAX1993：高效PWM降壓控制器的卓越之選

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定且具備多種保護(hù)功能的降壓控制器至關(guān)重要。MAX1992/MAX1993作為Maxim推出的Quick - PWM降壓控制器，憑借其出色的性能和豐富的特性，在筆記本電腦等設(shè)備的低電壓電源供應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。本文將深入剖析這兩款控制器的特點(diǎn)、工作原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1992/MAX1993脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器具有高效率、出色的瞬態(tài)響應(yīng)和高直流輸出精度。它們能夠?qū)?a href="http://www.greenbey.cn/v/tag/873/" target="_blank">高壓電池降壓，為筆記本電腦中的CPU核心、芯片組或RAM等提供低電壓電源。

主要特性

1. 電感飽和保護(hù)：通過(guò)LSAT引腳設(shè)置電感電流飽和極限，有效防止電感飽和，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2. 精確的電流限制：采用獨(dú)特的“谷值”電流傳感算法，可精確調(diào)整電流限制閾值，適應(yīng)不同負(fù)載需求。
3. 超高效率：能夠驅(qū)動(dòng)大型同步整流MOSFET，提升轉(zhuǎn)換效率。
4. Quick - PWM控制：具備100ns的負(fù)載階躍響應(yīng)，在處理寬輸入/輸出電壓比時(shí)表現(xiàn)出色，同時(shí)保持相對(duì)恒定的開(kāi)關(guān)頻率。
5. 動(dòng)態(tài)輸出電壓：MAX1993支持動(dòng)態(tài)可調(diào)輸出電壓，適用于需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整電壓的應(yīng)用場(chǎng)景。

二、工作原理

1. Quick - PWM控制架構(gòu)

Quick - PWM是一種偽固定頻率、恒定導(dǎo)通時(shí)間、電流模式調(diào)節(jié)器，采用電壓前饋技術(shù)。它利用輸出濾波電容的ESR作為電流傳感電阻，輸出紋波電壓提供PWM斜坡信號(hào)。高側(cè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間由一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器決定，其脈沖寬度與輸入電壓成反比，與輸出電壓成正比。

2. 自動(dòng)脈沖跳過(guò)模式

在輕載時(shí)（(overline{SKIP}=GND)），會(huì)自動(dòng)切換到脈沖頻率調(diào)制（PFM）模式，以提高輕載效率。切換點(diǎn)由電感值和負(fù)載電流決定，一般在負(fù)載電流達(dá)到電感峰 - 峰紋波電流的一半時(shí)發(fā)生切換。

3. 強(qiáng)制PWM模式

當(dāng)(overline{SKIP}=V_{CC})時(shí)，進(jìn)入低噪聲強(qiáng)制PWM模式。該模式禁用零交叉比較器，使電感電流在輕載時(shí)反向，保持開(kāi)關(guān)頻率相對(duì)恒定，但會(huì)增加空載時(shí)的5V偏置電流。

三、關(guān)鍵特性詳解

1. 電流限制保護(hù)

• 谷值電流限制：通過(guò)CSP和CSN之間的電流傳感電阻實(shí)現(xiàn)谷值電流傳感。當(dāng)電流傳感信號(hào)超過(guò)谷值電流限制閾值時(shí)，PWM控制器不會(huì)啟動(dòng)新的周期。
• 負(fù)電流限制：在強(qiáng)制PWM模式下，還實(shí)現(xiàn)了負(fù)電流限制，防止VOUT吸收電流時(shí)電感電流反向過(guò)大。
• 電感飽和限制：通過(guò)LSAT引腳設(shè)置電感飽和閾值，當(dāng)電感電流超過(guò)閾值時(shí)，立即關(guān)閉高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器，并在ILIM上啟用6μA放電電流。

2. MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器

DH和DL驅(qū)動(dòng)器經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可驅(qū)動(dòng)中等大小的高側(cè)和較大的低側(cè)功率MOSFET。自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間電路可防止高側(cè)和低側(cè)MOSFET同時(shí)導(dǎo)通，避免擊穿電流。

3. 上電復(fù)位、欠壓鎖定和軟啟動(dòng)

• 上電復(fù)位（POR）：當(dāng)VCC上升到約2V時(shí)，復(fù)位故障鎖存器和軟啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，為PWM操作做好準(zhǔn)備。
• 欠壓鎖定（UVLO）：在VCC達(dá)到4.25V之前，抑制開(kāi)關(guān)操作。
• 軟啟動(dòng)：在啟動(dòng)期間逐步增加內(nèi)部電流限制水平，減少輸入浪涌電流。

4. 電源良好輸出（PGOOD）

PGOOD是一個(gè)開(kāi)漏輸出，用于連續(xù)監(jiān)測(cè)輸出電壓。在關(guān)機(jī)和軟啟動(dòng)期間，PGOOD被拉低；軟啟動(dòng)結(jié)束后，若輸出電壓在標(biāo)稱(chēng)調(diào)節(jié)電壓的±10%范圍內(nèi)，PGOOD變?yōu)楦咦杩埂?/p>

5. 故障消隱（MAX1993 FBLANK）

MAX1993在動(dòng)態(tài)輸出電壓轉(zhuǎn)換期間自動(dòng)進(jìn)入強(qiáng)制PWM操作，F(xiàn)BLANK決定強(qiáng)制PWM操作的持續(xù)時(shí)間，同時(shí)在轉(zhuǎn)換期間禁用過(guò)壓和欠壓故障保護(hù)，防止誤觸發(fā)。

6. 關(guān)機(jī)和輸出放電

根據(jù)OVP/UVP引腳的設(shè)置，可選擇是否啟用輸出放電功能。啟用時(shí)，關(guān)機(jī)時(shí)通過(guò)內(nèi)部10Ω開(kāi)關(guān)將輸出放電到地；禁用時(shí)，輸出放電速率由負(fù)載電流和輸出電容決定。

7. 故障保護(hù)

• 過(guò)壓保護(hù)（OVP）：當(dāng)輸出電壓超過(guò)標(biāo)稱(chēng)調(diào)節(jié)電壓的116%且OVP啟用時(shí)，關(guān)閉PWM控制器，拉低DH并拉高DL，快速放電輸出電容。
• 欠壓保護(hù)（UVP）：當(dāng)輸出電壓低于標(biāo)稱(chēng)調(diào)節(jié)電壓的70%且UVP啟用時(shí)，設(shè)置故障鎖存器并進(jìn)入放電模式。
• 熱故障保護(hù)：當(dāng)結(jié)溫超過(guò)+160°C時(shí)，激活故障鎖存器，拉低PGOOD并關(guān)閉控制器。

四、輸出電壓設(shè)置

1. 預(yù)設(shè)輸出電壓（僅MAX1992）

通過(guò)將FB連接到AGND、VCC或OUT，可分別獲得2.5V、1.8V或0.7V的固定輸出電壓。

2. 電阻分壓器設(shè)置VOUT

使用電阻分壓器可將輸出電壓從0.7V調(diào)整到5.5V。MAX1992將FB調(diào)節(jié)到0.7V，MAX1993將FB調(diào)節(jié)到REFIN設(shè)置的電壓。

3. 動(dòng)態(tài)輸出電壓（僅MAX1993）

通過(guò)改變REFIN的電壓，MAX1993可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)輸出電壓調(diào)整。在GATE信號(hào)的控制下，可切換REFIN電阻分壓器中的電阻，從而改變輸出電壓。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 設(shè)計(jì)流程

在選擇開(kāi)關(guān)頻率和電感工作點(diǎn)之前，需確定輸入電壓范圍和最大負(fù)載電流。主要設(shè)計(jì)權(quán)衡在于選擇合適的開(kāi)關(guān)頻率和電感工作點(diǎn)，同時(shí)考慮輸入電壓范圍、最大負(fù)載電流、開(kāi)關(guān)頻率和電感工作點(diǎn)等因素。

2. 電感選擇

根據(jù)開(kāi)關(guān)頻率和電感工作點(diǎn)計(jì)算電感值，選擇低損耗、直流電阻盡可能低的電感。電感值應(yīng)使電路在最大負(fù)載時(shí)工作在臨界導(dǎo)通邊緣，最佳工作點(diǎn)通常在20% - 50%的紋波電流之間。

3. 瞬態(tài)響應(yīng)

電感紋波電流會(huì)影響瞬態(tài)響應(yīng)性能，低電感值可使電感電流更快地上升和下降，減少輸出電壓的下垂和過(guò)沖。

4. 設(shè)置電流限制

最小電流限制閾值應(yīng)足夠大，以支持最大負(fù)載電流。可通過(guò)連接ILIM到VCC設(shè)置默認(rèn)的50mV谷值電流限制閾值，也可使用可調(diào)模式精確調(diào)整閾值。

5. 輸出電容選擇

輸出濾波電容的ESR應(yīng)足夠低，以滿(mǎn)足輸出紋波和負(fù)載瞬態(tài)要求，同時(shí)又要足夠高以滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求。通常根據(jù)ESR和電壓額定值選擇電容。

6. 輸入電容選擇

輸入電容需滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)電流產(chǎn)生的紋波電流要求，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，非鉭電容（陶瓷、鋁或OSCON）更適合，以抵抗電源啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。

7. 功率MOSFET選擇

• 高側(cè)MOSFET：需能在VIN(MIN)和VIN(MAX)下消散電阻損耗和開(kāi)關(guān)損耗，最佳效率時(shí)開(kāi)關(guān)損耗應(yīng)等于導(dǎo)通損耗。
• 低側(cè)MOSFET：應(yīng)選擇導(dǎo)通電阻盡可能低、封裝適中且價(jià)格合理的MOSFET。

六、應(yīng)用信息

1. 壓差性能

連續(xù)導(dǎo)通操作的輸出電壓可調(diào)范圍受不可調(diào)節(jié)的最小關(guān)斷時(shí)間單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器限制。為獲得最佳壓差性能，可使用較慢的（200kHz）導(dǎo)通時(shí)間設(shè)置。

2. 多輸出電壓設(shè)置（僅MAX1993）

MAX1993可通過(guò)離散邏輯或DAC產(chǎn)生三個(gè)或更多輸出電壓，通過(guò)切換電阻網(wǎng)絡(luò)中的電阻來(lái)改變REFIN的電壓。

3. 有源總線(xiàn)終端（僅MAX1993）

在DDR內(nèi)存架構(gòu)中，MAX1993可配置為有源總線(xiàn)終端調(diào)節(jié)器，為內(nèi)存提供跟蹤參考電壓的電源。

4. 電壓定位

在快速負(fù)載瞬變的應(yīng)用中，電壓定位可減少輸出電容的使用，最大化輸出電壓的AC和DC容差窗口。

七、PCB布局指南

PCB布局對(duì)于實(shí)現(xiàn)低開(kāi)關(guān)損耗和穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。應(yīng)遵循以下原則：

1. 保持高電流路徑短，特別是接地端子。
2. 保持電源走線(xiàn)和負(fù)載連接短，使用厚銅PCB板可提高滿(mǎn)載效率。
3. 直接將CSP和CSN連接到電流傳感電阻兩端，以最小化電流傳感誤差。
4. 優(yōu)先保證電感充電路徑比放電路徑長(zhǎng)。
5. 將高速開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)（BST、LX、DH和DL）與敏感模擬區(qū)域（REF、FB、CSP和CSN）分開(kāi)布線(xiàn)。

總之，MAX1992/MAX1993降壓控制器以其高效、穩(wěn)定和多功能的特點(diǎn)，為電子工程師在電源設(shè)計(jì)中提供了可靠的解決方案。通過(guò)深入了解其工作原理和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，工程師們可以更好地發(fā)揮這兩款控制器的性能，滿(mǎn)足不同應(yīng)用的需求。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否遇到過(guò)類(lèi)似控制器的應(yīng)用難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。