MAX17007A/MAX17007B/MAX17008：笔记本电脑的双路可组合QPWM图形核心控制器

一、引言

在电池供电系统的电源设计中，高效、稳定且灵活的电源控制器至关重要。MAX17007A/MAX17007B/MAX17008作为双路QuickPWM™降压控制器，能满足笔记本电脑等设备对电源的严格要求。本文将深入剖析这一系列控制器的特性、工作模式、设计要点等内容，助力电子工程师更好地应用该产品。

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二、产品概述

2.1 基本功能

MAX17007A/MAX17007B/MAX17008专为电池供电系统的通用电源生成而设计。它包含两个开关模式电源（SMPS），不仅能独立工作，还可组合成两相单输出模式。其采用恒定导通时间Quick - PWM操作，能快速响应负载瞬变，轻松处理宽输入/输出（I/O）电压比，同时保持相对恒定的开关频率，开关频率可通过外部电阻在200kHz至600kHz之间单独调整。

2.2 关键特性

• 高精度输出：具备±0.7%的输出精度，可提供固定和可调的输出电压。
• 多种工作模式：支持强制PWM、脉冲跳跃和超声波模式，提高轻载效率。
• 完善的保护功能：包括过压（仅MAX17007A/MAX17007B）、欠压保护和精确的用户可选电流限制（15mV、30mV、45mV和60mV）。
• 动态输出电压调整：SMPS1的输出电压可通过改变REFIN1引脚的电压进行动态调整。
• 独立控制：独立的开/关控制和独立的开漏电源良好输出，提供灵活的系统配置。

三、工作原理

3.1 Quick - PWM控制架构

Quick - PWM控制架构是一种伪固定频率、恒定导通时间、带电压前馈的电流模式调节器。它依靠输出滤波电容的ESR作为电流检测电阻，输出纹波电压提供PWM斜坡信号。高侧开关导通时间由一个单稳态触发器决定，其脉冲宽度与输入电压成反比，与输出电压成正比。另一个单稳态触发器设置最小关断时间（典型值150ns）。

3.2 开关频率

每个SMPS的开关频率可通过外部电阻独立编程。通过连接电阻（RTON）在TON和VIN之间设置开关周期TSW，公式为 (T{SW1 }=CTON(RTON 1+6.5 k Omega)) 和 (T{SW2 }=CTON(RTON 2+6.5 k Omega)) ，其中 (CTON =16.26 pF) 。高频（600kHz）操作可优化应用以实现最小的组件尺寸，但会因较高的开关损耗而牺牲效率；低频（200kHz）操作则提供最佳的整体效率，但会增加组件尺寸和电路板空间。

3.3 组合模式

在组合模式下（ (FB2 = VCC) ），TON1设置导通时间和开关频率，有效开关频率是每相频率的两倍。同时，通过电流平衡积分器维持两相电流相等，提高效率和功率分配。

四、设计要点

4.1 电感选择

电感值由每相开关频率和工作点（纹波电流比）决定，公式为 (L=left(frac{V{IN}-V{OUT }}{f{SWLOAD(MAX) } LIR }right)left(frac{V{OUT }}{V_{IN }}right)) 。选择低损耗、低直流电阻且能在额定尺寸内工作的电感，同时要确保电感在峰值电流下不饱和。

4.2 输出电容选择

输出滤波电容需具有足够低的等效串联电阻（ESR）以满足输出纹波和负载瞬变要求，同时要有足够高的ESR以满足稳定性要求。在低功率应用中，电容大小通常取决于维持可接受输出纹波电压所需的ESR；在高功率应用中，电容大小则取决于防止负载瞬变时输出电压下降过低所需的ESR。

4.3 输入电容选择

输入电容需满足开关电流带来的纹波电流要求，计算公式为 (I{RMS}=frac{sqrt{I{LOAD1 }^{2} V{OUT 1}left(V{IN }-V{OUT 1}right)+I{LOAD 2}^{2} V{OUT 2}left(V{IN }-V{OUT 2}right)}}{V{IN }}) （单相同应用）或 (I{RMS }=left(frac{I{LOAD }}{2 V{IN }}right) sqrt{2 V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)}) （组合模式）。选择在RMS输入电流下温度上升小于+10°C的输入电容，以确保电路的长期稳定性。

4.4 MOSFET选择

高侧MOSFET要能在VIN(MIN)和VIN(MAX)下消散电阻损耗和开关损耗，理想情况下，两者损耗应大致相等。低侧MOSFET应选择导通电阻（RDS(ON)）尽可能低、封装适中且价格合理的产品。同时，要确保DL栅极驱动器能提供足够的电流以支持栅极电荷和高侧MOSFET导通时注入寄生栅 - 漏电容的电流。

4.5 PCB布局

PCB布局对于实现低开关损耗和稳定运行至关重要。要保持高电流路径短，特别是接地端子；将所有模拟接地连接到单独的实心铜平面；保持电源迹线和负载连接短；保持高电流、栅极驱动器迹线短而宽；将高速开关节点远离敏感模拟区域。

五、应用案例

MAX17007A/MAX17007B/MAX17008可用于笔记本电脑的GPU核心电源和低功耗I/O电源等。在实际应用中，通过合理选择组件和优化PCB布局，可以实现高效、稳定的电源供应。

六、总结

MAX17007A/MAX17007B/MAX17008是一款功能强大、性能优越的双路可组合QPWM图形核心控制器。电子工程师在设计过程中，需根据具体应用需求，合理选择组件和优化电路设计，以充分发挥该控制器的优势。同时，要注意PCB布局的细节，确保电路的稳定性和可靠性。大家在实际应用中是否遇到过类似控制器的使用难题呢？欢迎在评论区分享交流。