MAX17007/MAX17008：笔记本电脑的双路可组合QPWM图形核心控制器

一、引言

在笔记本电脑的电源管理领域，高效、稳定且灵活的电源控制器至关重要。MAX17007/MAX17008作为一款专为笔记本电脑设计的双路可组合QPWM图形核心控制器，凭借其出色的性能和丰富的功能，为笔记本电脑的电源设计提供了优秀的解决方案。本文将深入介绍MAX17007/MAX17008的特点、工作原理、应用电路以及设计要点，希望能为电子工程师在相关设计中提供有价值的参考。

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二、产品概述

2.1 基本特性

MAX17007/MAX17008是双路Quick - PWM™降压控制器，适用于电池供电系统的通用电源生成。这两个开关模式电源（SMPS）还可以组合成两相单输出模式运行。其具有以下显著特性：

• 快速瞬态响应：恒定导通时间的Quick - PWM操作能够对负载瞬变做出快速响应，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。
• 精确的电流检测：差分输出电流检测允许使用输出感测电阻进行精确的电流限制，或者采用无损电感直流电阻（DCR）电流检测以降低功耗，同时保持0.7%的输出精度。
• 全面的保护功能：具备过压（仅MAX17007）、欠压保护以及精确的用户可选电流限制（15mV、30mV、45mV和60mV），确保了系统的稳健运行。
• 多种工作模式：支持可选的强制PWM、脉冲跳过或超声波模式操作，可根据不同的负载情况优化效率。

2.2 应用场景

该控制器适用于多种笔记本电脑的电源应用，包括但不限于：

• 笔记本电脑的GPU核心电源。
• 低功耗I/O电源。
• 5V和3.3V电源。
• 2至4节锂离子电池供电设备。

三、电气特性分析

3.1 输入输出特性

• 输入电压范围：输入电压范围为4.5V至26V，能够适应多种电源输入情况。
• 静态电流：在不同工作状态下，静态电流表现不同。例如，在输出强制高于调节电压且EN1 = EN2 = 5V时，静态电流IDD + Icc典型值为1.7mA，最大值为2.5mA；在关机状态（EN1 = EN2 = GND，TA = +25°C）下，关机电流ISHDN典型值为0.1µA，最大值为5µA。
• 输出电压精度：SMPS1和SMPS2的输出电压精度较高。例如，SMPS1在CSL1处测量，REFIN1 = Vcc，VIN = 2V至26V，SKIP = Voc时，电压精度为1.043V至1.057V；SMPS2在CSL2处测量，FB2 = REF，VIN = 2V至26V，SKIP = Voc时，电压精度为1.489V至1.511V。

3.2 开关特性

• 导通时间和关断时间：导通时间tON1和tON2可通过外部电阻RTON1和RTON2进行调整。例如，当RTON1 = RTON2 = 97.5k（600kHz）时，tON1和tON2典型值为174ns；当RTON1 = RTON2 = 200k（300kHz）时，典型值为336ns；当RTON1 = RTON2 = 302.5k（200kHz）时，典型值为500ns。最小关断时间tOFF(MIN)典型值为250ns，最大值为330ns。
• 开关频率：开关频率可通过外部电阻灵活调整，不同的频率设置可在效率和元件尺寸之间进行权衡。高频（600kHz）操作可优化应用以实现最小的元件尺寸，但会因较高的开关损耗而牺牲一些效率；低频（200kHz）操作则提供最佳的整体效率，但会增加元件尺寸和电路板空间。

3.3 保护特性

• 过压保护（仅MAX17007）：当内部反馈电压高于过压阈值时，OVP比较器会立即拉低DH并拉高DL，拉低PGOOD，设置故障锁存器，并禁用故障的SMPS控制器。过压阈值对于SMPS1（固定1.05V和可调REFIN1）为+300mV，对于SMPS2在预设模式（固定1.5V输出）为+300mV，在可调模式（0.7V反馈）为+150mV。
• 欠压保护：当反馈电压低于欠压阈值时，控制器会立即拉低PGOOD并触发200µs的单触发定时器。如果反馈电压在整个200µs内都低于欠压故障阈值，则设置故障SMPS的欠压故障锁存器，并启动其关机序列。欠压阈值对于SMPS1（固定1.05V和可调REFIN1）为 - 200mV，对于SMPS2在预设模式（固定1.5V输出）为 - 200mV，在可调模式（0.7V反馈）为 - 100mV。
• 热故障保护：当结温高于+160°C时，热传感器会激活故障锁存器，拉低PGOOD并关闭控制器。当结温冷却15°C后，可通过切换EN或循环VCC电源来重新激活控制器。

四、工作模式详解

4.1 强制PWM模式（SKIP = 5V）

在强制PWM模式下，零交叉比较器被禁用，低侧栅极驱动波形始终是高侧栅极驱动波形的互补波形。这种模式的优点是能保持开关频率相对恒定，但空载时5V偏置电流会在2mA至5mA之间，具体取决于开关频率。在关机时，无论SKIP配置如何，MAX17007/MAX17008都会自动采用强制PWM操作。

4.2 自动脉冲跳过模式（SKIP = GND或2V）

在轻载时，该模式会自动切换到PFM。这种切换由比较器控制，该比较器在电感电流过零时截断低侧开关导通时间。当电感处于连续导通状态时，MAX17007/MAX17008调节输出纹波的谷底，实际直流输出电压比跳闸电平高输出纹波电压的50%。在不连续导通状态下，由于斜率补偿，输出电压的直流调节水平比误差比较器阈值高约1.5%，但内部积分器会对此进行校正，从而实现较小的负载调节。

4.3 超声波模式（SKIP = Open = 3.3V）

此模式激活了一种独特的脉冲跳过模式，最小开关频率为25kHz，可消除轻载控制器自动跳过脉冲时可能出现的音频频率调制。当控制器检测到在过去30µs内没有发生开关操作时，会触发超声波脉冲。通过这种方式，可有效避免音频噪声的产生。在组合模式下，超声波模式设置被禁用，SKIP = OPEN（3.3V）的设置与SKIP = GND的设置相同。

五、应用电路设计

5.1 标准应用电路

MAX17007/MAX17008的标准应用电路可生成笔记本电脑中的1V至1.2V/12A和1.5V/12A芯片组电压。输入电源范围为7V至20V，表1列出了标准应用的组件选择，表2列出了组件制造商。通过合理选择组件，可确保电路的稳定运行和高效性能。

5.2 组合模式应用电路

组合模式操作允许MAX17007/MAX17008通过在两相之间共享负载电流来支持更高的输出电流，将功耗分布在多个功率组件上，从而提高效率。通过将FB2连接到VCC来配置组合模式，表3列出了组合模式和分离模式下引脚功能的差异。在组合模式下，各引脚的功能会发生相应变化，以实现更高的性能和更灵活的控制。

六、设计要点与注意事项

6.1 开关频率和电感选择

在选择开关频率和电感工作点（纹波电流比）之前，需要明确输入电压范围和最大负载电流。开关频率的选择决定了尺寸和效率之间的基本权衡，而电感的选择则需要在尺寸、效率、瞬态响应和输出噪声之间进行平衡。一般来说，较低的电感值可提供更好的瞬态响应和较小的物理尺寸，但会导致效率降低和输出噪声增加。

6.2 电流限制设置

最小电流限制阈值必须足够高，以支持最大负载电流。在设置电流限制时，需要考虑电感纹波电流的影响，同时要注意DCR感测时导通电阻的公差和热变化。可通过选择合适的电流感测方法（如输出串联电阻感测或无损电感感测）来实现精确的电流限制和较低的功耗。

6.3 输出电容选择

输出滤波电容的选择需要考虑有效串联电阻（ESR）和电容值。ESR必须足够低以满足输出纹波和负载瞬态要求，同时又要足够高以满足稳定性要求。在选择输出电容时，需要综合考虑电容的化学特性（如聚合物、钽、铝、电解电容等）、成本以及电路的具体要求。

6.4 PCB布局

PCB布局对于实现低开关损耗和稳定的操作至关重要。需要遵循以下布局准则：

• 保持高电流路径短，特别是在接地端子处，以确保稳定、无抖动的操作。
• 将所有模拟接地连接到单独的实心铜平面，并连接到Quick - PWM控制器的GND引脚。
• 保持电源迹线和负载连接短，以提高效率。
• 保持高电流、栅极驱动迹线（DL、DH、LX和BST）短而宽，以最小化迹线电阻和电感。
• 避免高速开关节点靠近敏感的模拟区域（REF、REFIN1、FB2、CSH和CSL）。

七、总结

MAX17007/MAX17008作为一款高性能的双路可组合QPWM图形核心控制器，为笔记本电脑的电源设计提供了丰富的功能和灵活的解决方案。通过合理选择组件、优化工作模式和精心设计PCB布局，工程师可以充分发挥该控制器的优势，实现高效、稳定的电源系统。在实际应用中，还需要根据具体的设计要求和实际情况进行进一步的调试和优化，以确保系统的性能达到最佳状态。你在使用MAX17007/MAX17008进行设计时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。