高效降压控制器MAX1845：设计与应用指南

在电子设备的电源设计中，高效、稳定的降压控制器至关重要。今天，我们就来深入探讨一下Maxim公司的MAX1845，这是一款双路、高效、具备精确电流限制功能的降压控制器，广泛应用于笔记本电脑等设备中。

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一、MAX1845概述

1.1 主要功能

MAX1845是一款专为降压（buck）拓扑结构配置的双PWM控制器，它能够将高电压电池降压，为笔记本电脑中的芯片组、RAM等提供低电压电源。该控制器具有高效、出色的瞬态响应和高直流输出精度等优点。其CS输入可与低端检测电阻配合使用，以提供精确的电流限制，也可连接到LX，利用低端MOSFET作为电流检测元件。

1.2 特点优势

• 超高效率：单级降压转换可直接降低高电压电池，实现尽可能高的效率；两级转换则可在更高的开关频率下降低5V系统电源，实现最小的物理尺寸。
• 精确电流限制：可通过ILIM_引脚调整电流限制阈值，范围为25mV至250mV。
• 快速响应：Quick - PWM™技术具有100ns的负载阶跃响应。
• 高精度输出：输出电压精度在1%以内。
• 双模式输出：提供固定1.8V/1.5V/可调或2.5V/可调输出模式。
• 宽输入输出范围：电池输入范围为2V至28V，输出范围可在1V至5.5V之间调节。
• 多种保护功能：具备可调过压保护、欠压保护、数字软启动等功能。

1.3 应用场景

• 笔记本电脑：为CPU核心、芯片组、RAM等提供低电压电源。
• 其他低电压电源应用：如1.8V和2.5V I/O电源等。

二、电气特性分析

2.1 输入输出电压

• 输入电压范围：电池电压V+范围为2V至28V，VCC和VDD的范围为4.5V至5.5V。
• 输出电压：OUT1可提供1.8V或1.5V固定输出，也可通过FB1引脚调节为1V至5.5V的可调输出；OUT2可提供2.5V固定输出，同样可通过FB2引脚调节为1V至5.5V的可调输出。

2.2 电流限制

• 固定电流限制阈值：当ILIM_连接到VCC时，电流限制阈值为50mV。
• 可调电流限制阈值：通过ILIM_引脚连接电阻分压器网络，可将电流限制阈值调整为25mV至250mV。

2.3 其他特性

• 开关频率：标称开关频率为200/300/420/540kHz，可通过TON引脚进行选择。
• 软启动时间：数字软启动时间为1.7ms。
• 参考电压：REF输出为2V ±1%。

三、工作原理与控制架构

3.1 自由运行、恒定导通时间PWM控制器

MAX1845采用Quick - PWM控制架构，这是一种伪固定频率、恒定导通时间的电流模式类型，带有电压前馈。该架构利用输出滤波电容的有效串联电阻（ESR）作为电流检测电阻，输出纹波电压提供PWM斜坡信号。

3.2 导通时间控制

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。通过TON引脚可设置不同的导通时间，从而选择不同的开关频率。

3.3 自动脉冲跳过切换

在跳过模式（SKIP = GND）下，轻载时会自动切换到脉冲频率调制（PFM）模式。切换阈值与电感电流的连续和不连续运行边界一致，可通过公式计算。

3.4 强制PWM模式

在强制PWM模式（SKIP = High）下，禁用零交叉比较器，使低端栅极驱动波形成为高端栅极驱动波形的互补波形，可保持开关频率相对恒定，但空载电池电流会增加。

四、设计要点

4.1 输入电压范围和最大负载电流

在选择开关频率和电感工作点之前，需确定输入电压范围和最大负载电流。输入电压范围应考虑最坏情况下的高AC适配器电压和最低电池电压；最大负载电流需考虑峰值负载电流和连续负载电流。

4.2 开关频率选择

开关频率的选择决定了尺寸和效率之间的权衡。最佳频率主要取决于最大输入电压，因为MOSFET开关损耗与频率和VIN²成正比。

4.3 电感选择

电感值由开关频率（导通时间）和工作点（纹波电流比）决定，可通过公式计算。选择低损耗、低直流电阻的电感，确保其在峰值电感电流下不饱和。

4.4 电流限制确定

对于大多数应用，可通过确定最小电感电流和选择合适的检测电阻来设置电流限制。在对成本敏感且对电流检测精度要求不高的应用中，可使用低端MOSFET的导通电阻代替检测电阻。

4.5 输出电容选择

输出滤波电容需具有足够低的ESR以满足输出纹波和负载瞬态要求，同时具有足够高的ESR以满足稳定性要求。电容值应足够大，以吸收电感能量，避免触发过压保护电路。

4.6 输入电容选择

输入电容需满足开关电流引起的纹波电流要求，优先选择非钽电容，如陶瓷、铝或OS - CON电容。

4.7 MOSFET选择

• 高端MOSFET：选择在最佳电池电压下导通损耗等于开关损耗的MOSFET，确保在最小和最大输入电压下的损耗不超过封装热限制。
• 低端MOSFET：选择RDS(ON)尽可能低、封装适中且价格合理的MOSFET，确保MAX1845的DL栅极驱动器能够驱动。

五、PCB布局指南

5.1 总体原则

• 使用四层板，顶层用于功率组件，底层用于IC和敏感接地组件，中间两层作为接地平面。
• 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。
• 正确布线PCB走线，避免额外的电流检测误差，可使用Kelvin连接从CS_引脚到检测电阻。

5.2 具体步骤

1. 先放置功率组件，使接地端子相邻。
2. 将控制器IC安装在同步整流MOSFET附近，最好在背面，以保持CS_、GND和DL_栅极驱动线短而宽。
3. 将栅极驱动组件（BST_二极管和电容、VDD旁路电容）分组在控制器IC附近。
4. 进行DC - DC控制器接地连接，创建小的模拟接地平面（AGND）和功率接地岛（PGND）。
5. 在板的顶层创建星形接地，以最小化两侧之间的串扰。
6. 使用多个过孔将输出功率平面直接连接到输出滤波电容的正负极。

六、总结

MAX1845作为一款高性能的降压控制器，在笔记本电脑等设备的电源设计中具有广泛的应用前景。通过合理选择组件、优化设计和布局，可实现高效、稳定的电源解决方案。在实际设计过程中，电子工程师们需要根据具体应用需求，综合考虑各种因素，以达到最佳的性能和可靠性。大家在使用MAX1845进行设计时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。