电子工程师必备：MAX8743双路高效降压控制器深度解析

在电子设备的设计中，电源管理是至关重要的一环。对于笔记本电脑等设备而言，需要高效、稳定的降压控制器来将高电压电池转换为低电压的芯片组和RAM电源。今天我们就来深入了解一下Maxim推出的MAX8743双路高效降压控制器。

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一、产品概述

MAX8743是一款专为降压拓扑结构配置的双脉冲宽度调制（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，具有高效率、出色的瞬态响应和高直流输出精度等优点。

特点

1. 超高效率：采用单级降压转换，可直接对高电压电池进行降压，实现最高效率；也可采用两级转换，减小物理尺寸。
2. 精确的电流限制：CS输入可与低端检测电阻配合使用，提供精确的电流限制；也可连接到LX，使用低端MOSFET作为电流检测元件。
3. 快速PWM响应：Quick - PWM™技术具有100ns的负载阶跃响应，能快速应对负载变化。
4. 高输出精度：在不同的输入电压和负载条件下，输出电压精度可达1%。
5. 高输出阻抗：在关机状态下具有高输出阻抗，可消除负输出电压，节省肖特基二极管的成本。
6. 双模式输出：提供固定1.8V/1.5V/可调或2.5V/可调输出模式，输出范围可在1V至5.5V之间调整。
7. 宽输入电压范围：电池输入范围为2V至28V，能适应多种电源环境。
8. 可调过压保护：可根据需要调整过压保护阈值，增强系统的安全性。
9. 数字软启动：具有1.7ms的数字软启动功能，可减少启动时的输入浪涌电流。
10. 驱动能力强：能够驱动大型同步整流FET。
11. 电源良好指示：配备电源良好窗口比较器，可实时监测输出电压状态。
12. 参考输出：提供2V ±1%的参考输出电压。

二、应用场景

1. 笔记本电脑：为CPU核心、芯片组、RAM等提供稳定的低电压电源。
2. 低电压电源应用：如1.8V和2.5V的I/O电源等。

三、技术细节

1. 工作原理

MAX8743采用自由运行、恒定导通时间且带有输入前馈的PWM控制架构。这种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。控制算法简单，高端开关导通时间仅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（典型值为400ns）。当误差比较器为低电平、低端开关电流低于电流限制阈值且最小关断时间单稳态触发器超时，导通时间单稳态触发器被触发。

2. 导通时间设置

导通时间由TON引脚的连接方式决定，不同的连接方式对应不同的工作频率。同时，为防止两侧出现音频频率“拍频”现象，一侧的导通时间比另一侧高35%。导通时间的计算公式为：(On - time =K(V{OUT }+0.075 V) / V{IN })，其中K由TON引脚的连接方式确定，0.075V是对低端MOSFET开关预期压降的近似值。

3. 自动脉冲跳过切换

在跳过模式（(overline{SKIP}=GND)）下，当轻负载时，会自动切换到脉冲频率调制（PFM）模式。切换点与电感电流的临界导通点相关，负载电流达到一定值时发生切换。切换点的负载电流计算公式为：(I{LOAD(SKIP)} approx frac{K × V{OUT }}{2 L}left(frac{V{IN }-V{OUT }}{V_{IN }}right))。

4. 强制PWM模式

在低噪声的强制PWM模式（(overline{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。这种模式可保持开关频率相对恒定，但空载电池电流会增加，适用于降低音频频率噪声、改善负载瞬态响应等场景。

5. 电流限制电路

采用独特的“谷值”电流检测算法，当CS_处的电流检测信号幅度高于电流限制阈值时，PWM不允许启动新的周期。实际峰值电流比电流限制阈值大一个电感纹波电流的量。电流限制阈值可通过ILIM引脚的内部5µA电流源和外部电阻进行调整，调整范围为25mV至250mV。

6. MOSFET栅极驱动

DH和DL驱动器针对驱动中等大小的高端和较大的低端功率MOSFET进行了优化。自适应死区时间电路可防止高端FET在DL完全关断之前导通，确保电路的正常工作。

7. 上电复位、欠压锁定和软启动

上电复位（POR）在VCC上升到约2V时发生，复位故障锁存器并准备PWM运行。VCC欠压锁定（UVLO）电路在VCC低于4.05V时禁止开关动作。软启动功能可在启动期间逐渐增加内部电流限制水平，减少输入浪涌电流。

8. 电源良好输出

PGOOD窗口比较器持续监测输出电压的过压和欠压情况。在关机、待机和软启动期间，PGOOD主动拉低；数字软启动结束后，当输出在误差比较器阈值的10%范围内时，PGOOD释放。

9. 过压和欠压保护

输出过压保护可连续监测输出电压，当输出超过过压阈值时，触发保护并强制DL低端栅极驱动器拉高。输出欠压保护在输出低于误差放大器跳闸电压的70%时触发，可通过UVP引脚进行启用或禁用。

四、设计要点

1. 确定参数

在选择开关频率和电感工作点之前，需明确输入电压范围和最大负载电流。输入电压范围要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，分别影响瞬时组件应力、滤波要求和热应力。

2. 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，计算公式为：(L=frac{V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)}{V{IN } × f × LIR × I_{LOAD(MAX) }})。同时，要选择低损耗、直流电阻尽可能低的电感，确保其在峰值电感电流下不饱和。

3. 输出电容选择

输出滤波电容的ESR要足够低以满足输出纹波和负载瞬态要求，同时要足够高以满足稳定性要求。电容值要足够大，以吸收从满载到空载时电感的能量，避免触发OVP电路。

4. 输入电容选择

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

5. 功率MOSFET选择

对于高端MOSFET，要选择在最佳电池电压下导通损耗等于开关损耗的器件，确保在最小和最大输入电压下的损耗不超过封装热限制。对于低端MOSFET，要选择RDS(ON)尽可能低、封装适中且价格合理的器件。

6. PCB布局

PCB布局对于实现低开关损耗和稳定运行至关重要。要使用四层板，顶层放置功率组件，底层放置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，特别是接地端子；将电流检测电阻靠近顶层星形接地点；合理布线，避免高速开关节点干扰敏感模拟区域。

五、总结

MAX8743双路高效降压控制器凭借其众多优点，在笔记本电脑等低电压电源应用中具有很大的优势。电子工程师在设计过程中，需要根据具体的应用需求，合理选择参数和组件，同时注意PCB布局，以确保系统的高效、稳定运行。你在使用类似控制器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。