PM6680：笔记本系统电源的高效双降压控制器

在电子设备的电源管理领域，一款性能卓越的控制器对于确保设备的稳定运行和高效性能至关重要。今天，我们就来深入探讨一下ST公司推出的PM6680双降压控制器，它专为笔记本电脑系统电源设计，具备诸多出色的特性和功能。

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一、产品概述

PM6680是一款双降压控制器，主要用于为笔记本电脑提供逻辑电压。它采用了无损电流检测技术，能够实现极高的转换效率。其恒定导通时间架构确保了快速的负载瞬态响应，嵌入式电压前馈则提供了近乎恒定的开关频率操作。此外，该控制器还具备输出电压纹波补偿功能，能有效提高系统的稳定性。

（一）产品特性

1. 宽输入电压范围：输入电压范围为6V至28V，能适应多种电源环境。
2. 可调输出电压：OUT1和OUT2输出电压可分别在0.9V至5.5V和0.9V至3.3V范围内调节，满足不同负载的需求。
3. 5V恒压输出：提供5V恒压输出，可提供高达100mA的峰值电流。
4. 高精度参考电压：具备1.237V ± 1%的参考电压，为系统提供精确的电压基准。
5. 无损电流检测：采用低侧MOSFET的 (R_{DS(on)}) 进行无损电流检测，提高了系统的效率和可靠性。
6. 多种保护功能：具备软启动、软输出放电、锁存过压保护（OVP）和欠压保护（UVP）等功能，确保系统的安全稳定运行。
7. 轻载脉冲跳跃模式：可选择脉冲跳跃模式，在轻载时提高系统效率，同时还能选择最低33kHz的开关频率，避免音频噪声问题。
8. 低静态功耗：最大静态功耗仅为4mW，降低了系统的功耗。
9. 独立电源良好信号：提供独立的电源良好信号，方便对系统电源状态进行监测。

（二）应用领域

PM6680适用于多种设备，包括笔记本电脑、平板电脑和移动系统电源等，尤其适用于3 - 4节锂离子电池供电的设备。

二、电气数据与特性

（一）最大额定值

该控制器的各项引脚电压和功率等都有明确的最大额定值限制，例如V5SW、LDO5到PGND的电压范围为 -0.3V至6V，VIN到PGND的电压范围为 -0.3V至36V等。在设计时，必须严格遵守这些额定值，以确保设备的安全运行。

（二）热数据

热阻 (R_{thJA}) 为35°C/W，存储温度范围为 -50°C至150°C，结温工作范围为 -40°C至125°C，环境工作温度范围为 -40°C至85°C。了解这些热数据对于合理设计散热方案至关重要。

（三）电气特性

在 (V{IN}=12V)，(T{A}=0^{circ}C) 至85°C的条件下，该控制器的各项电气参数表现出色。例如，输入电压范围为5.5V至28V，IC电源电压为4.5V至5.5V，软启动斜坡时间为2ms至3.5ms等。这些参数为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据。

三、引脚设置与功能

PM6680共有32个引脚，每个引脚都有其特定的功能。例如，SGND1和SGND2为信号地，COMP1和COMP2用于直流电压误差补偿，FSEL用于选择开关频率，EN1和EN2用于启用开关部分等。通过合理设置这些引脚，可以实现对控制器的精确控制。

四、典型工作特性

通过一系列的图表，我们可以直观地了解PM6680在不同工作条件下的性能表现。例如，1.5V和1.05V输出效率与负载电流的关系曲线，显示了在不同负载下的效率变化情况；开关频率与负载电流的关系曲线，有助于我们选择合适的开关频率以满足系统需求。

五、控制原理与工作模式

（一）恒定导通时间PWM控制

当SKIP引脚连接到5V时，设备工作在PWM模式。此时，每个功率部分都有独立的导通时间控制，采用伪固定开关频率的恒定导通时间（COT）控制器作为开关模式部分的核心。COT控制器基于相对简单的算法，利用输出电容的ESR产生的纹波电压来触发固定导通时间的单稳态发生器，从而实现近乎恒定的开关频率。

（二）脉冲跳跃模式

当SKIP引脚连接到地时，设备工作在跳跃模式。在轻载时，零交叉比较器会在电感电流变为负值时截断低侧开关的导通时间，使系统工作在不连续导通模式，从而降低轻载时的损耗，提高系统效率。

（三）无音频跳跃模式

当SKIP引脚连接到VREF时，启用无音频跳跃模式，最低开关频率为33kHz。在轻载条件下，如果在30us（典型值）内没有新的开关周期，则开始无音频跳跃模式周期，可有效减少脉冲跳跃模式在极轻负载时可能出现的音频频率噪声，同时保持比PWM模式更高的效率。

六、保护功能

（一）电源良好信号

PM6680提供三个独立的电源良好信号（PGOOD1/PGOOD2），用于监测每个开关部分的输出电压。当输出电压超出设计设定点的±10%，或者在软启动、软结束以及设备处于待机和关机模式时，这些信号会变为低电平。

（二）热保护

当芯片温度超过 +150°C时，会触发热保护，所有内部电路将关闭，功率部分在放电模式后关闭。需要通过电源复位或SHDN引脚的切换来重新启动设备。

（三）过压保护

当开关输出电压约为其标称值的115%时，会触发锁存过压保护。此时，同步整流器立即导通，高侧MOSFET关闭，输出电容迅速放电，保护负载不受损坏。

（四）欠压保护

当开关输出电压低于其标称值的70%时，会触发锁存欠压保护。此时，开关部分立即禁用，两个开关都打开，控制器进入软结束模式，最终通过导通低侧MOSFET将输出接地。

七、设计指南

（一）开关频率选择

可以通过FSEL引脚为两个部分设置三种不同的工作频率范围。开关频率主要影响电感尺寸和效率，较高的频率允许使用较小的电感值，但会增加开关损耗，降低效率。因此，需要根据具体需求进行权衡。

（二）电感选择

电感的选择取决于所需的电感纹波电流和负载瞬态性能。一般来说，选择电感值时应使电感纹波电流 (Delta l{L}) 保持在最大输出电流 (I{LOAD(max)}) 的20%至50%之间，同时要确保电感能够提供大于最大RMS电感电流 (I_{LRMS}) 的RMS电流。

（三）输出电容选择

输出电容的选择主要基于ESR值 (R{out}) 和电压额定值，而不是电容值 (C{out})。为了减少输出电压纹波，需要选择低ESR的电容。同时，输出电容的选择还会对负载瞬态响应产生影响。

（四）输入电容选择

输入电容应选择RMS额定电流高于两个开关部分最大RMS电流的电容。陶瓷电容通常具有较高的RMS电流额定值和较小的尺寸，是较好的选择。

（五）功率MOSFET选择

建议使用逻辑电平MOSFET，其击穿电压 (VBR {DSS}) 必须高于 (V{INmax})。在选择功率MOSFET时，需要考虑其导通损耗和开关损耗，以提高电源管理效率。

（六）积分器环路设计

外部反馈网络的设计取决于输出电压纹波。如果纹波较高，通常反馈网络足以保持环路稳定；如果纹波较小，则需要额外的补偿网络，如虚拟ESR网络。

八、设计示例

文档中给出了一个设计示例，考虑输入电压为7V至16V，两个开关输出分别为 (OUT1 =1.5V) 和 (OUT2 =1.05V)，最大电流为5A，开关频率分别约为290kHz和425kHz。通过详细的计算和选择，给出了电感、输出电容、功率MOSFET、电流限制电阻、输入电容、同步整流器、积分器环路和输出反馈分压器等元件的具体参数，为工程师提供了实际的设计参考。

九、总结

PM6680作为一款专为笔记本系统电源设计的双降压控制器，具有高效、稳定、可靠等优点。通过合理选择和设计相关元件，能够满足不同笔记本电脑的电源需求。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计要求，结合PM6680的特性和功能，进行精心的设计和优化，以确保系统的性能和稳定性。你在使用PM6680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。