探索MAX1937/MAX1938/MAX1939：高效CPU核心電源控制器

一、引言

在現(xiàn)代電子設(shè)備中，CPU核心電源的穩(wěn)定供應(yīng)至關(guān)重要。MAX1937/MAX1938/MAX1939作為一款同步、兩相降壓控制器，為桌面CPU核心電源提供了出色的解決方案。今天，我們就來深入了解這款控制器的特點(diǎn)、工作原理以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 基本信息

MAX1937/MAX1938/MAX1939是一個(gè)系列的控制器，能夠提供高達(dá)60A的負(fù)載電流。它們采用了Quick - PWM?控制架構(gòu)，并結(jié)合了有源負(fù)載電流電壓定位技術(shù)，具有瞬時(shí)負(fù)載階躍響應(yīng)能力，同時(shí)還能減少輸出電容的需求。

2.2 關(guān)鍵特性

• 高精度輸出：內(nèi)部DAC提供±0.75%的超高精度輸出電壓。
• 高效節(jié)能：效率高達(dá)90%，甚至可以省去散熱片。
• 寬輸入范圍：輸入電壓范圍為8V至24V。
• 可編程電壓定位：允許用戶根據(jù)需求調(diào)整輸出電壓。
• 受控VID電壓過渡：在VID輸入變化時(shí)，能最小化欠壓和過壓過沖。
• 低電流紋波：兩相以180°異相運(yùn)行，有效開關(guān)頻率為500kHz，降低了輸入和輸出電流紋波，減少了輸入濾波電容的需求。

三、技術(shù)細(xì)節(jié)剖析

3.1 工作原理

• Quick - PWM控制架構(gòu)：這是該控制器的核心，能提供快速的負(fù)載階躍響應(yīng)。通過一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來設(shè)置高端開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，該時(shí)間與施加到VCC的電壓成反比，與輸出電壓成正比，從而實(shí)現(xiàn)接近恒定的開關(guān)頻率。
• 電壓定位（VPOS）：在負(fù)載瞬變時(shí)，動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電壓的設(shè)定點(diǎn)。傳統(tǒng)的DC - DC轉(zhuǎn)換器在負(fù)載瞬變后會將輸出電壓調(diào)節(jié)回標(biāo)稱狀態(tài)，而電壓定位技術(shù)允許在負(fù)載較重時(shí)將輸出電壓設(shè)定在較低水平，這樣在輸出電流突然減小時(shí)，能承受更大的電壓變化。通過這種方式，可以減少輸出電容的使用數(shù)量，降低功耗。
• 同步兩相運(yùn)行：兩相以180°異相運(yùn)行，降低了輸入濾波要求、電磁干擾（EMI），提高了效率。每個(gè)相的開關(guān)頻率為250kHz，有效開關(guān)頻率為500kHz，減少了輸入電壓紋波和RMS紋波電流，降低了輸入電容需求和EMI屏蔽要求。

3.2 引腳功能

3.3 電氣特性

• 電壓范圍：VCC的工作范圍，MAX1937為6V至24V，MAX1938/MAX1939為8V至24V；VDD的工作范圍為4.5V至5.5V；VLG的工作范圍為4.5V至6.5V（VVLG > VVDD）。
• 電流特性：在不同工作狀態(tài)下，各電源引腳的工作電流和關(guān)斷電流都有明確的規(guī)定。例如，VCC在FB高于閾值（無開關(guān)）時(shí)的工作電流為20 - 40μA，關(guān)斷電流小于5μA。
• 參考電壓：參考電壓為2.0V，精度為±0.75%，能提供高達(dá)50μA的源電流或吸收電流。
• 故障保護(hù)：具備VDD欠壓鎖定（UVLO）、VLG UVLO、熱關(guān)斷、參考UVLO、輸出過壓保護(hù)和輸出欠壓保護(hù)等功能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 元件選擇

• 輸出電感：推薦電感值為0.5μH至1μH，電感電流紋波比（LIR）為30%至40%。電感的等效直流電阻應(yīng)盡可能低，飽和電流應(yīng)大于峰值電感電流。
• 輸出電容：輸出電容的ESR要足夠低，以滿足輸出紋波和負(fù)載瞬變要求。電容值要足夠大，以吸收電感能量，避免觸發(fā)過壓保護(hù)電路。通常根據(jù)ESR和電壓額定值來選擇電容，陶瓷電容可作為高頻去耦電容。
• 輸入電容：輸入電容用于減少從電源吸取的峰值電流，降低輸入的噪聲和電壓紋波。非鉭電容（陶瓷、鋁電解、聚合物或OS - CON）因其對高浪涌電流的耐受性而更適合作為輸入電容。
• BST電容：BST電容要足夠大，以滿足高端MOSFET的柵極充電需求。推薦使用0.22μF的陶瓷電容，以確保VBST_ 引腳的電壓下降不超過100mV至200mV。

4.2 電路設(shè)計(jì)

• 外部線性穩(wěn)壓器：使用6V線性穩(wěn)壓器（如KA78M06）為VLG提供電源，以提高效率。同時(shí)，在VLG和PGND之間連接電容CVLG，以減少開關(guān)噪聲。
• MOSFET驅(qū)動(dòng)：DH 和DL 驅(qū)動(dòng)器經(jīng)過優(yōu)化，用于驅(qū)動(dòng)大型高端和低端MOSFET。為防止交叉導(dǎo)通或直通電流，在MOSFET開關(guān)之間設(shè)置固定的死區(qū)時(shí)間。
• 電流限制：可使用低端MOSFET的導(dǎo)通電阻或電流檢測電阻來監(jiān)測電感電流。電流限制閾值可通過ILIM引腳進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為10mV至200mV。
• 電壓定位設(shè)置：通過連接外部增益電阻RVPOS在REF和VPOS之間，可調(diào)整輸出電壓隨負(fù)載電流的變化。

4.3 PCB布局

• 元件布局：盡可能將MOSFET、電感、輸入/輸出電容和電流檢測電阻安裝在PCB的頂層，并將這些元件的接地連接在一個(gè)電源接地平面上。其他接地連接到一個(gè)單獨(dú)的模擬接地平面，并在單點(diǎn)將模擬接地平面連接到電源接地。
• 散熱設(shè)計(jì)：將高功率元件（MOSFET、電感和電流檢測電阻）放置在較大的PCB區(qū)域，或使用散熱片來幫助散熱。
• 布線要求：保持高電流走線短而寬，以降低電阻。同時(shí)，使柵極驅(qū)動(dòng)連接（DH 和DL）短而寬，寬度為50mils至100mils。對于電流檢測電阻，使用開爾文檢測連接。將REF電容、VDD電容、BST_ 二極管和電容盡可能靠近IC放置。

五、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX1937/MAX1938/MAX1939適用于多種應(yīng)用場景，包括筆記本和臺式計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和工作站、刀片服務(wù)器、高端交換機(jī)、高端路由器以及宏基站等。

六、總結(jié)

MAX1937/MAX1938/MAX1939憑借其先進(jìn)的控制架構(gòu)、高精度的輸出和豐富的保護(hù)功能，為CPU核心電源提供了可靠的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，合理選擇元件、優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和PCB布局，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，滿足不同應(yīng)用的需求。你在使用這款控制器時(shí)遇到過哪些問題？或者你對它還有哪些方面想進(jìn)一步了解呢？歡迎在評論區(qū)留言討論。