大电流线性稳压控制器MAX8704

MAX8704是一种输出低电压、大电流的线性稳压控制器，是MAXIM公司2004年9月推出的新器件。该器件主要特点是：输出电流大（由外接N沟道功率MOSFET作调整管）；外接功率MOSFET有完善的保护（电流限制及功率限制）；输入电压范围1.0～5.5V；输出电压除有设定的1.2V及1.5V外，还可通过外接电阻分压器使输出电压可设定，最低输出电压为0.5V；有可编程的软启动；在3ms启动延迟后有开漏输出电源良好（Power-Good）信号；有输出为0V的关闭控制；10引脚μMAX封装；工作温度范围-40℃～85℃。

该线性稳压电源主要用于V\(_{MCH}\)和V\(_{CCP}\)CPU供电、笔记本电脑、台式电脑、服务器、VID电源及用作低电压偏置电源等。

MAX8704的管脚排列如图1所示，各管脚功能见表1。

MAX8704的典型应用电路如图2所示。N1为外接调整管，R\(_{SENSE}\)为输出电流I\(_{OUT}\)的检测电阻，C\(_{IN1}\)（100μF）、C\(_{IN2}\)（10μF陶瓷电容）为输入电容器，C\(_{OUT}\)（2×22μF）为输出电容，R1、R2组成输出电压设定电阻，输出电压V\(_{OUT}\)与R1、R2的关系式为：

V\(_{OUT}\)=（1+R1/R2）×Vref

式中Vref为基准电压（Vref=0.5V）。按R1=20kΩ，R2=10kΩ，V\(_{OUT}\)=1.5V。V\(_{CC}\)端输入5V偏置电压作器件内部电路电源，C1（1μF）为旁路电容。R3（100kΩ）为上拉电阻，输出电源良好（Power Good）信号（信号送μC）。N2为外接控制软启动及关闭电源的N沟道MOSFET，当其栅极加高电平时，N2导通，SS/EN端接低电平，电源被关闭；栅极加低电平时，电源正常工作，C\(_{SS}\)（0.01μF）为软启动电容，可避免启动时出现大的脉冲电流。R\(_{PLIM}\)（200k）、C\(_{PLIM}\)（0.1μF）为限制N1耗散功率的限制电阻及电容，其工作原理下面再介绍。

一般的线性稳压器电路比较简单，其引脚一般为3～5个，而MAX8704有10引脚，其主要原因是增加了外接N沟道功率MOSFET的耗散功率限制电路。因为MOSFET管在作开关管时，其损耗很小，而在线性稳压器中，若V\(_{IN}\)-V\(_{OUT}\)大，输出电流I\(_{OUT}\)大，则作为调整管的功率MOSFET的功耗P\(_{D}\)=（V\(_{IN}\)-V\(_{OUT}\)）×I\(_{OUT}\)也是很大的。例如图2中若V\(_{IN}\)=5.5V，V\(_{OUT}\)=1.5V，I\(_{OUT}\)=5A，则N1的管耗为（5.5-1.5）×5=20W。若不采取适当的措施调整管会因过热而损坏。另外，在输出短路时，N1会烧掉（该器件内部有过热关闭保护，仅保护MAX8704器件，而未保护功率MOSFET）。

MAX8704的N1功率限制是专利技术，其工作原理图如图3所示。运放A2检测V\(_{IN}\)-V\(_{OUT}\)电压，运放A1检测I\(_{OUT}\)电流（I\(_{OUT}\)×R\(_{SENSE}\)=V\(_{SENSE}\)），A1输出与I\(_{OUT}\)成比例、A2输出与V\(_{IN}\)-V\(_{OUT}\)成比例。此两电压输入PLIM多路器，其输出与N1功耗成比例的电流，此电流流经R\(_{PLIM}\)形成的电压正比于N1的功耗。当此电压超过设定的阈值电压，经电流限制器、控制电路去控制N1的栅极电压，降低其功耗，保护了调整管。

从使用上来看，若要求输出电压V\(_{OUT}\)较低（如1.2～1.5V），若I\(_{OUT}\)要求5A，则输入电压在1.5～1.8V为好。它主要用于输出电压1.0～1.8V的电源。

MAX8704在0℃～85℃时的主要参数：V\(_{IN}\)为1.0～5.5V；V\(_{CC}\)为4.5～5.5V；输出固定1.5V时其允差为±0.038V，输出固定1.2V时为±0.03V；静态电流典型值1.5mA；在关闭状态时电源V\(_{CC}\)耗电35μA（典型值）；负载调整率-2%（典型值）；电压调整率0.01%（典型值）。

图2电路中有一些参数要由用户根据具体情况来选择。MAXIM公司也推荐一些功率MOSFET供选择。

1.调整管功率MOSFET选择

MAX8704的外接N沟道功率MOSFET一般由5V驱动器来驱动，最大的V\(_{GS}\)约为V\(_{CC}\)-1V。其导通电阻R\(_{DS（ON）}\)应满足：R\(_{DS（ON）}\)≤（V\(_{IN（min）}\)-V\(_{OUT}\)）/I\(_{OUT（max）}\)

要选择V\(_{GS}\)=2.5V时的R\(_{DS（ON）}\)值或V\(_{GS}\)=1.8V时的R\(_{DS（ON）}\)值。V\(_{OUT}\)>1.5V时，见表2，V\(_{OUT}\)在0.5～1.5V时，见表3。

N2在电路中仅用作一开关，可选用SOT23-3封装的小功率MOSFET即可。

2.RPLIM的设定

根据调整管（N沟道功率MOSFET）的最大功耗可按下式计算确定RPLIM值：

R\(_{PLIM}\)=V\(_{PWRLIMIT}\)/（P\(_{LIMIT}\)×K\(_{PLIM}\)×R\(_{SENSE}\)）

式中R\(_{SENSE}\)为电流检测电阻；P\(_{LIMIT}\)是MOSFET的最大功耗； 功率限制转换增益K\(_{PLIM}\)=20/V；功率限制阈值电压V\(_{PWRLTMIT}\)=1.0V。例如，已知R\(_{SENSE}\)=10mΩ、P\(_{LIMIT}\)=2.5W，代入上式可求得R\(_{PLIM}\)=200kΩ。

3.CPLIM的选取

C\(_{PLIM}\)与R\(_{PLIM}\)一起组成功率限制时间常数（τ\(_{PLIM}\)），τ\(_{PLIM}\)=R\(_{PLIM}\)×C\(_{PLIM}\)。它可以抑制瞬态高功耗的影响。在R\(_{PLIM}\)值确定后可以称τ\(_{PLIM}\)=0.02s来选择C\(_{PLIM}\)值。

文/方佩敏