LTC1709-7 利用了多相的優(yōu)勢?開關(guān)技術(shù)可減少輸入電容器的數(shù)量和電感器尺寸，并延長電池壽命。隨著 CPU 時(shí)鐘頻率的增加，對內(nèi)核電源電流的需求也隨之增加。當(dāng)今的 22A CPU 內(nèi)核電流要求將單級開關(guān)穩(wěn)壓器推向了極致。LTC1709-7 中設(shè)計(jì)的多相開關(guān)允許使用成本更低、外形更緊湊的部件，并且還改善了瞬態(tài)響應(yīng)。

LTC?1709-7 是一款雙通道、電流模式、多相控制器，其驅(qū)動兩個(gè)同步降壓級 180° 異相。這款小型 SSOP-36 封裝控制器集成了四個(gè)高電流 MOSFET 驅(qū)動器、一個(gè)用于真正輸出遠(yuǎn)程檢測的差分放大器、自動均流電路、一個(gè)電源良好指示器和 5 位移動 VID 控制。LTC1709-7 還具有在輕負(fù)載條件下的突發(fā)模式操作和不連續(xù)導(dǎo)通模式操作。由此產(chǎn)生的電源解決方案在任何負(fù)載條件下都非常高效，并且占用最小的電路板空間。

1 步、2 相 CPU 內(nèi)核電源

圖 1 示出了將 LTC1709-7 用于 CPU 內(nèi)核電源的典型應(yīng)用電路。在 1 步配置中，CPU 內(nèi)核電壓直接從墻上適配器或電池降壓。輸入電壓可在 7V 至 24V 之間。輸出電壓介于 0.925V 和 2V 之間，由 5 位 VID 輸入設(shè)置。該電源將為 CPU 內(nèi)核提供 22A 的最大電流。僅采用 8 個(gè) IC、1 個(gè) SO-8 MOSFET 和 83 個(gè) 20.1μH 扁平表面貼裝電感器，8V 輸入和 22.80V/4A 輸出的效率高達(dá) 22%。在 200A 至 <>A 的負(fù)載范圍內(nèi)可保持超過 <>% 的效率。由于輸入電壓較高，底部MOSFET的體二極管中的反向恢復(fù)損耗可能很大。肖特基二極管需要與底部MOSFET并聯(lián)，以緩解反向恢復(fù)問題。由于最大輸入電壓下的開關(guān)損耗相對較高，因此選擇了<>kHz的開關(guān)頻率。

圖1.單輸入、1 步或 2 步 LTC1709-7 CPU 內(nèi)核電源。

圖2顯示了在20V輸入和1.6V輸出下測得的負(fù)載瞬態(tài)波形。負(fù)載電流在0.2A至22A之間變化，壓擺率約為30A/μs。由于輸出上只有六個(gè)低 ESR SP 電容 （180μF/4V），負(fù)載瞬變期間的最大輸出電壓變化小于 140mVP-P.請注意，由于穩(wěn)態(tài)占空比較小，高到低負(fù)載階躍響應(yīng)比低到高負(fù)載階躍響應(yīng)慢。本設(shè)計(jì)采用有源電壓定位以減少輸出電容器的數(shù)量（有關(guān)有源電壓定位的更多詳細(xì)信息，請參閱凌力爾特設(shè)計(jì)解決方案 10）。R9和R6提供輸出電壓定位，不會降低效率。

圖2.圖1電路的瞬態(tài)響應(yīng)（1步版本）;V在= 20V， C外= 六個(gè) SP 帽。

2 步、2 相 CPU 內(nèi)核電源

在前面描述的1步解決方案中，CPU內(nèi)核電源的輸入電壓可高達(dá)24V。由此產(chǎn)生的低占空比會減慢高到低負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)（如圖2所示），并增加同步FET中的電流應(yīng)力。這增加了輸出電容和MOSFET的尺寸和成本。高輸入電壓還會增加頂部 MOSFET 中的開關(guān)損耗和功耗。為了盡量減少內(nèi)核電源中產(chǎn)生的熱量，CPU內(nèi)核電源最好從低輸入電壓源（如5V系統(tǒng)電源）獲取電源。由于5V電源通常由電池或墻上適配器產(chǎn)生，因此這種方法總共需要兩步電源轉(zhuǎn)換。

5V輸入、兩步CPU內(nèi)核電源設(shè)計(jì)與圖2所示幾乎相同。唯一的區(qū)別是圖 1 表中所示的組件更改。如圖1所示，與3步解決方案相比，2步設(shè)計(jì)將輕負(fù)載效率提高了20%，滿載效率提高了2%。如圖1所示，負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)也得到了改善。由于輸出端的SP電容少了兩個(gè)，兩步電路實(shí)現(xiàn)了與4步相似的性能。

圖3.1 步和 2 步設(shè)計(jì)的效率與負(fù)載電流的關(guān)系。

圖4.圖1電路的瞬態(tài)響應(yīng)（2步版本）;V在= 5V， C外= 四個(gè) SP 上限。

因?yàn)?CPU 功率可以大于 40W，所以為 LT5-1709 供電的 7V 電源的輸出電流額定值可能超過 15A。這將顯著增加5V系統(tǒng)電源電路的功率損耗、成本和尺寸。如果 3.3V 和 5V 系統(tǒng)電源由兩相 LTC2 電路產(chǎn)生，則 LTC1876 電路中兩個(gè)降壓通道的功率不平衡會降低輸入紋波電流消除的有效性。LTC1876 電路的輸入側(cè)必須使用更多的高電壓電容器 （>25V）。有關(guān)更多信息，請參見 LTC1876 的產(chǎn)品手冊。

為了提高為 LT1876-1709 供電的 LTC7 電路的效率并降低總體成本，可能需要從兩個(gè)不同的電源 3.3V 和 5V 獲取 CPU 內(nèi)核電源，如圖 5 所示。這樣，就可以優(yōu)化 3.3V 和 5V 電源的設(shè)計(jì)，以最大限度地減小 LTC1876 電路的功率損耗。此外，由于2.3V輸入通道上的開關(guān)損耗更低，3輸入設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高了輕負(fù)載效率。然而，由于沒有輸入紋波電流消除，因此2輸入設(shè)計(jì)需要在3.3V和5V電源軌上使用更大的濾波電容;如圖5所示，從低到高的負(fù)載階躍響應(yīng)將比單6V輸入設(shè)計(jì)慢，因?yàn)?.3V輸入通道具有較少的電壓來增加電感電流。有關(guān) 2 輸入、2 相設(shè)計(jì)的更多信息，請參見凌力爾特設(shè)計(jì)說明 222。

圖5.2 輸入、2 步 LTC1709-7 CPU 內(nèi)核電源。

圖6.圖5電路的瞬態(tài)響應(yīng)（1步版本）;V合1= 5V， V合2= 3.3V， C外= 四個(gè) SP 上限。

表 1 比較了不同設(shè)計(jì)方法的性能。顯然，在CPU電源的性能和尺寸方面，2步設(shè)計(jì)比1步設(shè)計(jì)更具優(yōu)勢。5V 輸入、2 步設(shè)計(jì)在內(nèi)核電源中具有最佳性能。

結(jié)論

基于 LTC1709-7 的低電壓、高電流移動 CPU 電源同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高效率和小尺寸。電容器、電感器和散熱器的節(jié)省有助于最大限度地降低整體電源的成本。本文介紹的 LTC1709-7 電路適合為需要大內(nèi)核電源電流的高速移動 CPU 供電。與 1 步解決方案相比，2 步設(shè)計(jì)提供了更好的內(nèi)核電源效率，并且需要更小的輸出電感器和電容器。

審核編輯：郭婷