熱應力是企業CPU的主要問題，經常消耗高達100A的負載電流。多相開關DC/DC轉換器通過在重負載下提供高效率來降低熱應力，因此已成為高功率CPU的標準電源解決方案。多相開關也正在進入移動應用，在這些應用中，CPU消耗的電流大于30A，并將在不久的將來消耗65A。但是，移動CPU帶來了另一個問題。它們大部分時間都處于睡眠或待機模式，這意味著輕負載效率對于最大化電池運行時間非常重要。傳統的多相轉換器盡管在重負載下具有出色的性能，但在輕負載下效率不高。?

LTC3730、LTC3731 和 LTC3732 系列多相控制器在重和輕 CPU 負載下均高效，從而使這些新型控制器成為高性能筆記本電腦應用的良好匹配。

這種輕負載下的高效率是新載物臺脫落的結果?功能，可顯著降低傳導開關損耗。

這些新控制器具有其他重要功能，使其成為移動CPU應用的理想選擇：

正負輸出軌上的真正遙感，以確保在高輸出電流下實現嚴格的輸出調節;

在每個檢流電阻器的焊盤上進行開爾文檢測（正負），以實現精確的均流，即使并聯功率級的布局不對稱;

所有控制器均集成了高電流 MOSFET 驅動器，開關頻率高達 600kHz，從而最大限度地減小了整體電源尺寸和元件數量。

LTC?3731 是一款多功能三相控制器，其基于 PHASMD 引腳的電壓電平產生一個 3 度或 30 度時鐘輸出。此功能允許多個 LTC60 并聯以實現多達 3731 相的操作。12.0V至6V輸出電壓由一個外部電阻分壓器設置。LTC?6 是一款具有 3730 位 VID 輸出編程功能的專用 3 相控制器，其與 IMVP5 和 IMVP2 要求兼容。內部運算放大器可用于針對不同的CPU工作模式設置電壓失調。此控制器適用于為英特爾移動式諾斯伍德 CPU 供電。LTC?3 是另一款具有 3732 位 VID 輸出編程的 3 相控制器，其與 VRM5.x 規格相兼容。此控制器適用于為英特爾臺式機奔騰 9 （P4） CPU 供電，采用所謂的桌面筆記 PC 或便攜式 PC 設計。臺式電腦在筆記本電腦設計中使用臺式機 CPU，同時實現高性能和低成本。所有三個控制器均采用節省空間的 SSOP4 封裝，而 LTC36 還提供更小、耐熱性能增強的 3731mm × 5mm QFN 封裝。

載物臺脫落操作提高了輕負載下的效率

使用多相轉換器在輕負載下獲得高效率有三個主要障礙：

開關相關損耗

循環電流引起的額外傳導損耗

IC偏置損耗

前兩個障礙（如下所述）通過階段脫落功能減少。通過啟用突發模式操作可以降低IC偏置損耗。?

輕負載效率障礙1：與開關相關的功率損耗

在高電流應用中，低 RDS（ON）通常選擇 MOSFET 以最大限度地降低滿負載時的傳導損耗。然而，在輕負載下，這些MOSFET的高柵極電荷和寄生電容通常會導致與柵極驅動和開關相關的顯著功率損耗。此外，在輕負載時，電感器的磁芯損耗在電感器的總功率損耗中占主導地位。由于開關損耗、柵極驅動損耗和電感磁芯損耗不隨負載電流而降低，因此輕負載效率受到影響。

輕載效率障礙2：環流

在多相同步降壓轉換器中，由于同步整流，每個同步降壓級中的電感電流在輕負載時允許反轉。在實際的多相設計中，由于檢測電阻的容差和控制器內并聯通道之間的輕微不匹配，始終存在均流誤差。并聯級之間的任何均流誤差都會引入環流，從而導致額外的功率損耗。如圖1所示，例如，如果兩個并聯通道之間的電流差為2A （I的=1A），一個通道（通道 1）將提供 1A，另一個通道（通道 2）將在空載條件下吸收 1A。由于該 1A 電流在兩個通道之間循環，而不是流向輸出，因此該電流引入了不必要的功率損耗。因此，必須將環流降至最低，以提高多相轉換器的輕負載效率。

圖1.輕負載時兩相電路中的環流。

解決方案：脫落階段操作

一個簡單的解決方案是在電感電流開始反轉時關閉底部FET。這在大多數LTC控制器中稱為脈沖跳躍。該方案顯著降低了反向電流。然而，很難準確檢測電感電流過零和立即關斷底部FET。在新的三相控制器中實施的更有效的方案是級脫落技術。在輕負載時，控制器自動關閉除一個通道之外的所有通道。該方案完全消除了環流和相關功率損耗。此外，級脫落消除了未使用通道的柵極驅動損耗、MOSFET 開關損耗和電感磁芯損耗。因此，級脫落技術可顯著降低輕負載下的傳導損耗和開關損耗，從而在輕負載下實現更高的效率。由于控制器保持原始調節環路，因此級脫落對輸出調節精度沒有影響。

突發模式操作將障礙 3：IC 偏置損耗降至最低

為了進一步降低IC偏置損耗和空載條件下的開關損耗，可以通過施加0.6V至（V）之間的電壓來啟用突發模式操作抄送– 1V） 到 FCB 引腳。

3 相、高效率 65A VRM9.x 電源，用于奔騰 4 CPU

圖 2 顯示了奔騰 3 CPU 的三相 VRM9.x 電源。它使用 LTC4 來驅動 3732 個小型 PowerPak SO-8 MOSFET，以實現 65A 輸出電流。要提供更高的輸出電流，只需使用較低的R?DS（ON）MOSFET 和更高額定電流的電感器。R一個和 RB采用無損有源電壓定位（AVP）技術，以最大限度地減小輸出電容尺寸。有關 AVP 的更詳細的技術信息，請參見 LTC1736 的產品手冊或設計解決方案 224。圖3顯示了不同負載條件下的實測效率。在這種情況下，輸入為12V，輸出電壓為1.5V，開關頻率為220kHz。測量級脫落操作和傳統多相操作（所有通道打開）的效率。如圖所示，級脫落操作顯著提高了輕負載（≤10A）下的效率。在滿載 （1.0A） 的 6% 時，級脫落操作可將效率提高 25% 以上。圖4顯示了30A負載階躍下的負載瞬態響應波形。輸出端采用330個POSCAP（2μF/5.12V，70mΩ ESR），輸出電壓變化約為<>mVP-P.在此設計中，AVP 負載線斜率為 0.9mΩ。

圖2.三相 3A VRM65.x 電源示意圖。

圖3.VRM9設計的階段脫落操作和常規操作的測量效率。

圖4.VRM9.1設計的負載瞬態波形。

適用于移動式諾斯伍德 CPU 的 3 相 IMVP3 兼容電源

圖 5 顯示了用于移動 Northwood CPU 的 IMVP3 電源。它使用 LTC3730 來驅動 8 個小型 PowerPak SO-45 MOSFET，以提供高達 <>A 的輸出電流。與前面的示例一樣，R一個和 RB實施AVP以最小化輸出電容尺寸。除了 3 個 VID 位之外，IMVP5 規格還需要三個數字信號來設置不同工作模式下的輸出電壓：電池優化模式 （BOM）、性能優化模式 （POM）、深度睡眠模式 （DPSLP） 和深度睡眠模式 （DRPSLPVR）。在BOM，DPSLP和DPRSLPVR模式下，輸出電壓降低以節省電池能量。

圖5.兼容 IMVP3，45A，三相電源。

圖6顯示了在性能模式和深度睡眠模式下測得的效率，其中輸入為15V，開關頻率為250kHz。在 82A 至 1A 的負載范圍內，性能模式下的效率在 3.3V 輸出時超過 45%。測量了階段脫落操作和傳統多相操作在深度睡眠模式下的效率。級脫落操作可顯著提高深度睡眠模式下的效率：在 10A 電流下可提高約 5%。這相當于節省0.7W的功率損耗。在筆記本應用中，空閑時間約占運行時間的 70%，這種深度睡眠模式下的節能可以延長約 4% 的電池運行時間（假設電池為 53Whr 和 4 小時電池運行時間）。

圖6.測量的三相 IMVP3 電源的級脫落操作和常規操作的效率。

多功能 LTC3731 可在 200 相操作的情況下提供高達 12A 的電流

LTC3731 具有一個 CLKOUT 引腳，該引腳根據 PHASMD 引腳的電壓電平產生一個 30 度或 60 度時鐘輸出 （參考于 TG1 上升沿）。因此，多個 LTC3731 可以菊花鏈連接以產生一個 6 相或 12 相操作。由于電壓反饋環路的誤差放大器為gm放大器，GmLTC3731 的放大器可以并聯，從而構成一個具有 （gm? n），其中 n 是并聯的 LTC3731 的數量。圖7顯示了6相和12相電路的框圖。圖8顯示了圖3所示的7相模塊之一的詳細原理圖。每個三相模塊能夠提供 3A 負載電流。

圖 7a. 6 相配置。

圖 7b. 12 相配置。

圖8.采用 LTC3 的基本 3731 相模塊。

結論

基于 LTC3730、LTC3731 和 LTC3732 的三相電源能夠在寬負載范圍內提供高效率。級脫落操作可顯著提高輕負載時的效率，使該控制器系列特別適用于電池供電應用，在這些應用中，提高輕負載效率可以增加電池運行時間。該系列還包括使電源更小、更穩健的特性，包括過流鎖存和過壓保護。

審核編輯：郭婷