熱應(yīng)力是企業(yè)CPU的主要問(wèn)題，經(jīng)常消耗高達(dá)100A的負(fù)載電流。多相開(kāi)關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換器通過(guò)在重負(fù)載下提供高效率來(lái)降低熱應(yīng)力，因此已成為高功率CPU的標(biāo)準(zhǔn)電源解決方案。多相開(kāi)關(guān)也正在進(jìn)入移動(dòng)應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，CPU消耗的電流大于30A，并將在不久的將來(lái)消耗65A。但是，移動(dòng)CPU帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題。它們大部分時(shí)間都處于睡眠或待機(jī)模式，這意味著輕負(fù)載效率對(duì)于最大化電池運(yùn)行時(shí)間非常重要。傳統(tǒng)的多相轉(zhuǎn)換器盡管在重負(fù)載下具有出色的性能，但在輕負(fù)載下效率不高。?

LTC3730、LTC3731 和 LTC3732 系列多相控制器在重和輕 CPU 負(fù)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(yīng)用的良好匹配。

這種輕負(fù)載下的高效率是新載物臺(tái)脫落的結(jié)果?功能，可顯著降低傳導(dǎo)開(kāi)關(guān)損耗。

這些新控制器具有其他重要功能，使其成為移動(dòng)CPU應(yīng)用的理想選擇：

正負(fù)輸出軌上的真正遙感，以確保在高輸出電流下實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的輸出調(diào)節(jié);

在每個(gè)檢流電阻器的焊盤(pán)上進(jìn)行開(kāi)爾文檢測(cè)（正負(fù)），以實(shí)現(xiàn)精確的均流，即使并聯(lián)功率級(jí)的布局不對(duì)稱;

所有控制器均集成了高電流 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器，開(kāi)關(guān)頻率高達(dá) 600kHz，從而最大限度地減小了整體電源尺寸和元件數(shù)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(chǎn)生一個(gè) 3 度或 30 度時(shí)鐘輸出。此功能允許多個(gè) LTC60 并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)多達(dá) 3731 相的操作。12.0V至6V輸出電壓由一個(gè)外部電阻分壓器設(shè)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(nèi)部運(yùn)算放大器可用于針對(duì)不同的CPU工作模式設(shè)置電壓失調(diào)。此控制器適用于為英特爾移動(dòng)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(guī)格相兼容。此控制器適用于為英特爾臺(tái)式機(jī)奔騰 9 （P4） CPU 供電，采用所謂的桌面筆記 PC 或便攜式 PC 設(shè)計(jì)。臺(tái)式電腦在筆記本電腦設(shè)計(jì)中使用臺(tái)式機(jī) CPU，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高性能和低成本。所有三個(gè)控制器均采用節(jié)省空間的 SSOP4 封裝，而 LTC36 還提供更小、耐熱性能增強(qiáng)的 3731mm × 5mm QFN 封裝。

載物臺(tái)脫落操作提高了輕負(fù)載下的效率

使用多相轉(zhuǎn)換器在輕負(fù)載下獲得高效率有三個(gè)主要障礙：

開(kāi)關(guān)相關(guān)損耗

循環(huán)電流引起的額外傳導(dǎo)損耗

IC偏置損耗

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

輕負(fù)載效率障礙1：與開(kāi)關(guān)相關(guān)的功率損耗

在高電流應(yīng)用中，低 RDS（ON）通常選擇 MOSFET 以最大限度地降低滿負(fù)載時(shí)的傳導(dǎo)損耗。然而，在輕負(fù)載下，這些MOSFET的高柵極電荷和寄生電容通常會(huì)導(dǎo)致與柵極驅(qū)動(dòng)和開(kāi)關(guān)相關(guān)的顯著功率損耗。此外，在輕負(fù)載時(shí)，電感器的磁芯損耗在電感器的總功率損耗中占主導(dǎo)地位。由于開(kāi)關(guān)損耗、柵極驅(qū)動(dòng)損耗和電感磁芯損耗不隨負(fù)載電流而降低，因此輕負(fù)載效率受到影響。

輕載效率障礙2：環(huán)流

在多相同步降壓轉(zhuǎn)換器中，由于同步整流，每個(gè)同步降壓級(jí)中的電感電流在輕負(fù)載時(shí)允許反轉(zhuǎn)。在實(shí)際的多相設(shè)計(jì)中，由于檢測(cè)電阻的容差和控制器內(nèi)并聯(lián)通道之間的輕微不匹配，始終存在均流誤差。并聯(lián)級(jí)之間的任何均流誤差都會(huì)引入環(huán)流，從而導(dǎo)致額外的功率損耗。如圖1所示，例如，如果兩個(gè)并聯(lián)通道之間的電流差為2A （I的=1A），一個(gè)通道（通道 1）將提供 1A，另一個(gè)通道（通道 2）將在空載條件下吸收 1A。由于該 1A 電流在兩個(gè)通道之間循環(huán)，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(huán)流降至最低，以提高多相轉(zhuǎn)換器的輕負(fù)載效率。

圖1.輕負(fù)載時(shí)兩相電路中的環(huán)流。

解決方案：脫落階段操作

一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案是在電感電流開(kāi)始反轉(zhuǎn)時(shí)關(guān)閉底部FET。這在大多數(shù)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(zhǔn)確檢測(cè)電感電流過(guò)零和立即關(guān)斷底部FET。在新的三相控制器中實(shí)施的更有效的方案是級(jí)脫落技術(shù)。在輕負(fù)載時(shí)，控制器自動(dòng)關(guān)閉除一個(gè)通道之外的所有通道。該方案完全消除了環(huán)流和相關(guān)功率損耗。此外，級(jí)脫落消除了未使用通道的柵極驅(qū)動(dòng)損耗、MOSFET 開(kāi)關(guān)損耗和電感磁芯損耗。因此，級(jí)脫落技術(shù)可顯著降低輕負(fù)載下的傳導(dǎo)損耗和開(kāi)關(guān)損耗，從而在輕負(fù)載下實(shí)現(xiàn)更高的效率。由于控制器保持原始調(diào)節(jié)環(huán)路，因此級(jí)脫落對(duì)輸出調(diào)節(jié)精度沒(méi)有影響。

突發(fā)模式操作將障礙 3：IC 偏置損耗降至最低

為了進(jìn)一步降低IC偏置損耗和空載條件下的開(kāi)關(guān)損耗，可以通過(guò)施加0.6V至（V）之間的電壓來(lái)啟用突發(fā)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(lái)驅(qū)動(dòng) 3732 個(gè)小型 PowerPak SO-8 MOSFET，以實(shí)現(xiàn) 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(gè)和 RB采用無(wú)損有源電壓定位（AVP）技術(shù)，以最大限度地減小輸出電容尺寸。有關(guān) AVP 的更詳細(xì)的技術(shù)信息，請(qǐng)參見(jiàn) LTC1736 的產(chǎn)品手冊(cè)或設(shè)計(jì)解決方案 224。圖3顯示了不同負(fù)載條件下的實(shí)測(cè)效率。在這種情況下，輸入為12V，輸出電壓為1.5V，開(kāi)關(guān)頻率為220kHz。測(cè)量級(jí)脫落操作和傳統(tǒng)多相操作（所有通道打開(kāi)）的效率。如圖所示，級(jí)脫落操作顯著提高了輕負(fù)載（≤10A）下的效率。在滿載 （1.0A） 的 6% 時(shí)，級(jí)脫落操作可將效率提高 25% 以上。圖4顯示了30A負(fù)載階躍下的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)波形。輸出端采用330個(gè)POSCAP（2μF/5.12V，70mΩ ESR），輸出電壓變化約為<>mVP-P.在此設(shè)計(jì)中，AVP 負(fù)載線斜率為 0.9mΩ。

圖2.三相 3A VRM65.x 電源示意圖。

圖3.VRM9設(shè)計(jì)的階段脫落操作和常規(guī)操作的測(cè)量效率。

圖4.VRM9.1設(shè)計(jì)的負(fù)載瞬態(tài)波形。

適用于移動(dòng)式諾斯伍德 CPU 的 3 相 IMVP3 兼容電源

圖 5 顯示了用于移動(dòng) Northwood CPU 的 IMVP3 電源。它使用 LTC3730 來(lái)驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)小型 PowerPak SO-45 MOSFET，以提供高達(dá) <>A 的輸出電流。與前面的示例一樣，R一個(gè)和 RB實(shí)施AVP以最小化輸出電容尺寸。除了 3 個(gè) VID 位之外，IMVP5 規(guī)格還需要三個(gè)數(shù)字信號(hào)來(lái)設(shè)置不同工作模式下的輸出電壓：電池優(yōu)化模式 （BOM）、性能優(yōu)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(jié)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(cè)得的效率，其中輸入為15V，開(kāi)關(guān)頻率為250kHz。在 82A 至 1A 的負(fù)載范圍內(nèi)，性能模式下的效率在 3.3V 輸出時(shí)超過(guò) 45%。測(cè)量了階段脫落操作和傳統(tǒng)多相操作在深度睡眠模式下的效率。級(jí)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(dāng)于節(jié)省0.7W的功率損耗。在筆記本應(yīng)用中，空閑時(shí)間約占運(yùn)行時(shí)間的 70%，這種深度睡眠模式下的節(jié)能可以延長(zhǎng)約 4% 的電池運(yùn)行時(shí)間（假設(shè)電池為 53Whr 和 4 小時(shí)電池運(yùn)行時(shí)間）。

圖6.測(cè)量的三相 IMVP3 電源的級(jí)脫落操作和常規(guī)操作的效率。

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

LTC3731 具有一個(gè) CLKOUT 引腳，該引腳根據(jù) PHASMD 引腳的電壓電平產(chǎn)生一個(gè) 30 度或 60 度時(shí)鐘輸出 （參考于 TG1 上升沿）。因此，多個(gè) LTC3731 可以菊花鏈連接以產(chǎn)生一個(gè) 6 相或 12 相操作。由于電壓反饋環(huán)路的誤差放大器為gm放大器，GmLTC3731 的放大器可以并聯(lián)，從而構(gòu)成一個(gè)具有 （gm? n），其中 n 是并聯(lián)的 LTC3731 的數(shù)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(xì)原理圖。每個(gè)三相模塊能夠提供 3A 負(fù)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(jié)論

基于 LTC3730、LTC3731 和 LTC3732 的三相電源能夠在寬負(fù)載范圍內(nèi)提供高效率。級(jí)脫落操作可顯著提高輕負(fù)載時(shí)的效率，使該控制器系列特別適用于電池供電應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，提高輕負(fù)載效率可以增加電池運(yùn)行時(shí)間。該系列還包括使電源更小、更穩(wěn)健的特性，包括過(guò)流鎖存和過(guò)壓保護(hù)。

審核編輯：郭婷