引言

用于高性能服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算系統(tǒng)的 FPGA、ASIC 和處理器所吸收的電流持續(xù)地攀升，而且 100A 或更大的負(fù)載電流逐漸變得常見(jiàn)。與此同時(shí)，芯片的工作電壓正逐步降至 0.9V 及以下，并具有更嚴(yán)緊的電壓調(diào)節(jié)要求。對(duì)于許多此類(lèi)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，可能需要調(diào)節(jié)內(nèi)核電壓，以利用一個(gè) VID (電壓識(shí)別) 接口實(shí)現(xiàn)最佳性能。電源設(shè)計(jì)師顯然肩負(fù)著一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)，就是要在小的電路板空間內(nèi)滿(mǎn)足高效率和嚴(yán)緊輸出電壓調(diào)節(jié)的需求。

一種滿(mǎn)足這些需求的方法是采用 LTC3877 和 LTC3874 芯片組。LTC3877 是一款峰值電流模式、VID 控制型雙輸出同步降壓型控制器。相位 1 的輸出可利用一個(gè) 6 位并行 VID 接口以 10mV 增量在 0.6V 至 1.23V 的范圍內(nèi)進(jìn)行編程。相位 2 提供了一個(gè) 0.6V 至 5V 的輸出，該輸出由一個(gè)外部分壓器設(shè)定。這兩相可并聯(lián)在一起或與來(lái)自另一個(gè) LTC3877 或一個(gè) LTC3874 的相位并聯(lián)起來(lái)以提供較高的輸出電流。

LTC3874 是一款峰值電流模式相位擴(kuò)展器芯片。該器件并沒(méi)有誤差放大器，而是將其相電流調(diào)節(jié)至由 LTC3877 主控器提供的 ITH 信號(hào)。LTC3874 的精致設(shè)計(jì)減少了走線數(shù)目和占板空間。LTC3877 采用 44 引腳、7mm x 7mm QFN 封裝；而 LTC3874 從屬控制器則采用 28 引腳、4mm x 5mm QFN 封裝。

具高準(zhǔn)確度和高效率的多相設(shè)計(jì)

圖 1 所示的 4 相降壓型轉(zhuǎn)換器采用了 LTC3877 和 LTC3874，以在 120A 的最大負(fù)載電流和 400kHz 的開(kāi)關(guān)頻率條件下提供一個(gè) 0.6V 至 1.23V 的 VID 控制型輸出。在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，LTC3877 對(duì)所有 VID 設(shè)定點(diǎn)產(chǎn)生 ±1% 的總 DC 調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度。LTC3877 中的差分遠(yuǎn)端采樣放大器負(fù)責(zé)在調(diào)節(jié)點(diǎn)上檢測(cè)輸出電壓，并對(duì) PCB 走線和接地平面兩端的電壓降實(shí)施補(bǔ)償。4 相操作可產(chǎn)生較低的輸出電壓紋波和較快的負(fù)載階躍響應(yīng) (由于時(shí)鐘延遲較短的原因)。

之所以獲得高效率，原因在于兩顆芯片具有強(qiáng)大的柵極驅(qū)動(dòng)器和短的死區(qū)時(shí)間、MOSFET 的選擇以及 mΩ 以下 DCR 的鐵氧體電感器。對(duì)于一個(gè) 1.2V 輸出，在 120A 負(fù)載時(shí)的滿(mǎn)載效率為 88.8%，如圖 2 所示。

mΩ 以下 DCR 檢測(cè)

LTC3877 和 LTC3874均采用了一種專(zhuān)為 mΩ 以下 DCR 檢測(cè)而設(shè)計(jì)的專(zhuān)有 DCR 電流檢測(cè)架構(gòu)，其可確保均流和電流限制的嚴(yán)格控制。圖 3 示出了圖 1 所示之 4 相轉(zhuǎn)換器的均流性能。所用的電感器是 Wurth 744301025 (250nH)，它具有一個(gè) 0.32mΩ 的 DCR。相位之間的均流誤差小于 1mV。

更多特性

LTC3877 和 LTC3874 都具有一個(gè) 250kHz 至 1MHz 的可鎖相頻率范圍，和一個(gè)用于設(shè)定內(nèi)部頻率的 FREQ 引腳 (如果不需要同步)。LTC3877 提供了三種輕負(fù)載操作模式：突發(fā)模式 (Burst Mode?) 操作、強(qiáng)制連續(xù)模式和脈沖跳躍模式。LTC3874 可工作于強(qiáng)制連續(xù)模式或脈沖跳躍模式。

LTC3877 的最小導(dǎo)通時(shí)間為 40ns (典型值)，非常適合工作在 500kHz 至 1MHz 開(kāi)關(guān)頻率的高降壓轉(zhuǎn)換器或者小占板面積或高帶寬轉(zhuǎn)換器。LTC3874 的最小導(dǎo)通時(shí)間為 90ns (典型值)。

LTC3877 的相位 1 提供 VID 控制。如果 FPGA、ASIC 或處理器未被喚醒或不需要 VID 編程時(shí)，可把 VIDEN 引腳拉至低電平并利用一個(gè)位于差分放大器輸出端上的分壓器設(shè)定輸出電壓以停用 VID 部分。LTC3877 的兩相均具有用于實(shí)現(xiàn)輸出電壓之精準(zhǔn)控制的差分遠(yuǎn)端采樣放大器。兩款芯片的輸入電壓范圍為 4.5V 至 38V。

LTC3877 的其他特點(diǎn)包括用于每個(gè)電源軌的 PGOOD 引腳、RUN 引腳和 TK/SS 引腳。LTC3874 具有其自己的 RUN 引腳和 /FAULT 引腳以針對(duì)故障情況實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。

結(jié)論

LTC3877 / LTC3874 芯片組為電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供了一款高度準(zhǔn)確、有效和堅(jiān)固的 PolyPhase? 解決方案，適合大電流軌給 FPGA、ASIC 和處理器供電的應(yīng)用。