LTC?1702 雙通道開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓控制器采用一個(gè)高開(kāi)關(guān)頻率和精準(zhǔn)反饋電路，以提供卓越的輸出調(diào)節(jié)和瞬態(tài)響應(yīng)性能。LTC550 的每一側(cè)均以一個(gè)固定的 1702kHz 開(kāi)關(guān)頻率運(yùn)行，具有一種電壓反饋架構(gòu)，該架構(gòu)采用一個(gè) 25MHz 增益帶寬運(yùn)放作為反饋放大器，因而允許實(shí)現(xiàn)超過(guò) 50kHz 的環(huán)路交越頻率。大型內(nèi)置 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器允許 LTC1702 在 550kHz 及更高頻率下高效地驅(qū)動(dòng)高電流外部 MOSFET。高開(kāi)關(guān)頻率允許使用小型外部電感器和電容器，同時(shí)保持出色的輸出紋波和瞬態(tài)響應(yīng)，即使負(fù)載電流超過(guò) 10A 電平也是如此。雙輸出 LTC1702 采用節(jié)省空間的 24 引腳窄體 SSOP 封裝，從而最大限度地減小了電路板空間消耗。

使用英特爾奔騰 III 處理器的移動(dòng) PC 要求 LTC1702 級(jí)性能與內(nèi)核電源輸出端的 DAC 控制電壓耦合。LTC1703 專為此應(yīng)用而設(shè)計(jì)，由一個(gè)經(jīng)過(guò)修改的 LTC1702 和一個(gè) 5 位 DAC 組成，用于控制側(cè) 1 的輸出電壓。DAC 符合英特爾移動(dòng)式 VID 規(guī)范。圖 6 示出了使用 LTC1703 的完整移動(dòng)奔騰 III 電源解決方案的示例。LTC1703 采用 28 引腳 SSOP 封裝，從而在狹窄的移動(dòng) PC 設(shè)計(jì)中節(jié)省了寶貴的 PC 板空間。?

LTC1702 / LTC1703 架構(gòu)

LTC1702 / LTC1703 均在一個(gè)封裝中由兩個(gè)獨(dú)立的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓控制器組成。每個(gè)控制器都設(shè)計(jì)為電壓反饋型同步降壓型穩(wěn)壓器，每側(cè)使用兩個(gè)外部 N 溝道 MOSFET 作為電源開(kāi)關(guān)（圖 1）。小型外部電荷泵（D正中電和 C正中電圖1）提供升壓電源電壓，以保持M1完全導(dǎo)通。開(kāi)關(guān)頻率在內(nèi)部設(shè)定為 550kHz。用戶可編程電流限制電路使用同步 MOSFET 開(kāi)關(guān) M2 作為電流檢測(cè)元件，無(wú)需外部低值電流檢測(cè)電阻。LTC?1702 / LTC1703 專為采用一個(gè) 5V 或 3.3V 輸入電源工作而設(shè)計(jì)，該電源由 AC 供電型系統(tǒng)中的主離線電源或電池供電型系統(tǒng)中的主開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器提供。最大輸入電壓為 7V。

圖1.LTC1702 / LTC1703 開(kāi)關(guān)架構(gòu)。

同步操作可最大限度地提高滿載時(shí)的效率，其中開(kāi)關(guān) MOSFET 和同步整流器中的阻性壓降主要導(dǎo)致功率損耗。隨著負(fù)載下降和開(kāi)關(guān)損耗成為一個(gè)較大的因素，LTC1702 / LTC1703 自動(dòng)切換到不連續(xù)模式，在該模式中，同步整流器 MOSFET 在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期結(jié)束之前關(guān)斷，以防止電感器中的反向電流流動(dòng)。隨著負(fù)載電流的不斷減小，LTC1702 / LTC1703 再次切換模式并進(jìn)入突發(fā)模式?，它只會(huì)根據(jù)需要進(jìn)行開(kāi)關(guān)，以保持輸出處于穩(wěn)壓狀態(tài)，并盡可能跳過(guò)周期以將開(kāi)關(guān)損耗降至最低。在突發(fā)模式下無(wú)輸出負(fù)載的情況下，整個(gè)系統(tǒng)的電源電流降至 LTC3 / LTC1702 每側(cè)吸收的 1703mA 靜態(tài)電流。每側(cè)均可獨(dú)立關(guān)斷;當(dāng)兩端均停機(jī)時(shí)，LTC1702 / LTC1703 進(jìn)入一種睡眠模式，在該模式下，其吸收的電流小于 50μA。

LTC1702 / LTC1703 內(nèi)部

LTC1702 / LTC1703 由于其高開(kāi)關(guān)頻率和精心設(shè)計(jì)的內(nèi)部架構(gòu)，具有無(wú)與倫比的調(diào)節(jié)和瞬態(tài)響應(yīng)（圖 2）。瞬態(tài)響應(yīng)的大部分改進(jìn)來(lái)自新的反饋放大器設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)不同，LTC1702 / LTC1703 使用一個(gè)真正的 25MHz 增益帶寬運(yùn)放作為反饋放大器 （圖 2 中的 FB）。這允許使用優(yōu)化的補(bǔ)償方案，可以比傳統(tǒng)RC更精確地定制從COMP到地的環(huán)路響應(yīng)?！?型”反饋電路（圖3）通常允許環(huán)路跨越超過(guò)50kHz，同時(shí)保持良好的穩(wěn)定性，從而顯著增強(qiáng)負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。另外兩個(gè)高速比較器（圖2中的MIN和MAX）與主反饋放大器并聯(lián)運(yùn)行，對(duì)輸出電壓的突然變化提供幾乎瞬時(shí)的校正。在一個(gè)典型應(yīng)用中，LTC1702 / LTC1703 將校正占空比，并在施加一個(gè)瞬態(tài)負(fù)載之后的下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)使輸出電壓回溯到正確的方向。

圖2.LTC1702 / LTC1703 框圖

圖3.3 型反饋回路。

反饋運(yùn)算放大器的正輸入連接到一個(gè)修整至800mV ±3mV的板載基準(zhǔn)。基準(zhǔn)電壓源和反饋放大器的直流輸出誤差在0.5%以內(nèi)，直流負(fù)載和線路調(diào)整率通常優(yōu)于0.1%，從而提供出色的直流精度。800mV 基準(zhǔn)電平允許 LTC1702 / LTC1703 提供低至 0.8V 的穩(wěn)壓輸出電壓，而無(wú)需額外的外部組件。這種基準(zhǔn)性能與高速內(nèi)部反饋放大器和正確選擇的外部組件相結(jié)合，使得 LTC1702 能夠提供足夠嚴(yán)格的輸出調(diào)節(jié)，適用于當(dāng)今或?qū)?lái)的幾乎任何微處理器。對(duì)于那些在實(shí)際上電之前不知道自己想要什么電壓的英特爾處理器，具有板載 1703 位 VID 輸出電壓控制的 LTC5 是最佳解決方案。

LTC1702 / LTC1703 內(nèi)部的另一個(gè)架構(gòu)技巧減小了所需的輸入電容，而幾乎沒(méi)有性能損失。LTC1702 / LTC1703 包括一個(gè)單主時(shí)鐘，該時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)兩側(cè)，使得第 1 側(cè)與第 180 側(cè)異相 2°。這種技術(shù)稱為兩相開(kāi)關(guān)，其效果是使輸入電容看到的開(kāi)關(guān)脈沖頻率加倍，并顯著降低其RMS值。采用兩相開(kāi)關(guān)時(shí)，輸入電容的尺寸可根據(jù)需要調(diào)整，以便在最大負(fù)載下支持單側(cè)。當(dāng)另一側(cè)的負(fù)載增加時(shí)，它傾向于抵消而不是增加輸入電容看到的RMS電流;因此，無(wú)需增加額外的電容。

外部組件

性能等式的另一半由與 LTC1702 / LTC1703 一起使用的外部組件組成。550kHz 時(shí)鐘頻率和 5V 低輸入電壓允許使用 1μH 或更低 （L內(nèi)線在圖1中），同時(shí)仍控制電感紋波電流。這種低電感值在兩個(gè)方面有所幫助：它減少了每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中存儲(chǔ)在電感器中的能量，減小了所需的物理磁芯尺寸;它提高了電路輸出端可實(shí)現(xiàn)的DI/DT，減少了電路校正負(fù)載電流突然變化所需的時(shí)間。這反過(guò)來(lái)又減少了輸出電容（C外圖1）中，需要支持負(fù)載瞬變期間的輸出電壓。再加上 LTC1702 / LTC1703 的兩相內(nèi)部開(kāi)關(guān)降低了輸入端的電容，與運(yùn)行在 2kHz 或更低的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，這顯著降低了所需的總電容量。

LTC1702 / LTC1703 電路的每一側(cè)都需要一對(duì) N 溝道功率 MOSFET 來(lái)完成電源開(kāi)關(guān)路徑。這些選擇用于低 RDS（ON）和最小的柵極電荷，以最大限度地減少重負(fù)載時(shí)的導(dǎo)電損耗和輕負(fù)載時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗。與 LTC1702 / LTC1703 配合良好的 MOSFET 類型包括 International Rectifier 的 IRF7805、Siliconix 的 Si9802 和 Si9804 以及仙童的 FDS6670A。

補(bǔ)償組件完善了完成 LTC1702 / LTC1703 電路所需的外部組件列表。由于 LTC1702 / LTC1703 使用一個(gè)運(yùn)放作為反饋放大器，因此補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)作為傳統(tǒng)的運(yùn)放積分器連接在 COMP 引腳 （位于運(yùn)放的輸出端） 和 FB 引腳 （反相輸入） 之間（圖 3）。增加一個(gè)偏置電阻來(lái)設(shè)置直流輸出電壓，并在電路中增加兩個(gè)極點(diǎn)/零點(diǎn)對(duì)，以補(bǔ)償由電感/輸出電容組合引起的相移。每側(cè)的電流限制和軟啟動(dòng)時(shí)間由單個(gè)電阻器（R伊麥克斯） 在每個(gè) I.MAX引腳和單個(gè)電容器 （C黨衛(wèi)軍） 在每個(gè) RUN/SS 引腳上?？蛇x的故障 （LTC1702 / LTC1703） 和 PWRGD （僅限 LTC1702） 標(biāo)志可用于向主機(jī)系統(tǒng)提供狀態(tài)信息。

應(yīng)用

采用 5V 電源的雙路輸出

典型的LTC1702應(yīng)用如圖4所示。輸入取自 5V 邏輯電源。側(cè) 1 設(shè)置為在 1A 時(shí)提供 8.10V，側(cè) 2 設(shè)置為在較低的 3A 負(fù)載電平下提供 3.3V。每側(cè)的系統(tǒng)效率峰值均大于 90%。本電路示出了采用 LTC1702 控制器可實(shí)現(xiàn)的高功率和低功率輸出設(shè)計(jì)示例。面 1 使用一對(duì)超低 RDS（ON）仙童FDS6670A SO-8 MOSFET和大型1μH/12A村田制作所表面貼裝電感器。C在由兩個(gè) 470μF 低 ESR 鉭電容器組成，用于在滿載時(shí)支持側(cè) 1 和 C輸出1再使用兩個(gè)相同的方法，以提供優(yōu)于5%的0A–10A瞬變的穩(wěn)壓。

圖4.采用 5V 電源提供雙路輸出。

第 2 面采用單個(gè) SO-8 封裝，內(nèi)部有兩個(gè)較小的 MOSFET（Siliconix Si9402）和一個(gè)較小的 2.2μH/6A 電感器。C輸出2是一款 470μF 單鉭器件，可支持 0A–3A 瞬變，同時(shí)保持優(yōu)于 5% 的調(diào)節(jié)性能。隨著側(cè) 2 的負(fù)載電流增加，LTC1702 兩相開(kāi)關(guān)實(shí)際上減小了 RMS 電流（以 C 為單位）在，無(wú)需在輸入端增加超出側(cè) 1 所需的電容。兩側(cè)均表現(xiàn)出出色的瞬態(tài)響應(yīng)（圖 5）。當(dāng)使用雙面PC板時(shí)，整個(gè)電路可以布置在小于2平方英寸的范圍內(nèi)。

圖 5a.瞬態(tài)響應(yīng)，側(cè) 1。

圖 5b.瞬態(tài)響應(yīng)，側(cè) 2。

用于筆記本電腦的兩步轉(zhuǎn)換器

圖 6 是使用下一代英特爾移動(dòng)式奔騰 III 處理器的典型筆記本電腦的完整電源。該電路使用 LTC1628 從輸入電池產(chǎn)生 5V 和 3.3V，并使用 LTC1703 產(chǎn)生處理器內(nèi)核電壓 （具有 5 位 VID 控制）和 CPU I/O 環(huán)形電源電壓。LTC1628 和 LTC1703 均采用兩相開(kāi)關(guān)，以最大限度地減小電路所需的電容;整個(gè) 2 輸出電路僅需 4μF，同時(shí)產(chǎn)生 2000W 的輸出功率。

圖6.4輸出筆記本電腦電源。

與傳統(tǒng)的單步法（每個(gè)電壓直接來(lái)自電池電壓）相比，本電路中使用的兩步轉(zhuǎn)換提供了改進(jìn)的瞬態(tài)響應(yīng)。2 步還允許使用更小的外部組件，而不會(huì)降低效率或性能，并減輕布局和熱管理問(wèn)題。有關(guān)更多信息，請(qǐng)參閱下面的“兩步轉(zhuǎn)換”。

兩步轉(zhuǎn)換

隨著微處理器工作電壓的不斷降低，CPU內(nèi)核電源的功率轉(zhuǎn)換正成為一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。核心電源必須在處理器附近具有快速瞬態(tài)響應(yīng)、良好的效率和低發(fā)熱。這些因素將很快迫使從直接從電池或墻上適配器到處理器的 1 步電源轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)向 2 步轉(zhuǎn)換，其中 CPU 內(nèi)核電源從 5V 或 3.3V 電源獲得。

兩步轉(zhuǎn)換帶來(lái)了幾個(gè)好處：更對(duì)稱的瞬態(tài)響應(yīng)、處理器附近的熱量產(chǎn)生更少以及將來(lái)易于修改以降低處理器電壓。從電池獲取的峰值電流也降低了，從而提高了電池化學(xué)效率，通常可以補(bǔ)償使用實(shí)驗(yàn)室電源測(cè)量的電效率的微小差異。對(duì)于 2 步和 1 步架構(gòu)，真實(shí)筆記本電腦的電池壽命幾乎相同。

降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的占空比由 V 之比給出外到 V在.在1級(jí)功率轉(zhuǎn)換中，占空比必須非常低，因?yàn)榻祲罕群艽?。這提供了非?？斓碾姼须娏魃仙龝r(shí)間和更慢的電流衰減時(shí)間。電感尺寸必須足夠大，以便在斜坡上升期間控制電流。快速電流上升和緩慢電流衰減意味著穩(wěn)壓器的瞬態(tài)響應(yīng)對(duì)負(fù)載增加有利，但對(duì)負(fù)載降低較差。對(duì)于兩步轉(zhuǎn)換過(guò)程，較低的恒定輸入電壓可產(chǎn)生更對(duì)稱的瞬態(tài)響應(yīng)，并允許使用更小、成本更低的外部元件。由于較低的電壓擺幅導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗較小，因此開(kāi)關(guān)頻率也可能增加。

兩步法也緩解了熱問(wèn)題。為了最大限度地減少大電流PCB走線長(zhǎng)度，內(nèi)核電源必須位于處理器附近。內(nèi)核電壓電平 2 級(jí)轉(zhuǎn)換器通常以 1% 的中等效率運(yùn)行，而兩步解決方案的第二步 （如 LTC80） 的效率接近 2%，從而最大限度地減少了處理器附近的發(fā)熱。

反對(duì)兩步轉(zhuǎn)換的最大論據(jù)是感知效率下降?！凹磁d”計(jì)算給人一種效率降低的錯(cuò)誤印象。事實(shí)上，基于實(shí)際電路測(cè)量的兩步功率轉(zhuǎn)換效率的精確計(jì)算顯示，效率數(shù)字在2步、高效率轉(zhuǎn)換器的2%以內(nèi)。隨著時(shí)間的推移，微處理器制造的光刻技術(shù)將繼續(xù)縮小，并迫使CPU內(nèi)核工作電壓和工作電流降低;1.1V電源和1A工作電流已經(jīng)出現(xiàn)在便攜式系統(tǒng)中。這些要求將使傳統(tǒng)的一步轉(zhuǎn)換方法由于無(wú)窮小的占空比和嚴(yán)重的瞬態(tài)偏差而行不通。

結(jié)論

LTC1702 和 LTC1703 實(shí)現(xiàn)了當(dāng)今最好的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓控制器的 DC 和 AC 調(diào)節(jié)性能。隨著邏輯密度的不斷攀升，出現(xiàn)了更多的應(yīng)用，其中輸入電壓限制在7V以下，輸出電壓低，輸出電流高，需要多個(gè)輸出。LTC1702 和 LTC1703 為此類應(yīng)用提供了穩(wěn)壓性能、高效率、小尺寸和低系統(tǒng)成本的最佳組合，無(wú)論這些應(yīng)用出現(xiàn)在高級(jí)筆記本電腦還是復(fù)雜的邏輯系統(tǒng)中。

審核編輯：郭婷