LTC3735：英特爾移動(dòng)CPU的高效2相DC/DC控制器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。對(duì)于英特爾移動(dòng)CPU的電源供應(yīng)，Linear Technology的LTC3735 2相DC/DC控制器是一個(gè)值得關(guān)注的解決方案。今天，我們就來深入探討一下這款控制器的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：LTC3735EG#TRPBF.pdf

一、LTC3735的主要特性

1. 輸出階段反相操作

LTC3735的兩個(gè)輸出階段以180度反相運(yùn)行，這種設(shè)計(jì)能有效降低輸入和輸出電容中的RMS紋波電流，同時(shí)將表觀開關(guān)頻率提高一倍，改善瞬態(tài)響應(yīng)，并且通過逐周期電流共享簡化了熱設(shè)計(jì)。

2. 高精度輸出電壓

具備±1%的輸出電壓精度，能為英特爾移動(dòng)CPU提供穩(wěn)定的電源。其6位IMVP - IV VID代碼可使輸出電壓在0.7V至1.708V之間靈活調(diào)整。

3. 節(jié)能模式與階段削減

支持英特爾兼容的節(jié)能模式（PSIB），在輕負(fù)載時(shí)可通過階段削減提高效率。當(dāng)PSIB信號(hào)低于0.6V時(shí)，可防止電流從輸出端回流到輸入端，減少傳導(dǎo)功率損耗；若DPRSLPVR信號(hào)為高，還可關(guān)閉通道2，進(jìn)一步優(yōu)化在輕負(fù)載下的效率。

4. 其他特性

• 具備Power Good輸出和自適應(yīng)屏蔽功能，能及時(shí)反饋電源狀態(tài)。
• 采用無損電壓定位技術(shù)，提高電源的穩(wěn)定性。
• 具有雙輸入電源能力，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載共享。
• 可通過電阻編程設(shè)置啟動(dòng)和深度睡眠狀態(tài)下的輸出電壓，以及深度睡眠偏移。
• 可編程固定頻率范圍為210kHz至550kHz，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。
• 具備可調(diào)軟啟動(dòng)電流斜坡、折返輸出電流限制、短路關(guān)斷定時(shí)器和過壓保護(hù)等功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

二、典型應(yīng)用場(chǎng)景

LTC3735適用于多種場(chǎng)景，如移動(dòng)和臺(tái)式計(jì)算機(jī)以及互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器等。在這些設(shè)備中，它能為英特爾移動(dòng)CPU提供高效、穩(wěn)定的電源供應(yīng)，滿足其對(duì)電源的嚴(yán)格要求。

三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 外部組件選擇

• 電感選擇：電感值的選擇與紋波電流要求密切相關(guān)。較高的工作頻率允許使用較小的電感和電容值，但會(huì)降低效率。一般可根據(jù)公式(Delta I{L}=frac{V{OUT }}{fL}left(1-frac{V{OUT }}{V{IN }}right))計(jì)算電感紋波電流，合理設(shè)置紋波電流，如(Delta I{L}=0.4(I{OUT }) / 2)。同時(shí)，要考慮電感的類型，高功率轉(zhuǎn)換器通常采用鐵氧體、鉬坡莫合金或Kool Mμ磁芯，以減少磁芯損耗。
• 電流傳感電阻選擇：(R{SENSE1,2 })根據(jù)所需的峰值輸出電流選擇，LTC3735電流比較器的最大閾值為72mV/RSENSE，輸入共模范圍為SGND到(PVCC)。一般可根據(jù)公式(R{SENSE }=2left(40 mV / I_{MAX}right))計(jì)算。
• 功率MOSFET選擇：每個(gè)輸出階段需要選擇兩個(gè)外部功率MOSFET，即頂部（主）開關(guān)和底部（同步）開關(guān)。選擇時(shí)要考慮“ON”電阻(RDS(ON))、柵極電荷(Q{G})、反向傳輸電容CRSS、擊穿電壓(BVDSS)和最大連續(xù)漏極電流(I{D(MAX)})等參數(shù)。同時(shí)，要根據(jù)輸入和輸出電壓的比例，合理選擇MOSFET的參數(shù)，以降低功率損耗。
• 電容選擇：(C{IN})的選擇要考慮其處理輸入紋波電流的能力，可參考相關(guān)圖表進(jìn)行選擇。(C{OUT })的選擇則要滿足輸出紋波電壓和負(fù)載階躍規(guī)格的要求，可根據(jù)公式(Delta V{OUT } approx Delta I{RIPPLE }left(ESR+frac{1}{16 cdot f cdot C_{OUT }}right))計(jì)算。

2. 頻率編程

LTC3735的開關(guān)頻率由FREQSET引腳的直流電壓決定，范圍為210kHz至550kHz。提高工作頻率會(huì)增加柵極驅(qū)動(dòng)和開關(guān)損耗，降低效率，因此需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。推薦使用電阻分壓器對(duì)FREQSET引腳進(jìn)行有源偏置，以防止噪聲進(jìn)入系統(tǒng)。

3. 輸出電壓設(shè)置

• 啟動(dòng)時(shí)：啟動(dòng)時(shí)，RUN/SS電容開始充電，其電壓限制了輸入電源的浪涌電流，輸出設(shè)定點(diǎn)由連接到RBOOT引腳的電阻值決定。在滿足輸出電壓上升并調(diào)節(jié)以及MCH_PG信號(hào)斷言這兩個(gè)條件后的15個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，VID命令被忽略，之后輸出電壓由VID位完全控制。
• 深度睡眠和更深睡眠狀態(tài)：在深度睡眠狀態(tài)下，VID命令和STP_CPUB信號(hào)被忽略，輸出設(shè)定點(diǎn)由RDPRSLP引腳和RDPSLP引腳的電阻并聯(lián)值決定。在更深睡眠狀態(tài)下，輸出電壓由DPRSLPVR輸入控制，可通過不同的R6電阻進(jìn)行編程。

4. 保護(hù)功能

• 過壓保護(hù)：過壓比較器OV可防止輸出出現(xiàn)瞬態(tài)過沖（>10%）以及其他可能導(dǎo)致輸出過壓的情況。當(dāng)出現(xiàn)過壓時(shí)，頂部MOSFET關(guān)閉，底部MOSFET打開，直到過壓條件消除。
• 短路檢測(cè)：RUN/SS電容最初用于限制輸入電源的浪涌電流，之后可作為短路超時(shí)電路。當(dāng)輸出電壓降至其標(biāo)稱輸出電壓的70%以下時(shí)，RUN/SS電容開始放電，若該情況持續(xù)足夠長的時(shí)間，控制器將關(guān)閉，直到RUN/SS引腳電壓重置。可通過向RUN/SS引腳提供大于5μA的電流來覆蓋內(nèi)置的鎖存功能。

5. PCB布局要點(diǎn)

• 信號(hào)和電源地要分開，將SGND置于PCB的一端，防止MOSFET電流在IC下方流動(dòng)。
• (PVCC)去耦電容應(yīng)緊鄰(PVCC)和PGND引腳連接，以減少驅(qū)動(dòng)功率MOSFET時(shí)大電流脈沖的不良影響。
• (SENSE ^{-})和(SENSE ^{+})引線應(yīng)一起布線，濾波電容應(yīng)盡可能靠近LTC3735，確保電流傳感的準(zhǔn)確性。
• (C_{IN})的正極板應(yīng)盡可能靠近頂部MOSFET的漏極連接，將輸入電容、頂部和底部MOSFET以及肖特基二極管形成的輸入電流路徑保持在PCB的同一側(cè)，形成緊密回路，以減少傳導(dǎo)和輻射EMI。
• 應(yīng)將“嘈雜”的節(jié)點(diǎn)（如SW、BOOST、TG和BG）遠(yuǎn)離敏感的小信號(hào)節(jié)點(diǎn)，理想情況下，開關(guān)節(jié)點(diǎn)應(yīng)放置在離LTC3735最遠(yuǎn)的位置。

四、效率考慮

開關(guān)調(diào)節(jié)器的效率等于輸出功率除以輸入功率乘以100%。LTC3735電路中的主要損耗源包括(I^{2} R)損耗、頂部MOSFET過渡損耗、(PVCC)電源電流和(C{IN})損耗。通過合理選擇組件參數(shù)，如降低MOSFET的(RDS(ON))、減少柵極電荷(Q{G})和反向傳輸電容CRSS等，可以提高效率。

五、相關(guān)產(chǎn)品對(duì)比

Linear Technology還提供了一系列相關(guān)的DC/DC控制器，如LTC3816、LTC3732、LTC3734等。這些產(chǎn)品在輸出電壓范圍、相數(shù)、VID位數(shù)等方面有所不同，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。

總之，LTC3735是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的DC/DC控制器，在英特爾移動(dòng)CPU的電源設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)過程中，需要綜合考慮各個(gè)方面的因素，合理選擇外部組件，優(yōu)化PCB布局，以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源供應(yīng)。你在使用LTC3735進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。