LTC3735：英特爾移動CPU的高效2相DC/DC控制器

在電子設計領域，電源管理是至關重要的一環。對于英特爾移動CPU的電源供應，Linear Technology的LTC3735 2相DC/DC控制器是一個值得關注的解決方案。今天，我們就來深入探討一下這款控制器的特點、應用以及設計要點。

文件下載：LTC3735EG#TRPBF.pdf

一、LTC3735的主要特性

1. 輸出階段反相操作

LTC3735的兩個輸出階段以180度反相運行，這種設計能有效降低輸入和輸出電容中的RMS紋波電流，同時將表觀開關頻率提高一倍，改善瞬態響應，并且通過逐周期電流共享簡化了熱設計。

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CPU提供穩定的電源。其6位IMVP - IV VID代碼可使輸出電壓在0.7V至1.708V之間靈活調整。

3. 節能模式與階段削減

支持英特爾兼容的節能模式（PSIB），在輕負載時可通過階段削減提高效率。當PSIB信號低于0.6V時，可防止電流從輸出端回流到輸入端，減少傳導功率損耗；若DPRSLPVR信號為高，還可關閉通道2，進一步優化在輕負載下的效率。

4. 其他特性

• 具備Power Good輸出和自適應屏蔽功能，能及時反饋電源狀態。
• 采用無損電壓定位技術，提高電源的穩定性。
• 具有雙輸入電源能力，可實現負載共享。
• 可通過電阻編程設置啟動和深度睡眠狀態下的輸出電壓，以及深度睡眠偏移。
• 可編程固定頻率范圍為210kHz至550kHz，可根據實際需求進行調整。
• 具備可調軟啟動電流斜坡、折返輸出電流限制、短路關斷定時器和過壓保護等功能，增強了系統的可靠性。

二、典型應用場景

LTC3735適用于多種場景，如移動和臺式計算機以及互聯網服務器等。在這些設備中，它能為英特爾移動CPU提供高效、穩定的電源供應，滿足其對電源的嚴格要求。

三、設計要點

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。較高的工作頻率允許使用較小的電感和電容值，但會降低效率。一般可根據公式(Delta I{L}=frac{V{OUT }}{fL}left(1-frac{V{OUT }}{V{IN }}right))計算電感紋波電流，合理設置紋波電流，如(Delta I{L}=0.4(I{OUT }) / 2)。同時，要考慮電感的類型，高功率轉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)。一般可根據公式(R{SENSE }=2left(40 mV / I_{MAX}right))計算。
• 功率MOSFET選擇：每個輸出階段需要選擇兩個外部功率MOSFET，即頂部（主）開關和底部（同步）開關。選擇時要考慮“ON”電阻(RDS(ON))、柵極電荷(Q{G})、反向傳輸電容CRSS、擊穿電壓(BVDSS)和最大連續漏極電流(I{D(MAX)})等參數。同時，要根據輸入和輸出電壓的比例，合理選擇MOSFET的參數，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，可參考相關圖表進行選擇。(C{OUT })的選擇則要滿足輸出紋波電壓和負載階躍規格的要求，可根據公式(Delta V{OUT } approx Delta I{RIPPLE }left(ESR+frac{1}{16 cdot f cdot C_{OUT }}right))計算。

2. 頻率編程

LTC3735的開關頻率由FREQSET引腳的直流電壓決定，范圍為210kHz至550kHz。提高工作頻率會增加柵極驅動和開關損耗，降低效率，因此需要根據實際情況進行選擇。推薦使用電阻分壓器對FREQSET引腳進行有源偏置，以防止噪聲進入系統。

3. 輸出電壓設置

• 啟動時：啟動時，RUN/SS電容開始充電，其電壓限制了輸入電源的浪涌電流，輸出設定點由連接到RBOOT引腳的電阻值決定。在滿足輸出電壓上升并調節以及MCH_PG信號斷言這兩個條件后的15個開關周期內，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：在深度睡眠狀態下，VID命令和STP_CPUB信號被忽略，輸出設定點由RDPRSLP引腳和RDPSLP引腳的電阻并聯值決定。在更深睡眠狀態下，輸出電壓由DPRSLPVR輸入控制，可通過不同的R6電阻進行編程。

4. 保護功能

• 過壓保護：過壓比較器OV可防止輸出出現瞬態過沖（>10%）以及其他可能導致輸出過壓的情況。當出現過壓時，頂部MOSFET關閉，底部MOSFET打開，直到過壓條件消除。
• 短路檢測：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電路。當輸出電壓降至其標稱輸出電壓的70%以下時，RUN/SS電容開始放電，若該情況持續足夠長的時間，控制器將關閉，直到RUN/SS引腳電壓重置。可通過向RUN/SS引腳提供大于5μA的電流來覆蓋內置的鎖存功能。

5. PCB布局要點

• 信號和電源地要分開，將SGND置于PCB的一端，防止MOSFET電流在IC下方流動。
• (PVCC)去耦電容應緊鄰(PVCC)和PGND引腳連接，以減少驅動功率MOSFET時大電流脈沖的不良影響。
• (SENSE ^{-})和(SENSE ^{+})引線應一起布線，濾波電容應盡可能靠近LTC3735，確保電流傳感的準確性。
• (C_{IN})的正極板應盡可能靠近頂部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，形成緊密回路，以減少傳導和輻射EMI。
• 應將“嘈雜”的節點（如SW、BOOST、TG和BG）遠離敏感的小信號節點，理想情況下，開關節點應放置在離LTC3735最遠的位置。

四、效率考慮

開關調節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，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、相關產品對比

Linear Technology還提供了一系列相關的DC/DC控制器，如LTC3816、LTC3732、LTC3734等。這些產品在輸出電壓范圍、相數、VID位數等方面有所不同，設計師可以根據具體需求進行選擇。

總之，LTC3735是一款功能強大、性能優越的DC/DC控制器，在英特爾移動CPU的電源設計中具有廣泛的應用前景。在設計過程中，需要綜合考慮各個方面的因素，合理選擇外部組件，優化PCB布局，以實現高效、穩定的電源供應。你在使用LTC3735進行設計時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。