筆記本電腦對計算能力的需求不斷增長，顯著提高了CPU時鐘頻率和電源電流。同時，隨著CPU遷移到更精細的線寬工藝，電源電壓迅速降低。當CPU時鐘頻率超過1GHz時，內核電源電流首次超過20A，最小電源電壓降至1V以下。大多數即將推出的移動CPU要求內核電源電流高達25A。在某些情況下，電源電流可能超過30A。英特爾移動式電壓定位 （IMVP） 規范已頒布，以應對這些新的移動式處理器電源要求。

凌力爾特的新型 LTC3714 和 LTC3716 控制器專為符合 IMVP 規范而設計。LTC3714 是一個恒定的導通時間，無 R意義?，電流模式控制器，用于面向移動的便攜式計算機應用。LTC?3716 是一款雙相電流模式控制器，專為面向性能的便攜式計算機應用而設計。

IMVP2 規格除了 5 個 VID 位外，還需要三個數字信號來命令不同的操作模式：電池優化模式 （BOM）、性能優化模式 （POM）、深度睡眠模式 （DPSLP） 和深度睡眠模式 （DPRSLP）。在BOM，DPSLP和DPRSLP模式下，輸出電壓降低以節省電池能量。IMVP還要求采用電壓定位技術，以最大限度地減少輸出電容的數量，同時在大而快速的負載瞬變期間保持嚴格的輸出調節。LTC3714 和 LTC3716 均可實施有源電壓定位技術 （AVP），而不會像采用傳統的無源下垂技術那樣遭受額外的功率損耗。

單相與雙相

傳統的單相解決方案使用單個同步降壓電路將高壓電池或適配器輸入（高達21V）轉換為低壓（0.7V–1.8V）CPU內核電源。該解決方案依賴于并聯多個MOSFET，并使用笨重的電感器來提供所需的高電流。然而，當向電路輸入高電壓時，大多數單相MOSFET驅動器的強度不足以有效地驅動多個并聯的高電流MOSFET，而不會產生dV/dt擊穿問題。由此產生的 MOSFET 中功率損耗過大，會增加 CPU 附近的熱應力，并縮短電池運行時間。更重要的是，頻繁的dV/dt擊穿會導致MOSFET的災難性故障。如果頂部MOSFET因漏極短路至源極而失效，則高輸入電壓將直接施加到CPU，從而破壞系統。

使用較高的開關頻率可提高負載瞬態響應速度，但也會產生較低的效率，并對電源施加更高的熱應力。單相電路中的最大輸入紋波電流約為輸出負載電流的30%–50%。當輸出電流為25A時，核心電源的輸入紋波電流約為8A有效值.所需的大輸入電容增加了電源的尺寸和成本。如果未正確濾波，該紋波電流將縮短電池運行時間。此外，高電流（25A）電感的物理高度變得大得令人無法接受，需要額外的低ESR輸出電容來處理負載電流階躍。靠近電感焊盤的PCB走線中的電流擁擠會引起可靠性問題。因此，單相解決方案不僅效率低下且體積龐大，而且會導致長期的可靠性問題。基于目前的功率組件技術，如果CPU電源電流超過20A，單相解決方案是不可行的。在此應用中，兩相配置是更好的替代方案。

雙相架構并聯兩個同步降壓級，以提供單個高電流輸出。兩個降壓級的時鐘錯相交錯180度，導致電源輸入和輸出端子上的紋波電流消除。由此產生的輸入紋波電流降低顯著減小了輸入電容尺寸并延長了電池壽命。此外，由于輸出紋波電流消除，可以使用較低值的電感器。這兩個較小的電感器在負載瞬變期間有效地并聯。因此，在不增加開關頻率的情況下實現了更快的負載瞬態響應和電流壓擺率。這有助于獲得高功率轉換效率，以最大限度地延長電池運行時間并減少CPU附近的熱應力。由于電流在兩個相同的通道之間平均分配，熱量均勻分布，并增強了PCB的長期可靠性。由于每個電感器僅承載總電流的一半，因此每個電感器的高度要求顯著降低。通過適當的設計優化，兩相架構可以實現更高的效率、更低的外形和更低成本的解決方案。

LTC3714 單相 IMVP 解決方案

LTC3714 專為為面向移動性的筆記本電腦 CPU 供電而設計。LTC3714 的恒定導通時間架構及其 4V 至 36V 的寬輸入電壓范圍允許從電池電源到處理器內核電壓的一步穩壓。其高達 1MHz 的可編程頻率還允許設計人員選擇更小的電感器和電容器來實現高頻操作。對于高功率操作，可以對較低的頻率進行編程，從而提高效率并減少MOSFET散熱。真電流模式檢測可確保在每個周期內控制電流，從而實現出色的線路和負載調整率。內部功率 MOSFET 驅動器能夠高效地并聯驅動三個功率 MOSFET，從而節省單獨 MOSFET 驅動器 IC 的成本和空間。

LTC3714 還具有許多特性，例如內部折返電流限制、輸出過壓比較器、軟起動和一個任選的短路停機定時器。50 個 VID 輸入位在 25.0V 至 6.1V 范圍內以 75mV 或 <>mV 步長對輸出進行編程。

圖 1 顯示了使用 LTC3714 針對高達 20A 的 CPU 電流的完整原理圖。該設計僅使用 8 個 SO-7811 FET （IRF4A）、1 個扁平電感器和 3 個輸出端 SP 電容。小信號晶體管 Q5–Q3714 和 Q4 與 LTC6 的內部運放配合使用，以實現不同的節能選項。Q100和Q2用于濾除模式轉換期間短于80μs的毛刺。圖2顯示了效率和負載瞬態響應的測試結果。在 21A 至 1A 的負載范圍內，輸出為 40.100V，效率保持在 <>% 以上。由于采用AVP，輸出電壓變化小于<>mVP-P當負載電流在 8A 和 23A 之間步進時。

圖1.LTC3714 IMVP 解決方案。

圖 2a.圖1電路的效率與負載電流的關系。

圖 2b.圖1電路的負載瞬態響應波形。

LTC3716 雙相 IMVP 解決方案

LTC3716 專為需要 20A 至 40A CPU 電流的基于性能的 IMVP 應用而設計。該器件采用小型、扁平、窄 SSOP 36 引腳封裝。每個控制器可以驅動兩個同步降壓電路180度異相。采用真正的峰值電流模式控制，以確保并聯降壓級之間的良好均流?？刂破髦屑闪怂膫€高電流 N-MOSFET 驅動器，以最大限度地減小電源的整體尺寸。防擊穿電路可防止頂部和底部 FET 同時導通。LTC3716 還提供了一系列豐富的功能，例如一個 PGOOD 信號、軟起動、過壓保護、折返電流限制和可禁用的過流閉鎖。該器件具有不連續導通和突發模式?輕負載操作，以最大限度地減少 CPU 處于休眠模式時的功率損耗。這些特性使該設備對移動計算應用特別有吸引力。

圖3顯示了25A雙相移動CPU內核電源的完整原理圖。僅采用 8 個 IC、7811 個纖巧型 SO-1 MOSFET （IRF82A） 和 15 個 1μH 扁平表面貼裝電感器，40V 輸入和 25.80V/2A 輸出的效率約為 25%。在 12A 至 14A 的負載范圍內可保持超過 16% 的效率。Q<>–Q<> 和 Q<> 與內部運算放大器配合使用，以選擇不同的節能選項。

圖3.LTC3716 IMVP 解決方案。

圖4a和4b分別顯示了圖3電路的實測效率和負載瞬態響應。該電路只需三個SP電容，即可滿足2A負載階躍的IMVP15輸出調節規范：當負載電流從1A變為383A時，輸出電壓從1.273V變為8.23V。

圖 4a.圖3電路的效率與負載電流的關系

圖 4b.圖3電路的負載瞬態響應波形。

表1比較了單相和雙相設計在20V輸入和1.6V、25A輸出下的關鍵性能。雙相技術可節省兩個輸出電容（270μF/2V，SP 電容）和兩個輸入電容（10μF/35V，Y5V）。在相同數量的 MOSFET （IRF7811A） 和相同的開關頻率下，雙相解決方案可實現更高的效率。雙相電路的高效率與更均勻的電流分布相結合，大大降低了MOSFET和電感器的溫升。

結論

新的 IMVP 規范要求采用電源設計，以最大限度地減少不同操作模式下的功率損耗。基于 LTC3714 和 LTC3716 的解決方案能夠以最小的成本增加滿足規格要求。LTC3714 適合于面向移動性的筆記本電腦，而 LTC3716 則為基于性能的筆記本電腦提供了最佳電源解決方案，因為它同時實現了高效率、小尺寸和低解決方案成本。與傳統的單相解決方案相比，雙相解決方案減少了輸入和輸出電容，最大限度地減少了功率損耗，增加了電池運行時間，并提高了PCB的長期可靠性。由于CPU電流要求不斷提高，雙相解決方案將滿足未來幾代移動CPU的功率要求。此外，采用雙相解決方案將減少在未來三到四年內重新設計更高頻率CPU電源的可能性。

審核編輯：郭婷