當今的微處理器 （μP） 需要比前幾代產品更低的電壓和更高的精度電源軌。此外，現代μP具有啟動/停止時鐘操作，需要對負載瞬變做出快速響應。所有這些μP要求都可以通過高度集成的電源IC來滿足，這些IC在小型PC板上提供微型元件電路。

由于這些發展，早期相對簡單的5V/12V電源已經轉變為一個電源系統，可以產生多個高精度和高效率的低壓輸出。此類系統還必須快速響應負載電流的變化。例如，奔騰 Pro μP 可以產生 0.5A 至 10A 負載電流階躍，要求電源在 350ns 內以 30A/μs 的速度做出響應。

臺式機和筆記本電腦需要幾種不同的低電平電源電壓來操作其內部存儲器、邏輯和磁盤驅動器電路。在大多數情況下，這些計算機采用 5V、3.3V 和 2.XV 的組合。此任務的兩個關鍵要求是高效DC-DC轉換器和同步整流器。

開關模式電源中的同步整流器由肖特基二極管兩端的低電阻導通路徑組成，目的是提高功率轉換效率。MOSFET通常提供這種低電阻路徑，但雙極晶體管和其他半導體開關也適用。開關模式整流器兩端的正向壓降會降低效率，與V成正比在/在外率。由于標準電源電壓反復向下修正，壓降已變為V的越來越大的比例外，產生效率損失，需要密切關注整流器設計。

以下討論將開發一個完整的電源設計，以滿足奔騰 Pro 的精度和快速瞬態響應規范。它僅占用 3.1“ × 1.5” 的電路板面積。第二個更高電流的電路板提供高達 15A 的輸出電流，并提供中等或高精度輸出電壓選項。還介紹了用于端接 Gunning 收發器邏輯 （GTL） 總線以及與奔騰 Pro 等處理器相關的其他高速總線的 1.5V 電源設計。

為了滿足英特爾的奔騰Pro電源要求，Maxim設計了一個插入式電源模塊，該模塊帶有一個標準連接器，可插入主板上的配對插座。該DC-DC轉換器模塊基于MAX797 BiCMOS控制器U1（見圖1頂部和圖2）。U1 配置為固定頻率 PWM 模式，采用同步整流器 （N2） 工作，可在低輸出電壓下提高效率。

圖1.用于奔騰Pro微處理器系統的電源模塊（頂部）和用于Gunning收發器邏輯的總線端接電源（底部）均依賴于MAX797降壓PWM控制器。

圖2.該電源電路在 2.1A 電流下產生 3.5V 至 11.2V，用于奔騰 Pro 微處理器系統。

該模塊通過 J1 連接器引腳接受 4.5V 至 6V 的輸入電壓和來自奔騰 Pro 的 4 位配置代碼（引腳 Vid0-Vid3）。該代碼將模塊的輸出電壓調整為μP在其電源引腳上所需的輸出電壓。每個位為5V（邏輯1）或地（邏輯0）。結果是16個可用代碼，以100mV的增量設置輸出電壓，范圍為2.1V至3.5V。

為了最大限度地降低成本，通常用于輸出電壓調節的單個D/A轉換器已被一條電阻分壓器和兩個MAX4051（或CD4051）8-1多路復用器所取代。U1 的固定 2.5V 基準使電路能夠將輸出電平調節到 2.5V 以下。R6和R7對該電壓進行分壓，并將其饋送到由U2A、C14、C23和R36組成的積分器。該電壓從2.5V降至2.1V，與直接耦合的反饋信號相加（以確保對瞬變的快速響應），并饋送到U1的FB端子上的主高速比較器。U2的另一半運算放大器U2B產生漏極開路電源良好信號（PWRGD），只要輸出電壓超出容差，該信號就會變低。

上電期間，二極管D5（U2A引腳6和7之間）限制輸出過沖，電容C10（U1，引腳1）降低輸入浪涌電流。內部軟啟動電路在關斷期間保持 C10 放電至地 （OUTEN = 0V）。當 OUTEN 變為高電平時，C10 由一個內部 4μA 電流源充電，主輸出電容器 C外，根據其值緩慢充電。最大電流限值在5ms內達到。

D2 和 D3 在連續短路期間保護轉換器。輸入電容（C在） 有助于將負載瞬變與主輸入去耦，并滿足輸入紋波要求，該要求約為輸出電流的一半。C外提供大容量電容和低 ESR。對于0.2A至11.2A（模塊的最大輸出電流）的負載階躍，輸出瞬態典型值為±50mV，輸出紋波典型值為15mV。

圖2所示的控制器IC （MAX797）也適用于效率、電路板空間和輸出電壓精度至關重要的更高功率5V降壓應用。其中一個電路是圖3所示的同步降壓DC-DC轉換器。該器件設計采用最少數量的小型外部元件工作，具有 300kHz 開關頻率、15A （或 20A） 最大輸出電流和 2V 至 3.5V 輸出范圍。低成本、高擺率、n 溝道開關 MOSFET（N1 和 N2）在高 I 下提供超過 90% 的效率（無散熱器）外.

圖3.這個高I-I外電路可以提供15A或20A的最大輸出電流（見文字）。

該 IC 為可承受 ±4% 輸出電壓精度的應用提供固定輸出連接。如圖所示連接FB端子（引腳7）可提供2.5V、3.3V或5.0V輸出。為了獲得更高的精度，您可以添加一個具有軌到軌輸出能力（U2）的運算放大器，通過比較V的縮放版本來控制FB。外使用控制器的基準電壓。電阻R9和R10然后設置輸出電平：V外= 2.5 （1 + R10 / R9）。任一反饋配置均使電路板能夠提供 V 電壓抄送用于多個微處理器。

U1 提供出色的線路和負載調整率，具有微功耗停機功能，可將靜態電流降至最大 3μA。它還包括軟啟動電路，通過逐漸增加內部電流限值來限制啟動時的輸入浪涌電流。軟啟動使輸出電容充電相對較慢。在這種情況下，0.01μF軟啟動電容（C18）允許輸出電流在10ms內達到其最大限值。表1列出了使圖3電路能夠在2A或5A時產生15.20V電壓的元件選擇。

新的微處理器不僅需要更低的電壓軌;它們還需要用于下一代計算機的高速、低壓總線。這些總線（例如GTL、Futurebus和Rambus）需要低電壓端接來降低信號電壓擺幅。其他總線，如中心端接收發器邏輯 （CTT） 和高速收發器邏輯 （HSTL），具有中心端接，需要端接電源同時提供灌電流和源電流。

因此，總線端接電源必須為 GTL 總線產生 1.5V 電壓，為 CTT 或 HSTL 總線產生 0.75V 電壓，并且能夠向終端電阻吸收和拉出電流。圖1電路提供5.5V/4A電流，MAX797控制器采用同步整流工作，實現高效率，滿足這些要求（圖5）。該電路在低電壓下的灌電流能力由同步開關N2和允許電感電流反轉的電路拓撲的組合提供。（請參閱圖 1 照片的底部。

圖4.一個精確的1.5V降壓型轉換器為GTL數據總線中的終端電阻供電。

圖5.低V外圖1所示的（5.5V）GTL總線電源為1A至2A的負載電流提供了最大效率。

將/SKIP邏輯輸入拉高可實現電感電流的連續導通模式，并允許該電流從輸出流回電感和N2開關到地。通過將R1從5.0kΩ更改為75kΩ，可以輕松地將輸出電壓從5.66V更改為5.232V。與奔騰 Pro 電源一樣，該電路通過對內部 2.5V 基準（引腳 2）進行分壓、對結果進行積分并將其與直接耦合的反饋信號相結合，實現低于 5.3V 的穩壓輸出。

輸出灌電流不會像在類似的線性設計中那樣直接流向地。相反，該電路的同步降壓拓撲反向工作，成為升壓拓撲，使灌電流構成回5V輸入電源的凈正流。

審核編輯：郭婷