有源電壓定位可節(jié)省便攜式計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的輸出電容器

有源電壓定位是一種技術(shù)，可用于通過減少滿足微處理器電源要求所需的輸出電容器數(shù)量來節(jié)省成本和空間。總系統(tǒng)成本和所需的PCB空間是當(dāng)今便攜式設(shè)備設(shè)計(jì)的重要方面，因此減少大型、昂貴的輸出電容器的數(shù)量值得付出一些努力。LTC1735 / LTC1736 電流模式開關(guān)穩(wěn)壓控制器和 LTC1703 / LTC3 電壓模式控制器均可利用有源電壓定位。

微處理器負(fù)載步驟

微處理器經(jīng)常將其負(fù)載電流要求從幾乎無負(fù)載更改為最大負(fù)載電流，然后再非?？焖俚胤祷?。這些負(fù)載電流階躍的上升沿和后沿超過了開關(guān)穩(wěn)壓器控制環(huán)路的帶寬。目前，典型負(fù)載階躍為0ns內(nèi)2.12A至100A或12ns內(nèi)0A至2.100A。盡管有這些負(fù)載階躍，微處理器的核心電壓必須保持在標(biāo)稱電壓的±0.1V左右。

由于開關(guān)穩(wěn)壓器控制環(huán)路無法在100ns內(nèi)響應(yīng)，因此當(dāng)輸出電流迅速增加時(shí)，輸出電容必須臨時(shí)提供負(fù)載電流。此外，當(dāng)輸出電流迅速下降時(shí)，輸出電容器必須吸收存儲(chǔ)在電感器中的能量。電容ESR和ESL主要決定由負(fù)載電流階躍引起的輸出電壓下降和過沖量。通常，需要多個(gè)并聯(lián)電容器來滿足微處理器負(fù)載瞬態(tài)要求。

有源電壓定位的工作原理

有源電壓定位是放松管制的一種形式。它將輸出電壓設(shè)置為輕負(fù)載的高電平和重負(fù)載的低輸出電壓。在低電流到高電流轉(zhuǎn)換中，輸出電壓從高于標(biāo)稱電壓開始，因此輸出電壓可以下降更多，但仍滿足最小輸出電壓規(guī)格。通過在重負(fù)載條件下將輸出電壓設(shè)置為低于標(biāo)稱值，當(dāng)負(fù)載電流突然降低到幾乎為零時(shí)，輸出電壓變化可能更大。由于輸出電容允許更多的輸出電壓變化，因此需要更少的輸出電容。

有源電壓定位的實(shí)施取決于開關(guān)穩(wěn)壓器中使用的 OPTI-LOOP 誤差放大器的類型。利用 LTC1736，將兩個(gè)電阻器連接至 I千PIN以與負(fù)載電流成反比的方式調(diào)節(jié)輸出電壓。這種技術(shù)僅適用于電流模式控制穩(wěn)壓器。LTC1703 提供了不同的技術(shù);這些器件也可在 LTC1736 上使用，稍后將討論。

具有有源電壓定位功能的 LTC1736 電路

通過有源電壓定位降低輸出電容需要將兩個(gè)電阻連接到I。千引腳并重新調(diào)整環(huán)路補(bǔ)償元件值。圖1所示為內(nèi)核穩(wěn)壓器電路，設(shè)計(jì)工作在7.5V至24V輸入電壓，在7.5V至0.9V范圍內(nèi)為VID控制的輸出電壓提供±2.0%的精度，負(fù)載電流階躍為0.2A至12A。 雖然7.5%的輸出電壓精度聽起來不是很令人印象深刻，但7.5V的1.4%只有105mV，包括設(shè)定點(diǎn)精度以及負(fù)載和線路調(diào)整率。 以及對 12A 負(fù)載階躍的瞬態(tài)響應(yīng)裕量。

圖1.基于 LTC1736 的內(nèi)核穩(wěn)壓器，具有有源電壓定位功能。

圖1中的電路為電流模式、同步降壓穩(wěn)壓器，開關(guān)頻率為300kHz。標(biāo)稱輸出電壓由標(biāo)準(zhǔn)英特爾移動(dòng)式 VID 代碼選擇。實(shí)際輸出電壓隨負(fù)載電流的變化而變化。該電路的空載輸出電壓高于標(biāo)稱值，因?yàn)镽3提供的電流在跨導(dǎo)誤差放大器的輸入端產(chǎn)生正偏移。饋入R4的誤差放大器電流產(chǎn)生負(fù)輸入失調(diào)電壓。這種負(fù)失調(diào)導(dǎo)致輸出電壓在滿載條件下小于標(biāo)稱值。

誤差放大器輸入端的強(qiáng)制失調(diào)應(yīng)限制在±30mV。如果在滿載時(shí)需要較低的輸出電壓，則可以通過連接V從調(diào)節(jié)輸出電壓中減去電流檢測電阻兩端的壓降奧森引腳連接到檢測電阻的電感側(cè)，如圖1所示。圖2顯示了圖50電路的100V輸入和12.1V輸出的6mV和–1mV瞬態(tài)波形。7.5% 的輸出電壓容差允許 ±120mV 的變化。

圖2.12A負(fù)載電流階躍的瞬態(tài)響應(yīng)。

具有有源電壓定位功能的 LTC1703 電路

圖 3 和圖 4 示出了在 LTC1703 電路上實(shí)現(xiàn)有源電壓定位的兩種方法。在圖3中，通過在電源路徑中增加一個(gè)2.5mW電阻（R18）來設(shè)置電壓解除調(diào)節(jié)。滿載時(shí)，輸出電壓將小于標(biāo)稱值I滿載? 0.0025.為了在零負(fù)載下設(shè)置高于標(biāo)稱值的輸出電壓，在FB390引腳和地之間增加了一個(gè)20k電阻R1。輸出電壓超過標(biāo)稱值的直流值可通過以下公式計(jì)算：

圖3.基于 LTC1703 的穩(wěn)壓器，具有利用一個(gè)檢測電阻器實(shí)現(xiàn)的有源電壓定位。

圖4.基于 LTC1703 的穩(wěn)壓器，具有利用電感器的 DC 電阻實(shí)現(xiàn)的有源電壓定位。

在圖4中，電壓解除調(diào)節(jié)由功率電感器的直流電阻設(shè)定，約為2.5mW。LTC1703 上的 SENSE 引腳連接在 R20 （150W） 和 C24 （1mF） 之間。R20和C24連接在電感L2上，用作低通濾波器，時(shí)間常數(shù)為150ms。同樣，在FB390引腳和地之間增加了一個(gè)21k電阻R1。圖 5 顯示了圖 1703 和圖 3 中 LTC4 電路在采用 0 個(gè) 14mF Poscap 電容器時(shí)采用 150A–<>A 瞬態(tài)負(fù)載階躍時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng)。

圖5.LTC1703 V輸出中央處理器具有有源電壓定位的瞬態(tài)響應(yīng)。

結(jié)論

有源電壓定位允許在負(fù)載瞬態(tài)期間發(fā)生更大的輸出電壓變化，因此需要的輸出電容器更少。更少的電容器導(dǎo)致更小、更便宜的穩(wěn)壓器。

審核編輯：郭婷