LTC3735：英特尔移动CPU的高效2相DC/DC控制器

在电子设计领域，电源管理是至关重要的一环。对于英特尔移动CPU的电源供应，Linear Technology的LTC3735 2相DC/DC控制器是一个值得关注的解决方案。今天，我们就来深入探讨一下这款控制器的特点、应用以及设计要点。

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一、LTC3735的主要特性

1. 输出阶段反相操作

LTC3735的两个输出阶段以180度反相运行，这种设计能有效降低输入和输出电容中的RMS纹波电流，同时将表观开关频率提高一倍，改善瞬态响应，并且通过逐周期电流共享简化了热设计。

2. 高精度输出电压

具备±1%的输出电压精度，能为英特尔移动CPU提供稳定的电源。其6位IMVP - IV VID代码可使输出电压在0.7V至1.708V之间灵活调整。

3. 节能模式与阶段削减

支持英特尔兼容的节能模式（PSIB），在轻负载时可通过阶段削减提高效率。当PSIB信号低于0.6V时，可防止电流从输出端回流到输入端，减少传导功率损耗；若DPRSLPVR信号为高，还可关闭通道2，进一步优化在轻负载下的效率。

4. 其他特性

• 具备Power Good输出和自适应屏蔽功能，能及时反馈电源状态。
• 采用无损电压定位技术，提高电源的稳定性。
• 具有双输入电源能力，可实现负载共享。
• 可通过电阻编程设置启动和深度睡眠状态下的输出电压，以及深度睡眠偏移。
• 可编程固定频率范围为210kHz至550kHz，可根据实际需求进行调整。
• 具备可调软启动电流斜坡、折返输出电流限制、短路关断定时器和过压保护等功能，增强了系统的可靠性。

二、典型应用场景

LTC3735适用于多种场景，如移动和台式计算机以及互联网服务器等。在这些设备中，它能为英特尔移动CPU提供高效、稳定的电源供应，满足其对电源的严格要求。

三、设计要点

1. 外部组件选择

• 电感选择：电感值的选择与纹波电流要求密切相关。较高的工作频率允许使用较小的电感和电容值，但会降低效率。一般可根据公式(Delta I{L}=frac{V{OUT }}{fL}left(1-frac{V{OUT }}{V{IN }}right))计算电感纹波电流，合理设置纹波电流，如(Delta I{L}=0.4(I{OUT }) / 2)。同时，要考虑电感的类型，高功率转换器通常采用铁氧体、钼坡莫合金或Kool Mµ磁芯，以减少磁芯损耗。
• 电流传感电阻选择：(R{SENSE1,2 })根据所需的峰值输出电流选择，LTC3735电流比较器的最大阈值为72mV/RSENSE，输入共模范围为SGND到(PVCC)。一般可根据公式(R{SENSE }=2left(40 mV / I_{MAX}right))计算。
• 功率MOSFET选择：每个输出阶段需要选择两个外部功率MOSFET，即顶部（主）开关和底部（同步）开关。选择时要考虑“ON”电阻(RDS(ON))、栅极电荷(Q{G})、反向传输电容CRSS、击穿电压(BVDSS)和最大连续漏极电流(I{D(MAX)})等参数。同时，要根据输入和输出电压的比例，合理选择MOSFET的参数，以降低功率损耗。
• 电容选择：(C{IN})的选择要考虑其处理输入纹波电流的能力，可参考相关图表进行选择。(C{OUT })的选择则要满足输出纹波电压和负载阶跃规格的要求，可根据公式(Delta V{OUT } approx Delta I{RIPPLE }left(ESR+frac{1}{16 cdot f cdot C_{OUT }}right))计算。

2. 频率编程

LTC3735的开关频率由FREQSET引脚的直流电压决定，范围为210kHz至550kHz。提高工作频率会增加栅极驱动和开关损耗，降低效率，因此需要根据实际情况进行选择。推荐使用电阻分压器对FREQSET引脚进行有源偏置，以防止噪声进入系统。

3. 输出电压设置

• 启动时：启动时，RUN/SS电容开始充电，其电压限制了输入电源的浪涌电流，输出设定点由连接到RBOOT引脚的电阻值决定。在满足输出电压上升并调节以及MCH_PG信号断言这两个条件后的15个开关周期内，VID命令被忽略，之后输出电压由VID位完全控制。
• 深度睡眠和更深睡眠状态：在深度睡眠状态下，VID命令和STP_CPUB信号被忽略，输出设定点由RDPRSLP引脚和RDPSLP引脚的电阻并联值决定。在更深睡眠状态下，输出电压由DPRSLPVR输入控制，可通过不同的R6电阻进行编程。

4. 保护功能

• 过压保护：过压比较器OV可防止输出出现瞬态过冲（>10%）以及其他可能导致输出过压的情况。当出现过压时，顶部MOSFET关闭，底部MOSFET打开，直到过压条件消除。
• 短路检测：RUN/SS电容最初用于限制输入电源的浪涌电流，之后可作为短路超时电路。当输出电压降至其标称输出电压的70%以下时，RUN/SS电容开始放电，若该情况持续足够长的时间，控制器将关闭，直到RUN/SS引脚电压重置。可通过向RUN/SS引脚提供大于5µA的电流来覆盖内置的锁存功能。

5. PCB布局要点

• 信号和电源地要分开，将SGND置于PCB的一端，防止MOSFET电流在IC下方流动。
• (PVCC)去耦电容应紧邻(PVCC)和PGND引脚连接，以减少驱动功率MOSFET时大电流脉冲的不良影响。
• (SENSE ^{-})和(SENSE ^{+})引线应一起布线，滤波电容应尽可能靠近LTC3735，确保电流传感的准确性。
• (C_{IN})的正极板应尽可能靠近顶部MOSFET的漏极连接，将输入电容、顶部和底部MOSFET以及肖特基二极管形成的输入电流路径保持在PCB的同一侧，形成紧密回路，以减少传导和辐射EMI。
• 应将“嘈杂”的节点（如SW、BOOST、TG和BG）远离敏感的小信号节点，理想情况下，开关节点应放置在离LTC3735最远的位置。

四、效率考虑

开关调节器的效率等于输出功率除以输入功率乘以100%。LTC3735电路中的主要损耗源包括(I^{2} R)损耗、顶部MOSFET过渡损耗、(PVCC)电源电流和(C{IN})损耗。通过合理选择组件参数，如降低MOSFET的(RDS(ON))、减少栅极电荷(Q{G})和反向传输电容CRSS等，可以提高效率。

五、相关产品对比

Linear Technology还提供了一系列相关的DC/DC控制器，如LTC3816、LTC3732、LTC3734等。这些产品在输出电压范围、相数、VID位数等方面有所不同，设计师可以根据具体需求进行选择。

总之，LTC3735是一款功能强大、性能优越的DC/DC控制器，在英特尔移动CPU的电源设计中具有广泛的应用前景。在设计过程中，需要综合考虑各个方面的因素，合理选择外部组件，优化PCB布局，以实现高效、稳定的电源供应。你在使用LTC3735进行设计时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。