FIC大众电脑公司可携式电脑事业部 牛俊峰
华北电力大学 甄志
摘 要：LTC1709是Linear凌特公司生产的适用于Intel pentium4微处理器的电源转换芯片，它可以用5位DAC对输出电压进行编程调整，文中介绍了LTC1709的工作原理，给出了应用LTC1709产生CPU核心电压的电路设计和外围元器件的选择方法。
关键词：核心电压；电源转换器；LTC1709
1前言
LTC1709是Linear凌特公司推出的适用于IntelPentium4微处理器的电源转换器，该器件具有动态可调输出、超高速瞬态响应、高精度和高效率等特点。它符合Intel新型IMVPⅣ规格，支持Pentium4CPU的高性能模式、省电模式和睡眠等三种操作模式。LTC1709采用双相电源，可提供最大40A的电流输出；由于采用电流模式控制，因而可保证电流输出的稳定，同时具有4V～36V的宽电压输入范围，可将Adapter、Battery的高电压直接转换为CPU核心电压并输出，同时可通过5位DAC信号来对输出电压进行动态调整，输出电压范围为0．925～2．0V，精度为1％。LTC1709采用36脚SSOP扁平封装，引脚排列如图1所示，表1为其引脚说明。
2 LTC1709的工作原理
LTC1709有Burst、Skip跳频、PWM三种工作模式。当CPU轻载时，电源转换器将进入Skip跳频模式。在跳频模式，电源转换器的工作效率很高。当负载电流小于1A时，转换器效率可以达到75％。而当CPU重载（负载电流超过1A）时，电源转换器进入PWM模式，该模式可为CPU提供强大的电流供应。LTC1709电源转换器的工作频率为150～300kHz，通过外部的电感和电阻可调节脉冲宽度来控制每个转换周期的能量传递，以产生稳定的电压输出。
图2所示是LTC1709的工作原理图。当LTC1709为PWM工作模式时，内部时钟在上升沿触发接通N沟道MOSFETQ1，电源VIN流过Q1并经过L1、R1产生输出电压VOUT。由于电感L上的电流不能突变，因此在Q1导通瞬间，负载电流Iload不会改变，但当电压稳定后，负载电流会渐渐增大，当负载电流Iload等于或超过电源转换器设定的门限电流Ith时，电源转换器将自动关闭顶端MOSFET，同时打开底端MOS－FET以完成一个周期循环。
当CPU由轻载瞬间变为重载时，由于此时电源转换器并未反应，其CPU负载电流均由输出电容COUT提供，此时的VOUT（输出电压）等于ΔI（负载电流变化量）与ESR（COUT等效串联电阻）的乘积，之后CPU将改变电压VID值，并输出至电源转换器。
当电源转换器接收到VID电压改变信号时，电路将调节MOSFET的开关时间，并改变脉冲宽度，以便开始将能量由电源输入端VIN送到输出端。因为电感L1上的电流无法瞬间突变，此时，输出电压VOUT仍继续下降，电压下降程度与总输出电容COUT有关，Cout容量越大，输出电压VOUT下降越小。
当电感L1上的电流IL超过负载电流Iload并将多余电流提供给输出电容时，输出电压VOUT开始上升，直到回到稳压点。储存在电感L1内的能量将传送到输出电容COUT并对电容充电，以便为下一次循环作能量储备。
以上分析表明：要保证电源转换器高效稳定的工作，对外围电路器件的选择是至关重要的。
3 LTC1709的应用电路设计
LTC1709的典型电路如图3所示。正常情况下，输入电压VIN为Adapter或Battery电压，输入范围为4～36V，Q1～Q4为电压开关MOSFET，通过LTC1709与CPU间的VID电压信号可动态调整输出电压VOUT，下面介绍该电路的设计过程及外围器件的具体选择。
3．1功率MOSFET的选择
LTC1709每通道转换控制器需要两个MOSFET，即Top端和Bottom端各一个N沟道MOSFET。MOS－FET的工作参数有导通电阻RDS（ON）、反向导通电容CRSS、最大输入电压和最大输出电流等，这些参数需要重点考虑。
对于图3所示的应用，Q1～Q4应选择最大电压为30V、最大电流为20A的N沟道MOSFET来作为开关MOSFET。
3．2电感选择
电感L的选择与工作频率f是有内在联系的，电源转换器的工作频率越高，外部电感的取值应越小，因此，如果要将工作频率f提至很高，可降低外部电感L的取值要求，但实际上这种做法是不可取的，主要原因是工作效率问题，因为TOPMOSFET和电感L会随着工作频率f的增大而消耗更多的能量，进而降低系统效率。另外，电感值还与纹波电流ΔIripple有直接关系，电感值越大，工作频率越高，纹波电流越小，相反，VIN或VOUT越大，纹波电流越大。
纹波电流是CPU电源设计应当考虑的一个重要方面。目前CPU电源正朝着低电压、大电流的设计方向发展，本电路选择1．5μH／20A带有铁氧体磁芯的电感。
3．3电流检测电阻的选择
LTC1709内部电流监测引脚SENSE＋、SENSE－分别与电流检测电阻Rsense的两端相连，以监测负载电路纹波电流ΔIripple和最大导通电流IMAX，由于电流比较器将最大电流限定在75mV／Rsense，而纹波电流则应稍小于2倍的最大导通电流IMAX，即：Rsense＝2（50mV／IMAX）。如果IMAX为20A，那么Rsense应选择5mΩ、精度为1％的精密电阻。
3．4二极管选择
二极管D1和D2作用于MOSFETdead－time死区时期，以在电感L和负载电路之间构成放电环路，并防止底端MOSFET反向导通，从而达到保护MOS－FET，提高工作效率之目的。通常二极管D1、D2应选取额定电流为1A～3A、反向击穿电压为30V的肖特基二极管。
3．5输出电容COUT的选择
COUT应选取ESR等效串联阻抗较小的电容，这对减小电路由重载变轻载时的ΔVOUT阶跃电压，防止阶跃电压过大烧毁CPU以及抑制纹波电流ΔIripple都具有重要意义。通常输出电容COUT可选择最大电压为4V，容量为180μF左右的钽质电容4个。
4结束语
LTC1709电源转换器可凭借少量的外围器件来提供稳定的电压电流输出，因而特别适宜用作便携式电脑CPU的电源系统设计。此种芯片已成功应用于几款便携式电脑的研发设计中，经严格测试，其性能优越，稳定性强，效果很好。
参考文献
1．Linear Technology Power Management Solutions 2001
2．Linear Technology Application Note Apr．2002
3．Intel Mobile Computing Technology Power Management Oct．2001
摘自《国外电子元器件》
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