雙相高效移動(dòng)CPU電源將尺寸和熱應(yīng)力降至最低

筆記本電腦對(duì)計(jì)算能力的需求不斷增加，顯著增加了CPU時(shí)鐘頻率和電源電流。即將推出的移動(dòng)CPU需要高達(dá)25A的核心電流來(lái)處理復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)。傳統(tǒng)的單相解決方案難以提供如此高的電流。當(dāng)CPU電源電壓（0.7V至1.8V）直接從高壓（最大值為21V）適配器輸入轉(zhuǎn)換時(shí)，單相MOSFET驅(qū)動(dòng)器不夠強(qiáng)大，無(wú)法在沒(méi)有dV/dt直通問(wèn)題的情況下高效驅(qū)動(dòng)高電流MOSFET。

由此產(chǎn)生的 MOSFET 功率損耗過(guò)大會(huì)增加靠近 CPU 的熱應(yīng)力，并縮短電池運(yùn)行時(shí)間。高電流（25A）電感的物理尺寸變得大得令人無(wú)法接受，需要更多的低ESR輸出電容來(lái)處理更大的負(fù)載階躍。此外，電感焊盤附近PCB走線中的電流擁擠也會(huì)引起可靠性問(wèn)題。因此，單相解決方案效率低下，體積龐大，并可能導(dǎo)致長(zhǎng)期可靠性問(wèn)題。

雙相開關(guān)是此應(yīng)用的最佳解決方案。LTC1709-7 是一款雙相控制器，其驅(qū)動(dòng)兩個(gè)同步降壓級(jí) 180 度異相，從而在不增加開關(guān)頻率的情況下減小了輸入和輸出電容器。相對(duì)較低的開關(guān)頻率和集成的高電流 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器有助于實(shí)現(xiàn)高功率轉(zhuǎn)換效率，從而最大限度地延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間。由于輸出紋波電流消除，可以使用較低值、扁平的電感器，從而實(shí)現(xiàn)更快的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)并降低元件高度。LTC1709-7 還具有不連續(xù)導(dǎo)通模式和突發(fā)模式操作，以在 CPU 處于“睡眠”模式時(shí)將功率損耗降至最低。由于電流在兩個(gè)相同的通道之間平均分配，因此熱量分布均勻，PCB的長(zhǎng)期可靠性得到提高。

設(shè)計(jì)示例

圖 1 顯示了 25A 移動(dòng) CPU 內(nèi)核電源的原理圖。僅采用 8 個(gè) IC、1 個(gè)纖巧型 SO-85 MOSFET 和 15 個(gè) 1μH 扁平表面貼裝電感器，6V 輸入和 25.80V/5A 輸出的效率約為 25%。在 <>A 至 <>A 的負(fù)載范圍內(nèi)可保持超過(guò) <>% 的效率。

圖1.25A 移動(dòng)電壓調(diào)節(jié)模塊示意圖。

圖2顯示了測(cè)得的負(fù)載瞬態(tài)波形。負(fù)載電流在 0A 和 25A 之間變化。壓擺率為 30A/μs。當(dāng)輸出端只有四個(gè)SP電容（270μF/2V）時(shí)，負(fù)載瞬態(tài)期間的最大輸出電壓變化小于190mVP-P.電阻R4和R6提供有源電壓定位，效率無(wú)損失。如果沒(méi)有有源電壓定位，則需要另外三個(gè)SP電容器。

圖2.以 25A 步進(jìn)和 30A/μs 壓擺率加載瞬態(tài)波形。

表1比較了單相和雙相設(shè)計(jì)的性能和關(guān)鍵元件選擇。雙相技術(shù)節(jié)省了兩個(gè)270μF SP輸出電容和兩個(gè)10μF陶瓷輸入電容。在相同數(shù)量的MOSFET和相同的開關(guān)頻率下，雙相解決方案可實(shí)現(xiàn)更高的效率。雙相電路中的高效率和更均勻的電流分布可顯著降低MOSFET和電感器的溫升。

結(jié)論

與傳統(tǒng)的單相解決方案相比，基于 LTC1709-7 的雙相移動(dòng)電壓調(diào)節(jié)模塊實(shí)現(xiàn)了更高的效率、更小的尺寸和更低的解決方案成本。雙相解決方案可延長(zhǎng)電池壽命，最大限度地減少熱應(yīng)力并提高長(zhǎng)期可靠性。

審核編輯：郭婷