選擇理想的核心電壓穩(wěn)壓器控制器IC最大限度地提高CPU效率和瞬態(tài)響應(yīng)能力
打開和關(guān)閉MOSFET涉及柵電容的充電和放電,可導致柵極驅(qū)動損耗。當使用并聯(lián)MOSFET時,流行的做法是在重負載條件下使低側(cè)有足夠的電流處理能力,增加的柵極驅(qū)動損耗可遠遠超過減少輕負載傳導的好處。在輕負載條件下關(guān)閉某些處在活躍階段的并聯(lián)的低側(cè)MOSFET是可取的,可以減少柵極驅(qū)動損耗。可以提供這種好處的IC是Intersil的ISL62882——符合2-phase IMVP-6.5規(guī)范的核心電壓控制器,可以為驅(qū)動1相低側(cè)MOSFET提供LGATE1a和LGATE1b引腳。圖2顯示了該功能的效率。
本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/124456.htm

圖2.分離LGATE功能的效率效益。(圖字:效率(%),實線,有分離LGATE功能,虛線:無分離LGATE功能)
CPU核心電壓通常有負載線(load line)的要求,它要求在穩(wěn)態(tài)運行和負載瞬態(tài)響應(yīng)過程中,當核心電流增加時核心電壓下降。負載線功能有助于減少重負載的CPU功耗,同時降低輸出電容器的要求。負載線斜率定義為核心電壓變化除以核心電流變化,它有一個電阻單位(resistive unit),可以在CPU數(shù)據(jù)表中找到。
控制器需要檢測負載電流,以實現(xiàn)負載線。有兩種流行的電流檢測方法:使用分立式電流檢測電阻器,或使用電感固有(intrinsic)DC電阻(DCR)。分立電阻檢測非常準確,但成本較高,有額外的功率損耗。大多數(shù)設(shè)計人員選用電感DCR作為敏感元件,額定精度通常為7%或5%。一個R-C網(wǎng)絡(luò)可用于檢測單個電感DCR壓降,并把它們加在一起。利用適當選擇的參數(shù),電感總電流可以由電容電壓實時表示,并用于負載線的實現(xiàn)。然而,當溫度升高時,電感DCR增加,使檢測的電流“看來”較高。因此,適當?shù)臒嵫a償是必要的。負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻廣泛用于溫度補償。隨著其溫度上升,NTC熱敏電阻的電阻減小。它可用來減少較高溫度下電阻網(wǎng)絡(luò)的增益,消除增加的電感DCR的影響。NTC熱敏電阻可用于每個單獨相,在信息加在一起之前,熱補償單個電感電流的信息。但這種方法需要多個NTC熱敏電阻,而且成本要比同類方案昂貴,這種方法是用一個NTC熱敏電阻來熱補償電感總電流信息。
當核心電流出現(xiàn)方形變化(square change)時,CPU核心電壓需要直角下降(droop squarely)。這個要求可以在頻域方面得到最好的解釋,這里的穩(wěn)壓器相當于與電壓源串聯(lián)的輸出阻抗。如果輸出阻抗等于整個頻率范圍內(nèi)的負載線斜率,即純電阻,當核心電流出現(xiàn)方形變化時,核心電壓就自然有一個方形響應(yīng)(square response)。如果輸出阻抗比負載線斜率大,在核心電流增加時,核心電壓將過度下跌(sag),從而違反了CPU電源規(guī)范,并可能導致“藍屏”。如果輸出阻抗比負載線斜率小,在核心電流增加時,核心電壓將下跌較少——不是最佳,但卻是CPU電源規(guī)范所允許的。穩(wěn)壓器需要閉環(huán)補償器設(shè)計,以達到預(yù)期的輸出阻抗。有多種類型的補償器,如Type I、Type II和Type III。Type I補償器是一個單極點解決方案,Type II補償器是一個單零點(one zero)的雙極點解決方案,而Type III補償器是一個兩個零極點的三極點解決方案。每種類型在元件數(shù)量方面都比以前有所增加,但是有了更大的設(shè)計靈活性。為了實現(xiàn)純電阻輸出阻抗,所需的補償器都需要有兩個極點和四個零點,其中包括兩個右半平面零點,這是不切實際的實施方案。
該解決方案使用了Type III補償器,以接近所需的補償器。圖3顯示了由此產(chǎn)生的輸出阻抗測量結(jié)果。在中、低頻率范圍內(nèi)曲線是平緩的,在高頻率范圍內(nèi)比負載線斜率更低。但是,在控制器下降階段,功率級有效電感改變。該控制器需要有不同的補償參數(shù),以優(yōu)化不同的有效電感,以便在所有模式都有最佳的瞬態(tài)響應(yīng)。Intersil的ISL62882包括一個FB2引腳,它可以改變FB和COMP引腳之間的電容,在下降2相時改變補償器時,從而保持在所有模式下的最佳瞬態(tài)。

圖3. CPU穩(wěn)壓器輸出阻抗測量結(jié)果的實例。(圖字:Z(f)(歐姆),頻率(Hz))
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