當(dāng)今的微處理器 （μP） 需要比前幾代產(chǎn)品更低的電壓和更高的精度電源軌。此外，現(xiàn)代μP具有啟動(dòng)/停止時(shí)鐘操作，需要對負(fù)載瞬變做出快速響應(yīng)。所有這些μP要求都可以通過高度集成的電源IC來滿足，這些IC在小型PC板上提供微型元件電路。

由于這些發(fā)展，早期相對簡單的5V/12V電源已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)電源系統(tǒng)，可以產(chǎn)生多個(gè)高精度和高效率的低壓輸出。此類系統(tǒng)還必須快速響應(yīng)負(fù)載電流的變化。例如，奔騰 Pro μP 可以產(chǎn)生 0.5A 至 10A 負(fù)載電流階躍，要求電源在 350ns 內(nèi)以 30A/μs 的速度做出響應(yīng)。

臺式機(jī)和筆記本電腦需要幾種不同的低電平電源電壓來操作其內(nèi)部存儲(chǔ)器、邏輯和磁盤驅(qū)動(dòng)器電路。在大多數(shù)情況下，這些計(jì)算機(jī)采用 5V、3.3V 和 2.XV 的組合。此任務(wù)的兩個(gè)關(guān)鍵要求是高效DC-DC轉(zhuǎn)換器和同步整流器。

開關(guān)模式電源中的同步整流器由肖特基二極管兩端的低電阻導(dǎo)通路徑組成，目的是提高功率轉(zhuǎn)換效率。MOSFET通常提供這種低電阻路徑，但雙極晶體管和其他半導(dǎo)體開關(guān)也適用。開關(guān)模式整流器兩端的正向壓降會(huì)降低效率，與V成正比在/在外率。由于標(biāo)準(zhǔn)電源電壓反復(fù)向下修正，壓降已變?yōu)閂的越來越大的比例外，產(chǎn)生效率損失，需要密切關(guān)注整流器設(shè)計(jì)。

以下討論將開發(fā)一個(gè)完整的電源設(shè)計(jì)，以滿足奔騰 Pro 的精度和快速瞬態(tài)響應(yīng)規(guī)范。它僅占用 3.1“ × 1.5” 的電路板面積。第二個(gè)更高電流的電路板提供高達(dá) 15A 的輸出電流，并提供中等或高精度輸出電壓選項(xiàng)。還介紹了用于端接 Gunning 收發(fā)器邏輯 （GTL） 總線以及與奔騰 Pro 等處理器相關(guān)的其他高速總線的 1.5V 電源設(shè)計(jì)。

為了滿足英特爾的奔騰Pro電源要求，Maxim設(shè)計(jì)了一個(gè)插入式電源模塊，該模塊帶有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)連接器，可插入主板上的配對插座。該DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊基于MAX797 BiCMOS控制器U1（見圖1頂部和圖2）。U1 配置為固定頻率 PWM 模式，采用同步整流器 （N2） 工作，可在低輸出電壓下提高效率。

圖1.用于奔騰Pro微處理器系統(tǒng)的電源模塊（頂部）和用于Gunning收發(fā)器邏輯的總線端接電源（底部）均依賴于MAX797降壓PWM控制器。

圖2.該電源電路在 2.1A 電流下產(chǎn)生 3.5V 至 11.2V，用于奔騰 Pro 微處理器系統(tǒng)。

該模塊通過 J1 連接器引腳接受 4.5V 至 6V 的輸入電壓和來自奔騰 Pro 的 4 位配置代碼（引腳 Vid0-Vid3）。該代碼將模塊的輸出電壓調(diào)整為μP在其電源引腳上所需的輸出電壓。每個(gè)位為5V（邏輯1）或地（邏輯0）。結(jié)果是16個(gè)可用代碼，以100mV的增量設(shè)置輸出電壓，范圍為2.1V至3.5V。

為了最大限度地降低成本，通常用于輸出電壓調(diào)節(jié)的單個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器已被一條電阻分壓器和兩個(gè)MAX4051（或CD4051）8-1多路復(fù)用器所取代。U1 的固定 2.5V 基準(zhǔn)使電路能夠?qū)⑤敵鲭娖秸{(diào)節(jié)到 2.5V 以下。R6和R7對該電壓進(jìn)行分壓，并將其饋送到由U2A、C14、C23和R36組成的積分器。該電壓從2.5V降至2.1V，與直接耦合的反饋信號相加（以確保對瞬變的快速響應(yīng)），并饋送到U1的FB端子上的主高速比較器。U2的另一半運(yùn)算放大器U2B產(chǎn)生漏極開路電源良好信號（PWRGD），只要輸出電壓超出容差，該信號就會(huì)變低。

上電期間，二極管D5（U2A引腳6和7之間）限制輸出過沖，電容C10（U1，引腳1）降低輸入浪涌電流。內(nèi)部軟啟動(dòng)電路在關(guān)斷期間保持 C10 放電至地 （OUTEN = 0V）。當(dāng) OUTEN 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，C10 由一個(gè)內(nèi)部 4μA 電流源充電，主輸出電容器 C外，根據(jù)其值緩慢充電。最大電流限值在5ms內(nèi)達(dá)到。

D2 和 D3 在連續(xù)短路期間保護(hù)轉(zhuǎn)換器。輸入電容（C在） 有助于將負(fù)載瞬變與主輸入去耦，并滿足輸入紋波要求，該要求約為輸出電流的一半。C外提供大容量電容和低 ESR。對于0.2A至11.2A（模塊的最大輸出電流）的負(fù)載階躍，輸出瞬態(tài)典型值為±50mV，輸出紋波典型值為15mV。

圖2所示的控制器IC （MAX797）也適用于效率、電路板空間和輸出電壓精度至關(guān)重要的更高功率5V降壓應(yīng)用。其中一個(gè)電路是圖3所示的同步降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。該器件設(shè)計(jì)采用最少數(shù)量的小型外部元件工作，具有 300kHz 開關(guān)頻率、15A （或 20A） 最大輸出電流和 2V 至 3.5V 輸出范圍。低成本、高擺率、n 溝道開關(guān) MOSFET（N1 和 N2）在高 I 下提供超過 90% 的效率（無散熱器）外.

圖3.這個(gè)高I-I外電路可以提供15A或20A的最大輸出電流（見文字）。

該 IC 為可承受 ±4% 輸出電壓精度的應(yīng)用提供固定輸出連接。如圖所示連接FB端子（引腳7）可提供2.5V、3.3V或5.0V輸出。為了獲得更高的精度，您可以添加一個(gè)具有軌到軌輸出能力（U2）的運(yùn)算放大器，通過比較V的縮放版本來控制FB。外使用控制器的基準(zhǔn)電壓。電阻R9和R10然后設(shè)置輸出電平：V外= 2.5 （1 + R10 / R9）。任一反饋配置均使電路板能夠提供 V 電壓抄送用于多個(gè)微處理器。

U1 提供出色的線路和負(fù)載調(diào)整率，具有微功耗停機(jī)功能，可將靜態(tài)電流降至最大 3μA。它還包括軟啟動(dòng)電路，通過逐漸增加內(nèi)部電流限值來限制啟動(dòng)時(shí)的輸入浪涌電流。軟啟動(dòng)使輸出電容充電相對較慢。在這種情況下，0.01μF軟啟動(dòng)電容（C18）允許輸出電流在10ms內(nèi)達(dá)到其最大限值。表1列出了使圖3電路能夠在2A或5A時(shí)產(chǎn)生15.20V電壓的元件選擇。

新的微處理器不僅需要更低的電壓軌;它們還需要用于下一代計(jì)算機(jī)的高速、低壓總線。這些總線（例如GTL、Futurebus和Rambus）需要低電壓端接來降低信號電壓擺幅。其他總線，如中心端接收發(fā)器邏輯 （CTT） 和高速收發(fā)器邏輯 （HSTL），具有中心端接，需要端接電源同時(shí)提供灌電流和源電流。

因此，總線端接電源必須為 GTL 總線產(chǎn)生 1.5V 電壓，為 CTT 或 HSTL 總線產(chǎn)生 0.75V 電壓，并且能夠向終端電阻吸收和拉出電流。圖1電路提供5.5V/4A電流，MAX797控制器采用同步整流工作，實(shí)現(xiàn)高效率，滿足這些要求（圖5）。該電路在低電壓下的灌電流能力由同步開關(guān)N2和允許電感電流反轉(zhuǎn)的電路拓?fù)涞慕M合提供。（請參閱圖 1 照片的底部。

圖4.一個(gè)精確的1.5V降壓型轉(zhuǎn)換器為GTL數(shù)據(jù)總線中的終端電阻供電。

圖5.低V外圖1所示的（5.5V）GTL總線電源為1A至2A的負(fù)載電流提供了最大效率。

將/SKIP邏輯輸入拉高可實(shí)現(xiàn)電感電流的連續(xù)導(dǎo)通模式，并允許該電流從輸出流回電感和N2開關(guān)到地。通過將R1從5.0kΩ更改為75kΩ，可以輕松地將輸出電壓從5.66V更改為5.232V。與奔騰 Pro 電源一樣，該電路通過對內(nèi)部 2.5V 基準(zhǔn)（引腳 2）進(jìn)行分壓、對結(jié)果進(jìn)行積分并將其與直接耦合的反饋信號相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)低于 5.3V 的穩(wěn)壓輸出。

輸出灌電流不會(huì)像在類似的線性設(shè)計(jì)中那樣直接流向地。相反，該電路的同步降壓拓?fù)浞聪蚬ぷ?，成為升壓拓?fù)?，使灌電流?gòu)成回5V輸入電源的凈正流。

審核編輯：郭婷