有源电压定位可节省便携式计算机应用中的输出电容器

有源电压定位是一种技术，可用于通过减少满足微处理器电源要求所需的输出电容器数量来节省成本和空间。总系统成本和所需的PCB空间是当今便携式设备设计的重要方面，因此减少大型、昂贵的输出电容器的数量值得付出一些努力。LTC1735 / LTC1736 电流模式开关稳压控制器和 LTC1703 / LTC3 电压模式控制器均可利用有源电压定位。

微处理器负载步骤

微处理器经常将其负载电流要求从几乎无负载更改为最大负载电流，然后再非常快速地返回。这些负载电流阶跃的上升沿和后沿超过了开关稳压器控制环路的带宽。目前，典型负载阶跃为0ns内2.12A至100A或12ns内0A至2.100A。尽管有这些负载阶跃，微处理器的核心电压必须保持在标称电压的±0.1V左右。

由于开关稳压器控制环路无法在100ns内响应，因此当输出电流迅速增加时，输出电容必须临时提供负载电流。此外，当输出电流迅速下降时，输出电容器必须吸收存储在电感器中的能量。电容ESR和ESL主要决定由负载电流阶跃引起的输出电压下降和过冲量。通常，需要多个并联电容器来满足微处理器负载瞬态要求。

有源电压定位的工作原理

有源电压定位是放松管制的一种形式。它将输出电压设置为轻负载的高电平和重负载的低输出电压。在低电流到高电流转换中，输出电压从高于标称电压开始，因此输出电压可以下降更多，但仍满足最小输出电压规格。通过在重负载条件下将输出电压设置为低于标称值，当负载电流突然降低到几乎为零时，输出电压变化可能更大。由于输出电容允许更多的输出电压变化，因此需要更少的输出电容。

有源电压定位的实施取决于开关稳压器中使用的 OPTI-LOOP 误差放大器的类型。利用 LTC1736，将两个电阻器连接至 I千PIN以与负载电流成反比的方式调节输出电压。这种技术仅适用于电流模式控制稳压器。LTC1703 提供了不同的技术;这些器件也可在 LTC1736 上使用，稍后将讨论。

具有有源电压定位功能的 LTC1736 电路

通过有源电压定位降低输出电容需要将两个电阻连接到I。千引脚并重新调整环路补偿元件值。图1所示为内核稳压器电路，设计工作在7.5V至24V输入电压，在7.5V至0.9V范围内为VID控制的输出电压提供±2.0%的精度，负载电流阶跃为0.2A至12A。 虽然7.5%的输出电压精度听起来不是很令人印象深刻，但7.5V的1.4%只有105mV，包括设定点精度以及负载和线路调整率。 以及对 12A 负载阶跃的瞬态响应裕量。

图1.基于 LTC1736 的内核稳压器，具有有源电压定位功能。

图1中的电路为电流模式、同步降压稳压器，开关频率为300kHz。标称输出电压由标准英特尔移动式 VID 代码选择。实际输出电压随负载电流的变化而变化。该电路的空载输出电压高于标称值，因为R3提供的电流在跨导误差放大器的输入端产生正偏移。馈入R4的误差放大器电流产生负输入失调电压。这种负失调导致输出电压在满载条件下小于标称值。

误差放大器输入端的强制失调应限制在±30mV。如果在满载时需要较低的输出电压，则可以通过连接V从调节输出电压中减去电流检测电阻两端的压降奥森引脚连接到检测电阻的电感侧，如图1所示。图2显示了图50电路的100V输入和12.1V输出的6mV和–1mV瞬态波形。7.5% 的输出电压容差允许 ±120mV 的变化。

图2.12A负载电流阶跃的瞬态响应。

具有有源电压定位功能的 LTC1703 电路

图 3 和图 4 示出了在 LTC1703 电路上实现有源电压定位的两种方法。在图3中，通过在电源路径中增加一个2.5mW电阻（R18）来设置电压解除调节。满载时，输出电压将小于标称值I满载• 0.0025.为了在零负载下设置高于标称值的输出电压，在FB390引脚和地之间增加了一个20k电阻R1。输出电压超过标称值的直流值可通过以下公式计算：

图3.基于 LTC1703 的稳压器，具有利用一个检测电阻器实现的有源电压定位。

图4.基于 LTC1703 的稳压器，具有利用电感器的 DC 电阻实现的有源电压定位。

在图4中，电压解除调节由功率电感器的直流电阻设定，约为2.5mW。LTC1703 上的 SENSE 引脚连接在 R20 （150W） 和 C24 （1mF） 之间。R20和C24连接在电感L2上，用作低通滤波器，时间常数为150ms。同样，在FB390引脚和地之间增加了一个21k电阻R1。图 5 显示了图 1703 和图 3 中 LTC4 电路在采用 0 个 14mF Poscap 电容器时采用 150A–<>A 瞬态负载阶跃时的瞬态响应。

图5.LTC1703 V输出中央处理器具有有源电压定位的瞬态响应。

结论

有源电压定位允许在负载瞬态期间发生更大的输出电压变化，因此需要的输出电容器更少。更少的电容器导致更小、更便宜的稳压器。

审核编辑：郭婷