深入解析NCP81567：计算机CPU应用的6 + 2相输出控制器

在计算机CPU应用领域，电源管理是至关重要的一环。onsemi推出的NCP81567，作为一款专门为英特尔IMVP9.2 CPU优化的两轨、6 + 2相降压解决方案，凭借其卓越的性能和丰富的功能，成为众多电子工程师的首选。

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产品概述

NCP81567是一款专为英特尔IMVP9.2 CPU量身定制的电源控制器。它采用多相轨控制系统，基于双边缘脉冲宽度调制（PWM）结合DCR电流感应技术，能够对动态负载事件做出超快速的初始响应，同时降低系统成本。此外，该控制器还配备了超低失调电流监测放大器，并具有可编程失调补偿功能，可实现高精度的电流监测。

关键特性

电源输入与启动特性

• 宽输入电压范围：Vin范围为4.5V至21V，能够适应多种电源环境。
• 预充电负载启动：可在预充电负载下启动，同时避免误触发过压保护（OVP）。
• 数字软启动斜坡：通过数字软启动斜坡功能，可实现平稳的启动过程，减少电流冲击。
• 可调Vboot：用户可以根据实际需求调整Vboot电压，增强了系统的灵活性。

输入输出特性

• 高阻抗差分输出电压放大器：能够提供准确的电压输出，提高系统的稳定性。
• 双VID表支持：兼容IMVP9.2标准，可实现与英特尔CPU的良好通信。
• 支持大电流扩展：满足高负载应用的需求。
• 动态参考注入：可根据负载变化动态调整参考电压，提高系统的响应速度。
• 可编程输出电压斜率：用户可以根据实际需求调整输出电压的斜率，优化系统性能。
• 动态VID前馈：进一步提高系统对负载变化的响应能力。

电流感应与控制特性

• 每相差分电流感应放大器：能够精确监测每相的电流，实现电流平衡控制。
• 可编程自适应电压定位（AVP）：根据负载情况自动调整输出电压，提高系统效率。

开关频率特性

• 可调开关频率范围：用户可以根据实际需求调整开关频率，优化系统性能。
• 数字稳定开关频率：确保开关频率的稳定性，减少电磁干扰。
• 超声波操作：支持声学噪声抑制功能，降低系统噪声。

其他特性

• 支持VCCIN_AUX IMON输入：可实现对辅助电源的电流监测。
• PSYS输入监测：用于监测系统电源信号。
• 符合英特尔IMVP9.2规格：确保与英特尔CPU的兼容性。
• 电流模式双边缘调制：对瞬态负载提供快速的初始响应。
• 无铅器件：符合环保要求。

典型应用

NCP81567适用于多种计算机设备，包括台式机、笔记本电脑和超极本等。其强大的功能和稳定的性能，能够为这些设备提供可靠的电源支持。

引脚功能与参数

引脚功能

NCP81567采用QFN52 6x6, 0.4P封装，共有52个引脚。每个引脚都有其特定的功能，如使能、串行VID数据接口、温度传感、电流监测等。工程师在设计电路时，需要根据实际需求合理连接这些引脚，以确保控制器的正常工作。

最大额定值与电气特性

文档中详细列出了NCP81567的最大额定值和电气特性，包括各引脚的最大电压、电流、ESD能力、推荐工作条件、热特性等。这些参数为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据，确保控制器在安全的工作范围内运行。

启动与配置

启动过程

在VCC电压上升超过欠压锁定（UVLO）阈值后，控制器会收集外部编程的配置数据，并将所有PWM输出设置为中间电平，为功率级的栅极驱动器激活做好准备。当控制器被使能时，DRON信号被置高，激活外部栅极驱动器。数字计数器会根据软启动设置，将DAC从0逐步提升到目标启动电压。

配置功能

• 相和轨配置：启动时，多相轨的工作相数由内部电路监测CSP输入来确定。如果需要减少相数，可以在启动时通过电阻将相应的CSP引脚外部上拉至VCC。
• 基本配置：控制器具有四个基本配置功能，包括SVID地址、斜率、VBOOT和输出电压步长。通过在特定引脚连接电阻，可以对这些功能进行编程。
• 开关频率配置：开关频率可在180kHz至1.17MHz之间进行编程，通过在Rosc和RoscA引脚连接下拉电阻来实现。

ICCMAX配置

SVID接口在寄存器21h提供平台ICCMAX值。通过在PWM3/ICCMAX、PWM1A/ICCMAXA和PWM6/ICCMAX_AUXIN引脚连接接地电阻，可以在启动时对这些寄存器进行编程。此外，IMVP9.2还提供了扩展主轨电流范围的选项，通过启用ICC*2_MAIN_RAIL模式，可以将ICCMAX和IOUT报告的分辨率设置为2A/位。

工作模式

• 超声波模式：在轻负载时，DCM模式下的开关频率会降低。超声波模式可强制开关频率保持在可听范围之上，减少声学噪声。
• CCM/DCM操作：在PS0模式下，所有轨工作在连续导通模式（CCM），采用双边缘控制方法。如果PS0配置为单相，则控制方法变为RPM操作。在PS1模式下，所有轨工作在单相CCM RPM模式。在PS2和PS3模式下，所有轨根据负载电流工作在CCM或不连续导通模式（DCM），以防止因负电感电流导致的效率损失。

电路设计要点

输入电压前馈

控制器的双边缘调制器提供了斜坡发生器电路，通过VRMP引脚电压实现输入电压前馈控制。VRMP引脚还具有UVLO功能，仅在控制器使能后才有效。在多相操作中，双边缘PWM斜坡幅度会根据VRMP引脚电压进行调整。

差分电流反馈放大器

每个相的轨都配备了低失调差分放大器，用于感应该相的电流，以实现电流平衡。CSREF和CSPx引脚为高阻抗输入，建议外部滤波电阻RCSN不超过10k，以避免因泄漏电流导致的失调。

总电流感应放大器

多相轨采用专利方法将各相电流求和为一个温度补偿的总电流信号，用于生成输出电压下垂、总电流限制和输出电流监测功能。通过调整Rph电阻的值，可以设置DC增益，使总电流信号与输出电流的比值等于所需的负载线。

高性能电压误差放大器

远程感应放大器输出通过误差放大器和外部调谐组件形成的Type III补偿网络，实现对输出电压的精确控制。

负载线编程

通过设置总电流感应放大器的增益，可以实现输出负载线的编程，使输出电压与负载电流成比例下降，减少负载瞬变时所需的输出电容。

电流限制编程

电流限制阈值通过在ILIM和CSCOMP引脚之间连接电阻进行编程。当ILIM引脚电流超过设定的阈值时，控制器会根据不同的模式进行相应的保护操作。

IOUT编程

IOUT引脚输出与ILIM电流成比例的电流，通过外部电阻将其电压缩放，使得负载等于ICCMAX时在IOUT引脚产生2.5V信号。

DAC前馈滤波编程

多相轨在内部DAC每次增加时，会从VSN引脚输出一个电流脉冲。通过在VSN到输出电压返回感测点VSS_SENSE的路径中插入并联RC网络，可以补偿DROOP功能对充电输出电容电流的响应。

TSENSE网络

每个轨都提供了温度传感输入，通过从TSENSE/A引脚输出精确电流，在温度传感网络上产生电压，由内部A/D转换器进行采样。

PWM比较器

每个相的比较器的非反相输入连接到误差放大器输出和各相电流的总和，反相输入连接到该相的三角斜坡电压。比较器的输出产生PWM信号，在稳态PS0操作中，主轨PWM脉冲居中于三角斜坡波形的谷值，PWM信号的两个边缘都进行调制。

故障保护

过流保护（OCP）

控制器提供可编程的总相电流限制，在非PS0模式下会降低。通过在CSCOMP和ILIM引脚之间连接电阻进行编程，当ILIM引脚电流超过设定的阈值时，控制器会根据不同的模式进行相应的保护操作。

输入欠压锁定（UVLO）

控制器会监测5V VCC电源和VRMP引脚电压，并具有滞后功能。

输出欠压监测

多相轨输出电压在差分放大器输出处进行欠压监测，如果输出电压低于DAC - DROOP电压超过VUVM2，UVM比较器会触发，使VR_RDY信号置低。

输出过压保护

多相轨输出电压在VSP引脚进行过压监测，如果输出电压超过DAC电压VOVP，VR_RDY标志置低，过压轨的DAC电压会缓慢降至0V，同时PWM输出置低。

绝对过压保护

启动时，过压保护阈值设置为绝对过压阈值，以避免误触发过压保护。

总结

NCP81567作为一款高性能的6 + 2相输出控制器，具有丰富的功能和出色的性能。其先进的控制技术、灵活的配置选项和完善的故障保护机制，使其能够满足计算机CPU应用的各种需求。电子工程师在设计电源电路时，可以充分利用NCP81567的特点，实现高效、稳定的电源管理。

你在使用NCP81567进行设计时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。