探索NCP81560：计算机CPU应用的理想多相控制器

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NCP81560作为一款专为英特尔IMVP9.1 CPU优化的双轨、八加一相降压解决方案，为计算机电源设计带来了诸多优势。接下来，让我们详细了解一下这款控制器。

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一、产品概述

NCP81560是一款针对英特尔IMVP9.1 CPU优化的双轨、八加一相降压解决方案。它采用双边缘脉冲宽度调制（PWM）结合DCR电流感应的多相轨控制系统，能对动态负载事件提供超快速的初始响应，并降低系统成本。此外，它还具备超低失调电流监测放大器，可进行可编程失调补偿，实现高精度电流监测。

产品特性

1. 宽输入电压范围：Vin范围为4.5 V至21 V，能适应多种电源环境。
2. 预充电负载启动：可在避免误过压保护（OVP）的情况下启动进入预充电负载。
3. 数字软启动斜坡：具有可调的Vboot，提供灵活的启动控制。
4. 高阻抗差分输出电压放大器：确保信号的准确放大和传输。
5. 双VID表支持：与IMVP9.1兼容，满足英特尔CPU的特定需求。
6. 大电流扩展支持：能应对高电流负载的应用场景。
7. 动态参考注入和VID前馈：提升系统的动态响应能力。
8. 可编程输出电压斜率：可根据实际需求进行调整。
9. 各相差分电流感应放大器：实现精确的电流监测和平衡。
10. 可编程自适应电压定位（AVP）：优化输出电压的稳定性。
11. 可调开关频率范围：可在180 kHz至1.17 MHz之间进行编程，适应不同的应用需求。
12. 数字稳定开关频率：确保系统的稳定性。
13. 超声波操作：支持声学噪声抑制功能，减少电磁干扰。
14. VCCIN_AUX IMON输入支持：方便对辅助电源进行监测。
15. 符合英特尔IMVP9.1规范：为英特尔CPU提供可靠的电源支持。
16. 电流模式双边缘调制：对瞬态负载提供快速初始响应。
17. 无铅器件：符合环保要求。

典型应用

NCP81560主要应用于计算机领域，为CPU提供稳定的电源供应。

二、引脚功能与参数

引脚功能

NCP81560采用QFN52 6x6, 0.4P封装，共有52个引脚，每个引脚都有特定的功能。例如，IOUT用于监测调节器1的总输出电流，EN用于使能两个轨，SDIO为串行VID数据接口等。详细的引脚功能描述可参考数据表中的表格。

参数指标

1. 最大额定值：各引脚的最大电压、最小电压、源电流和灌电流等参数都有明确的规定，超过这些额定值可能会损坏器件。
2. ESD能力：具备2000 V的人体模型（HBM）和750 V的充电器件模型（CDM）静电放电能力。
3. 推荐工作条件：VCC电压范围为4.75 V至5.25 V，工作结温范围为 -40°C至125°C，工作环境温度范围为 -40°C至100°C。
4. 热特性：QFN封装的湿度敏感度等级为1级，结到环境的热阻为18°C/W，结到板散热片的热阻为1.0°C/W。
5. 电气特性：涵盖了偏置电源、使能输入、相位检测、IMVP9.1 DAC、DAC斜率、DRON输出、温度传感等多个方面的参数，为设计提供了详细的参考。

三、工作原理

输入电压前馈

通过VRMP引脚实现输入电压前馈控制，根据VRMP引脚电压改变双边缘PWM斜坡幅度。外部需要在VRMP引脚设置电压分压器，以维持1/12的比例。

差分电流反馈放大器

每个相都有一个低失调的差分放大器，用于感应该相的电流，实现电流平衡。建议外部滤波电阻RCSN不超过10 k，电压感测元件不小于0.5 m。

总电流感应放大器

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电阻的值来设置直流增益，以实现所需的负载线。

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III型补偿网络，非反相输入连接到与远程感应放大器输出相同的参考电压。

负载线编程

通过在输出电压反馈信号中添加与输出负载电流成比例的信号（VDROOP）来实现负载线编程，以满足输出电压随负载电流变化的需求。

电流限制编程

通过在ILIM和CSCOMP引脚之间连接电阻来编程电流限制阈值，当ILIM引脚电流超过ICL或ICLM时，控制器将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2.5 V信号。

DAC前馈滤波

在动态电压变化命令后，多相轨从VSN引脚输出电流脉冲，通过在VSN到输出电压返回感测点之间插入并行RC网络，补偿DROOP功能对充电输出电容电流的响应。

TSENSE网络

每个轨都有一个温度感测输入，通过从TSENSE引脚输出的精密电流在温度感测网络上产生电压，内部A/D转换器对该电压进行采样。

PWM比较器

每个相的比较器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，比较器输出产生PWM信号。

四、设备配置

相和轨配置

启动时，多相轨的运行相数由内部电路监测CSP输入确定。如果需要减少相数，可在启动时通过电阻将相应的CSP引脚外部上拉到VCC。

基本配置

控制器具有四个基本配置功能，上电时从特定引脚通过电阻输出10 μA电流，测量产生的电压，从而对SVID地址、斜率、VBOOT和输出电压步长进行编程。

开关频率

通过在Rosc和RoscA引脚下拉电阻，可在启动时对180 kHz至1.17 MHz之间的开关频率进行编程。

ICCMAX

通过在PWM3/ICCMAX、PWM1A/ICCMAXA和PWM6/ICCMAX_AUXIN引脚连接到地的电阻，在器件使能时对这些寄存器进行编程。

超声波模式

在轻负载时，DCM模式下轨的开关频率会降低，超声波模式可强制开关频率保持在可听范围以上。

CCM/DCM操作

在PS0模式下，所有轨以连续导通模式（CCM）运行，采用双边缘控制方法；在PS1模式下，所有轨以单相CCM RPM模式运行；在PS2和PS3模式下，根据负载电流，轨可在CCM或不连续导通模式（DCM）下运行。

五、故障保护

过流保护（OCP）

提供可编程的总电流限制，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引脚电流超过阈值时，控制器将进行相应的保护操作。

输入欠压锁定（UVLO）

VR监测5 V VCC电源和VRMP引脚电压，并具有滞后功能。

输出欠压监测

监测多相轨输出电压，当输出电压低于DAC - DROOP电压超过VUVM2时，UVM比较器将触发，使VR_RDY信号变低。

输出过压保护

监测多相输出电压，当输出电压超过DAC电压VOVP时，VR_RDY标志变低，过压轨的DAC电压将缓慢降至0 V，同时PWM输出变低。

绝对过压保护

启动时，OVP阈值设置为绝对过压阈值，避免误触发OVP。

六、总结

NCP81560作为一款专为计算机CPU应用设计的多相控制器，具有丰富的功能和出色的性能。它的宽输入电压范围、快速的动态响应、高精度的电流监测以及多种保护功能，使其成为计算机电源设计的理想选择。电子工程师在设计过程中，可根据实际需求合理配置和使用该控制器，以实现高效、稳定的电源供应。你在使用类似控制器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。