不同调节器实现电压定位的方式不尽相同。电压模式下的第二个电流环路通常可提供总平均电流。该电流按照一定比例,通过电阻建立一个偏移电压,该偏移电压作用在基准电压或反馈电压,需选取适当的阻值以提供适当的负载线电阻。
MAX8809A/MAX8810A采用另一种不同的方法,用一定的增益来动态设置输出负载线(图8)。

图8. 具有动态电压定位的峰值电流模式控制(MAX8810A)
误差电压计算公式如下所示:
VC = gMV x RCOMP x (VDAC - VOUT)
其中,gMV是误差放大器的增益,RCOMP是误差放大器输出端和地之间的电阻,VDAC是所期望的输出电压,VOUT是实际的输出电压。
同样,PWM比较器反相输入端上的电压为:
VC = (IOUT / N) x RSENSE x GCA
其中,IOUT是输出(CPU)负载电流,N是相数,RSENSE是电流检测电阻,GCA是电流检测放大器的增益。
在稳压状态下,这两个电压必须相等,将变量代入并重新整理,可得:
(VDAC - VOUT) / IOUT = (RSENSE x GCA) / (N x gMV x RCOM
P)
(VDAC - VOUT) / IOUT是前面定义的负载线阻抗。电流检测增益(GCA)和误差放大器跨导(gMV)为IC参数,是恒定常量;参数RSENSE和N则由具体应用决定。因此,通过选择恰当的RCOMP值可设置负载线路阻抗,它还用来设置误差电压放大器的增益。
环路补偿
上述MAX8809A/MAX8810A电压定位技术的优点在于其简易性。用于电压定位的误差放大器输出电阻也可用于环路补偿。电流峰值模式仅需要单极点补偿,以便抵消大容量电容及其ESR所形成的零点。MAX8809A/MAX8810A则仅需要增加一个与电压定位电阻并联的小电容。电压定位和环路补偿的结合大大减少影响调节器输出精度的误差源。
由于电压模式调制器(控制环路)和输出滤波器引入了几个极点和零点,其补偿更加复杂。电压模式通常需要III型补偿方案,增加了小尺寸电阻和电容的数目。
温度补偿
用电感DCR作为电流检测元件的缺点是:由于铜线具有正温度系数,因此DCR会随温度变化。这直接影响了电压定位和限流保护的精度。
可使用等值、负温度系数的电阻(NTC)对设计进行补偿。该NTC通常也是设置负载线阻抗电阻网络的一部分,确保输出电压与电流比例在工作温度范围内稳定。由于NTC在整个温度范围内是非线性的,因此,电阻网络必须包括两个额外的电阻,在工作温度范围内实现阻抗线性化。
该技术的缺点是限流电路并未进行温度补偿。室温下确定的限流门限在高温下必须按比例增加,以应对增强的电流信号。室温下,电感和MOSFET必须加大尺寸,以处理限流条件下的最大电流,这会提高方案成本。
MAX8809A/MAX8810A提供了一项创新技术,这些调节器也采用NTC,但与电压定位电路无关。器件内部进行线性化处理,省去了两个外部电阻,经过温度修正后的电流信息用于内部电压定位和限流。竞争产品还需要第二个NTC补偿限流,而MAX8809A/MAX8810A则使用同一内部温度信息实现VRHOT功能,通过一个信号指示电压调节器是否超出某一特定温度。因此,用一个温度检测元件实现了三个温度控制功能,大大降低了系统总成本。
结论
本文讨论了新型CPU供电的基本要素,包括两个常用的解决方案,电压模式和峰值电流模式,并介绍了每个方案在大电流、多相电源设计中需要权衡的特定因素。阐述了MAX8809A/MAX8810A核电压调节器所具备的特性和技术:可借助RA2技术实现峰值电流模式控制,有助于简化设计过程,降低解决方案的总成本。关于Maxim在台式PC和服务器应用方面的其它电压调节器方案,请参考网站:计算机:台式机、工作站、服务器。
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