O 引言

　　隨著現(xiàn)代電子產品，特別是便攜式電子產品在噪聲、干擾及功耗方面的要求不斷提高，許多新型微處理器、CPU、MCU和DSP等系統(tǒng)核心器件的供電電壓要求越來越低，但為了能夠處理更多的接口和外設數(shù)據(jù)。其電流要求則相對增大。到2007年，PC機將要求DC/DC轉換器能在O.95V時提供高達200A的電流。為此，飛兆半導體公司開發(fā)出以多個模塊組成的分布式電壓凋節(jié)模塊(VRM)，其中每個模塊都能提供高達每相40A的電流，且效率超過80％。本文介紹的FAN5240就是飛兆半導體公司為CPU主電源設計推出的相同步補償式單輸出PWM控制器集成電路。該芯片可通過其自身攜帶的5位數(shù)模轉換器來對電路的輸出電壓進行編程設置。其主PWM輸出電壓的設置范圍為O.925～2.0v，且可在電路的運行過程中進行設置。同時，F(xiàn)AN5240的效率很高，可在較寬的負載條件下獲得90％以上的轉換效率，即使在輕載時，也可以達到80％以上的轉換效率。因此，F(xiàn)AN5240適合用來設計為CPU及微處理器供電的低電壓、大電流、可編程輸出電源。

　　1 FAN5240的主要特點和功能參數(shù)

　　1.1 主要特點

　　FAN5240芯片內部具有精密電壓參考和一個特殊的綜合補償電路，因而可提供極好的靜態(tài)噪聲和主電壓動態(tài)調節(jié)特性。此外，芯片內部調節(jié)器采用特殊電路設計，因而能夠平衡兩相電路以使其效率達到最佳。

　　FAN5240在啟動過程中可對電路的輸出電壓進行監(jiān)控。該芯片帶有PGOOD引腳，當電路軟啟動完成且輸出電壓正常后，PGOOD腳將發(fā)出一個電源準備好信號表明整個電路正常工作，其軟啟動延遲時間可由PG00D引腳外一個外接電容器來決定。

　　FAN5240內部的過壓保護(OVP)電路可有效防止電路中低端MOSFET的輸出電壓超過設定值，而PWM控制器中的過流保護電路則可通過交替檢測低端MOSFET上的電壓降來對轉換器的負載情況實施監(jiān)控。過流門限可通過外部電阻來設置。如果需要更加精密的過流監(jiān)測，可以通過選擇高精度的外部電流檢測電阻來實現(xiàn)。

　　FAN5240的主要特點如下。

　　具有0.925～2.000V的CPU主電源電壓輸出范圍；
　　帶有±l％的精密過熱參考；
　　可通過5位DAC來動態(tài)設置輸出電壓；
　　輸入電壓范圍寬達6～24V；
　　電路中的兩個通道可交替開關以使效率達到最佳；
　　能有效減小輸出電容的尺寸；
　　采用遠程差分電壓檢測技術；
　　采用電壓前饋和平均電流模式控制技術，可獲得極佳的動態(tài)響應；
　　具有動態(tài)占空比箝位功能，可有效減小電感電流的增入；
　　可用電流檢測電阻對低端MOSFFT上的電流進行精密檢測；
　　具有過壓保護、過流保護和過熱關斷等失效保護功能；
　　帶有器件使能、電源準備好、電源準備好延遲和強制PWM控制等功能；
　　
　　1.2 引腳功能

　　FAN5240控制器共有28個引腳，如圖l所示。具有QSOP28和TSSP28兩種封裝形式，F(xiàn)AN5240的引腳功能如下。

　    腳l，27(LDRYV2，LDRYl)分別為兩個通道的低邊MOSFET驅動輸入，應分別連接到外部兩通道低邊N溝道MOSFET的門極以進行同步操作。同時，該端與 MOSFET門極之間的連線應越短越好。
　　腳2，26(PGND2，PGNDl) 功率地，分別接兩個低端MOSFET的源極。
　　腳3，25(BOOT2，BOOTl) 分別為兩個通道高邊MOSFET的片內自舉。
　　腳4，24(HDRV2，HDRVl) 分別為兩個通道的高邊MOSFET驅動輸入，應分別連接到外部兩通道的高邊N溝道MOSFET的門極。同時，該端與MOSFET門極之間的連線也應越短越好。
　　腳5，23(SW2，SWl) 分別為兩個通道的開關電壓輸出端口。應分別接到兩個通道的高邊MOSFET管的源極和低邊MOSFET管漏極。
　　腳6，22(ISNS2，ISNSl) 電流檢測輸入，用于檢測電路上低端MOSFET上或電流檢測電阻上的反饋電流。
　　腳7～1l (VID4～VID0) 電壓識別碼輸入引腳，可通過TTL電平或集電極開路輸入信號來對輸出電壓進行編程。
　　腳12(FPWM) 強制PWM模式，該腳為高電平時，芯片將強制進入同步操作模式；該腳為低電平時，器件將進入延遲模式。
　　腳13(ILIM) 限流門限設置端，設計時可通過該端和地端的一個電阻來設置過流門限。
　　腳14(EN) 芯片使能端，該腳開路或上拉到VCC可使能芯片；另外，在電路鎖定失效時，可通過觸發(fā)EN端來使器件復位。
　　腳15(AGND) 模擬地，該端是整個器件的信號參考地端，電路中的所有電壓均以此腳零電平為參考。
　　腳16(DELAY) 電源準備好或過流保護延遲設定端，在該腳和地之間接一個電容可用來設定電源準備好或過電流關斷延遲時間。
　　腳17，18(VCORED．VCORE+) 主電壓輸出檢測端，可通過差分檢測這兩個端口的輸出電壓來實現(xiàn)電源好、災壓和過壓保護的監(jiān)控與調節(jié)。設計時可在VCORE+端外串接一個電阻來設定輸出電壓的檢測壓降。
　　腳19(PGOOD) 電源好標志輸出，當輸出主電壓在825mV以下時，該腳輸出低電平；當輸出主電壓上升到875mV以上后，PGOOD端由低電平到高電平的延遲時間完全由DELAY與地間的電容決定。
　　腳20(SS) 軟啟動引腳，通過該腳和地之間的一個外接電容可對軟啟動速率進行編程設置。
　　腳21(VIN) 電池電壓輸入，用于片內振蕩器輸入電壓瞬變時的快速補償。
　　腳28(VCC) 器件電源端，當該腳電壓上升到4.6V以上時，器件啟動操作；當該腳電壓降到4.3V以下時，器件關斷。
　　
　　FAN5240可以工作在兩種工作模式，其中第一種模式為固定頻率PWM模式，第二種模式是依賴于負載的可變頻率延遲模式。當負載電流低于電路中濾波電感的峰值電流時，電路將工作在可變頻率延遲模式；而當濾波電感的電流恢復以后，電路又重新恢復到PWM工作模式。通過PWM模式到延遲模式的轉換可以在輕載時改善電路的轉換頻率并延長電池的使用時間。