datasheet

电子工程世界电子工程世界电子工程世界

型号

产品描述

搜索

IR3088MTRPBF

器件型号:IR3088MTRPBF
器件类别:半导体    电源管理   
文件大小:18405.92KB,共96页
厂商名称:International Rectifier ( Infineon )
厂商官网:http://www.irf.com/
标准:  
下载文档

器件描述

IC ctlr xphase 28-mlpq

参数

Datasheets:
IR3088:
Product Photos:
28-MLPQ:
Standard Package : 3,000
Category: Integrated Circuits (ICs)
Family: PMIC - Power Management - Specialized
Series: XPhase™
Packaging : Tape & Reel (TR)
Applications: Processor
Current - Supply: 10mA
Voltage - Supply: 8.4 V ~ 14 V
Operating Temperature: 0°C ~ 125°C
Mounting Type: Surface Mount
Package / Case: 20-MLPQ
Supplier Device Package: 20-MLPQ (4x4)

IR3088MTRPBF器件文档内容

                  NOT RECOMMENDED FOR NEW                                          Data Sheet No. PD94712
                DESIGNS. REPLACE WITH IR3088A
                                                                                              IR3088

              XPHASETM PHASE IC WITH FAULT AND OVERTEMP DETECT

DESCRIPTION

        The IR3088 Phase IC combined with an IR XPhaseTM Control IC provides a full featured and flexible way to
        implement power solutions for the latest high performance CPUs and ASICs. The "Control" IC provides
        overall system control and interfaces with any number of "Phase" ICs which each drive and monitor a single
        phase of a multiphase converter. The XPhaseTM architecture results in a power supply that is smaller, less
        expensive, and easier to design while providing higher efficiency than conventional approaches.

        The IR3088 is intended for the following application conditions:
         Excessive impedance between converter and load
         Output voltage exceeding the control IC reference/VID voltage

FEATURES

         2.5A Average Gate Drive Current
         Loss-Less Inductor Current Sense
         Internal Inductor DCR Temperature Compensation
         Programmable Phase Delay
         Programmable Feed-Forward Voltage Mode PWM Ramp
         Sub 100ns Minimum Pulse Width supports 1MHz per-phase operation
         Current Sense Amplifier drives a single wire Average Current Share Bus
         Current Share Amplifier reduces PWM Ramp slope to ensure sharing between phases
         Body BrakingTM disables Synchronous MOSFET for improved transient response and prevents negative
        output voltage at converter turn-off
         Phase Fault Detection
         Programmable Phase Over-Temperature Detection
         Control FET driver's 25V input voltage capability simplifies boot-strap supply design
         Small thermally enhanced 20L MLPQ package

PACKAGE PINOUT

                             BIASIN 20
                                   DACIN 19
                                          PHSFLT 18
                                                 CSIN- 17
                                                       CSIN+ 16

                1            IR3088                                            15
                     RMPIN+  PHASE                                VCCH
                             IC                                  GATEH 14
                2 RMPIN-                                          PGND 13
                3 HOTSET     6
                4              SCOMP                                           12
                                                                 GATEL
                     VRHOT         7                               VCCL 11
                5 ISHARE              EAIN

                                          8
                                            PWMRMP

                                                 9
                                                   LGND

                                                       10
                                                          VCC

Page 1 of 34                                                                       9/30/04
                                                                                              IR3088

ORDERING INFORAMATION

                   Device                            Order Quantity
                IR3088MTR                             3000 per reel
                 * IR3088M
                                                     100 piece strips

* Samples only

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS

          Operating Junction Temperature.................150oC
          Storage Temperature Range......................-65oC to 150oC
          ESD Rating.............................................HBM Class 1C JEDEC standard

PIN #         PIN NAME      VMAX          VMIN           ISOURCE                                    ISINK
  1            RMPIN+       20V          -0.3V            1mA                                      1mA
  2             RMPIN-      20V          -0.3V            1mA                                      1mA
  3            HOTSET       20V          -0.3V            1mA                                      1mA
  4             VRHOT       20V          -0.3V            1mA                                      30mA
  5            ISHARE       20V          -0.3V            5mA                                      5mA
  6            SCOMP        20V          -0.3V            1mA                                      1mA
  7              EAIN       20V          -0.3V            1mA                                      1mA
  8           PWMRMP        20V          -0.3V            1mA                                      20mA
  9              LGND        n/a                          50mA                                      n/a
  10              VCC       24V            n/a             n/a                                     50mA
  11             VCCL       27V          -0.3V             n/a                                3A for 100ns,
                                         -0.3V                                                 200mA DC
  12            GATEL       27V                      3A for 100ns,                            3A for 100ns,
                                  -0.3V DC, -2V for   200mA DC                                 200mA DC
  13             PGND       0.3V         100ns                                                      n/a
                                         -0.3V       3A for 100ns,
  14            GATEH       27V                       200mA DC                                3A for 100ns,
                                  -0.3V DC, -2V for                                            200mA DC
  15             VCCH       27V          100ns       3A for 100ns,
                                         -0.3V        200mA DC                                3A for 100ns,
  16            CSIN+       20V                            n/a                                 200mA DC
  17             CSIN-      20V          -0.3V                                                     1mA
  18           PHSFLT       20V          -0.3V            1mA                                      1mA
  19            DACIN       20V          -0.3V            1mA                                      20mA
  20            BIASIN      20V          -0.3V            1mA                                      1mA
                                         -0.3V            1mA                                      1mA
                                                          1mA

Page 2 of 34                                                                                  9/30/04
                                                                              IR3088

ELECTRICAL SPECIFICATIONS

          Unless otherwise specified, these specifications apply over: 8.4V  VCC  14V, 6V  VCCH  25V, 6V
          VCCL  14V, 0 oC  TJ  125 oC, CGATEH = 3.3nF, CGATEL = 6.8nF

       PARAMETER          TEST CONDITION                          MIN TYP MAX UNIT

Gate Drivers

GATEH Rise Time           VCCH = 12V, Measure 2V to 9V                 22     50       ns
                          transition time

GATEH Fall Time           VCCH = 12V, Measure 9V to 2V                 22     50       ns
                          transition time

GATEL Rise Time           VCCL = 12V, Measure 2V to 9V                 50     75       ns
                          transition time

GATEL Fall Time           VCCL = 12V, Measure 9V to 2V                 50     75       ns
                          transition time

GATEL low to GATEH high VCCH = VCCL = 12V, Measure the time 10         25     50       ns

delay                     from GATEL falling to 1V to GATEH

                          rising to 1V

GATEH low to GATEL high VCCH = VCCL = 12V, Measure the time 10         25     50       ns

delay                     from GATEH falling to 1V to GATEL

                          rising to 1V

Disable Pull-Down Current Force GATEH or GATEL = 2V with          15   25     40       A
                                         BIASIN = 0V

Current Sense Amplifier

CSIN+ Bias Current                                                -0.5 -0.25  0        A

CSIN- Bias Current                                                -0.5 -0.25  0        A

Input Offset Voltage      CSIN+ = CSIN- = DACIN. Measure input -3      0.5    5        mV

Gain at TJ = 25 oC        referred offset from DACIN
Gain at TJ = 125 oC
Slew Rate                                                         32   34     36       V/V

                                                                  27   29     31       V/V

                          Current Sense Amplifier output is an         12.5            V/s
                          internal node. Slew rate at the ISHARE
                          pin will be set by the internal 10k
                          resistor and any stray external
                          capacitance

Differential Input Range                                          -20         100 mV

Common Mode Input Range                                           0           4                            V
Rout at TJ = 25 oC
Rout at TJ = 125 oC                                               7.9 10.5 13.1 k

Ramp Discharge Clamp                                              9.3 12.4 15.5 k

Clamp Voltage             Force I(PWMRMP) = 500A. Measure        -10  5      20       mV
                          V(PWMRMP) V(DACIN)

Clamp Discharge Current                                           4    8               mA

Page 3 of 34                                                                  9/30/04
                                                                                     IR3088

           PARAMETER                     TEST CONDITION                  MIN TYP MAX            UNIT
Ramp Comparator
Input Offset Voltage                                                     20    40         80     mV
Hysteresis                                                                                       mV
RMPIN+, RMPIN- Bias Current   Note 1                                     -10   0          10     A
Propagation Delay                                                                                ns
                                                                         -1    -0.5       1
PWM Comparator                                                                                   mV
PWM Comparator Input Offset   VCCH = 12V. Measure time from RMPIN 100 150 240                    A
Voltage                       input (50mV overdrive) to GATEL                                    ns
EAIN & PWMRMP Bias            transition to <11V.
Current                                                                                           V
Propagation Delay                                                        -5    5          15
                                                                                                 mV
Common Mode Input Range       Clamp and Current Share Adjust OFF         -1    -0.4       1       V
                                                                                                 mA
Share Adjust Error Amplifier  VCCH = 12V. Measure time from                    70         150    A/V
Input Offset Voltage          PWMRMP input (50mV overdrive) to                                   A
Input Voltage Range           GATEH transition to < 11V.                                  5      mV
PWMRMP Adjust Current         Exceeding the Common Mode input
Transconductance              range results in 100% duty cycle                                   mV
SCOMP Source/Sink Current
SCOMP Activation Voltage                                                 10    20         30      %
                                                                                                 ns
PWMRMP Min Voltage            EAIN PWMRMP, Note 1                      -3.5             3.5
0% Duty Cycle Comparator                                                                          %
Threshold Voltage             I(PWMRMP) = 3.5mA, Note 1                   4    8                 mV
Propagation Delay             Note 1                                                             A
                              Amount SCOMP must increase from its        0.9   1.6        2.3
Phase Fault Comparator        minimum voltage until the Ramp Slope                               A
Threshold Voltage             Adjust current equals = 10A               20    30         40     mV
Output Voltage                I(PWMRMP) = 500A                                                  A
PHSFLT Leakage Current                                                   60    150 300           oC
VRHOT Comparator
HOTSET Bias Current                                                      150 225 350              V
Output Voltage
VRHOT Leakage Current         Compare to V(DACIN)                        88    91         94
Threshold Hysteresis
                              VCCL = 12V. Measure time from EAIN <             100 150
Threshold Voltage             0.9 x V(DACIN) (200mV overdrive) to
                              GATEL transition to < 11V. Note 1.

                              Compare to V(DACIN)                        88    91         94
                              I(PHSFLT) = 4mA
                              V(PHSFLT) = 5.5V                                 300 400

                                                                               0          10

                                                                         -2    -0.5       1

                              I(VRHOT) = 29mA                                  150 400

                              V(VRHOT) = 5.5V                                  0          10
                              TJ  85 oC
                                                                         3.0   7.0        9.0

                                               MIN                  TYP              MAX

                              TJ  85 oC  4.73mV/ oC x TJ + 4.73mV/ oC x TJ + 4.73mV/ oC x TJ +

                                               1.176V             1.241V          1.356V

Page 4 of 34                                                                         9/30/04
                                                                                  IR3088

            PARAMETER                 TEST CONDITION                    MIN TYP MAX UNIT
General
VCC Supply Current     6V  VCCH  14V                                        10    14                  mA
VCCL Supply Current    14V  VCCH  25V
VCCH Supply Current                                                         2.5   5                   mA

BIASIN Bias Current                                                         5.5   8                   mA
DACIN Bias Current
                                                                            6.5   10                  mA

                                                                        -5  -2.5  2                   A

                                                                        -2  -0.5  1                   A

Note 1: Guaranteed by design, but not tested in production

PIN DESCRIPTION

PIN#  PIN SYMBOL PIN DESCRIPTION
  1
  2           RMPIN+ Non-inverting input to Ramp Comparator
  3
              RMPIN- Inverting input to Ramp Comparator
  4
              HOTSET   Inverting input to VRHOT comparator. Connect resistor divider from VBIAS to LGND
  5                    to program VRHOT threshold. Diode or thermistor may be substituted for lower
                       resistor for enhanced/remote temperature sensing.
  6
              VRHOT    Open Collector output of the VRHOT comparator which drives low if IC junction
  7                    temperature exceeds the user programmable limit. Connect external pull-up.

  8           ISHARE   Output of the Current Sense Amplifier and input to the Share Adjust Error Amplifier.
                       Voltage on this pin is equal to V(DACIN) + 34 * [V(CSIN+) V(CSIN-)]. Connecting
  9                    ISHARE pins together creates a Share Bus enabling current sharing between Phase
10                    ICs. The Share bus is also used by the Control IC for voltage positioning and Over-
11                    Current protection.
12
13           SCOMP    Compensation for the Current Share control loop. Connect a capacitor to ground to se
14                    the control loop's bandwidth.
15
16           EAIN     PWM comparator input from the error amplifier output of Control IC. Both Gate Driver
17                    outputs drive low if the voltage on this pin is less than 91% of V(DACIN).
18
              PWMRMP PWM comparator ramp input. Connect a resistor from this pin to the converter input
19                             voltage and a capacitor to LGND to program the PWM ramp.

20           LGND Signal ground and IC substrate connection

              VCC      Power for internal circuitry

              VCCL     Power for Low-Side Gate Driver

              GATEL Low-Side Gate Driver Output and input to GATEH non-overlap comparator

              PGND Return for Gate Drivers

              GATEH High-Side Gate Driver Output and input to GATEL non-overlap comparator

              VCCH Power for High-Side Gate Driver

              CSIN+ Non-inverting input to the Current Sense Amplifier

              CSIN- Inverting input to the Current Sense

              PHSFLT   Open Collector output of the Phase Fault comparator. Drives low if Phase current is
                       unable to match the level of the SHARE bus due to an external fault. Connect externa
                       pull-up.

              DACIN    Reference voltage input from the Control IC. Current sensing and PWM operation
                       referenced to this pin.

              BIASIN System reference voltage for internal circuitry

Page 5 of 34                                                                      9/30/04
                                                                                                                       IR3088

SYSTEM THEORY OF OPERATION

XPhaseTM Architecture

The XPhaseTM architecture is designed for multiphase interleaved buck converters which are used in applications
requiring small size, design flexibility, low voltage, high current and fast transient response. The architecture can
control converters of any phase number flexibility facilitates the design trade-off of multiphase converters. The
scalable architecture can be applied to other applications which require high current or multiple output voltages.

As shown in Figure 1, the XPhaseTM architecture consists of a Control IC and a scalable array of phase converters
each using a single Phase IC. The Control IC communicates with the Phase ICs through a 5-wire analog bus, i.e.
bias voltage, phase timing, average current, error amplifier output, and VID voltage. The Control IC incorporates all
the system functions, i.e. VID, PWM ramp oscillator, error amplifier, bias voltage, and fault protections etc. The
Phase IC implements the functions required by the converter of each phase, i.e. the gate drivers, PWM comparator
and latch, over-voltage protection, and current sensing and sharing.

There is no unused or redundant silicon with the XPhaseTM architecture compared to others such as a 4 phase
controller that can be configured for 2, 3, or 4 phase operation. PCB Layout is easier since the 5 wire bus
eliminates the need for point-to-point wiring between the Control IC and each Phase. The critical gate drive and
current sense connections are short and local to the Phase ICs. This improves the PCB layout by lowering the
parasitic inductance of the gate drive circuits and reducing the noise of the current sense signal.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            POWER GOOD
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            PHASE FAULT
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            VR HOT

         12V

ENABLE                                           PHASE FAULT

   VID5  IR3081   >> BIAS VOLTAGE                                                                CIN                   VOUT SENSE+
   VID0  CONTROL  >> PHASE TIMING                                                                                COUT  VOUT+
   VID1  IC       << CURRENT SENSE                                                                                     VOUT-
   VID2           >> PWM CONTROL                                                                                       VOUT SENSE-
   VID3           >> VID VOLTAGE                 CURRENT SHARE  IR3088     0.1uF
   VID4                                          PHASE HOT      PHASE   CCS RCS
                                                                IC

                                                 PHASE FAULT

                                                 CURRENT SHARE  IR3088     0.1uF
                                                 PHASE HOT      PHASE   CCS RCS
                                                                IC

                                                                ADDITIONAL PHASES

                                    CONTROL BUS                                    INPUT/OUTPUT

                                                 Figure 1. System Block Diagram

Page 6 of 34                                                                                     9/30/04
                                                                                                                                                                                                                                                                 IR3088

PWM Control Method

The PWM block diagram of the XPhaseTM architecture is shown in Figure 2. Feed-forward voltage mode control with
trailing edge modulation is used. A high-gain wide-bandwidth voltage type error amplifier in the Control IC is used
for the voltage control loop. An external RC circuit connected to the input voltage and ground is used to program the
slope of the PWM ramp and to provide the feed-forward control at each phase. The PWM ramp slope will change
with the input voltage and automatically compensate for changes in the input voltage. The input voltage can change
due to variations in the silver box output voltage or due to the wire and PCB-trace voltage drop related to changes
in load current.

       CONTROL IC                                                                                                SYSTEM                  PHASE IC                                                                                                                                  VIN
                                                                                                                 REFERENCE
50%    RAMP GENERATOR                                                                       BIASIN               VOLTAGE                             PWM                                                                               GATEH                                       VOSNS+
DUTY                                         VPEAK                                      RAMPIN+                                                      LATCH                                                                             GATEL                                       VOUT
CYCLE                                                                                                                         CLOCK
                                                      RMPOUT                                                                  PULSE                                                                                                    CSIN+                              COUT
                                                                                                                              GENERATOR
                                                      VBIAS                                                                                                                                                                -S                           CCS RCS                    GND
                                                      VDAC                                                                                                                                                                 +                                                       VOSNS-
                           VVALLEY                    VOSNS-              RPHS1         RAMPIN-                                          PWM            RESET                                                                          CSIN-
                                                      EAOUT                                 EAIN                                                                                      -COMPARATORDOMINANT
                                                                          RPHS2                                                                                                       +
                                                      FB            RPWMRMP             PWMRMP                                                  -      R
                                                                                                                 -
                                                    VDRP                                                         +                              +

+                                                                                                                                                                                                                          -ENABLEBODY
                                                                                                                                                                                                                           +BRAKING
         VBIAS                                                                                                                           RAMP        COMPARATOR
         REGULATOR                                                                                                                                                                    -DISCHARGE
                                                                                                                                                                                      +CLAMP
-
                                                                                                                 -
                    +                                               CPWMRMP             SCOMP                    +
                            -
                                                                                                                                                                                                                -
                    VDAC                                                                                SHARE                                                                                             +
                                                                                                        ADJUST
                                           -                                            CSCOMP          ERROR               -
                                           +                                                            AMPLIFIER     +
                    ERROR                                                                                                                                                                                                     X
                    -AMP                                                                                                                                                                                                      0.91
                    +
                                                              RVFB                      ISHARE                        +                                                                                                     CURRENT
                                                              RDRP                                                                                                                                                          SENSE
                                                                                                                 10K     20mV                                                                                               AMPLIFIER

                                                                                                                      -                                                                                                     X34

       IFB          IROSC

                                              VDRP                                      DACIN
                                              AMP

                                                    IIN

                                                                                                                 SYSTEM                  PHASE IC
                                                                                                                 REFERENCE
                                                                                            BIASIN               VOLTAGE                             PWM                                                                               GATEH
                                                                                        RAMPIN+                                                      LATCH                                                                             GATEL
                                                                                        RAMPIN-                               CLOCK
                                                                                 RPHS1                                        PULSE                  S                                                                                 CSIN+
                                                                                            EAIN                              GENERATOR
                                                                                 RPHS2  PWMRMP                                           PWM            RESET                                                                                           CCS RCS
                                                                    RPWMRMP                                                              COMPARATOR  DOMINANT
                                                                                                                                                                                                                                       CSIN-
                                                                                                                                                -      R

                                                                                                                                                +

                                                                                                 SCOMP                                       ENABLE  BODY
                                                                                                                                                     BRAKING
                                                                                        CSCOMP                                           RAMP        COMPARATOR
                                                                                                                                         DISCHARGE
                                                                                                                                         CLAMP
                                                                    CPWMRMP                                                                                                                                     -
                                                                                                                                                                                                          +
                                                                                                        SHARE                                                                                                                 X
                                                                                                        ADJUST              -                                                                                                 0.91
                                                                                                        ERROR         +
                                                                                                        AMPLIFIER

                                                                                        ISHARE                        +                                                                                                     CURRENT
                                                                                                                                                                                                                            SENSE
                                                                                                                 10K     20mV                                                                                               AMPLIFIER

                                                                                                                      -                                                                                                     X34

                                                                                        DACIN

                                                                    Figure 2. PWM Block Diagram

Frequency and Phase Timing Control

An oscillator with programmable frequency is located in the Control IC. The output of the oscillator is a 50% duty
cycle triangle waveform with peak and valley voltages of approximately 5V and 1V respectively. This signal is used
to program both the switching frequency and phase timing of the Phase ICs. The Phase IC is programmed by
resistor divider RPHS1 and RPHS2 connected between the VBIAS reference voltage and the Phase IC LGND pin. A
comparator in the Phase ICs detects the crossing of the oscillator waveform over the voltage generated by the
resistor divider and triggers a clock pulse that starts the PWM cycle. The peak and valley voltages track the VBIAS
voltage reducing potential Phase IC timing errors. Figure 3 shows the Phase timing for an 8 phase converter. Note
that both slopes of the triangle waveform can be used for phase timing by swapping the RMPIN+ and RMPIN pins,
as shown in Figure 2.

Page 7 of 34                                                                                                                                                                                                                                                     9/30/04
                                                                                                   IR3088

                                                          50% RAMP
                                                          DUTY CYCLE

               RAMP (FROM                   VPEAK (5.0V)              SLOPE = 80mV / % DC
                 CONTROL IC)          VPHASE4&5 (4.5V)                SLOPE = 1.6mV / ns @ 200kHz
                                                                      SLOPE = 8.0mV / ns @ 1MHz
                                      VPHASE3&6 (3.5V)

                                      VPHASE2&7 (2.5V)

                                      VPHASE1&8 (1.5V)
                                        VVALLEY (1.00V)

               PHASE IC CLOCK PULSES  CLK1
                                      CLK2
                                      CLK3
                                      CLK4
                                      CLK5
                                      CLK6
                                      CLK7
                                      CLK8

                                          Figure 3. 8 Phase Oscillator Waveforms

PWM Operation

The PWM comparator is located in the Phase IC. Upon receiving a clock pulse, the PWM latch is set; the PWMRMP
voltage begins to increase; the low side driver is turned off, and the high side driver is then turned on after the non-
overlap time. When the PWMRMP voltage exceeds the Error Amplifier's output voltage, the PWM latch is reset.
This turns off the high side driver and then turns on the low side driver after the non-overlap time; it activates the
Ramp Discharge Clamp, which quickly discharges the PWMRMP capacitor to the VDAC voltage of the Control IC
until the next clock pulse.

The PWM latch is reset dominant allowing all phases to go to zero duty cycle within a few tens of nanoseconds in
response to a load step decrease. Phases can overlap and go to 100% duty cycle in response to a load step
increase with turn-on gated by the clock pulses. An Error Amplifier output voltage greater than the common mode
input range of the PWM comparator results in 100% duty cycle regardless of the voltage of the PWM ramp. This
arrangement guarantees the Error Amplifier is always in control and can demand 0 to 100% duty cycle as required.
It also favors response to a load step decrease which is appropriate given the low output to input voltage ratio of
most systems. The inductor current will increase much more rapidly than decrease in response to load transients.

This control method is designed to provide "single cycle transient response" where the inductor current changes in
response to load transients within a single switching cycle maximizing the effectiveness of the power train and
minimizing the output capacitor requirements. An additional advantage of the architecture is that differences in
ground or input voltage at the phases have no effect on operation since the PWM ramps are referenced to VDAC.

Figure 4 depicts PWM operating waveforms under various conditions.

Page 8 of 34                                                                                       9/30/04
                                                                                                                                  IR3088

PHASE IC                                                                          91% VDAC
CLOCK
PULSE

           EAIN
PWMRMP

           VDAC

GATEH

GATEL

                 STEADY-STATE  DUTY CYCLE INCREASE           DUTY CYCLE DECREASE            DUTY CYCLE DECREASE DUE TO LOAD       STEADY-STATE
                 OPERATION     DUE TO LOAD                   DUE TO VIN INCREASE            DECREASE (BODY BRAKING) OR FAULT      OPERATION
                               INCREASE                      (FEED-FORWARD)                 (VCC UV, VCCVID UV, OCP, VID=11111X)

                               Figure 4. PWM Operating Waveforms

Body BrakingTM

In a conventional synchronous buck converter, the minimum time required to reduce the current in the inductor in
response to a load step decrease is;

                                            TSLEW         =  L * (IMAX - IMIN )
                                                                     VO

The slew rate of the inductor current can be significantly increased by turning off the synchronous rectifier in
response to a load step decrease. The switch node voltage is then forced to decrease until conduction of the
synchronous rectifier's body diode occurs. This increases the voltage across the inductor from Vout to Vout +
VBODYDIODE. The minimum time required to reduce the current in the inductor in response to a load transient
decrease is now;

                                            TSLEW         =  L * (IMAX - IMIN )
                                                             VO + VBODYDIODE

Since the voltage drop in the body diode is often higher than output voltage, the inductor current slew rate can be
increased by 2X or more. This patent pending technique is referred to as "body braking" and is accomplished
through the "0% Duty Cycle Comparator" located in the Phase IC. If the Error Amplifier's output voltage drops below
91% of the VDAC voltage this comparator turns off the low side gate driver.

Lossless Average Inductor Current Sensing

Inductor current can be sensed by connecting a resistor and a capacitor in parallel with the inductor and measuring
the voltage across the capacitor, as shown in Figure 5. The equation of the sensing network is,

                               vC  ( s)  =  vL  (  s)  1  +    1   CCS  =  iL  (  s)  1   RL + sL
                                                             sRCS                        + sRCSCCS

Usually the resistor Rcs and capacitor Ccs are chosen so that the time constant of Rcs and Ccs equals the time
constant of the inductor which is the inductance L over the inductor DCR (RL). If the two time constants match, the
voltage across Ccs is proportional to the current through L, and the sense circuit can be treated as if only a sense
resistor with the value of RL was used. The mismatch of the time constants does not affect the measurement of
inductor DC current, but affects the AC component of the inductor current.

Page 9 of 34                                                                                        9/30/04
                                                                               IR3088

                            vL

                      iL L      RL    VO
                                         CO
                          RCS CCS

               Current          vCcS
               Sense Amp

               CSOUT

               Figure 5. Inductor Current Sensing and Current Sense Amplifier

The advantage of sensing the inductor current versus high side or low side sensing is that actual output current
being delivered to the load is obtained rather than peak or sampled information about the switch currents. The
output voltage can be positioned to meet a load line based on real time information. Except for a sense resistor in
series with inductor, this is the only sense method that can support a single cycle transient response. Other
methods provide no information during either load increase (low side sensing) or load decrease (high side sensing).

An additional problem associated with peak or valley current mode control for voltage positioning is that they suffer
from peak-to-average errors. These errors will show in many ways but one example is the effect of frequency
variation. If the frequency of a particular unit is 10% low, the peak to peak inductor current will be 10% larger and
the output impedance of the converter will drop by about 10%. Variations in inductance, current sense amplifier
bandwidth, PWM prop delay, any added slope compensation, input voltage, and output voltage are all additional
sources of peak-to-average errors.

Current Sense Amplifier

This is a high speed differential current sense amplifier, as shown in Figure 5. Its gain decreases with increasing
temperature and is nominally 34 at 25C and 29 at 125C (-1470 ppm/C). This reduction of gain tends to
compensate the 3850 ppm/C increase in inductor DCR. Since in most designs the Phase IC junction is hotter than
the inductor these two effects tend to cancel such that no additional temperature compensation of the load line is
required.

The current sense amplifier can accept positive differential input up to 100mV and negative up to -20mV before
clipping. The output of the current sense amplifier is summed with the DAC voltage and sent to the Control IC and
other Phases through an on-chip 10K resistor connected to the ISHARE pin. The ISHARE pins of all the phases
are tied together and the voltage on the share bus represents the average current being delivered to the load and is
used by the Control IC for voltage positioning and current limit protection.

Average Current Share Loop

Current sharing between phases of the converter is achieved by the average current share loop in each Phase IC.
The output of the current sense amplifier is compared with the share bus less a 20mV offset. If current in a phase is
smaller than the average current, the share adjust error amplifier of the phase will activate a current source that
reduces the slope of its PWM ramp thereby increasing its duty cycle and output current. The crossover frequency of
the current share loop can be programmed with a capacitor at the SCOMP pin so that the share loop does not
interact with the output voltage loop.

Page 10 of 34                                                                  9/30/04
                                                                                                                                                                                                                                  IR3088

IR3088 THEORY OF OPERATION

Block Diagram
The Block diagram of the IR3088 is shown in Figure 6, and specific features are discussed in the following sections.

               RAMP                                                                                                                       PWM                                                                                              VCCH
               COMPARATOR                                                                                                                 LATCH                                                                                            GATEH

  RMPIN+                        CLOCK                                                                                                       S                                                                                              VCCL
  RMPIN-                        PULSE                                                                                                                                                                                                      GATEL
                                GENERATOR                                                                                                    RESET                                                                                         PGND
       EAIN                           -      PWM                                                                                          DOMINANT                                                                                         VCC
    BIASIN                                                                                                                               -COMPARATOR                                                                                       DACIN
PWMRMP                                                                                                                                      R                                                                                              CSIN+
                                      +      -                                                                                                                                                    -                                        CSIN-
  SCOMP                                                                                                                                  +                                                                                                 PHSFLT
                     SYSTEM                                   +                                                                                                                                   +  +              2V
  ISHARE                                                                                                                             -REFERENCEENABLE                                                        -
       LGND                                                                                                                          +VOLTAGE                              GATE                                         INTERNAL
                                                                                                                                                                           NON-OVERLAP                                  CIRCUIT
    VRHOT                                                                                -                                                                                 COMPARATORS                                  BIAS
  HOTSET                                                                                 +                                                                                                                          CURRENT
             RAMP                            RAMP                                                                                                                                                                  -SENSE
             SLOPE -                         DISCHARGE                                                                                                                                                             +AMP
             ADJUST+                         CLAMP                                                                                                                                                                    X34
                                                                                                                                                                           -
                     SHARE       -                                  X                                                                     0% DUTY                          +
                     ADJUST+                                        0.91                                                                  CYCLE
                     ERROR                                                                                                                COMPARATOR
                     AMP

                                    +

               10K                     20mV                      +

                                    -                                                                                                     +

                     VRHOT                                                                                                                                     FAULT
                     COMPARATOR                                                                                                                                COMPARATOR

                                    + VOLTAGE

                                             PROPORTIONAL
                                             TO ABSOLUTE

                                    - TEMPERATURE

                                             Figure 6. IR3088 Block Diagram

Tri-State Gate Drivers

The gate drivers can deliver up to 3A peak current. An adaptive non-overlap circuit monitors the voltage on the
GATEH and GATEL pins to prevent MOSFET shoot-through current while minimizing body diode conduction.

An Enable signal is provided by the Control IC to the Phase IC without the addition of a dedicated signal line. The
Error Amplifier output of the Control IC drives low in response to any fault condition such as input under voltage or
output overload. The IR3088 0% duty cycle comparator detects this and drives both gate outputs low. This tri-state
operation prevents negative inductor current and negative output voltage during power-down.

The Gate Drivers revert to a high impedance "off" state if VCCL and VCCH supply voltages are below the normal
operating range. An 80k resistor is connected across the GATEH/GATEL and PGND pins to prevent the
GATEH/GATEL voltage from rising due to leakage or other causes under these conditions.

Thermal Monitoring (VRHOT)

The IR3088 senses its own die temperature and produces a voltage at the input of the VRHOT comparator that is
proportional to temperature. An external resistor divider connected from VBIAS to the HOTSET pin and ground can
be used to program the thermal trip point of the VRHOT comparator. The VRHOT pin is an open-collector output
and should be pulled up to a voltage source through a resistor. If the thermal trip point is reached the VRHOT output
drives low.

Page 11 of 34                                                                                                                                                                                                                     9/30/04
                                                                    IR3088

Phase Fault

It is possible for multiphase converters to appear to be working correctly with one or more phases not functioning.
The output voltage can still be regulated and the full load current may still be delivered. However, the remaining
phase(s) will be stressed far beyond their intended design limits and are likely to fail. Loss of a phase can occur due
to poor solder connections or mounting during the manufacturing process, or can occur in the field. The most
common failure mode of a buck converter is failure of the high side MOSFET. The IR3088 has the ability to detect if
a phase stops switching and can provide this information to the system through the PHSFLT output pin. If a phase
stops switching its output current will drop to zero and the output of its IR3088 current sense amplifier will be the
DACIN voltage. The Share Adjust Amplifier reacts to this by increasing the Ramp Slope Adjust current until it
exceeds the externally programmable PWM Ramp bias current. This will cause the voltage at the PWMRMP pin to
drop below its normal operating range. The Fault Comparator trips and drives the PHSFLT output to ground when
the voltage on the PWMRMP pin falls below 91% of the DACIN voltage. PHSFLT is an open-collector output and
should be pulled up to a voltage source through a resistor.

APPLICATIONS INFORMATION

                                                                                                                                                                                                                                                            POWERGOOD
                                                                                                                                                                                                                                                            VRHOT
                                                                                                                                                                                                                                                            PHASE FAULT

               12V                                                                                                                                                                                       RCS-

                                                     RVCC                                                                                                                                                CCS-                      CCS+
                                                     10 ohm
                                                                                                                                                        RBIASIN                                                                    RCS+
                                                     CVCC                                                                                                                                                                     CBST
                                                     0.1uF                                               RFB21            RFB22      RPHASE11                        BIASIN 20                                             DBST
                                                                                                                                                                           19
                                    CSS/DEL RSS/DEL                                                                                                                                                                                      CIN
                                                                                                                                                                             DACIN                                                                                                              VOUT SENSE+
                                                                                                                                                                                  PHSFLT 18

                                                                                                                                                                                         CSIN- 17
                                                                                                                                                                                               CSIN+ 16

                                                                                                                                                        1 RMPIN+     IR3088                               VCCH 15                             DISTRIBUTION           VOUT+
                                                                                                                                                        2            PHASE                                             14                     IMPEDANCE     COUT
                                                                                                                                                                     IC
                                                                                                                                                             RMPIN-                                      GATEH                                                       VOUT-
                                    1nF                                                                                                                 3 HOTSET     SCOMP                                PGND 13
                                                                         0.1uF                                                                          4 VRHOT            EAIN                          GATEL 12                                                    VOUT SENSE-
                                                                                                                                                        5 ISHARE                  PWMRMP                   VCCL 11
                                                                                                                                                                                         LGND
               ENABLE                                                                                           CFB                  RPHASE31 RPHASE21                                         VCC                         CVCCL
                                                                                                                RFB1 RFB
                   VID5           28                                                                                                                                 6                                      RVCC
                   VID0             ENABLE                                                                                                                                 7                             RPWMRMP
                   VID1                                                                                                                                                           CPWMRMP 8
                   VID2  1 OSCDS        N/C 27                                   VBIAS 21                                                               CSCOMP                           9
                   VID3  2                     PWRGD 26                                       20                                                                                               10
                   VID4                               SS/DEL 25
                              VID5                          RMPOUT 24             BBFB
                         3 VID0                                                 EAOUT 19
                         4                                         LGND 23
                                                                          22                  18
                              VID1                                                    FB
                         5 VID2                                             VCC  VDRP 17
                         6 VID3                                                       IIN 16
                         7                                                                                                                                                                               CVCC
                                                                                              15
                              VID4  IR3081                                      OCSET                            RCP            CCP
                                    CONTROL
                                    IC                                                                                                                                                                   RCS-

                                                                                                                          CCP1                                                                           CCS-                      CCS+

                                  8                                                                                                                     RBIASIN                                                                    RCS+
                                    TRM1                                                                                                                                                                                      CBST
                                                                                                                                     RPHASE21                        BIASIN 20                                             DBST          CIN
                                        9 TRM2                                                                                                                             19
                                               10 VOSNS-
                                                      11 TRM3                                                                                                                DACIN
                                                            12 TRM4                                                                                                               PHSFLT 18
                                                                   13 ROSC
                                                                          14                                                                                                             CSIN- 17
                                                                                                                                                                                               CSIN+ 16
                                                                            VDAC

                                                                                  ROCSET

                                                     ROSC                                                                                               1            IR3088                                            15
                                                                                                                                                             RMPIN+  PHASE                                VCCH
                                                                                                  RVDAC  RSHARE                                                      IC                                  GATEH 14
                                                                                                                                                        2 RMPIN-                                          PGND 13
                                                                                                                                                        3 HOTSET     SCOMP                               GATEL 12
                                                                                                                                                        4 VRHOT            EAIN
                                                                                                                                                        5                         PWMRMP                               11
                                                                                                                                                                                         LGND              VCCL
                                                                                                                                                             ISHARE                            VCC

                                                                                                  CVDAC                              RPHASE23 RPHASE22

                                                                                                                                                                                                                           CVCCL

                                                                                                                                                                     6                                      RVCC
                                                                                                                                                                           7                             RPWMRMP
                                                                                                                                                                                  CPWMRMP 8
                                                                                                                                                        CSCOMP                           9
                                                                                                                                                                                               10

                                                                                                                                                                                                         CVCC

                                                                                                                                                                                                         RCS-

                                                                                                                                                                                                         CCS-                      CCS+

                                                                                                                                                        RBIASIN                                                                    RCS+
                                                                                                                                                                                                                              CBST
                                                                                                                                     RPHASE31                        BIASIN 20                                             DBST          CIN
                                                                                                                                                                           19

                                                                                                                                                                             DACIN
                                                                                                                                                                                  PHSFLT 18

                                                                                                                                                                                         CSIN- 17
                                                                                                                                                                                               CSIN+ 16

                                                                                                                                                        1            IR3088                                            15
                                                                                                                                                             RMPIN+  PHASE                                VCCH
                                                                                                                                                                     IC                                  GATEH 14
                                                                                                                                                        2 RMPIN-                                          PGND 13
                                                                                                                                                        3 HOTSET     SCOMP                               GATEL 12
                                                                                                                                                        4 VRHOT            EAIN                            VCCL 11
                                                                                                                                                        5 ISHARE                  PWMRMP
                                                                                                                                                                                         LGND
                                                                                                                                     RPHASE33 RPHASE32                                         VCC                         CVCCL

                                                                                                                                                                     6                                      RVCC
                                                                                                                                                                           7                             RPWMRMP
                                                                                                                                                                                  CPWMRMP 8
                                                                                                                                                        CSCOMP                           9
                                                                                                                                                                                               10

                                                                                                                                                                                                         CVCC

                                                     Figure 7. IR3081/3088 12V to 2.5V 3 Phase Converter

Page 12 of 34                                                                                                                                                                                                                                               9/30/04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 IR3088

                                                                                                                                                                                                                                                                                         POWERGOOD
                                                                                                                                                                                                                                                                                         VRHOT
                                                                                                                                                                                                                                                                                         PHASE FAULT

12V                                                                                                                                                                                             R C S-
                                                                                                                                                                                                C C S-
                                                                                                    VGATE

                                      RVCC                                          QGATE
                                      10 ohm
                                                                                                                                                                                                                  CCS+
                                      CVCC                                                                                                                                                                              RCS+
                                      0.1uF
                                                                                                                                            RBIASIN 20k

                                                                                           DGAT E                                                                                                                             DBST

                                                                              RGATE                                      RPHASE11                           BIASIN 20
                                                                                                                                                                  DACIN 19
                     CSS/DEL RSS/DEL                                                                                                                                                                                          CBST                                                       VOUT SENSE+
                                                                                                                                                                         18                                                                                           CIN
                                                                                                                                                                           PHSFLT
                                                                                                                                                                                                                                                     L
                                                                                                                                                                                CSIN- 17
                                                                                                                                                                                      CSIN+ 16

                     1nF                                                                                                                    1 RMPIN+        IR3088                               VCCH 15                                                                   DISTRIBUTION             VOUT+
                                                           0.1uF                                                                            2               PHASE                                             14                                                           IMPEDANCE     COUT
                                                                                                                                                            IC
                                                                                                                                                 RMPIN-                                         GATEH                                                                                               VOUT-
                                                                                                                                            3 HOTSET        SCOMP                                PGND 13
                                                                                                                                            4 VRHOT               EAIN                          GATEL 12                                                                                            VOUT SENSE-
                                                                                                                                            5 ISHARE                     PWMRMP                   VCCL 11
                                                                                                                                                                                LGND
ENABLE                                                                                              CFB                  RPHASE13 RPHASE12                                            VCC

    VID5                                                                                   R BBF B                                                                                                                  C VC C L
    VID0                                                                                                                                                                                        R VC C
    VID1           ENABLE 28                                                                        RFB1 RFB                                                6                                   R PW MR MP
    VID2                 27                                                                                                                                       7
    VID3  1 OSCDS                                                  VBIAS 21                   RBBDRP                                        CSCOMP                      CPWMRMP 8               C VC C
    VID4  2 VID5           N/C                                      BBFB 20                RDRP1 CDRP                                                                           9
          3                     PWRGD 26                                                                                                                                              10
                                                                                19            RDRP
               VID0                    25                         EAOUT
          4 VID1                         SS/ D EL
          5 VID2                             RMPOUT 24                  FB 18
          6                                                        VDRP 17
                                                    LGND 23
               VID3                                        VCC 22               16
          7 VID4                                                        IIN
                     IR3081                                       OCSET 15                                 RCP      CCP
                     CONTROL
                     IC                                                                                                                                                                         R C S-            CCS+
                                                                                                                                                                                                C C S-                  RCS+
                                                                                                              CCP1
                                                                                                                                                                                                                     RCS+
                   8 TRM1                                                                                                                   RBIASIN 20k                                                              CBST
                         9
                                                                                                                         RPHASE21                           BIASIN 20                                                         DBST
                           TRM2                                                                                                                                   DACIN 19                                                                    CIN
                                10 VOSNS-
                                       11                                                                                                                                18                                                   L
                                                                                                                                                                           PHSFLT
                                         TRM3
                                             12 TRM4                                                                                                                            CSIN- 17
                                                    13 ROSC                                                                                                                           CSIN+ 16
                                                           14 VDAC

                                                                    R OC SET

                                      ROSC                                                                                                  1 RMPIN+        IR3088                               VCCH 15
                                                                                                                                            2               PHASE                                             14
                                                                                    RVDAC  R SH AR E                                                        IC
                                                                                    CVDAC                                                        RMPIN-                                         GATEH
                                                                                                                                            3 HOTSET        SCOMP                                PGND 13
                                                                                                                                            4 VRHOT               EAIN                          GATEL 12
                                                                                                                                            5                            PWMRMP
                                                                                                                                                                                LGND                          11
                                                                                                                                                 I SH AR E                            VCC         VC C L

                                                                                                                         RPHASE23 RPHASE22  CSCOMP          6                                                       C VC C L
                                                                                                                                                                  7                             R VC C
                                                                                                                                                                        CPWMRMP 8               R PW MR MP
                                                                                                                                                                                9
                                                                                                                                                                                      10        C VC C

                                                                                                                                                                                                R C S-            CCS+
                                                                                                                                                                                                C C S-                  RCS+

                                                                                                                                            RBIASIN 20k

                                                                                                                                                                                                                              DBST

                                                                                                                         RPHASE31                           BIASIN 20                                                         CBST
                                                                                                                                                                  DACIN 19                                                                                            CIN

                                                                                                                                                                         18                                                                          L
                                                                                                                                                                           PHSFLT

                                                                                                                                                                                CSIN- 17
                                                                                                                                                                                      CSIN+ 16

                                                                                                                                            1 RMPIN+        IR3088                               VCCH 15
                                                                                                                                            2 RMPIN-        PHASE                               GATEH 14
                                                                                                                                            3 HOTSET        IC                                   PGND 13
                                                                                                                                            4 VRHOT                                             GATEL 12
                                                                                                                                            5               SCOMP
                                                                                                                                                                  EAIN                                        11
                                                                                                                                                 I SH AR E               PWMRMP                   VC C L
                                                                                                                                                                                LGND
                                                                                                                         RPHASE33 RPHASE32                                            VCC                           C VC C L
                                                                                                                                                                                                R VC C
                                                                                                                                            CSCOMP          6                                   R PW MR MP
                                                                                                                                                                  7
                                                                                                                                                                        CPWMRMP 8               C VC C
                                                                                                                                                                                9
                                                                                                                                                                                      10

                                                                                                                                                                                                R C S-            CCS+
                                                                                                                                                                                                C C S-                  RCS+

                                                                                                                                            RBIASIN 20k

                                                                                                                                                                                                                              DBST

                                                                                                                         RPHASE41                           BIASIN 20                                                         CBST
                                                                                                                                                                  DACIN 19                                                                                            CIN

                                                                                                                                                                         18                                                                          L
                                                                                                                                                                           PHSFLT

                                                                                                                                                                                CSIN- 17
                                                                                                                                                                                      CSIN+ 16

                                                                                                                                            1 RMPIN+        IR3088                               VCCH 15
                                                                                                                                            2 RMPIN-        PHASE                               GATEH 14
                                                                                                                                            3 HOTSET        IC                                   PGND 13
                                                                                                                                            4 VRHOT                                             GATEL 12
                                                                                                                                            5               SCOMP
                                                                                                                                                                  EAIN                                        11
                                                                                                                                                 I SH AR E               PWMRMP                   VC C L
                                                                                                                                                                                LGND
                                                                                                                         RPHASE43 RPHASE42                                            VCC                           C VC C L
                                                                                                                                                                                                R VC C
                                                                                                                                            CSCOMP          6                                   R PW MR MP
                                                                                                                                                                  7
                                                                                                                                                                        CPWMRMP 8               C VC C
                                                                                                                                                                                9
                                                                                                                                                                                      10

                                                                                                                                                                                                R C S-            CCS+
                                                                                                                                                                                                C C S-                  RCS+

                                                                                                                                            RBIASIN 20k

                                                                                                                                                                                                                              DBST

                                                                                                                         RPHASE51                           BIASIN 20                                                         CBST
                                                                                                                                                                  DACIN 19                                                                                            CIN

                                                                                                                                                                         18                                                                          L
                                                                                                                                                                           PHSFLT

                                                                                                                                                                                CSIN- 17
                                                                                                                                                                                      CSIN+ 16

                                                                                                                                            1 RMPIN+        IR3088                               VCCH 15
                                                                                                                                            2               PHASE                                             14
                                                                                                                                                            IC
                                                                                                                                                 RMPIN-                                         GATEH
                                                                                                                                            3 HOTSET        SCOMP                                PGND 13
                                                                                                                                            4 VRHOT               EAIN                          GATEL 12
                                                                                                                                            5 ISHARE                     PWMRMP                   VCCL 11
                                                                                                                                                                                LGND
                                                                                                                         RPHASE53 RPHASE52                                            VCC                           C VC C L
                                                                                                                                                                                                R VC C
                                                                                                                                            CSCOMP          6                                   R PW MR MP
                                                                                                                                                                  7
                                                                                                                                                                        CPWMRMP 8               C VC C
                                                                                                                                                                                9
                                                                                                                                                                                      10

                                                                                                                                                                                                R C S-            CCS+
                                                                                                                                                                                                C C S-                  RCS+

                                                                                                                                            RBIASIN 20k

                                                                                                                                                                                                                              DBST

                                                                                                                         RPHASE61                           BIASIN 20                                                         CBST
                                                                                                                                                                  DACIN 19                                                                                            CIN

                                                                                                                                                                         18                                                                          L
                                                                                                                                                                           PHSFLT

                                                                                                                                                                                CSIN- 17
                                                                                                                                                                                      CSIN+ 16

                                                                                                                                            1 RMPIN+        IR3088                               VCCH 15
                                                                                                                                            2               PHASE                                             14
                                                                                                                                                            IC
                                                                                                                                                 RMPIN-                                         GATEH
                                                                                                                                            3 HOTSET        SCOMP                                PGND 13
                                                                                                                                            4 VRHOT               EAIN                          GATEL 12
                                                                                                                                            5                            PWMRMP
                                                                                                                                                                                LGND                          11
                                                                                                                                                 I SH AR E                            VCC         VC C L

                                                                                                                         RPHASE63 RPHASE62  CSCOMP          6                                                       C VC C L
                                                                                                                                                                  7                             R VC C
                                                                                                                                                                        CPWMRMP 8               R PW MR MP
                                                                                                                                                                                9
                                                                                                                                                                                      10        C VC C

                                                                    Figure 8. IR3081/3088 Six Phase VRM/EVRD 10 Converter

Page 13 of 34                                                                                                                                                                                                                                                                            9/30/04
                                                                                                                        IR3088

DESIGN PROCEDURES - IR3081 AND IR3088 CHIPSET

IR3081 EXTERNAL COMPONENTS

Oscillator Resistor Rosc

The oscillator of IR3081 generates a triangle waveform to synchronize the phase ICs, and the switching frequency
of the each phase converter equals the oscillator frequency, which is set by the external resistor ROSC according to
the curve in Figure 13 of IR3081 Data Sheet.

Soft Start Capacitor CSS/DEL and Resistor RSS/DEL

Because the capacitor CSS/DEL programs four different time parameters, i.e. soft start delay time, soft start time,
over-current latch delay time, and power good delay time, they should be considered together while choosing
CSS/DEL.

The SS/DEL pin voltage controls the slew rate of the converter output voltage, as shown in Figure 10 of IR3081

Data Sheet. After the ENABLE pin voltage rises above 0.6V, there is a soft-start delay time tSSDEL, after which the

error amplifier output is released to allow the soft start. The soft start time tSS represents the time during which

converter voltage rises from zero to VO. tSS can be programmed by an external capacitor, which is determined by

Equation (1).

               CSS / DEL   =  I CHG * t SS  = 70 *10 -6 * t SS                                                     (1)
                                  VO                 VO

Once CSS/DEL is chosen, the soft start delay time tSSDEL, the over-current fault latch delay time tOCDEL, and the
delay time tVccPG from output voltage (VO) in regulation to Power Good are fixed and shown in Equations (2), (3)
and (4) respectively.

               t SSDEL  =  CSS / DEL *1.3   =  CSS / DEL *1.3                                                      (2)
                               ICHG              70 *10-6

               t OCDEL  =  C SS / DEL * 0.09   =  C SS / DEL * 0.09                                                (3)
                               I DISCHG               6 *10 -6

               tVccPG   =  CSS  / DEL  * (3.91 -VO  - 1.3)  =  CSS  / DEL  * (3.91-VO  - 1.3)                      (4)
                                         ICHG                              70 *10-6

If faster over-current protection is required, a resistor in series with the soft start capacitor CSS/DEL can be used to
reduce the over-current fault latch delay time tOCDEL, and the resistor RSS/DEL is determined by Equation (5).
Equation (1) for soft start capacitor CSS/DEL and Equation (4) for power good delay time tVccPG are unchanged,
while the equation for soft start delay time tSS/DEL (Equation 2) is changed to Equation (6). Considering the worst
case values of charge and discharge current, RSS/DEL should be no grater than 10k.

                              0.09 - tOCDEL * IDISCHG 0.09 - tOCDEL  6 *10-6
                                            CSS / DEL                     CSS / DEL
               RSS / DEL =                                  =          6 *10-6                                     (5)
                                       I DISCHG

               t SSDEL  =  CSS / DEL * (1.3 - RSS / DEL   ICHG )    =  CSS / DEL  * (1.3 - RSS / DEL * 70 *10-6 )  (6)
                                           ICHG                                        70 *10-6

VDAC Slew Rate Programming Capacitor CVDAC and Resistor RVDAC

The slew rate of VDAC down-slope SRDOWN can be programmed by the external capacitor CVDAC as defined in
Equation (7), where ISINK is the sink current of VDAC pin as shown in Figure 15 of IR3081 Data Sheet. The resistor
RVDAC is used to compensate VDAC circuit and is determined by Equation (8). The slew rate of VDAC up-slope

Page 14 of 34                                                                                                           9/30/04
                                                                                                       IR3088

SRUP is proportional to that of VDAC down-slope and is given by Equation (9), where ISOURCE is the source current
of VDAC pin as shown in Figure15 of IR3081 Data Sheet.

               CVDAC   =    I SINK                                                               (7)
                           SRDOWN

               RVDAC   = 0.5 +  3.2 10-15                                                        (8)
                                 CVDAC 2

               SRUP   =    I SOURCE                                                              (9)
                           CVDAC

Over Current Setting Resistor ROCSET

The inductor DC resistance is utilized to sense the inductor current. The copper wire of inductor has a constant
temperature coefficient of 3850 ppm/C, and therefore the maximum inductor DCR can be calculated from Equation
(10), where RL_MAX and RL_ROOM are the inductor DCR at maximum temperature TL_MAX and room temperature
T_ROOM respectively.

               RL _ MAX = RL _ ROOM  [1 + 3850 *10 -6  (TL _ MAX - TROOM )]                      (10)

The current sense amplifier gain of IR3088 decreases with temperature at the rate of 1470 ppm/C, which
compensates part of the inductor DCR increase. The phase IC die temperature is only a couple of degrees Celsius
higher than the PCB temperature due to the low thermal impedance of MLPQ package. The minimum current sense
amplifier gain at the maximum phase IC temperature TIC_MAX is calculated from Equation (11).

               GCS _ MIN = GCS _ ROOM  [1 - 1470 *10 -6  (TIC _ MAX - TROOM )]                   (11)

The total input offset voltage (VCS_TOFST) of current sense amplifier in phase ICs is the sum of input offset
(VCS_OFST) of the amplifier itself and that created by the amplifier input bias currents flowing through the current
sense resistors RCS+ and RCS-.

               VCS _ TOFST = VCS _ OFST + ICSIN +  RCS + - ICSIN -  RCS -                        (12)

The over current limit is set by the external resistor ROCSET as defined in Equation (13), where ILIMIT is the required
over current limit. IOCSET, the bias current of OCSET pin, changes with switching frequency setting resistor ROSC
and is determined by the curve in Figure 14 of IR3081 Data Sheet. KP is the ratio of inductor peak current over
average current in each phase and is calculated from Equation (14).

               ROCSET  = [ ILIMIT     RL _ MAX   (1 + KP ) + VCS _ TOFST ]  GCS _ MIN  / IOCSET  (13)
                             n

               KP  =  (VI  -VO ) VO /(L VI        fSW   2)                                       (14)
                                      IO / n

No Load Output Voltage Setting Resistor RFB and Adaptive Voltage Positioning Resistor RDRP

A resistor between FB pin and the converter output is used to create output voltage offset VO_NLOFST, which is the
difference between VDAC voltage and output voltage at no load condition. Adaptive voltage positioning further
lowers the converter voltage by RO*IO, where RO is the required output impedance of the converter.

RFB is not only determined by IFB, the current flowing out of FB pin as shown in Figure 14 of IR3081 Data Sheet, but
also affected by the adaptive voltage positioning resistor RDRP and total input offset voltage of current sense
amplifiers. RFB and RDRP are determined by (15) and (16) respectively.

Page 15 of 34                                                                                          9/30/04
                                                                                                             IR3088

               RFB  =  RL _ MAX   VO _ NLOFST - VCS _ TOFST    n  RO                                   (15)
                                        I FB  RL _ MAX

               RDRP   =  RFB   RL _ MAX  GCS _ MIN                                                     (16)
                                    n  RO

Body BrakingTM Related Resistors RBBFB and RBBDRP

The body brakingTM during Dynamic VID can be disabled by connecting BBFB pin to ground. If the feature is
enabled, Resistors RBBFB and RBBDRP are needed to restore the feedback voltage of the error amplifier after
Dynamic VID step down. Usually RBBFB and RBBDRP are chosen to match RFB and RDRP respectively.

IR3088 EXTERNAL COMPONENTS

PWM Ramp Resistor RPWMRMP and Capacitor CPWMRMP

PWM ramp is generated by connecting the resistor RPWMRMP between a voltage source and PWMRMP pin as well
as the capacitor CPWMRMP between PWMRMP and LGND. Choose the desired PWM ramp magnitude VRAMP and
the capacitor CPWMRMP in the range of 100pF and 470pF, and then calculate the resistor RPWMRMP from Equation
(17). To achieve feed-forward voltage mode control, the resistor RRAMP should be connected to the input of the
converter.

               RPWMRMP   =  VIN  *  fSW  * CPWMRMP  *[ln(VIN    VO               - VDAC  - VPWMRMP )]  (17)
                                                              - VDAC ) - ln(VIN

Inductor Current Sensing Capacitor CCS+ and Resistors RCS+ and RCS-

The DC resistance of the inductor is utilized to sense the inductor current. Usually the resistor RCS+ and capacitor
CCS+ in parallel with the inductor are chosen to match the time constant of the inductor, and therefore the voltage
across the capacitor CCS+ represents the inductor current. If the two time constants are not the same, the AC
component of the capacitor voltage is different from that of the real inductor current. The time constant mismatch
does not affect the average current sharing among the multiple phases, but affect the current signal ISHARE as well
as the output voltage during the load current transient if adaptive voltage positioning is adopted.

Measure the inductance L and the inductor DC resistance RL. Pre-select the capacitor CCS+ and calculate RCS+ as
follows.

               RCS +  =  L RL                                                                          (18)
                         CCS +

The bias current flowing out of the non-inverting input of the current sense amplifier creates a voltage drop across
RCS+, which is equivalent to an input offset voltage of the current sense amplifier. The offset affects the accuracy of
converter current signal ISHARE as well as the accuracy of the converter output voltage if adaptive voltage
positioning is adopted. To reduce the offset voltage, a resistor RCS- should be added between the amplifier inverting
input and the converter output.

               RCS - = RCS +                                                                           (19)

If RCS- is not used, RCS+ should be chosen so that the offset voltage is small enough. Usually RCS+ should be less
than 2 k and therefore a larger CCS+ value is needed.

Page 16 of 34                                                                                                9/30/04
                                                                           IR3088

Over Temperature Setting Resistors RHOTSET1 and RHOTSET2

The threshold voltage of VRHOT comparator is proportional to the die temperature TJ (C) of phase IC. Determine
the relationship between the die temperature of phase IC and the temperature of the power converter according to
the power loss, PCB layout and airflow etc, and then calculate HOTSET threshold voltage corresponding to the
allowed maximum temperature from Equation (20).

               VHOTSET = 4.73 *10-3 *TJ + 1.241                      (20)

There are two ways to set the over temperature threshold, central setting and local setting. In the central setting,
only one resistor divider is used, and the setting voltage is connected to HOTSET pins of all the phase ICs. To
reduce the influence of noise on the accuracy of over temperature setting, a 0.1uF capacitor should be placed next
to HOTSET pin of each phase IC. In the local setting, a resistor divider per phase is needed, and the setting voltage
is connected to HOTSET pin of each phase. The 0.1uF decoupling capacitor is not necessary. Use VBIAS as the
reference voltage. If RHOTSET1 is pre-selected, RHOTSET2 can be calculated as follows.

               RHOTSET 2  =  RHOTSET1 VHOTSET                        (21)
                              VBIAS - VHOTSET

Phase Delay Timing Resistors RPHASE1 and RPHASE2

The phase delay of the interleaved multiphase converter is programmed by the resistor divider connected at
RMPIN+ or RMPIN- depending on which slope of the oscillator ramp is used for the phase delay programming of
phase IC, as shown in Figure 3.

If the upslope is used, RMPIN+ pin of the phase IC should be connected to RMPOUT pin of the control IC and
RMPIN- pin should be connected to the resistor divider. When RMPOUT voltage is above the trip voltage at
RMPIN- pin, the PWM latch is set. GATEL becomes low, and GATEH becomes high after the non-overlap time.

If down slope is used, RMPIN- pin of the phase IC should be connected to RMPOUT pin of the control IC and
RMPIN+ pin should be connected to the resistor divider. When RMPOUT voltage is below the trip voltage at
RMPIN- pin, the PWM latch is set. GATEL becomes low, and GATEH becomes high after the non-overlap time.

Use VBIAS voltage as the reference for the resistor divider since the oscillator ramp magnitude from control IC
tracks VBIAS voltage. Try to avoid both edges of the oscillator ramp for better noise immunity. Determine the ratio
of the programming resistors corresponding to the desired switching frequencies and phase numbers. If the resistor
RPHASEx1 is pre-selected, the resistor RPHASEx2 is determined as:

               RPHASEx2   =  RAPHASEx  RPHASEx1                      (22)
                                 1 - RAPHASEx

Combined Over Temperature and Phase Delay Setting Resistors RPHASE1, RPHASE2 and RPHASE3

The over temperature setting resistor divider can be combined with the phase delay resistor divider to save one
resistor per phase.

Calculate the HOTSET threshold voltage VHOTSET corresponding to the allowed maximum temperature from
Equation (20). If the over temperature setting voltage is lower than the phase delay setting voltage,
VBIAS*RAPHASEx, connect RMPIN+ or RMPIN- pin between RPHASEx1 and RPHASEx2, and connect HOTSET pin
between RPHASEx2 and RPHASEx3. Pre-select RPHASEx1,

               RPHASEx2   =  (RAPHASEx VBIAS - VHOTSET ) * RPHASEx1  (23)
                                       VBIAS  (1 - RAPHASEx )

               RPHASEx3   =   VHOTSET  RPHASEx1                      (24)
                             VBIAS * (1 - RAPHASEx )

Page 17 of 34                                                              9/30/04
                                                                                                           IR3088

If the over temperature setting voltage is higher than the phase delay setting voltage, VBIAS*RAPHASEx, connect
HOTSET pin between RPHASEx1 and RPHASEx2, and connect RMPIN+ or RMPIN- between RPHASEx2 and RPHASEx3.
Pre-select RPHASEx1,

               RPHASEx2   =  (V HOTSET  - RAPHASEx VBIAS )  RPHASEx1                                 (25)
                                          VBIAS - VHOTSET

               RPHASEx3   =  RAPHASEx VBIAS * RPHASEx1                                               (26)
                                   VBIAS - VHOTSET

Bootstrap Capacitor CBST

Depending on the duty cycle and gate drive current of the phase IC, a 0.1uF to 1uF capacitor is needed for the
bootstrap circuit.

Decoupling Capacitors for Phase IC
0.1uF-1uF decoupling capacitors are required at VCC and VCCL pins of phase ICs.

VOLTAGE LOOP COMPENSATION

The adaptive voltage positioning (AVP) is usually adopted in the computer applications to improve the transient
response and reduce the power loss at heavy load. Like current mode control, the adaptive voltage positioning loop
introduces extra zero to the voltage loop and splits the double poles of the power stage, which make the voltage
loop compensation much easier.

Resistors RFB and RDRP are chosen according to Equations (15) and (16), and the selection of compensation types
depends on the output capacitors used in the converter. For the applications using Electrolytic, Polymer or AL-
Polymer capacitors and running at lower frequency, type II compensation shown in Figure 9(a) is usually enough.
While for the applications using only ceramic capacitors and running at higher frequency, type III compensation
shown in Figure 9(b) is preferred.

For applications where AVP is not required, the compensation is the same as for the regular voltage mode control.
For converter using Polymer, AL-Polymer, and ceramic capacitors, which have much higher ESR zero frequency,
type III compensation is required as shown in Figure 9(b) with RDRP and CDRP removed.

                                                                                                                                                                                 CCP1

                                  CCP1

                                                                            RFB  RCP         CCP
                                                            VO+
                             RCP        CCP
                                                                RFB1 CFB

      RFB                                                                           FB  -                  EAOUT
                                                                                 VDAC         EAOUT
VO+                          FB -                                     RDRP
                                                                                        +
                                              EAOUT         VDRP
                          VDAC +                     EAOUT

      RDRP                                                            CDRP

VDRP

      (a) Type II compensation                                    (b) Type III compensation

                                  Figure 9. Voltage loop compensation network

Type II Compensation for AVP Applications

Determine the compensation at no load, the worst case condition. Choose the crossover frequency fc between 1/10
and 1/5 of the switching frequency per phase. Assume the time constant of the resistor and capacitor across the
output inductors matches that of the inductor, and determine RCP and CCP from Equations (27) and (28), where LE
and CE are the equivalent inductance of output inductors and the equivalent capacitance of output capacitors
respectively.

Page 18 of 34                                                                                              9/30/04
                                                                          IR3088

               RCP   =  (2      fC )2  LE  CE  RFB VPWMRMP          (27)
                               VO * 1 + (2 * fC * C * RC )2

               CCP     10         LE  CE                            (28)
                     =            RCP

CCP1 is optional and may be needed in some applications to reduce the jitter caused by the high frequency noise. A
ceramic capacitor between 10pF and 220pF is usually enough.

Type III Compensation for AVP Applications

Determine the compensation at no load, the worst case condition. Assume the time constant of the resistor and
capacitor across the output inductors matches that of the inductor, the crossover frequency and phase margin of the
voltage loop can be estimated by Equations (29) and (30), where RLE is the equivalent resistance of inductor DCR.

               fC1   =  2     * CE    RDRP         RLE              (29)
                                     GCS * RFB

                C1   =  90  -  A  tan(0.5)    180                   (30)
                                               

Choose the desired crossover frequency fc around fc1 estimated by Equation (29) or choose fc between 1/10 and
1/5 of the switching frequency per phase, and select the components to ensure the slope of close loop gain is -20dB
/Dec around the crossover frequency. Choose resistor RFB1 according to Equation (31), and determine CFB and
RDRP from Equations (32) and (33).

               RFB1     =  1  RFB        to        RFB1  =  2  RFB  (31)
                           2                                3

               CFB   =     4      1   RFB1                          (32)
                                 fC

               C DRP    =  (RFB     + RFB1 )  CFB                   (33)
                                     RDRP

RCP and CCP have limited effect on the crossover frequency, and are used only to fine tune the crossover frequency
and transient load response. Determine RCP and CCP from Equations (34) and (35).

               RCP   =  (2        fC )2   LE   CE   RFB  VPWMRMP    (34)
                                               VO

               CCP     10         LE  CE                            (35)
                     =            RCP

CCP1 is optional and may be needed in some applications to reduce the jitter caused by the high frequency noise. A
ceramic capacitor between 10pF and 220pF is usually enough.

Type III Compensation for Non-AVP Applications

Resistor RFB is chosen according to Equations (15), and resistor RDRP and capacitor CDRP are not needed. Choose

the crossover frequency fc between 1/10 and 1/5 of the switching frequency per phase and select the desired phase

margin c. Calculate K factor from Equation (36), and determine the component values based on Equations (37) to

(41),

               K  =            (C        + 1.5)]                    (36)
                     tan[
                            4 180

Page 19 of 34                                                             9/30/04
                                                                                                                 IR3088

                             (2         LE  CE  fC )2 VPWMRMP                                              (37)
               RCP = RFB                      VO  K

               CCP     =  2    K                                                                           (38)
                               fC  RCP

               CCP1    =  2    fC  1      RCP                                                              (39)
                                   K

               CFB     =  2    K                                                                           (40)
                               fC  RFB

               RFB1    =  2    fC  1     C FB                                                              (41)
                                   K

CURRENT SHARE LOOP COMPENSATION

The crossover frequency of the current share loop should be at least one decade lower than that of the voltage loop
in order to eliminate the interaction between the two loops. A capacitor from SCOMP to ground is usually enough
for the share loop compensation. Choose the crossover frequency of current share loop (fCI) based on the
crossover frequency of voltage loop (fC), and determine the CSCOMP,

CSCOMP  =      0.65 *  RPWMRMP  *VI  *  IO  * GCS _ ROOM  * RLE *[1 + 2   *  fCI  * CE  * (VO  IO )]* FMI  (42)
                                              VO  2       fCI *1.05 *106

Where FMI is the PWM gain in the current share loop,

               FMI     =  RPWMRMP * CPWMRMP * fSW *V PWMRMP                                                (43)
                          (VI - VPWMRMP - VDAC ) * (VI - VDAC )

Page 20 of 34                                                                                                    9/30/04
                                                                                                       IR3088

DESIGN EXAMPLE 1 - VRM 10 2U CONVERTER

SPECIFICATIONS

Input Voltage: VI=12 V
DAC Voltage: VDAC=1.35 V
No Load Output Voltage Offset: VO_NLOFST=20 mV
Output Current: IO=105 ADC
Maximum Output Current: IOMAX=120 ADC
Output Impedance: RO=0.91 m
VCC Ready to VCC Power Good Delay: tVccPG=0-10mS
Soft Start Time: tSS=2 mS
Over Current Delay: tOCDEL=0.5mS
Dynamic VID Down-Slope Slew Rate: SRDOWN=2.5mV/uS
Over Temperature Threshold: TPCB=115 C

POWER STAGE

Phase Number: n=6
Switching Frequency: fSW=400 kHz
Output Inductors: L=220 nH, RL=0.47 m
Output Capacitors: AL-Polymer, C=560uF, RC= 7m, Number Cn=10

IR3081 EXTERNAL COMPONENTS

Oscillator Resistor Rosc

Once the switching frequency is chosen, ROSC can be determined from the curve in Figure 13 of IR3081 Data
Sheet. For switching frequency of 400kHz per phase, choose ROSC=30.1k

Soft Start Capacitor CSS/DEL and Resistor RSS/DEL

Because faster over-current protection is required, the soft start capacitor CSS/DEL in series with the resistor
RSS/DEL is used. Calculate the soft start capacitor from the required soft start time.

CSS / DEL  =  I CHG  t SS  =  70 *10-6  2 *10-3       = 0.1uF
                  VO           1.35 - 20 *10-3

Calculate the soft start resistor from the required over current delay time tOCDEL,

              0.09 - tOCDEL  IDISCHG         0.09  -  0.5 *10-3  6 *10-6
                         CSS / DEL
RSS / DEL =           I DISCHG            =                0.1*10-6       = 10k
                                                        6 *10-6

The soft start delay time is

tSSDEL  =  CSS / DEL   (1.3 - RSS / DEL   ICHG )  =   0.1*10-6   (1.3 -10 *103 * 70 *10-6)  =  0.86mS
                            ICHG                                    70 *10-6

The power good delay time is

tVccPG  =  CSS / DEL  * (3.91-VO  - 1.3)  =  0.1*10-6 * (3.91-1.33 -1.3)  = 1.8ms
                        ICHG                            70 *10-6

Page 21 of 34                                                                                          9/30/04
                                                                                                                      IR3088

VDAC Slew Rate Programming Capacitor CVDAC and Resistor RVDAC

From Figure 15 of IR3081 Data Sheet, the sink current of VDAC pin corresponding to 400kHz (ROSC=30.1k) is
76uA. Calculate the VDAC down-slope slew-rate programming capacitor from the required down-slope slew rate.

CVDAC       =   I SINK     =      76 *10-6         = 30.4nF , Choose CVDAC=33nF
               SRDOWN         2.5 *10-3 /10-6

Calculate the programming resistor.

RVDAC    = 0.5 + 3.2 *10-15      = 0.5 +  3.2 *10-15          = 3.5
                    CVDAC 2               (33 *10-9 )2

From Figure 15 of IR3081 Data Sheet, the source current of VDAC pin is 110uA. The VDAC up-slope slew rate is

SRUP     =  I SOURCE    =   110 *10-6  = 3.3mV / uS
            CVDAC           33 *10-9

Over Current Setting Resistor ROCSET

The room temperature is 25C and the target PCB temperature is 100 C. The phase IC die temperature is about 1
C higher than that of phase IC, and the inductor temperature is close to PCB temperature.

Calculate Inductor DC resistance at 100 C,
RL _ MAX = RL _ ROOM [1+ 3850*10-6 (TL _ MAX - TROOM)] = 0.47*10-3 [1+ 3850*10-6 (100- 25)] = 0.61m

The current sense amplifier gain is 34 at 25C, and its gain at 101C is calculated as,
GCS _ MIN = GCS _ ROOM [1 -1470 *10 -6  (TIC _ MAX - TROOM )] = 34 [1 -1470 *10 -6  (101 - 25)] = 30.2

Set the over current limit at 135A. From Figure 14 of IR3081 Data Sheet, the bias current of OCSET pin (IOCSET) is
41uA with ROSC=30.1k. The total current sense amplifier input offset voltage is 0.55mV, which includes the offset
created by the current sense amplifier input resistor mismatch.

Calculate constant KP, the ratio of inductor peak current over average current in each phase,

KP    =  (VI   - VO ) VO /(L VI        f SW     2)    =  (12 -1.33) 1.33 /(220 *10-9       12  400 *103   2)  =  0.3
                        I LIMIT / n                                               135 / 6

ROCSET      = [ RLIMIT   RL _ MAX    (1 + KP ) + VCS _ TOFST ]  GCS _ MIN        / IOCSET
                  n

=   135        0.61*10  -3  1.3  +  0.55  *10  -3  )    30.2  /(41*10  -6  )  =  13.3k
   (
      6

No Load Output Voltage Setting Resistor RFB and Adaptive Voltage Positioning Resistor RDRP

From Figure 14 of IR3081 Data, the bias current of FB pin is 41uA with ROSC=30.1k.

R FB  =     R L _ MAX    VO _ NLOFST - VCS _ TOFST             n  RO   = 0.61 * 10 -3  20 * 10 -3 - 0.55 * 10 -3  6  0.91 * 10 -3  = 365
                               I FB  R L _ MAX                                               41 * 10 -6  0.61 * 10 -3

RDRP     =  RFB  RL _ MAX  GCS _ MIN      =    365  0.61*10-3  30.2           = 1.21k
                       n  RO                        6  0.91*10-3

      Page 22 of 34                                                                                                   9/30/04
                                                                                                                     IR3088

Body Braking Related Resistors RBBFB and RBBDRP
N/A. The body braking during Dynamic VID is disabled.

IR3088 EXTERNAL COMPONENTS

PWM Ramp Resistor RPWMRMP and Capacitor CPWMRMP

Set PWM ramp magnitude VPWMRMP=0.8V. Choose 220pF for PWM ramp capacitor CPWMRMP, and calculate the

resistor RPWMRMP,

RPWMRMP    =     VIN    fSW   CPWMRMP  [ln(VIN   VO                       - VDAC    - VPWMRMP )]
                                                - VDAC ) - ln(VIN

=             *10 3          *10 -12    1.33  -1.35)  -         -1.35  -         =  16.1k  ,  choose  RPWMRMP=16.2k
                                      [ln(12
   12    400            220                              ln(12            0.8)]

Inductor Current Sensing Capacitor CCS+ and Resistors RCS+ and RCS-

Choose CCS+=47nF and calculate RCS+,

RCS +  =  L RL   =    220 *10-9 /(0.47 *10-3)  = 10.0k
          CCS +               47 *10-9

The bias currents of CSIN+ and CSIN- are 0.25uA and 0.4uA respectively. Calculate resistor RCS-,
RCS - = RCS + = 10.0k

Over Temperature Setting Resistors RHOTSET1 and RHOTSET2

Use central over-temperature setting and set the temperature threshold at 115 C, which corresponds to the IC die
temperature of 116 C. Calculate the HOTSET threshold voltage corresponding to the temperature thresholds.

VHOTSET = 4.73 *10-3 *TJ + 1.241 = 4.73 *10-3 116 + 1.241 = 1.79V

Pre-select RHOTSET1=10.0k,

RHOTSET 2     =  RHOTSET1 VHOTSET      = 10 *103 1.79 = 3.57k
                  VBIAS - VHOTSET           6.8 -1.79

Phase Delay Timing Resistors RPHASE1 and RPHASE2

Use central over-temperature setting and set the temperature threshold at 115 C, which corresponds to the IC die
temperature of 116 C. Calculate the HOTSET threshold voltage corresponding to the temperature thresholds.

The phase delay resistor ratios for phases 1 to 6 at 400kHz of switching frequencies are RAPHASE1=0.628,
RAPHASE2=0.415, RAPHASE3=0.202, RAPHASE4=0.246, RAPHASE5=0.441 and RAPHASE6=0.637 starting from down-
slope. Pre-select RPHASE11=RPHASE21=RPHASE31=RPHASE41=RPHASE51= RPHASE61=10k,

RPHASE12   =    RAPHASE1      RPHASE11  =       0.628    10 *103  = 16.9k
              1 - RAPHASE1                    1- 0.628

RPHASE22=7.15k, RPHASE32=2.55k, RPHASE42=3.24k, PPHASE52=7.87k, RPHASE62=17.4k

   Page 23 of 34                                                                                                     9/30/04
                                                                                                                IR3088

Bootstrap Capacitor CBST

Choose CBST=0.1uF

Decoupling Capacitors for Phase IC and Power Stage

Choose CVCC=0.1uF, CVCCL=0.1uF

VOLTAGE LOOP COMPENSATION

Type II compensation is used for the converter with AL-Polymer output capacitors. Choose the crossover frequency
fc=40kHz, which is 1/10 of the switching frequency per phase, and determine Rcp and CCP.

RCP  =  (2  fC )2  LE  CE  RFB VRAMP   =  (2  40103)2  (22010-9 / 6)  (56010-6 10)  365 0.8            =  2.0k
          VO * 1+ (2 * fC *C * RC )2      (1.35 - 2010-3) * 1+ (2 * 40*103 *560*10-6 *7 *10-3)2

        10    LE  CE  = 10   (220 10-9 / 6)  (560 10-6 *10)         = 71nF  ,     Choose  CCP=68nF
CCP =        RCP                        2.0 103

Choose CCP1=47pF to reduce high frequency noise.

CURRENT SHARE LOOP COMPENSATION

The crossover frequency of the current share loop fCI should be at least one decade lower than that of the voltage
loop fC. Choose the crossover frequency of current share loop fCI=4kHz, and calculate CSCOMP,

FMI  =  RPWMRMP * CPWMRMP * fSW *V PWMRMP      =     16.2 *103 * 220 *10-12 * 400 *103 * 0.8  = 0.011
        (VI - VPWMRMP - VDAC ) * (VI - VDAC )              (12 - 0.8 -1.35) * (12 -1.35)

CSCOMP  =  0.65 * RPWMRMP  *VI  *  IO  * GCS _ ROOM  * RLE *[1 + 2  *  fCI  * CE  * (VO  IO )]* FMI
                                         VO  2       fCI *1.05*106

        = 0.65*16.2 *103 *12 *105*34 * (0.47 *10-3 6) *[1+ 2 * 4 *103 *560 *10 -6 *10 * (1.33 -105*9.1*10 -4 ) 105]* 0.011
                                                 (1.33 -105*9.1*10-4 )  2  4 *103 *1.05*106

        = 31.4nF

Choose CSCOMP=33nF.

     Page 24 of 34                                                                                              9/30/04
                                                                                                         IR3088

DESIGN EXAMPLE 2 - EVRD 10 HIGH FREQUENCY ALL-CERAMIC CONVERTER

SPECIFICATIONS

Input Voltage: VI=12 V
DAC Voltage: VDAC=1.3 V
No Load Output Voltage Offset: VO_NLOFST=20 mV
Output Current: IO=105 ADC
Maximum Output Current: IOMAX=120 ADC
Output Impedance: RO=0.91 m
VCC Ready to VCC Power Good Delay: tVccPG=0-10mS
Soft Start Time: tSS=2.9mS
Over Current Delay: tOCDEL=2.1mS
Dynamic VID Down-Slope Slew Rate: SRDOWN=2.5mV/uS
Over Temperature Threshold: TPCB=115 C

POWER STAGE

Phase Number: n=6
Switching Frequency: fSW=800 kHz
Output Inductors: L=100 nH, RL=0.5 m
Output Capacitors: Ceramic, C=22uF, RC= 2m, Number Cn=62

IR3081 EXTERNAL COMPONENTS

Oscillator Resistor Rosc

Once the switching frequency is chosen, ROSC can be determined from the curve in Figure 13 of IR3081 Data
Sheet. For switching frequency of 800kHz per phase, choose ROSC=13.3k

Soft Start Capacitor CSS/DEL and Resistor RSS/DEL

Because faster over-current protection is required, the soft start capacitor CSS/DEL in series with the resistor
RSS/DEL is used. Calculate the soft start capacitor from the required soft start time.

CSS / DEL   =  ICHG  tSS  =  70 *10-6  2.9 *10-3       = 0.16uF , choose CSS/DEL=0.15uF
                  VO            1.3 - 20 *10-3

Calculate the soft start resistor from the required over current delay time tOCDEL,

               0.09 - tOCDEL  IDISCHG        0.09   -  2.1*10-3  6 *10-6
                          CSS / DEL
RSS / DEL =            I DISCHG           =                0.15 *10-6     = 1k
                                                         6 *10-6

The soft start delay time is

t SSDEL  =  CSS / DEL   (1.3 - RSS / DEL   I CHG )  =  0.15 *10-6   (1.3 - 1*103 * 70 *10-6 )  =  2.6mS
                             I CHG                                    70 *10-6

The power good delay time is

tVccPG   =  CSS / DEL   (3.91 - VO   - 1.3)  =  0.15 *10-6 * (3.91 - 1.28 - 1.3)  =  2.85ms
                         I CHG                              70 *10-6

Page 25 of 34                                                                                            9/30/04
                                                                                                                                IR3088

VDAC Slew Rate Programming Capacitor CVDAC and Resistor RVDAC

From Figure 15 of IR3081 Data Sheet, the sink current of VDAC pin corresponding to 800kHz (ROSC=13.3k) is
170uA. Calculate the VDAC down-slope slew-rate programming capacitor from the required down-slope slew rate.

CVDAC      =   I SINK       =     170 *10-6        = 68nF
              SRDOWN           2.5 *10-3 /10-6

Calculate the programming resistor.

RVDAC    = 0.5 + 3.2 *10-15        =  0.5  +  3.2 *10-15           = 1.2
                    CVDAC 2                   (68 *10-9 )2

From Figure 15 of IR3081 Data Sheet, the source current of VDAC pin is 250uA. The VDAC up-slope slew rate is

SRUP    =  I SOURCE      =   250 *10-6  = 3.7mV        / uS
           CVDAC             68*10 -9

Over Current Setting Resistor ROCSET

The room temperature is 25C and the target PCB temperature is 100 C. The phase IC die temperature is about 1
C higher than that of phase IC, and the inductor temperature is close to PCB temperature.

Calculate Inductor DC resistance at 100 C,
RL _ MAX = RL _ ROOM [1+ 3850*10-6  (TL _ MAX - TROOM)] = 0.5*10-3 [1+ 3850*10-6  (100- 25)] = 0.64m

The current sense amplifier gain is 34 at 25C, and its gain at 101C is calculated as,
GCS _ MIN = GCS _ ROOM [1 -1470 *10 -6  (TIC _ MAX - TROOM )] = 34 [1 -1470 *10 -6  (101 - 25)] = 30.2

Set the over current limit at 135A. From Figure 14 of IR3081 Data Sheet, the bias current of OCSET pin (IOCSET) is
90uA with ROSC=13.3k. The total current sense amplifier input offset voltage is 0.55mV, which includes the offset
created by the current sense amplifier input resistor mismatch.

Calculate constant KP, the ratio of inductor peak current over average current in each phase,

KP   =  (VI   - VO ) VO /(L VI          f SW   2)  =      (12 -1.28) 1.28 /(100 *10-9       12 800 *103   2)  =  0.32
                       ILIMIT / n                                                 135 / 6

ROCSET     = [ RLIMIT     RL _ MAX     (1 + KP ) + VCS _ TOFST ]  GCS _ MIN             / IOCSET
                 n

=   135       0.64  *10  -3  1.32  +  0.55    *10  -3  )  *  30.2  /(90  *10  -6  )  =  6.34k
   (
     6

No Load Output Voltage Setting Resistor RFB and Adaptive Voltage Positioning Resistor RDRP

From Figure 14 of IR3081 Data Sheet, the bias current of FB pin is 90uA with ROSC=13.3k.

RFB  =   RL _ MAX   VO _ NLOFST - VCS _ TOFST              n  RO   =     0.64 *10-3  20 *10-3 - 0.55*10-3  6  0.91*10-3  = 162
                          I FB  RL _ MAX                                                 90 *10-6 * 0.64 *10-3

RDRP    =  RFB  RL _ MAX  GCS _ MIN           =  162    0.64 *10-3 *30.2             = 576
                      n  RO                            6  0.91*10-3

     Page 26 of 34                                                                                                              9/30/04
                                                                                                          IR3088

Body Braking Related Resistors RBBFB and RBBDRP

N/A. The body braking during Dynamic VID is disabled.

IR3088 EXTERNAL COMPONENTS

PWM Ramp Resistor RPWMRMP and Capacitor CPWMRMP

Set PWM ramp magnitude VPWMRMP=0.75V. Choose 100pF for PWM ramp capacitor CPWMRMP, and calculate the

resistor RPWMRMP,

RPWMRMP      =  VIN  *  fSW  * CPWMRMP   *[ln(VIN    VO                - VDAC  - VPWMRMP )]
                                                   - VDAC ) - ln(VIN

          =      800 *103         *10- 12     1.28                                     =  18.2k
                                             [ln(12
             12              100                     - 1.3)  -  ln(12  -1.3 -  0.75)]

Inductor Current Sensing Capacitor CCS+ and Resistors RCS+ and RCS-

Choose 47nF for capacitor CCS+, and calculate RCS+,

RCS +  =  L RL   =   100  *10-9 /(0.5 *10-3  )  = 4.22k
          CCS +              47 *10-9

The bias currents of CSIN+ and CSIN- are 0.25uA and 0.4uA respectively. Calculate resistor RCS-,
RCS - = RCS + = 4.22k

Combined Over Temperature and Phase Delay Setting Resistors RPHASEx1, RPHASEx2 and RPHASEx3

The over temperature setting resistor divider is combined with the phase delay resistor divider. Set the temperature
threshold at 115 C, which corresponds to the IC die temperature of 116 C, and calculate the HOTSET threshold
voltage corresponding to the temperature thresholds.

VHOTSET = 4.73 *10-3  TJ + 1.241 = 4.73 *10-3 116 + 1.241 = 1.79V

The phase delay resistor ratios for phases 1 to 6 at 800kHz of switching frequencies are RAPHASE1=0.665,
RAPHASE2=0.432, RAPHASE3=0.198, RAPHASE4=0.206, RAPHASE5=0.401 and RAPHASE6=0.597 starting from down-
slope.

The over temperature setting voltage of phases 1, 2, 5, and 6 is lower than the phase delay setting voltage,
VBIAS*RAPHASEx. Pre-select RPHASE11=10k,

RPHASEx2     =  (RAPHASEx VBIAS - VHOTSET ) * RPHASEx1       =  (0.665  6.8 -1.79) 10 *103       = 12.1k
                          VBIAS  (1 - RAPHASEx )                       6.8  (1- 0.665)

RPHASEx3  =      VHOTSET  RPHASEx1       =  1.79 12.1*103    =  7.87k
                VBIAS * (1 - RAPHASEx )     6.8* (1- 0.665)

RPHASE21=10k, RPHASE22=2.94k, RPHASE23=4.64k
RPHASE51=10k, RPHASE52=2.32k, RPHASE53=4.42k
RPHASE61=10k, RPHASE62=8.25k, RPHASE63=6.49k

Page 27 of 34                                                                                             9/30/04
                                                                                                                        IR3088

The over temperature setting voltage of Phases 3 and 4 is higher than the phase delay setting voltage,
VBIAS*RAPHASEx. Pre-select RPHASEX1=10k,

R PHASE 32  =    (V HOTSET  - RAPHASE3 VBIAS )  RPHASE31         = (1.79 - 0.198  6.8) 10 *103      = 887
                              VBIAS - VHOTSET                                  6.8 -1.79

RPHASE33    =    RAPHASE3 VBIAS * RPHASE31   =   0.198  6.8 10 *103        =  2.67k
                       VBIAS - VHOTSET                 6.8 -1.79

RPHASE41=10k, RPHASE42=768, RPHASE43=2.80k

Bootstrap Capacitor CBST
Choose CBST=0.1uF

Decoupling Capacitors for Phase IC and Power Stage
Choose CVCC=0.1uF, CVCCL=0.1uF

VOLTAGE LOOP COMPENSATION

Type III compensation is used for the converter with only ceramic output capacitors. The crossover frequency and
phase margin of the voltage loop can be estimated as follows.

f C1 = 2  C E          R DRP              =  2                   *10 -6 )  576         (0.5 *10 -3         = 146kHz
                     GCS  RFB  RLE                                          34  162
                                                    (62    22                                       /  6)

C1   =  90  -  A tan(0.5)  180    =  63
                             

Choose      RFB1 =  2     RFB  =  2 162 = 110
                    3             3

Choose the desired crossover frequency fc (=140kHz) around fc1 estimated above, and calculate

CFB  =  4         1         =  4        1   110     =  5.2nF  ,  choose    CFB=5.6nF
                 fC  RFB1         140 *103

CDRP    =  (RFB + RFB1)  CFB      =  (162 +110)  5.6 *10-9     = 2.7nF
                   RDRP                         576

RCP  =  (2       fC )2  LE   CE    RFB    VRAMP  =  (2   140 *103)2  (100 *10-9 / 6)  (22 *10-6         62) 162 * 0.75  = 1.65k
                            VO                                                  1.3 - 20 *10-3

CCP = 10          LE  CE    = 10     (100 *10-9 / 6)  (22 *10-6 * 62)      = 27nF
                 RCP                          1.65 103

Choose CCP1=47pF to reduce high frequency noise.

CURRENT SHARE LOOP COMPENSATION

The crossover frequency of the current share loop fCI should be at least one decade lower than that of the voltage
loop fC. Choose the crossover frequency of current share loop fCI=3.5kHz, and calculate CSCOMP,

     Page 28 of 34                                                                                                      9/30/04
                                                                                                            IR3088

FMI  =  RPWMRMP * CPWMRMP * fSW *V PWMRMP      =  18.2 *103 *100 *10-12 *800 *103 * 0.75  =          0.011
        (VI - VPWMRMP - VDAC ) * (VI - VDAC )            (12 - 0.75 -1.3) * (12 -1.3)

CSCOMP  =  0.65 *  RPWMRMP  *VI  *  IO  * GCS _ ROOM * RLE *[1 + 2  *  fCI  * CE  * (VO  IO )]* FMI
                                          VO  2  fCI *1.05 *106

        =  0.65*18.2 *103   *12 *105*34 * (0.5*10-3 6) *[1+ 2 *3500 * 22 *10-6 * 62 * (1.33          - 105 * 9.1*10 -4  )  105]* 0.011
                                               (1.33 -105*9.1*10-4 )  2  3500 *1.05*106

        = 20.6nF

Choose CSCOMP=22nF

     Page 29 of 34                                                                                                      9/30/04
I                                                                                                                                                              IR3088

LAYOUT GUIDELINES

The following layout guidelines are recommended to reduce the parasitic inductance and resistance of the PCB
layout, therefore minimizing the noise coupled to the IC.

Dedicate at least one middle layer for a ground plane, which is then split into signal ground plane (LGND) and
     power ground plane (PGND).

Connect PGND to LGND pins of each phase IC to the ground tab, which is tied to LGND and PGND planes
     respectively through vias.

In order to reduce the noise coupled to SCOMP pin of phase IC, use a dedicated wire to connect the capacitor
     CSCOMP directly to LGND pin. However, connect PWM ramp capacitor CPWMRMP, phase delay programming
     resistor RPHASE2 or RPHASE3, decoupling capacitor CVCC to LGND plane through vias.

Place current sense resistors and capacitors (RCS+, RCS-, CCS+, and CCS-) close to phase IC. Use Kelvin
     connection for the inductor current sense wires, but separate the two wires by ground polygon. The wire from
     the inductor terminal to RCS- should not cross over the fast transition nodes, i.e. switching nodes, gate drive
     outputs and bootstrap nodes.

Place the decoupling capacitors CVCC and CVCCL as close as possible to VCC and VCCL pins of the phase IC
     respectively.

Place the phase IC as close as possible to the MOSFETs to reduce the parasitic resistance and inductance of
     the gate drive paths.

Place the input ceramic capacitors close to the drain of top MOSFET and the source of bottom MOSFET. Use
     combination of different packages of ceramic capacitors.

There are two switching power loops. One loop includes the input capacitors, top MOSFET, inductor, output
     capacitors and the load; another loop consists of bottom MOSFET, inductor, output capacitors and the load.
     Route the switching power paths using wide and short traces or polygons; use multiple vias for connections
     between layers.

   LGND                                                           To Signal Bus

   PLANE                                    To LGND                                     To LGND
                                                                                           Plane
                           To VIN Plane
                                                                                                                                     To Gate
                           RPWMRMP                 CPWMRMP                                                                             Drive
                                                              EAIN
                                                                                                                                     Voltage
                                                                         ISHARE
                                                                                    VRHOT
                                                                                            HOTSET
                                                                                                    RMPIN-
                                                                                                            RMPIN+

                                                                                                       RPHASE2
                                                                                                                 RPHASE1
                                                                                                                            RBIASIN

                                    CSCOMP              SCOMP                                                 BIASIN
                                                           EAIN                                               DACIN
   To LGND CVCC                                                                                                PHSFLT
   Plane                                             PWMRMP                                                   CSIN-
                                                           LGND                                                CSIN+
                                                             VCC

   To PGND                                  CVCCL                 VCCL                                                 RCS+
   Plane                                                                  GATEL
                                                                                  PGND
                                                                                          GATEH
                                                                                                  VCCH

                                                                                                                                     CCS+
                                                                                                                                               RCS-
                                                                                                                                                         CCS-

                                                                                                        CBST  DBST
                                                     To Bottom To Top
                                                      MOSFET MOSFET                                                                  Ground   Ground
                                                                                                                                     Polygon  Polygon
                                                                                      To
                    PGND                                                         Switching                                   To Inductor
                    PLANE
                                                                                     Node
Page 30 of 34
                                                                                                                                                               9/30/04
I              IR3088

PCB Metal and Component Placement

   Lead land width should be equal to nominal part lead width. The minimum lead to lead spacing should be
      0.2mm to minimize shorting.

   Lead land length should be equal to maximum part lead length + 0.2 mm outboard extension + 0.05mm
      inboard extension. The outboard extension ensures a large and inspectable toe fillet, and the inboard
      extension will accommodate any part misalignment and ensure a fillet.

   Center pad land length and width should be equal to maximum part pad length and width. However, the
      minimum metal to metal spacing should be  0.17mm for 2 oz. Copper ( 0.1mm for 1 oz. Copper and
      0.23mm for 3 oz. Copper)

   Four 0.3mm diameter vias shall be placed in the pad land spaced at 1.2mm, and connected to ground to
      minimize the noise effect on the IC, and to transfer heat to the PCB.

Page 31 of 34  9/30/04
I              IR3088

Solder Resist

   The solder resist should be pulled away from the metal lead lands by a minimum of 0.06mm. The solder
      resist mis-alignment is a maximum of 0.05mm and it is recommended that the lead lands are all Non Solder
      Mask Defined (NSMD). Therefore pulling the S/R 0.06mm will always ensure NSMD pads.

   The minimum solder resist width is 0.13mm, therefore it is recommended that the solder resist is completely
      removed from between the lead lands forming a single opening for each "group" of lead lands.

   At the inside corner of the solder resist where the lead land groups meet, it is recommended to provide a
      fillet so a solder resist width of  0.17mm remains.

   The land pad should be Solder Mask Defined (SMD), with a minimum overlap of the solder resist onto the
      copper of 0.06mm to accommodate solder resist mis-alignment. In 0.5mm pitch cases it is allowable to have
      the solder resist opening for the land pad to be smaller than the part pad.

   Ensure that the solder resist in-between the lead lands and the pad land is  0.15mm due to the high aspect
      ratio of the solder resist strip separating the lead lands from the pad land.

   The 4 vias in the land pad should be tented with solder resist 0.4mm diameter, or 0.1mm larger than the
      diameter of the via.

Page 32 of 34  9/30/04
I                        IR3088

Stencil Design

   The stencil apertures for the lead lands should be approximately 80% of the area of the lead lands.
      Reducing the amount of solder deposited will minimize the occurrence of lead shorts. Since for 0.5mm pitch
      devices the leads are only 0.25mm wide, the stencil apertures should not be made narrower; openings in
      stencils < 0.25mm wide are difficult to maintain repeatable solder release.

   The stencil lead land apertures should therefore be shortened in length by 80% and centered on the lead
      land.

   The land pad aperture should be striped with 0.25mm wide openings and spaces to deposit approximately
      50% area of solder on the center pad. If too much solder is deposited on the center pad the part will float
      and the lead lands will be open.

   The maximum length and width of the land pad stencil aperture should be equal to the solder resist opening
      minus an annular 0.2mm pull back to decrease the incidence of shorting the center land to the lead lands
      when the part is pushed into the solder paste.

Metal and Solder Resist

Page 33 of 34            9/30/04
                                                                                    IR3088

PACKAGE INFORMATION

                                20L MLPQ (4 x 4 mm Body) JA = 32oC/W, JC = 3oC/W

                                   Data and specifications subject to change without notice.
               This product has been designed and qualified for the Consumer market.

                                     Qualification Standards can be found on IR's Web site.

             IR WORLD HEADQUARTERS: 233 Kansas St., El Segundo, California 90245, USA Tel: (310) 252-7105
                                                                                                                       TAC Fax: (310) 252-7903

                                                                                   Visit us at www.irf.com for sales contact information.
www.irf.com

Page 34 of 34                                                                       9/30/04
This datasheet has been downloaded from:
            datasheet.eeworld.com.cn

                 Free Download
           Daily Updated Database
      100% Free Datasheet Search Site
  100% Free IC Replacement Search Site
     Convenient Electronic Dictionary

               Fast Search System
             www.EEworld.com.cn

                                                 All Datasheets Cannot Be Modified Without Permission
                                                                Copyright Each Manufacturing Company

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 大学堂 TI培训 Datasheet 电子工程

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2017 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved