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低电压大电流VRM拓扑结构和均流技术研究

作者:时间:2012-08-29来源:网络收藏

0 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/176354.htm

为了进一步加强微处理器的功率、速度性能,未来微处理器对其特殊的供电单元调节(Voltage Regulator Module ,)提出了前所未有的挑战。供电电源越来越低而越来越大,瞬态响应速度越来越快,功率变换效率和功率密度越来越高,针对这些要求本文了满足这些指标的开关电源的结构和均流方法。

1 变换器结构

1.1 QSW电路

由于普通的带器的Buck电路的开关损耗限制了开关频率的提高,通过改变控制方式可以有效地改善这个问题:使Q1、Q2不严格地互补导通,在两个开关的导通信号之间加入死区时间。如图1所示,Q1关断以后和Q2导通之前,电感流过Q2的体二极管,于是Q2可以在零下导通。Q2导通以后电感放电到负值。Q2关断以后和Q1导通之前,电感电流流过Q1的体二极管于是Q1可以在零电压下导通。这样就可以消除两个开关的米勒效应,驱动损耗和开关损耗都可降低。由于其工作波形不是严格的,所以称这种方式为准工作方式(Quasi-Square-Wave, QSW)。

低电压大电流VRM拓扑结构和均流技术研究

低电压大电流VRM拓扑结构和均流技术研究

图1 准方式电路原理图及其工作波形

1.2 交错并联的QSW电路

以上单个带SR Buck电路在输出电流不很大时可以满足目前处理器技术要求。随着处理器工作电流的加大,由图2,假如要求的输出电流提高到50A左右时,这种变换电路中SR的优势就不复存在了。尤其电流继续提高时,SR的正向压降甚至要超过肖特基二极管,远远不能达到要求。所以在拓扑方面,为适应VRM功率要求的提高,使用了交错并联技术。交错并联电路拓扑结构原理图如图3所示。

低电压大电流VRM拓扑结构和均流技术研究

图2肖特基二极管(85CNQ015)与MOSFET(MTP75N03HDL)正向压降比较图

如图3所示的交错式的QSW拓扑自然的消除了输出电流的纹波,而且还保持了QSW拓扑的快速瞬态响应的特性。与单的QSW 电压模块和传统的电压模块相比,它需要比较小的电容。由图3可以看到 的波动比较大,而 的波动较小,并且 的波动频率为 波动频率的二倍,若每个开关的频率为300KHz,则 的频率就为600 KHz。在两个模块交错的电压模块中仅当占空比为0.5时可以完全的消除纹波。而在4模块交错的电压调整模块中纹波在占空比为0.5,0.25,0.75时均能完全的消除。如果占空比不为这些值时,例如占空比为0.3时,在4模块中有80%的纹波被消除。

图3 交错式准方波电流纹波消除原理图

2 均流技术

2.1 一个简单的感应电流网络

为了低电压大电流并行模块系统的应用,就需要用成本低的对寄生参数不敏感的感应电流和均流控制技术。

图4为一个RC开关网络,两个开关与带有器的Buck变换器一样,以互补的方式开通和关断,当上部的开关 开通时,底部的开关 就关断,此时,输入电压和电容的平均电压差通过电阻R给电容C充电,假设R远远大于

事实上在稳定阶段电阻R上的平均电压为零,因此通过输出电容的平均电流也为零。如果这个开关网络和带有器的Buck变换器连接起来,如图5所示Vc能够用来估测电感电流的大小,图中5所示的 为电感的等电阻和分布电阻的和。 分别为MOSFET导通电阻。

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