三种快速动态响应的VRM拓扑分析比较
摘要：本文给出了三种具有快速动态响应速度VRM拓扑：多相交错Buck拓扑、采用步进电感的变换器拓扑、混合供电模式拓扑。分析了它们各自的设计目标，工作原理，以及各自的优缺点。 叙词：电压调节模块；多相交错；步进电感；混合供电模式 Abstract：This paper proposes three topologies for VRM fast transient application:multi phase interleave buck topology, stepping inductor converter,hybrid sources.Analysises the key point and principle about each technology,and compares each other. Keyword：voltage regulate modle；multi-phase；stepping inductor；hybrid sources
1 引言
随着半导体技术的不断进步和集成技术的发展，微处理器的集成度越来越高。为了获得高效率，微处理器的驱动电压呈低压化走势。从原来的3.3V降到1.8V～1.1V左右，最终将降到0.6V。另一方面，微处理器的功能越来越强大，其内部功能电路也越来越多，其要求驱动电流也越来越大，从以前的13A到30A～50A，以后将达到100A。同时为了节约能量，微处理器需要根据不同的工作状态急剧改变工作电流，达到50A/μS。而且由于微处理器本身的工作电压很低，其对工作电压的稳定度要求很高，50mv的电压波动就有可能引起电路的错误操作。在如此低电压，大电流，大电流变化率的条件下，要保持很高的电压稳定度（电压纹波限制在2％以内，对1.1V仅22mv）,就需要微处理器的供电模块－电压调节模块VRM（Voltage Regulate Modle）具有很好的动态性能。
提高VRM动态响应速度的最简单方法是减小输出电感，增大输出滤波电容。然而，仅仅简单的减小电感，增大电容是行不通的。小的电感将会产生大的电流纹波，这将会引起一系列问题。首先，由于大的均方根电流引起的开关导通损耗；其次，需要大电容来保持电压稳定；还有开关损耗和电感铁芯损耗增加。而输出滤波电容值的增加将会使后面解偶电容值更多倍的增加，并且占用更大的PCB板面积[1]。为了实现快速的瞬态性能，人们在控制上和拓扑上进行了大量的研究，从不同的侧重点给出了几种拓扑，下面将对其进行分析比较。
2.1 多相交错Buck拓扑
上面提到减小电感值，可以在瞬态时提高电流跟随速度，但是会增大纹波，从而引起一系列问题。对于传统VRM电路，其电感设计要求满足：
L≥10×（Vin－Vo）×D／Io×f (1)
其中D为占空比；
Vin 输入电压；
Vo 输出电压；
Io 满载电流；
f开关频率
由(1)式知电流纹波限制在10％。为了减小电感值，必须减小电流纹波。人们提出了多相交错并联技术，来实现这一目的。
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