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开关电源转换器低压大电流开关电源的开发

发布时间:2008/10/6 0:00:00 访问次数:1233

  数据处理系统的速度和效率日益提高,新一代微处理器的逻辑电压低到了1.1~1.8v,而电流则高达50~100a,其供电电源——低压大电流输出dc/dc转换器模块,又称为电压调整器模块(vo1tage regu1afor modu1e,vrm)。新一代微处理器对vrm的要求是:输出电压很低,输出电流大、电流变化率高,响应快等。

  (1)为降低ic的电场强度和功耗,必须降低微处理器的供电电压,因此vrm的输出电压要从传统的3 v左右降低到小于2 v,甚至1 v。

  (2)运行时,电源输人电流大于100a,由于寄生l、c参数,电压扰动大,应尽量减小l和c的影响。

  (3)微处理器的启、停频繁,不断地从休眠状态启动、工作、再进人休眠状态。因此要求vrm电流从0突变到50a,又突降到0,电流变化率高达 5a/ns。

  (4)设计时应控制扰动电压不大于10%,允许输出电压变化为±2%。线路的寄生阻抗、电容的esr和esl对vrm在负载变化过程中的电压调整影 响很大,必须研制高频、高功率密度和快速的新型vrm。现在已有多种电路问世,如同步整流buck转换器(用功率mos管作为开关二极管);为 了防止电流大幅度变化时,由于高频寄生参数引起输出电压扰动,增大输出滤波电容、电感;多输人通道(multi-channel)或称mu1ti phase dc/dc转换器如图所示,利用波形交错(inter1eaving)技术,保证vrm输出纹波小,改善输出瞬态响应,并可以减少输出滤波电感和电容。

  如图 多输入通道波形交错同步整流buck转换器

  下面介绍电压纹波与冲击电压问题。

  1)电压纹波与esr

  对于电压在1v以下,电流在100a以上的负载,其负载电阻在10mω以下,低于滤波电容的内部等效串联电阻,会出现电压纹波问题。假设可以 通过升降或升压式转换器实现这种电源,但流过电容的纹波电流在100 a以上,效率小于50%。对此,在降压式转换器中含有串联滤波电感,可 以抑制纹波电流。但是,负载电阻与esr相当,纹波电流分别流过电容和负载,其动作模式和目前的滤波电路不同。

  为了探讨纹波电压的动作模式,应首先给出等效电路并进行仿真。仿真中根据c=的值,有四种动作模式的纹波电压。电压纹波值与crc/r的变 化关系曲线也有四种动作模式、c越大,纹波率就越小。为了进一步降低低压大电流输出电压的纹波,即减小滤波电容esr值,必须采取一定的 措施。

  2)负载突变引起的冲击电压

  对于数字电路的负载,为了快速响应各种模式的转换,输出电压相应于负载变化的瞬态响应特性就显得非常重要。此时,如果电流的变化率 较大,冲击产生时间比开关周期ts短,则很难期待由反馈而带来的输出电压稳定效果。目前的技术还没有办法解决,正处于仿真研究阶段。

  欢迎转载,信息来自维库电子市场网(www.dzsc.com)



  数据处理系统的速度和效率日益提高,新一代微处理器的逻辑电压低到了1.1~1.8v,而电流则高达50~100a,其供电电源——低压大电流输出dc/dc转换器模块,又称为电压调整器模块(vo1tage regu1afor modu1e,vrm)。新一代微处理器对vrm的要求是:输出电压很低,输出电流大、电流变化率高,响应快等。

  (1)为降低ic的电场强度和功耗,必须降低微处理器的供电电压,因此vrm的输出电压要从传统的3 v左右降低到小于2 v,甚至1 v。

  (2)运行时,电源输人电流大于100a,由于寄生l、c参数,电压扰动大,应尽量减小l和c的影响。

  (3)微处理器的启、停频繁,不断地从休眠状态启动、工作、再进人休眠状态。因此要求vrm电流从0突变到50a,又突降到0,电流变化率高达 5a/ns。

  (4)设计时应控制扰动电压不大于10%,允许输出电压变化为±2%。线路的寄生阻抗、电容的esr和esl对vrm在负载变化过程中的电压调整影 响很大,必须研制高频、高功率密度和快速的新型vrm。现在已有多种电路问世,如同步整流buck转换器(用功率mos管作为开关二极管);为 了防止电流大幅度变化时,由于高频寄生参数引起输出电压扰动,增大输出滤波电容、电感;多输人通道(multi-channel)或称mu1ti phase dc/dc转换器如图所示,利用波形交错(inter1eaving)技术,保证vrm输出纹波小,改善输出瞬态响应,并可以减少输出滤波电感和电容。

  如图 多输入通道波形交错同步整流buck转换器

  下面介绍电压纹波与冲击电压问题。

  1)电压纹波与esr

  对于电压在1v以下,电流在100a以上的负载,其负载电阻在10mω以下,低于滤波电容的内部等效串联电阻,会出现电压纹波问题。假设可以 通过升降或升压式转换器实现这种电源,但流过电容的纹波电流在100 a以上,效率小于50%。对此,在降压式转换器中含有串联滤波电感,可 以抑制纹波电流。但是,负载电阻与esr相当,纹波电流分别流过电容和负载,其动作模式和目前的滤波电路不同。

  为了探讨纹波电压的动作模式,应首先给出等效电路并进行仿真。仿真中根据c=的值,有四种动作模式的纹波电压。电压纹波值与crc/r的变 化关系曲线也有四种动作模式、c越大,纹波率就越小。为了进一步降低低压大电流输出电压的纹波,即减小滤波电容esr值,必须采取一定的 措施。

  2)负载突变引起的冲击电压

  对于数字电路的负载,为了快速响应各种模式的转换,输出电压相应于负载变化的瞬态响应特性就显得非常重要。此时,如果电流的变化率 较大,冲击产生时间比开关周期ts短,则很难期待由反馈而带来的输出电压稳定效果。目前的技术还没有办法解决,正处于仿真研究阶段。

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