電壓調整器模塊VRM的多通道SR-Buck轉換器
隨著對VRM輸出電流的需求越來越大,SR-Buck轉換器的元器件已滿足不了新一代微處理器100 A的需求;此外,制造大電流的濾波電感也十分困難。有的文獻介紹:當輸出電流為15 A和60 A時制造濾波電感要分別采用外徑為12.7 mm(0.5 in)或22.86 mm(0.9 in)的環形磁心,導線分別采用φ1.291 mm(16 AWL)或φ3.264 mm(8AWG)。
輸出電流越大、導線越粗、制造環形磁心電感越困難。為了解決這個問題,研究開發了一種多相(Multi phase)SR-Buck轉換器方案,稱為多通道(MulTI-channel)SR-Buck轉換器,幾個SR-Buck轉換器模塊并聯,其輸出采用交錯(interleaving)控制,即移相控制,并聯接到輸出濾波電容上。這種方法可以保證VRM的輸出紋波小,并艮由于每一個SR-Buck轉換器模塊的輸出濾波電感減小,也大大改善了VRM的輸出瞬態響應。
圖1(a)為3通道SR-Buck轉換器的電路圖,圖中有3個SR Buck轉換器模塊,每個模塊都由主開關管V、同步整流管V,(及相應的控制驅動電路)和濾波電感L1,L2和L3組成。3個模塊的輸人端各自接輸人電壓Ui輸出采用交錯控制,3個模塊并聯后,再接到輸出濾波電容上。
圖1 3通道(三相)SR Buck轉換器的電路圖及電流波形圖
3個模塊的驅動脈沖是交錯(移相)同步的,3個驅動脈沖在時間上相差T/3(T為模塊的開關周期),也就是3個驅動脈沖移相控制,相位互差120°(所以這種方案也稱為多相結構,使3個電感電流的波形iLl、iL2、iL3在相位上也相互差120°。)VRM的輸出電流為
io=iLl+iL2+iL3
輸出電流的頻率為3f,為模塊的開關頻率。通道數n越多,輸出電流的紋波頻率fo=nf越高。
圖1(b)給出了3通道SR-Buck轉換器的各模塊交錯控制電感電流波形iL1,iL2,iL3及并聯后的輸出電流io。假設模塊的開關頻率為500 kHz,則輸出電流的紋波頻率為1.5 MHz。
多通道SR-Buck轉換器作為VRM的主電路,與單通道相比,其優點是多個Buck模塊并聯,輸出功率容易擴展,提高了可靠性,輸出電壓和電流的紋波頻率高、幅度小。當給定輸出電壓紋波時,其濾波電感可以減小,從而提高了VRM的瞬態響應速度。
多通道SR-Buck轉換器要采用并聯均流措施,以保證模塊之間電流的均勻分配,熱應力也比較均勻,以防止一個或多個模塊運行于極限電流而損壞。如果設計多通道SR Buck轉換器中的各模塊工作在不連續模式,則不需要專門的均流控制,只要控制它們的占空比一致,就可以較好地實現均流。
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