电压调节模块VRM研究

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1、浙江大学硕士学位论文电压调节模块（VRM）研究姓名：李恩申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：马皓20060201浙江大学硕士学位论文摘要高功率密度、高效率已经成了VRM的发展趋势，但是随着Ic对供电要求的不断提高，现有的5V、12V输入VRM已经不能满足它的要求了，可以预测不久的将来，v删必然会把输入母线电压提高到48％这样做能够减小输入电流从而使得母线损耗减小，有利于效率提高，同时可以大大减小输入滤波器体积。本课题主要以48V输入，3．3V／30A输出的VRM为研究对象，选取拓扑为有源箝位正激式

2、变换器。首先，分析了在软开关环境下，有源箝位正激式变换器的详细工作过程，并结合过程分析，详细分析了有源箝位正激式变换器在各个工作过程中的主要损耗，并分析了有源箝位正激式变换器工作时会出现的问题：其次，介绍了有源箝位正激式变换器的主要器件的设计方法，并给出设计实例；再次，对有源箝位正激式变换器进行小信号建模，结台建模结果，进行控制回路的设计；最后，制作了一台48V输入、3．3V／30A输出的样机，验证设计的有效性。关键词：有源箝位；正激式变换器：直流变换器：电压调节模块浙江大学硕士学位论文第一章绪论本章首先概述了电

3、压调节模块(vRM)的兴起和发展趋势，然后就近年来电压调节模块(vRM)的发展，介绍了几种电压调节模块(vRM)的典型拓扑，并对它们进行简单的分析比较，最后概述了本论文的主要内容。1．1电压调节模块(￥蹦)及其发展随着信息产业技术的迅猛发展，超大规模集成电路的尺寸不断变小，计算机、工作站、网络服务器、便携式设备等得以快速发展。在这些场合，对于其供电电源来说，由于数据处理电路是一类特殊的负载，要求供电电源是低电压、大电流，适于工作状态的不断转换，具有很高的电流变化率。目前国内外很多研发机构和公司，已经针对数据处理电

4、路这类特殊负载的供电电源进行了广泛深入的研究，并给以专门的名称VⅫ(VoltageRegulatorModules)即电压调节模块”。。电压调节模块(v蹦)的发展，基本上是按着它的输入电压变化而发展的。甲期的一真采用5￥输入、3．3v输出，最近的一些计算机、工作站和服务器已经把12v输入作为v蹦输入电压。1。其电路拓扑结构基本上还都是Buck变换器，同时采用同步整流技术，以提高模块效率。但是随着微处理器对供电要求的不断提高，vRM呈现下列发展趋势13】=(1)工作电压越来越低。现阶段VRM的输出电压已经由原来的3

5、．3v降低到了1．1V左右，未来其输出电压甚至会低下，1v。(2)电流越来越大。随着微处理器处理数据量的越来越大，V蹦原有的输出功率已经不能满足它的要求，必定要求VIiM输出电流成倍增加。(3)负载变化率越来越高。在不断处理数据的过程中，微处理器是一个非常动态的负载，这就要求VRⅥ具有非常好的动态特性，以满足微处理器的要求。上面所提到的V隧发展趋势，对专门为微处理器设计的供电系统——V剐，提出了前所未有的挑战。而如果仍然采用5V或者12V作为V删的输入电压，显得太低了，因此需要继续提高输入电压，那么显然采用非隔离

6、型的Buck变换器已经是不合适了，采用隔离型变换器成了必浙江大学硕士学位论文第一章绪论然的趋势。1．2电压调节模块(V跚)的几种典型拓扑根据输入电压的不同，、佩M可以分为5v、12v、49v输入等不同种类，其相对应的拓扑有许多不同之处；根据输入与输出之间是否隔离，VRM又可以分为非隔离型和隔离型两种。目前vRM采用较多的是12v输入电压，但是随着微处理器负载电流越来越大，今后分布式电源中将较多的采用48V母线电压给VRM供电，经变换输出lV左右给工作站和服务器cPu芯片使用。下面对几种主要的非隔离型和隔离型拓扑进

7、行简要的综述，并且对其主要特点进行简单介绍。1．2．1非隔离式的v跳电路n埘1早期的vRM是从5V的直流母线直接供电的，而晟近已经把母线电压提高到12v12】’而这些VItM基本上都采用Buck型变换器。作为非隔离型电路的代表——Buck变换器f4．7J(如图1．1所示)，具有结构简单、设计容易、成本低等优点。r—]l厂—_rⅥ。L1‘—]捌。l匿b』啪宰气虱型牛c甲Rl————————上—。————。．。．．．．．．．．．—L图llBuck变换器Buck变换器的电压变换率为：村2老：。，从公式可以看出，随着输出

8、电压的不断降低，Buck变换器的稳态占空比也越来越小。而过小的占空比会带来一系列的问题【3】：(1)动态响应的问题。特别是当负载减小的时候，已经是较小的占空比无法即时有效适应负载的变小。(2)热设计的困难。(3)主管关断损耗和同步整流管反向恢复损耗相应增加。(3)输入输2浙江大学硕士学位论文第一章绪论出滤波电容量变大。而为了更好的适应低压大电流的需要，就要努力设法改善占空