基于adp3181的交错并联同步buck电路的设计

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1、基于ADP3181的交错并联同步BUCK电路的设计微处理器及数字信号处理器（DSP）的不断发展给供电系统电压调节模块（VRM）带来了极大的挑战，主要表现在：(1)输出电压的降低。目前VRM的输出电压大多数为1.3V～1.5V，为进一步提高速度，未来将要求输出电压降到1V以下。(2)输出电流的增大。芯片要求VRM的输出电流高达150A。(3)微处理器的工作时钟频率已经高达2GHz～3GHz，未来几年将会达到4GHz，甚至10GHz。因此，电流的瞬态变化非常大，将达到450A/赫兹s。(4)VRM作为微处理器的供电单元，有限的主板空

2、间要求其具有高效率、高功率密度和小体积。因此，目前的VRM模块都采用多相交错并联的同步整流BUCK电路。在相同的输出条件下，采用多相并联技术可有效减小每相滤波电感的体积,且开关管的电流仅仅是输出电流的几分之一，同时每相开关频率也可降低为原来的几分之一。这样就可以减小输出电流纹波和降低开关损耗，从而提高变流器效率。针对这种情况，许多电源管理芯片公司相继推出了用于低电压大电流VRM模块的多相输出高性能控制芯片，例如Intersil公司推出的ISL6566、ISL6566A，AD公司推出的ADP3181、ADP3191等。这些器件实现

3、了最快速的瞬态响应和最少数量的输出电容器，为业界提供了集成度最高且最经济的电源管理解决方案。在介绍了ADP3181芯片特点的基础上，设计了输入为12V、输出电压为1.5V、额定负载电流为65A的三相交错并联同步整流电路。　　1ADP3181内部结构及其特点　　ADP3181是美国模拟器件公司推出的专用于多相同步BUCK电路的开关控制芯片，广泛应用于输入为12V的主板CPU供电电源上。ADP3181内部结构如图1所示[1]，主要包括：高精度的VIDDAC转换器(把CPU设定的数字电压转换成模拟电压）；反馈电压误差放大器；电流检测放

4、大器；软启动模块；电流平衡模块；限流模块；PWM调制模块；2-/3-/4-相PWM输出逻辑电路等。　　　　ADP3181控制芯片具有以下特点：　　(1)可输出多路PWM信号　　ADP3181可输出2-/3-/4-路PWM信号给功率驱动芯片，如果某路PWM输出不用，则把该路的PWM输出引脚接地。　　(2)可数字设定输出电压。　　CPU可通过向VID0～VID4引脚输入数字信号来设定其所需输出电压，实现动态电压变换。另外,CPUID引脚用于选定VID编码是符合Intel的VRM9标准还是VRD10标准。在ADP3181的芯片资料中给

5、出了相应的两个表格，表中详细列出了每组编码对应的输出电压值。　　(3)独特的电流环控制设计　　一般的处理器要求设定一条负载线，即输出电压随着负载电流变化的一条直线，IntelCPU规定该负载线的等效电阻为1mΩ。ADP3181内部有一个电流检测放大器，用来检测总的输出电流。合理设置放大器的增益，使得放大器输出端CSCOMP输出的电压随着负载电流增大而跌落，VID设定电压减去CSCOMP端输出的电压，即为考虑了负载线后的输出电压给定，再接到电压检测放大器的参考端。同时CSCOMP也作为限流比较器的差分输入，实现限流功能。　　放大器

6、的CSREF引脚接输出电压正极，每相电流检测点与CSSUM之间通过相同阻值的电阻RPH相连，从而实现电流的相加。Buck电路电流检测方法有多种：(1)直接利用电感的等效串联电阻(ESR)，检测电感两端的电压。这种方法损耗比较低。另外可以在电感旁边放置热敏电阻，用来补偿电感ESR的温度变化，从而增加电流检测的精度。(2)另外配置高精度的检测电阻。这种方法精度高，但是会引入额外的损耗。综合考虑，本文设计采用第一种方法。　　ADP3181芯片内部还有一个电流平衡模块。其四个输入引脚SW1～SW4分别用来监测四相的电流。这四个引脚分别通

7、过四个外接电阻RSW1～RSW4接到每相上端MOSFET管的源极上。为了电流平衡，RSW1～RSW4的值通常取一样，但是如果某相的冷却条件比较好，则该相可承担大一点电流，这时，可以把这相对应的RSW设置得大一点。　　(4)高精度的电压环控制　　ADP3181内部有一个高精度的误差放大器，在整个输出电压以及温度范围内，其最大的检测误差为±14.5mV。另外，FB引脚内部连接一个电流源，该电流源流过FB与输出电压检测点之间的电阻RB产生一个空载偏置电压，一般的主板生产厂商会自己规定一个偏置电压。　(5)软启动功能　　当CPU上电或所

8、需电压改变时，输出电压并不是立即达到给定值，而是缓慢上升，有一个充电延时的过程，以防止CPU的误启动或满足VID变化所需的最小延时时间。　　(6)频率可设定　　频率由电阻RT设定，每相频率可高达1MHz。ADP3181的芯片资料给出了RT与频率的关系曲线。　　(