随着对VRM输出电流的需求越来越大,SR-Buck转换器的元器件已满足不了新一代微处理器100 A的需求;此外,制造大电流的滤波电感也十分困难。有的文献介绍:当输出电流为15 A和60 A时制造滤波电感要分别采用外径为12.7 mm(0.5 in)或22.86 mm(0.9 in)的环形磁心,导线分别采用φ1.291 mm(16 AWL)或φ3.264 mm(8AWG)。
输出电流越大、导线越粗、制造环形磁心电感越困难。为了解决这个问题,研究开发了一种多相(Multi phase)SR-Buck转换器方案,称为多通道(Multi-channel)SR-Buck转换器,几个SR-Buck转换器模块并联,其输出采用交错(interleaving)控制,即移相控制,并联接到输出滤波电容上。这种方法可以保证VRM的输出纹波小,并艮由于每一个SR-Buck转换器模块的输出滤波电感减小,也大大改善了VRM的输出瞬态响应。
图1(a)为3通道SR-Buck转换器的电路图,图中有3个SR Buck转换器模块,每个模块都由主开关管V、同步整流管V,(及相应的控制驱动电路)和滤波电感L1,L2和L3组成。3个模块的输人端各自接输人电压Ui输出采用交错控制,3个模块并联后,再接到输出滤波电容上。
图1 3通道(三相)SR Buck转换器的电路图及电流波形图
3个模块的驱动脉冲是交错(移相)同步的,3个驱动脉冲在时间上相差T/3(T为模块的开关周期),也就是3个驱动脉冲移相控制,相位互差120°(所以这种方案也称为多相结构,使3个电感电流的波形iLl、iL2、iL3在相位上也相互差120°。)VRM的输出电流为
io=iLl+iL2+iL3
输出电流的频率为3f, 为模块的开关频率。通道数n越多,输出电流的纹波频率fo=nf越高。
图1(b)给出了3通道SR-Buck转换器的各模块交错控制电感电流波形iL1,iL2,iL3及并联后的输出电流io。假设模块的开关频率为500 kHz,则输出电流的纹波频率为1.5 MHz。
多通道SR-Buck转换器作为VRM的主电路,与单通道相比,其优点是多个Buck模块并联,输出功率容易扩展,提高了可靠性,输出电压和电流的纹波频率高、幅度小。当给定输出电压纹波时,其滤波电感可以减小,从而提高了VRM的瞬态响应速度。
多通道SR-Buck转换器要采用并联均流措施,以保证模块之间电流的均匀分配,热应力也比较均匀,以防止一个或多个模块运行于极限电流而损坏。如果设计多通道SR Buck转换器中的各模块工作在不连续模式,则不需要专门的均流控制,只要控制它们的占空比一致,就可以较好地实现均流。
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