低压大电流多相数字DC-DC转换器的研究

摘要

数字电源是近年功率电子领域的研究热点,由于其通用,灵活和可编程监控的特点引起了学术界和工业界的关注;另一方面,随着CPU集成度的迅速提高,低压大电流领域的VRM设计面临着日益严峻的挑战。本文将数字控制方法应用于低压大电流VRM设计,在系统建模,电路实现以及验证测试上做了一些有益的工作。
　　 首先,在系统级对多相BuckDC-DC转换器的结构进行分析,在建立了功率级控制对象的模型之后,设计了数字PID控制算法,并在电压模式下实现了AVP特性,使用Simulink工具对控制器进行了建模和仿真,结果表明采用AVP后改善了系统的动态特性。
　　 接着,详细讨论了各模块电路的设计与实现,采用标准AISC设计流程设计了控制器的电路和版图;设计了应用于同步整流结构的功率级驱动电路;提出了一种基于MOS管阈值电压的基准电压源和基于电流驱动延时单元的时钟发生电路,其中电压基准源电路已经过Chartered0.35umCMOS工艺流片和测试
　　 然后,将这个控制器应用于低压大电流DC-DC转换器,设计了一个完整的电压调节模块(VRM),其中数字控制器用FPGA实现,在板级集成驱动器和数模转换器以及功率级分立元件,使用ATX电源提供12V直流输入,在1MHz开关频率下对。VRM的各项性能指标进行了测试,实验表明系统在1ms内达到稳定,输出电压0-1.6V,由8位VID码设定,设置点误差和纹波电压均小于10mV,当负载电流变化40A时,输出电压变化为约80mV,并具有AVP特性,实验结果基本上达到了预期指标。
　　 文章的最后总结了全文的工作与不足,并设想了今后继续努力的方向。