高性能电压调节模块智能型控制策略的研究与改进

摘要

现代微处理器的飞速发展对其供电单元——电压调节模块(Voltage Regulator Module，VRM)的性能提出了更高要求，要求其在低供电电压下具备高驱动能力，并能在瞬间的大电流变化率下保持供电电压的高度稳定，因此，快速瞬态响应成为现代VRM的必备特征，成为电源设计中的研究热点。
　　 现代电源设计中提高VRM瞬态响应的努力主要集中在两方面：控制方法和电路拓扑的改进。拓扑上的改进通常是以牺牲电路成本来换取性能的提高，例如多相交错拓扑与步进电感拓扑；而控制方法的改进则有可能在不增加成本的条件下明显提高动态响应速度。因此，对此类控制方法的研究尤其得到重视，并具有良好的应用前景。
　　 本文对VRM的控制策略进行了研究，通过对目前用于VRM主要控制方法的分析比较，提出一种新的基于滑模控制理论的电容电流迟滞控制模式方法。该方法继承了传统迟滞控制方法的快速响应与鲁棒性能，同时消除了传统电压迟滞控制模式输出纹波大，以及电感电流迟滞控制模式负载瞬态响应速度不够快的不足之处。滑模理论的应用使VRM具有接近理想的单开关周期稳定的特点。此外，为了进一步提高瞬态响应性能，本设计中还提出了在大负载跳变时采用辅助的线性补偿策略；同时，考虑到传统的迟滞控制具有开关频率不固定的缺点，设计了一个简单的频率调制环路来实现了恒定开关频率的迟滞控制。
　　 所提出的VRM控制器芯片采用TSMC0.35um CMOS工艺设计完成，面积为2.5mm×2.0mm。对样片进行仿真的结果表明，如所预期的，该控制器能够提供高动态响应与固定的开关频率，实现了原定的设计目标。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

1绪论

1.1研究背景

1.2研究的技术现状与发展趋势

1.3研究目标、意义和难点

1.4论文架构

2电压调节模块(VRM)的基础

2.1 VRM设计规格

2.2用于VRM的拓扑

2.3传统VRM的控制方法和特性

3电容电流的迟滞控制

3.1电容电流迟滞控制模式的提出

3.2电容电流的采样

3.3环路稳定性设计

3.4控制环路的优化

3.5仿真结果验证

4滑模控制技术的应用

4.1滑模控制技术简介

4.2基于滑模理论的迟滞控制

4.3仿真结果验证

5瞬态电流补偿技术

5.1现有的技术与存在的问题

5.2线性补偿环路的设计

5.3仿真结果

6固定频率的迟滞控制器

6.1一般解决方案

6.2频率控制环的设计

6.3仿真结果验证

7系统实现与仿真结果

7.1系统实现

7.2后端设计

7.3系统仿真结果

8总结与展望

参考文献

作者简历及攻读学位期间取得的成果