一项基于多相直流转换开关技术的节能模块设计

【摘要】： 目前处理器的供电单元大多采用高效能稳压模组(VRM)——多相直流转换开关模块。鉴于目前CPU的性能和功耗有着直接的关系。目前的CPU仍占据电脑主板的大部分功耗。如果此部分电路效率相对较低,无疑浪费很多电能。根据已知的条件选择恰当的器件和适当频率提高效率以外,其他在电路效率的提高方面已出现瓶颈。鉴于此现状,很多IC厂商都提供了自己的解决方案:一些公司IC(芯片)提供了轻负载情况下的Skip Mode(跳转模式)、Burst mode(触发模式)等模式。对于重负载,没有比较有效的解决方案。应运而生的——在不同负载情况下切换相数,改进并兼顾了以上轻重负载关系,成为提高效率的一种有效途径。 本论文通过对VRM架构的研究分析,介绍了电路的主功耗元件。相比传统CPU供电模块,本论文设计采用了新技术——不同负载切换不同相数的VRM设计方案,实现动态负载具有高效率的优点。通过对相数切换的VRM电源模块设计以及对电路板效率的测试与分析,验证了此方案相比传统固定相数方案的优越性——整体节能效果明显。本论文实际设计了一项4相切换到8相的VRM电源模块。分析和设置了最佳切换相,并且通过理论软件仿真不同相数随负载变化的效率,找到了最佳相位切换点。在实测结果的基础上,验证最佳切换点的合理性,完善电路的设计,实现此模块具有最佳节能效果。从仿真和实测的结果可以看出:轻负载时,相数少效率高,重负载时,相数多效率高的特点(发现负载10安培时,4相比8相效率提高近了8%;100安培时,8相效率比能4相高5%),其节能效果还是令人比较满意。 【关键词】：多相直流转换开关模块 切换相数 动态负载高效率、最佳切换点、最佳节能效果
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP332
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-14
• 1.1 多相直流转换开关模块介绍9-12
• 1.2 研究背景及目前国内外现状12-13
• 1.3 论文主要工作及技术要点13
• 1.4 论文章节的组成13-14
• 第二章 多相直流转换开关节能原理14-26
• 2.1 CPU 供电电路效率介绍14-15
• 2.2 多相直流转换开关技术15-19
• 2.2.1 电脑主板的电源基本架构15-16
• 2.2.2 VRM 的构成和功耗元件的介绍16-19
• 2.3 节能技术介绍19-26
• 2.3.1 CPU 自身节能20-21
• 2.3.2 CPU 外围供电节能21
• 2.3.3 节能技术方案21-23
• 2.3.4 切换相数提高效率方案23-26
• 第三章 节能方案设计26-45
• 3.1 多相直流转换节能电路设计的整体架构26-27
• 3.2 控制IC 和驱动IC 的选择27-29
• 3.3 MOSFET 和电感电容的选择29-31
• 3.3.1 MOSFET 的选择29-30
• 3.3.2 电感的选择30
• 3.3.3 电容的选择30-31
• 3.4 电流感应网络的设计31-33
• 3.5 切换电路的设计33-38
• 3.5.1 理论仿真33-36
• 3.5.2 切换点设定36
• 3.5.3 切换相的选择36-38
• 3.6 补偿网络的设计38-45
• 3.6.1 补偿电路介绍38-42
• 3.6.2 补偿电路的计算42-45
• 第四章 板级设计与实测45-59
• 4.1 流程图45-47
• 4.2 原理图47-51
• 4.3 PCB 版图51
• 4.4 测试条件和测试平台51-53
• 4.5 实测效率53-55
• 4.6 仿真与实测数据比较55-59
• 第五章 总结与展望59-60
• 参考文献60-62
• 攻读学位期间公开发表的论文62-63
• 附录A 元件参数63-67
• 附录B IC 和外围电路设计67-68
• 附录C TypeIII 公式推导68-70
• 致谢70-71

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