電壓調(diào)整器模塊VRM的多通道SR-Buck轉(zhuǎn)換器

　　隨著對VRM輸出電流的需求越來越大，SR-Buck轉(zhuǎn)換器的元器件已滿足不了新一代微處理器100 A的需求；此外，制造大電流的濾波電感也十分困難。有的文獻介紹：當(dāng)輸出電流為15 A和60 A時制造濾波電感要分別采用外徑為12.7 mm（0.5 in）或22.86 mm（0.9 in）的環(huán)形磁心，導(dǎo)線分別采用φ1．291 mm（16 AWL）或φ3.264 mm（8AWG）。

　　輸出電流越大、導(dǎo)線越粗、制造環(huán)形磁心電感越困難。為了解決這個問題，研究開發(fā)了一種多相（Multi phase）SR－Buck轉(zhuǎn)換器方案，稱為多通道（MulTI-channel）SR－Buck轉(zhuǎn)換器，幾個SR-Buck轉(zhuǎn)換器模塊并聯(lián)，其輸出采用交錯（interleaving）控制，即移相控制，并聯(lián)接到輸出濾波電容上。這種方法可以保證VRM的輸出紋波小，并艮由于每一個SR－Buck轉(zhuǎn)換器模塊的輸出濾波電感減小，也大大改善了VRM的輸出瞬態(tài)響應(yīng)。

　　圖1（a）為3通道SR－Buck轉(zhuǎn)換器的電路圖，圖中有3個SR Buck轉(zhuǎn)換器模塊，每個模塊都由主開關(guān)管V、同步整流管V，（及相應(yīng)的控制驅(qū)動電路）和濾波電感L1,L2和L3組成。3個模塊的輸人端各自接輸人電壓Ui輸出采用交錯控制，3個模塊并聯(lián)后，再接到輸出濾波電容上。

　　圖1 3通道（三相）SR Buck轉(zhuǎn)換器的電路圖及電流波形圖

　　3個模塊的驅(qū)動脈沖是交錯（移相）同步的，3個驅(qū)動脈沖在時間上相差T／3（T為模塊的開關(guān)周期），也就是3個驅(qū)動脈沖移相控制，相位互差120°（所以這種方案也稱為多相結(jié)構(gòu)，使3個電感電流的波形iLl、iL2、iL3在相位上也相互差120°。）VRM的輸出電流為

　　io＝iLl＋iL2＋iL3

　　輸出電流的頻率為3f，為模塊的開關(guān)頻率。通道數(shù)n越多，輸出電流的紋波頻率fo＝nf越高。

　　圖1（b）給出了3通道SR-Buck轉(zhuǎn)換器的各模塊交錯控制電感電流波形iL1,iL2,iL3及并聯(lián)后的輸出電流io。假設(shè)模塊的開關(guān)頻率為500 kHz，則輸出電流的紋波頻率為1.5 MHz。

　　多通道SR-Buck轉(zhuǎn)換器作為VRM的主電路，與單通道相比，其優(yōu)點是多個Buck模塊并聯(lián)，輸出功率容易擴展，提高了可靠性，輸出電壓和電流的紋波頻率高、幅度小。當(dāng)給定輸出電壓紋波時，其濾波電感可以減小，從而提高了VRM的瞬態(tài)響應(yīng)速度。

　　多通道SR-Buck轉(zhuǎn)換器要采用并聯(lián)均流措施，以保證模塊之間電流的均勻分配，熱應(yīng)力也比較均勻，以防止一個或多個模塊運行于極限電流而損壞。如果設(shè)計多通道SR Buck轉(zhuǎn)換器中的各模塊工作在不連續(xù)模式，則不需要專門的均流控制，只要控制它們的占空比一致，就可以較好地實現(xiàn)均流。