降低高性能CPU電源中的元件成本

新處理器對(duì)電源的要求越來(lái)越高，快速的負(fù)載階躍響應(yīng)、嚴(yán)格的輸出電阻限制以及快速的輸出變化都是必不可少的。因此，選用合適的控制器至關(guān)重要。

同樣的控制器，不同的電感和電容

首先來(lái)看現(xiàn)有的控制器。對(duì)于臺(tái)式計(jì)算機(jī)和一些較大的筆記本電腦來(lái)說(shuō)，具有最小紋波電流的四相控制器為負(fù)載階躍提供最快速的響應(yīng)。但是，必須有足夠高的開(kāi)關(guān)頻率以所需的轉(zhuǎn)換速率來(lái)響應(yīng)負(fù)載瞬變，還需要MOSFET來(lái)保證低的導(dǎo)通電阻RDSON并且使高頻開(kāi)關(guān)損耗最小。

如果需要提高開(kāi)關(guān)頻率，那么需要增加控制器反饋環(huán)路的帶寬以提供足夠快的響應(yīng)，可是大帶寬的控制器卻未必穩(wěn)定。如果對(duì)現(xiàn)有控制器降低帶寬，提高開(kāi)關(guān)頻率就沒(méi)有任何意義，因?yàn)榻档蛶捒偸菚?huì)限制環(huán)路響應(yīng)的。

電感無(wú)法提供大的電流階躍，所以需要大容量的電容，這樣提高成本并加大了印制電路板面積。而且電容的容量也有上限，使用過(guò)多電容會(huì)使電源無(wú)法及時(shí)響應(yīng)動(dòng)態(tài)輸出的電壓階躍。

解決新問(wèn)題的新控制器

新的多相同步降壓式控制器解決了上述問(wèn)題。其在高速條件下穩(wěn)定的反饋環(huán)路可以在降低成本的同時(shí)減小設(shè)計(jì)尺寸。

通過(guò)適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償，一個(gè)寬帶控制器可以處理最大的負(fù)載階躍，而且沒(méi)有振蕩。

這種控制器可以從電感獲取更多的電流，對(duì)電流瞬變的響應(yīng)很快，還可同時(shí)開(kāi)啟多個(gè)相位，這樣就增大了可用電流而無(wú)須附加的大電容。

有了處理大負(fù)載階躍的控制器，電感、電容和MOSFET的選擇就很簡(jiǎn)單了。先考慮元件的選擇，再考察控制器。選擇四相位以便滿足高電流需求，每相位330kHz的開(kāi)關(guān)頻率是開(kāi)關(guān)損耗、紋波和輸出濾波器尺寸之間的很好折中，但是對(duì)于某些控制器可能會(huì)再高一些。

優(yōu)先考慮電感

電感值的選擇取決于對(duì)輸出紋波的要求。由電感紋波電流引起的紋波電壓為VRIPPLE，那么有：

 (1)

選擇一個(gè)電感，其紋波電流峰峰值低于電感最大直流電流一半。11A的紋波電流會(huì)產(chǎn)生輸出電阻為1.0mW的7mVPP紋波電壓；對(duì)于四相VRD電源，F(xiàn)SW＝330kHz，采用式（1）計(jì)算得L≥320nH。

如果實(shí)際中的紋波比設(shè)計(jì)中更小，就可以采用更小的電感。在許多控制器設(shè)計(jì)中，電感的直流電阻會(huì)影響電流檢測(cè)。上佳的選擇就是DCR約為Ro的1/2～3/2，這要取決于控制器。

求最小輸出電容

僅把一堆大電容用于低頻輸出濾波器是沒(méi)有用的，需要?jiǎng)討B(tài)地改變VVID，這樣必須有上限值—電源必須在時(shí)間tV內(nèi)提供規(guī)定誤差為VERR的電壓階躍VV；輸出需要一個(gè)最小的電容用于最大的負(fù)載階躍DIo和最大允許過(guò)沖條件下的平滑卸載電壓，這必須有下限值。

大電容組的等效串聯(lián)電阻（ESR）應(yīng)該小于壓降電阻Ro的兩倍。如果Cxmin（最小值）大于Cxmax（最大值）的話，就應(yīng)該采用較小的電感或者更多的相位來(lái)滿足VVID階躍指標(biāo)。為了保證采用較小電感時(shí)具有同樣的輸出紋波，就必須提高開(kāi)關(guān)頻率。

假設(shè)Cz＝180μF，用230μs完成450mV階躍，過(guò)沖限制為50mV，建立時(shí)間誤差2.5mV，可以得出大電容值Cx的范圍為3.92～43mF。

最后檢查大電容的等效串聯(lián)電感（ESL），以便保證它足夠低以限制負(fù)載階躍期間的高頻振蕩。其必須滿足：

ESL≤Cz