高性能ASIC和微處理器供電電源

今天的高性能ASIC和微處理器芯片消耗的功率可超過150瓦。對(duì)于1 V~1.5 V的供電電壓，這些器件所需要的電流可輕易超過100 A。通過采用多相直流/直流轉(zhuǎn)換器，為此類器件供電的任務(wù)可變得更容易處理。 目前，可擴(kuò)展控制器允許設(shè)計(jì)人員為特定的直流/直流轉(zhuǎn)換器選擇所需要的相數(shù)?？蓴U(kuò)展性還允許幾個(gè)控制器同步并聯(lián)使用。電路板上基于PLL 技術(shù)的時(shí)鐘發(fā)生器為控制器同步提供了支持。

表1 根據(jù)設(shè)計(jì)所使用的相數(shù)，比較同步降壓調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。圖中的例子為12V~1.2V 100A降壓調(diào)節(jié)器

圖1 MAX5038 配置為四相DC/DC 轉(zhuǎn)換器

多相轉(zhuǎn)換器拓?fù)?

隨著負(fù)載電流超過20A~30A，采用多相轉(zhuǎn)換器進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)變得愈加明顯。這些優(yōu)點(diǎn)包括：輸入紋波電流更小、輸入電容器的使用數(shù)量大大減少、紋波頻率的有效相乘可降低輸出紋波電壓，而將能量損失分布到更多器件上可降低器件溫度，同時(shí)還可降低外部器件的高度。

多相轉(zhuǎn)換器本質(zhì)上是并聯(lián)工作的多個(gè)降壓調(diào)節(jié)器，其中它們的開關(guān)頻率是同步的，相移為360/n 度，其中n為相數(shù)。并聯(lián)轉(zhuǎn)換器使得輸出穩(wěn)定變得稍微復(fù)雜了一些，利用電流模式控制IC來調(diào)節(jié)每一個(gè)電感器的電流以及輸出電壓，這一問題可容易地獲得解決。

輸入紋波電流

設(shè)計(jì)人員在選擇輸入電容器時(shí)面臨的關(guān)鍵問題就是要處理輸入紋波電流。通過利用多相拓?fù)?，輸入紋波電流可大大減小，因此每一相的輸入電容器通過的輸入電流脈沖幅度更小。而且相移還提高了電流波形中的有效工作因數(shù)，而這也使RMS紋波電流值更低。表1 示出的紋波電流水平顯示出多相拓?fù)滢D(zhuǎn)換器可使紋波電流降低以及輸入電容器減少。

高K 值陶瓷電容器提供了最好的紋波處理性能并占用最小的PCB 面積。采用1812 外形的陶瓷器件紋波電流額定值為每電容2~3A。對(duì)于成本敏感的設(shè)計(jì)，電解電容器是一個(gè)很好的選擇。

降低輸出紋波電壓

對(duì)于處理器內(nèi)核供電，精度要求通常為2%。對(duì)于1.2 V 電源，這意味著輸出電壓的允許變化范圍為