三種快速動態響應的VRM拓撲分析比較

摘要：本文給出了三種具有快速動態響應速度VRM拓撲：多相交錯Buck拓撲、采用步進電感的變換器拓撲、混合供電模式拓撲。分析了它們各自的設計目標，工作原理，以及各自的優缺點。 敘詞：電壓調節模塊；多相交錯；步進電感；混合供電模式 Abstract：This paper proposes three topologies for VRM fast transient application:multi phase interleave buck topology, stepping inductor converter,hybrid sources.Analysises the key point and principle about each technology,and compares each other. Keyword：voltage regulate modle；multi-phase；stepping inductor；hybrid sources
1　引言

　　隨著半導體技術的不斷進步和集成技術的發展，微處理器的集成度越來越高。為了獲得高效率，微處理器的驅動電壓呈低壓化走勢。從原來的3.3V降到1.8V～1.1V左右，最終將降到0.6V。另一方面，微處理器的功能越來越強大，其內部功能電路也越來越多，其要求驅動電流也越來越大，從以前的13A到30A～50A，以后將達到100A。同時為了節約能量，微處理器需要根據不同的工作狀態急劇改變工作電流，達到50A/μS。而且由于微處理器本身的工作電壓很低，其對工作電壓的穩定度要求很高，50mv的電壓波動就有可能引起電路的錯誤操作。在如此低電壓，大電流，大電流變化率的條件下，要保持很高的電壓穩定度（電壓紋波限制在2％以內，對1.1V僅22mv）,就需要微處理器的供電模塊－電壓調節模塊VRM（Voltage Regulate Modle）具有很好的動態性能。

　　提高VRM動態響應速度的最簡單方法是減小輸出電感，增大輸出濾波電容。然而，僅僅簡單的減小電感，增大電容是行不通的。小的電感將會產生大的電流紋波，這將會引起一系列問題。首先，由于大的均方根電流引起的開關導通損耗；其次，需要大電容來保持電壓穩定；還有開關損耗和電感鐵芯損耗增加。而輸出濾波電容值的增加將會使后面解偶電容值更多倍的增加，并且占用更大的PCB板面積[1]。為了實現快速的瞬態性能，人們在控制上和拓撲上進行了大量的研究，從不同的側重點給出了幾種拓撲，下面將對其進行分析比較。

2　三類拓撲的分析比較

　　2.1　多相交錯Buck拓撲

　　上面提到減小電感值，可以在瞬態時提高電流跟隨速度，但是會增大紋波，從而引起一系列問題。對于傳統VRM電路，其電感設計要求滿足：
　　　　　　　　　　　　 L≥10×（Vin－Vo）×D／Io×f　(1)
　　其中D為占空比；
　　Vin 輸入電壓；
　　Vo 輸出電壓；
　　Io 滿載電流；
　　f開關頻率

　　由(1)式知電流紋波限制在10％。為了減小電感值，必須減小電流紋波。人們提出了多相交錯并聯技術，來實現這一目的。