论文总字数：20596字

摘 要

随着计算机功能的增强，其处理器也需要其供电电源（Voltage Regulator Module，VRM）的各方面性能的提升。最初由5V母线直接对其供电， 后来，为了达到保护环境、节约能源的目的，将其输入电压提高到了12V。但是根据目前的发展趋势，其输入将进一步增大，会达到48V甚至以上，而输出则更加低，会在0-1V之间，之前使用的单级式变换器已经不能适应VRM的发展趋势，因此需要研究一种新的拓扑结构。

本文阐述了阻碍VRM发展的固有障碍，讲述了目前的主要技术手段并介绍了“半桥 Buck”的两级式变换器。该变换器具有易于控制、效率高、功率密度大的特点，该变换器解决了VRM设计时的一系列问题，满足了发展需求。

在进行设计时，详细讨论了参数设计及元器件选择，最终通过一个48V 输入0.8V/100A 输出的电压调节模块证实了变换器的可行性。

关键字：电压调节模块（VRM） 低压大电流 48V输入 两级式变换器

Research on Two Stage Converter Applicable to Future VRM

Abstract

With the enhancements of computer’s functions, the performances of VRM which is compiter’s power source need to be better and better.Originally VRM’s power is supplied by 5V bus.Later, it is replaced by the 12V bus to protect the environment,save the energy source and promote the efficiency.Accroding to the tend of its development,is input will increase to 48V and even more,its output will reduce to 0-1V the same time. Obviously,traditional converter can’t adapt to the development,so a new novel topology is required.

This paper says the barriers whict hinder the developments, represents the main technoloies and introducts a “HB Buck” structure .The structure is easy to control.Meanwhile,it also has high effciency and high power density.It solves a series fo problems when designed and meets the requirments of developments.

When designing,this paper discussed parameter designs and choices of devices. In the end,a module was built to verify the analysis.

Keywords：Voltage Regulator Module（VRM）；Low voltage high current output；

48V input；two-stage converter.

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 VRM的未来发展要求 1

1.2 VRM目前的主要设计方案 1

1.3 设计 VRM 遇到的困难 3

1.4 本文研究的意义和内容 4

第二章 VRM 设计的关键问题 5

2.1 负载工作时对VRM的影响 5

2.1.1 开关导通的滞后性带来的不利方面 6

2.1.2 输出滤波电感的影响 7

2.1.3 对寄生参数的分析 7

2.2 一次侧的输入滤波电容的分析 8

2.3 整流器的选择 8

2.4 补偿回路的设计 10

第三章 设计VRM的相关技术 12

3.1同步整流技术 12

3.2 交错并联技术 13

3.3 磁体器件集中技术介绍 16

3.4 软开关技术的介绍 16

第四章 适用于48V输入的两级式变换器 17

4.1 采用两级式隔离变换器的意义 17

4.1.1 单级式VEM在目前设计中的劣势 17

4.1.2 两级式变换器 17

4.2 前级结构的确定和控制方法的选择 18

4.2.1变换器前级拓扑的选择 18

4.2.2 变换器两级控制策略的制定 19

4.3 HB(D=0.5)＋Buck的两级式变换器的参数设计 19

4.3.1 前级输入电容的参数确定 19

4.3.2 前级开关管的确定 20

4.3.3 HB变换器的参数设定 20

4.3.4 HB变换器的输出滤波电感和电容的参数计算 23

4.3.5 Buck开关管的选择 24

4.3.6 后级的电感和电容的参数设定 24

4.4 补偿网络的设计 25

4.5 电路的仿真 26

4.6 本章小结 28

第五章 结束语 29

参考文献 30

致谢 33

第一章 绪论

1.1 VRM的未来发展要求

如今，越来越多的用户使用了个人电脑，用户的大量增加对其性能要求也越来越高，导致其功率不断增加。1980年代之前，电路板的集成度基本符合了1965年的“摩尔定律”，即单位面积集成电路板上的晶体管的数量会一年翻一倍^[1]。而当其发展到了一定程度，各种器件和技术更加复杂，在设计时更耗费时间和精力，其密度的增速降低了一半^[2]。

上世纪90年代的“能量之星”要求，私人使用的计算机在处于睡眠时功率应在30W/h以下，要实现强大功能并同时达到这个要求，那么最能解决问题的办法就是减少电路中的电能损失以提高其工作效率^[3]。

因此，作为CPU的供电电源，VRM在未来发展时要求必然是：高输入电压、低输出电压和高电流以提高效率；快速的动态响应速度、高功率密度良好的热应力分布、稳定的输出电压等以提升其性能。

1.2 VRM目前的主要设计方案

目前，在主要的设计方案中，根据拓扑结构的不同VRM分为单级式与和两级式变换器。

1.2.1 单级式VRM简介

当供电电压很低，在48V以下时，这种VRM就被称作是低或者中压VRM，当供电高的时候就叫做高压VRM。在一开始的时候由计算机主要供电线路的5V直接作为VRM的输入，当时VRM所能提供的电压也差不多是5V，所以两者差别并不大，那么只要使用Buck变换器就可以了，因为它不需要和负载分开放置，布置电路时可以省去很多麻烦，在控制上的实现相对其他类型的变换器也更为方便^[4,5]。

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