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低压大电流电压调节模块的研究

作　者: 盛娜
导　师: 赵清林
学　校: 燕山大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 电压调节模块同步整流交错并联磁集成两相Buck变换器并联模块
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

低压大电流电压调节模块VRM(Voltage Regulator Module)是分布式电源的核心部件,是专门为计算机CPU供电的直流-直流模块电源。随着超大规模集成电路的集成度越来越高,要求VRM的输出电压越来越低(≤1 V)、输出电流却不断增大(≥100 A),同时还要满足高功率密度、高效率、快速动态响应等特点,这就对电源设计者提出了前所未有的挑战。本文主要由三部分组成:第一部分回顾了VRM的发展历史,分析了VRM的研究现状与应用前景,给出了VRM设计的难点所在。应用交错并联、同步整流、磁集成等技术有效解决VRM的设计难点,进一步改善VRM的性能指标,本文结合准谐振正激电路和交错并联两相Buck变换器对上述技术展开了详细的阐述;本文第二部分对主电路和控制电路的参数选取和设计等进行了详细的说明;第三部分详细结合系统仿真与实验,验证了12 V并联输入电压调节模块的工作原理。本课题中设计并制作了12 V直流输入的VRM实验样机。该主电路拓扑由两部分组成,高端采用隔离型准谐振正激变换器,低端采用非隔离型交错并联两相Buck变换器。谐振正激电路可实现主开关管零电压开通,利用开关管寄生电容(或附加电容)和变压器自身漏感谐振的去磁复位方式,简化了电路,在低压大电流场合拥有广泛的应用前景;两相Buck变换器采用一种交错并联的方法,结合同步整流技术,可以极大地减小滤波电容上的电流纹波,加快整个电压调节模块的动态响应速度,提高变换的效率,从而提高整个DC-DC变换器的性能,如果保持纹波电流不变的情况下,可以减小滤波电感,从而减小整个DC-DC变换器的尺寸。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 研究背景及应用前景  9-10
  1.2 电压调节模块设计面临的挑战及难点  10-11
  1.3 VRM 动态过程的特点  11-15
    1.3.1 VRM 的负载突变过程  11-12
    1.3.2 VRM 的负载突变过程对动态响应速度的影响  12
    1.3.3 影响VRM 的瞬态响应速度的主要原因  12-13
    1.3.4 提高瞬态响应速度的拓扑方法  13-15
  1.4 低压大电流VRM 的应用技术  15-17
  1.5 国内外研究现状  17
  1.6 本文的研究内容  17-19
第2章 12 V 输入并联VRM 拓扑  19-33
  2.1 拓扑的选择  19-20
  2.2 正激变换器的介绍  20-22
    2.2.1 正激变换器的优点  20-21
    2.2.2 准谐振正激变换器工作原理  21-22
  2.3 正激变换器谐振去磁介绍  22-23
  2.4 Buck 变换器的介绍  23-27
    2.4.1 同步整流Buck 变换  24-25
    2.4.2 交错并联同步整流Buck 变换器  25-27
  2.5 VRM 相关技术应用  27-32
    2.5.1 同步整流技术应用  27-30
    2.5.2 交错并联技术应用  30-31
    2.5.3 谐振开关技术  31-32
  2.6 本章小结  32-33
第3章主电路设计  33-46
  3.1 变压器的损耗分析  33
  3.2 变压器的磁集成  33
  3.3 脉冲功率变压器及电感的设计  33-37
    3.3.1 变压器的设计  34
    3.3.2 滤波器的设计  34-37
    3.3.3 输入滤波器的设计  37
  3.4 功率变压器及电感设计中一些问题的考虑  37-40
    3.4.1 集肤效应  38
    3.4.2 绕组的漏感  38-40
    3.4.3 其它注意因素  40
    3.4.4 组装工艺的设计及布局设计  40
  3.5 整流管的选择  40-41
  3.6 12 V 输入电压调节模块的设计  41-45
    3.6.1 谐振正激电路的技术指标  41
    3.6.2 谐振正激电路的参数选取  41-43
    3.6.3 两相Buck 电压调节模块的技术指标  43
    3.6.4 两相Buck 电压调节模块的参数选取  43-45
  3.7 本章小结  45-46
第4章控制电路设计  46-53
  4.1 控制电路介绍  46-47
  4.2 驱动电路介绍  47-52
    4.2.1 两相Buck 同步整流变换器的驱动电路  49-50
    4.2.2 准谐振正激变换器驱动电路  50-52
  4.3 本章小结  52-53
第5章仿真及实验分析  53-61
  5.1 引言  53
  5.2 仿真试验验证  53-55
  5.3 试验结果分析  55-60
  5.4 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-68
致谢  68-69
作者简介  69

低压大电流电压调节模块的研究

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