调压器的选择及多相转换器设计考虑因素(上)

admin

微处理器性能升级要求将需要工作于更低电压和更高电流条件下的更多晶体管封装在一块芯片中。为了满足这些功率要求，Intel针对其Pentium微处理器系列开发了调压器设计指南。

        目前的VRM/VRD10.x指南描述了安装在主板上的电压调节元件的VRM(voltage-regulator model)和VRD(voltage regulator down)设计规范。这两个设计规范均采用了控制其0.8375~1.6 V直流输出电压的6位“电压识别”或VID码。无论采用哪种方案，VRM/VRD上的6个VID码引脚都连接到微处理器的相应引脚。然后，微处理器的内部编码控制施加在其上的电压。

        VRM/VRD指南设定了初始直流输出电压设定点误差、输出纹波和噪声、无负载中心误差偏移、电流传感、衰减误差和动态负载限制的压差。AMD (Advanced Micro Devices)公司针对其微处理器开发了类似的设计指南，其微处理器与Intel的产品工作于不同的电压。在2V电压下要求电流为40~50A时，对于提供微处理器功率的管理相应容易。所以大多数台式计算机制造商采用了VRD技术。现在，一些微处理器在1.2V电压、120A电流下连续工作，峰值电流高达150A，将很难采用VRD技术。

        未来，微处理器功率管理将更加困难。半导体工业协会(SIA)出版的国际半导体技术路线图(ITRS)计划指出，在2010年之前将实现更低的电压和更高的电流。如果ITRS计划变为现实，微处理器将以15GHz的时钟速率工作于0.6V的电压和300A的电流。        
                             
        为了满足目前以及将来的微处理器功率，需要根据表中所列的各项设计折衷情况，从决定采用VRM还是VRD开始入手。如果决定采用VRM，则可能还需要确定以下两个方面：
1. VRM模块是否焊接到主板上；
2. 是否将VRM模块插入安装于主板上的连接器中。

        插件模块的主要缺点在于连接器的成本，而连接器必须具有低接触阻抗和良好的保持功率(holding power)。虽然在连接器接触的地方和PC板蚀刻处可能有一些压降，这一点可以通过采用带有远程传感的VRM加以克服，远程传感直接连接至微处理器直流功率输入引脚。

        通过将模块焊接到主板上，可以省去连接器的成本。如果这样做，机械接口必须足够牢固，能够经受住冲击和振动。一种解决方案是采用封装可以直接焊接到主板上的模块。最佳整体解决方案需要一个涉及多个领域的技术，涉及电子、热以及机械设计等各方面的考虑因素。

多相转换器

        不论设计是采用VRD还是VRM技术，都有一些重要的电子设计方面的考虑。首先是选择合适的拓扑结构。对于大多数应用而言，能够在1V提供超过100A的实际可行的拓扑结构只有开关模式多相转换器。多相转换器是一类调压器，这种调压器采用相互连接的多个相同交叉单元(interleaved cell)，以使其输出为所有独立单元的总和。每个单元通过包含有两个MOSFET的同步整流器(synchronous rectifier)输出，如图1中的四单元产品所示。
              



              作者：Sam Davis，特约编辑，《Electronic Design》