一項基于多相直流轉(zhuǎn)換開關(guān)技術(shù)的節(jié)能模塊設(shè)計

【摘要】： 目前處理器的供電單元大多采用高效能穩(wěn)壓模組(VRM)——多相直流轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊。鑒于目前CPU的性能和功耗有著直接的關(guān)系。目前的CPU仍占據(jù)電腦主板的大部分功耗。如果此部分電路效率相對較低,無疑浪費很多電能。根據(jù)已知的條件選擇恰當?shù)钠骷瓦m當頻率提高效率以外,其他在電路效率的提高方面已出現(xiàn)瓶頸。鑒于此現(xiàn)狀,很多IC廠商都提供了自己的解決方案:一些公司IC(芯片)提供了輕負載情況下的Skip Mode(跳轉(zhuǎn)模式)、Burst mode(觸發(fā)模式)等模式。對于重負載,沒有比較有效的解決方案。應(yīng)運而生的——在不同負載情況下切換相數(shù),改進并兼顧了以上輕重負載關(guān)系,成為提高效率的一種有效途徑。 本論文通過對VRM架構(gòu)的研究分析,介紹了電路的主功耗元件。相比傳統(tǒng)CPU供電模塊,本論文設(shè)計采用了新技術(shù)——不同負載切換不同相數(shù)的VRM設(shè)計方案,實現(xiàn)動態(tài)負載具有高效率的優(yōu)點。通過對相數(shù)切換的VRM電源模塊設(shè)計以及對電路板效率的測試與分析,驗證了此方案相比傳統(tǒng)固定相數(shù)方案的優(yōu)越性——整體節(jié)能效果明顯。本論文實際設(shè)計了一項4相切換到8相的VRM電源模塊。分析和設(shè)置了最佳切換相,并且通過理論軟件仿真不同相數(shù)隨負載變化的效率,找到了最佳相位切換點。在實測結(jié)果的基礎(chǔ)上,驗證最佳切換點的合理性,完善電路的設(shè)計,實現(xiàn)此模塊具有最佳節(jié)能效果。從仿真和實測的結(jié)果可以看出:輕負載時,相數(shù)少效率高,重負載時,相數(shù)多效率高的特點(發(fā)現(xiàn)負載10安培時,4相比8相效率提高近了8%;100安培時,8相效率比能4相高5%),其節(jié)能效果還是令人比較滿意。 【關(guān)鍵詞】：多相直流轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊 切換相數(shù) 動態(tài)負載高效率、最佳切換點、最佳節(jié)能效果
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TP332
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-14
• 1.1 多相直流轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊介紹9-12
• 1.2 研究背景及目前國內(nèi)外現(xiàn)狀12-13
• 1.3 論文主要工作及技術(shù)要點13
• 1.4 論文章節(jié)的組成13-14
• 第二章 多相直流轉(zhuǎn)換開關(guān)節(jié)能原理14-26
• 2.1 CPU 供電電路效率介紹14-15
• 2.2 多相直流轉(zhuǎn)換開關(guān)技術(shù)15-19
• 2.2.1 電腦主板的電源基本架構(gòu)15-16
• 2.2.2 VRM 的構(gòu)成和功耗元件的介紹16-19
• 2.3 節(jié)能技術(shù)介紹19-26
• 2.3.1 CPU 自身節(jié)能20-21
• 2.3.2 CPU 外圍供電節(jié)能21
• 2.3.3 節(jié)能技術(shù)方案21-23
• 2.3.4 切換相數(shù)提高效率方案23-26
• 第三章 節(jié)能方案設(shè)計26-45
• 3.1 多相直流轉(zhuǎn)換節(jié)能電路設(shè)計的整體架構(gòu)26-27
• 3.2 控制IC 和驅(qū)動IC 的選擇27-29
• 3.3 MOSFET 和電感電容的選擇29-31
• 3.3.1 MOSFET 的選擇29-30
• 3.3.2 電感的選擇30
• 3.3.3 電容的選擇30-31
• 3.4 電流感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計31-33
• 3.5 切換電路的設(shè)計33-38
• 3.5.1 理論仿真33-36
• 3.5.2 切換點設(shè)定36
• 3.5.3 切換相的選擇36-38
• 3.6 補償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計38-45
• 3.6.1 補償電路介紹38-42
• 3.6.2 補償電路的計算42-45
• 第四章 板級設(shè)計與實測45-59
• 4.1 流程圖45-47
• 4.2 原理圖47-51
• 4.3 PCB 版圖51
• 4.4 測試條件和測試平臺51-53
• 4.5 實測效率53-55
• 4.6 仿真與實測數(shù)據(jù)比較55-59
• 第五章 總結(jié)與展望59-60
• 參考文獻60-62
• 攻讀學位期間公開發(fā)表的論文62-63
• 附錄A 元件參數(shù)63-67
• 附錄B IC 和外圍電路設(shè)計67-68
• 附錄C TypeIII 公式推導68-70
• 致謝70-71

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