摘? 要: 隨著電壓調(diào)整模塊(VRM)輸入容量的越來越大和動態(tài)要求的越來越嚴格，適應(yīng)降壓(AVP)控制在VRM中的應(yīng)用被人們重新認識。本文對AVP控制策略的有源法和無源法進行了理論分析，并采用一種新式檢測方法實現(xiàn)AVP控制,并通過比較實驗證實了AVP控制方法" title="控制方法">控制方法的優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞: 電壓調(diào)整模塊? 降壓控制? 有源法? 無源法
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CPU和DSP對數(shù)據(jù)處理速度和容量的要求不斷提高，對電源模塊的供電要求也就相應(yīng)地提高了，主要體現(xiàn)在電源的輸出電流大小及其變化率和輸出電壓" title="輸出電壓">輸出電壓峰-峰值上。采取的措施有多通道buck電路拓撲和良好的控制方法，如V2控制法和滯回控制法等，這樣可以改善電源的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能?提高電源效率。但是對于更低的輸出電壓?更大的電流動態(tài)變化率，不可避免地要采用更大容量?更低ESR的電容以減少瞬態(tài)電壓峰-峰值。而大容量?低ESR電容增加了模塊的成本，占用更大的空間，不利于提高功率密度。基于以上種種問題，采用AVP方法[1～2](如圖1所示)使電源在滿載時電壓比所要求的最低電壓高，在空載或輕載時輸出電壓比所要求的最高電壓低，這樣不僅有利于電源模塊的熱設(shè)計，而且動態(tài)過程電壓工作在窗口電壓內(nèi)，輸出電壓峰-峰值小?恢復(fù)時間短。但是文獻[1]提出的方法較為復(fù)雜，使用專用的控制芯片導(dǎo)致開發(fā)成本增加，文獻[2]提出的方法在實際應(yīng)用中電路效率較低。本文對AVP控制方法進行深入分析，歸納總結(jié)出各種AVP的實現(xiàn)方法，并提出了一種新穎高效的控制方法，用實驗證明AVP方法的優(yōu)越性。
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1 AVP控制有源法的分析[1]
AVP有源控制為雙環(huán)控制，其基本原理如圖2所示。通過檢測電感電流，根據(jù)降壓要求相應(yīng)調(diào)節(jié)輸出電壓的基準。輸出電壓跟隨基準電壓而實現(xiàn)AVP控制。圖3為AVP有源控制的方塊圖，假設(shè)電流環(huán)" title="電流環(huán)">電流環(huán)增益為Ti，電壓環(huán)增益為Tv，則:
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由(2)/(1)可得:
此處Rc為輸出電容" title="輸出電容">輸出電容Co的等效電阻值，Ro為輸出負載。當w>>wESR且Ai=Rc時，則(3)式值為1。這說明了在此情況下電流環(huán)?電壓環(huán)有相同的截止頻率，而Av的設(shè)計對電流環(huán)?電壓環(huán)的比值沒有影響，其零極點的設(shè)計則依據(jù)電流環(huán)的設(shè)計方法進行。
其中，
L為等效輸出電感，fs為開關(guān)頻率，wz用于補償功率雙極點，wp用于消除開關(guān)噪聲，wi保證電流環(huán)的截止頻率高于輸出電容引入的ESR零點頻率。基于以上原則，設(shè)計固定輸出阻抗值為輸出電容的ESR值。實現(xiàn)方法[2]分別為檢測開關(guān)管導(dǎo)通電阻?續(xù)流管導(dǎo)通電阻或串聯(lián)阻值小的檢測電阻。前兩種方法受溫度的影響不宜采用，而串聯(lián)阻值小的檢測電阻有助于改善溫度變化引起的精度變化，但是在主電路中串聯(lián)電阻必然引起電源模塊效率的下降。
2 AVP控制無源法的實現(xiàn)[2]
采用無源法增加檢測電阻，如圖4所示。通過檢測Va使之等于VREF，實現(xiàn)vo=Vref-io×Rs，使電源在滿載時電壓比所要求的最低電壓高，在空載或輕載時輸出電壓比所要求的最高電壓低。從而使得輸出電壓在負載動態(tài)跳變時能夠較快地達到穩(wěn)定，提高動態(tài)響應(yīng)" title="動態(tài)響應(yīng)">動態(tài)響應(yīng)，以改善電壓大電流所引起的動態(tài)響應(yīng)與電路成本的矛盾關(guān)系。
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3 實驗結(jié)果分析
本文通過檢測輸出電感電阻的阻值，對其進行適當?shù)奶幚恚行У貙崿F(xiàn)AVP控制(如圖5所示)，避免了在電感與輸出端增加電阻所引起的效率下降問題。圖5(b)和圖6為采用AVP控制方法和不采用AVP控制方法兩種情況下的實測動態(tài)波形。輸出電流由空載到半載(0→7.5A)時測得輸出電壓峰-峰值為97mV，而不采用AVP控制方法時輸出電壓峰-峰值為318mV。而且圖5(b)的動態(tài)恢復(fù)時間明顯比圖6的恢復(fù)時間短。可見，采取AVP控制有著良好的動態(tài)響應(yīng)，進而可減小輸出電容及降低成本。
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隨著VRM的深入發(fā)展，為滿足低電壓?大電流的需要，相繼提出了各種電路拓撲，如帶抽頭電感的BUCK電路?有源鉗位的BUCK電路?耦合繞組的BUCK電路?移相軟開關(guān)BUCK電路等;并有優(yōu)良的控制方法問世，如V2控制?滯回控制等。以上的這些方法都甚是難以滿足電源模塊的發(fā)展需要。AVP的控制方法在適當降低負載調(diào)整率的情況下有效地改善了模塊的動態(tài)響應(yīng)，在低電壓?大電流的應(yīng)用場合中被人們重新認識。本文對其從理論方法進行分析，并采用新的檢測方法通過實驗證明了AVP良好的動態(tài)調(diào)節(jié)能力。
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參考文獻
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2 Ron Lenk. Understanding Droop and Programmable Active?Droop.Application. Bulletin,
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