高效電源管理方案

　　多相變換器

　　預(yù)測到2010年處理器將工作在1V和100A，到2020年希望處理器的電源電壓將是0.7V和更高電流。處理器工作在1V，100A(或更高)和GHz頻率時的高效電源管理(采用當(dāng)今的元件和技術(shù)可達(dá)到的效率為70%~80%)成為設(shè)計人員面對的困難任務(wù)。

　　可以滿足當(dāng)今處理器電源要求的唯一拓?fù)涫嵌嘞嚅_關(guān)模式變換器。這種拓?fù)洳捎脙蓚€或更多相同組合單元，把這些單元的輸出連接起來，其輸出是所有單元輸出的總和。隨著工作電流要求的增高，需要有更多的單元(相)。一個最佳的設(shè)計需要折衷考慮相數(shù)、每個相的電流、開關(guān)頻率、成本、尺寸和效率。更高的輸出電流和更低的電壓，需要更嚴(yán)格的輸出電流調(diào)整。多相設(shè)計可采用幾種實(shí)用的方法。

　　● 采用帶集成MOSFET驅(qū)動器的PWM控制器IC。然而，片上柵極驅(qū)動器產(chǎn)生的熱和噪聲會影響控制器性能。級連這類芯片以增加更多相是不現(xiàn)實(shí)的。用這種配置實(shí)現(xiàn)精確的電流均分是困難的，這種方法三相是限制相數(shù)。

　　● 采用分離的控制器和分離的柵極驅(qū)動器，使PWM控制器與柵極驅(qū)動器的熱和噪聲隔離。然而，電流均分會更復(fù)雜，因?yàn)殡娏鞲袦y信號路由到控制器;另外還有控制器-驅(qū)動器延遲，這是因?yàn)樗鼈兪欠蛛x的IC。

　　● 采用帶集成柵極驅(qū)動器和內(nèi)置同步及電流均分的控制器。這種方法只允許偶數(shù)相數(shù)。然而，片上所產(chǎn)生的驅(qū)動器熱和噪聲可能會降低控制器性能。

　　上面所述三種方法在選擇相數(shù)中不能提供所需的自由度。理想的方法是一種可伸縮的拓?fù)?，它能容易地增加或去除任意多相單元，必須能夠在分布的相單元中相等地均分電流?/p>

　　● DrMOS。配置小尺寸、可伸縮多相變換器的一種方法是采用DrMOS(Driver-MOSFET)模塊(圖5)。DrMOS模塊包括驅(qū)動器和功率MOSFET，設(shè)計用于多相變換器。Fairchild公司的FDMF8700是一款支持Intel的DrMOS Vcoredc-dc變換器標(biāo)準(zhǔn)、用于大電流同步降壓應(yīng)用的FET加驅(qū)動器的多芯片模塊。這是一個完全集成的功率級方案，它替代一個12V驅(qū)動器IC和三個N溝MOSFET，與分立元件方案相比節(jié)省板空間50%。Fairchild家庭的DrMOS多芯片模塊還有FDMF6700、FDMF8704、FDM8705。圖6示出由FDMF8704和PWM控制器組成的四相電壓穩(wěn)壓器電路。Renesas公司的RZJ20602NP集成一個驅(qū)動器IC和高、低端功率MOSFET在56引腳QFN封裝中，它工作在高達(dá)2MHz開關(guān)頻率、最大輸出電流40A，工作在1MHz、VIN=12V、VOUT=1.3V時最高效率接近87%。