交错并联同步整流DC-DC变换器的研究

高频开关电源课程报告

交错并联同步整流DC-DC变换器的研究

Research on a Interleaved DC-DC

Converter Using Synchronous Rectification

ABSTRACT:As the rapid development of power electronics technique, the switch supply have been advanced. It has replaced the linear steady voltage supply and because the most extensive direct current steady voltage supply that has been applied. It’s determined by the predominant performance of switch supply. Switch supply is consisted of AC-DC and DC-DC. As the work of large scale integrated circuit is normal, VRM is required to decrease low output voltage, continuous to increase output current, and also meets high efficiency, rapid dynamic response etc, in order to meet these needs, low voltage and high current DC-DC converter reflects the development orientation of switching power supply. To optimize the performance of low-voltage/high-current DC-DC converter, it is necessary to enhance it’s topology and control method. In this paper, synchronous rectifier and the multi-phase interleaved parallel technology are studied, presents a low voltage high current DC-DC converter design. I apply Matlab/Simulink software to simulate the circuit and the results verify the validity of the proposed scheme.

KEY WORDS：buck converter，low voltage and high current，synchronous rectifier interleaved，Matlab/Simulink

摘要：随着电力电子技术的飞速发展，开关电源技术不断得到提高，现在它已经取代线性稳压电源，成为目前最为广泛使用的直流稳压电源，这主要是由它的优越性能所决定的。开关稳压电源包括 AC-DC 和 DC-DC 两部分。大规模集成电路正常工作时，要求VRM(Voltage Regulation Module) 应具有较低的输出电压和较大的输出电流，同时还需满足效率高、动态响应速度快等特点，为了满足上述需求，低压大电流 DC-DC变换器成为开关电源的主要研究发展方向。综合考虑，为了进一步优化低压大电流 DC-DC 的性能，需要不

断提高它的拓扑结构及控制方法。本文针对同步整流、多相交错并联及多路均流等技术进行研究，给出了一种低压大电流 DC-DC 变换器的设计方案，并在 Matlab/Simulink 仿真环境下采用 PWM 脉冲调制方式和四相相位相差 90°的方法对四相交错并联 Buck 变换器电路进行仿真。结果与期望一致，达到满意效果。关键词：Buck 变换器；低压大电流；同步整流；交错并联；Matlab/Simulink仿真

1 引言

随着信息技术的快速发展和广泛应用，为了满足日益增长的、更加复杂的实时计算要求，今天许多系统采用了大量的高功率计算芯片，包括CPU、FPGA 和存储器等。为了提高计算速度就必然要求其供电电源工作频率和供电电流相应增加，同时为了减小能量损耗则要求供电电压反而越来越低，预计未来设备要求电流超过100A而电压却低于1V。由于主板空间非常宝贵，要求供电电源体积越小越好。这样人们对VRM提出了新的挑战：要求VRM 有超快的负载电流响应速度，并且保证输出电压有相当高的稳定度，同时又要求VRM的功率变换效率高，尽可能提高开关频率，减小VRM体积，以适应模块化发展方向，这些性能要求对VRM的设计提出了严峻地挑战，必须通过有效的方式和途径来解决[1-2]。

在过去的几十年，世界各国的研究人员对低压大电流DC-DC 变换器的研究方兴未艾，现在运行在电压1.5-3.3V、电流40-50A 的微处理器已经相当普通。下面，今后几十年关于电压降低和电流提高的趋势也在图1表示出来[3]。

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图1 微处理器今后长期的电压电流走势图

低压大电流DC-DC变换器性能优劣是通过它的技术指标来衡量的，这主要包括：动态响应速度、尺寸、效率、功率密度等。为了满足以上技术指标的要求，就需要应用各种方法来完善它们。这些包