基于ADP3181的交错并联同步BUCK电路的设计_司徒琴

引 脚 分 别 通 过 四 个 外 接 电 阻 ＲＳＷ１ ～ＲＳＷ４ 接 到 每 相 上 端 ＭＯＳＦＥＴ 管 的 源 极 上 。为 了 电 流 平 衡 ， ＲＳＷ１～ＲＳＷ４ 的 值 通 常 取一样， 但是如果某相的冷却条件比较好， 则该相可承
担 大一点电流， 这时， 可以把这相对应的 ＲＳＷ 设置得大一点。 （４） 高 精 度 的 电 压 环 控 制
摘 要 ： 介 绍 了 美 国 模 拟 器 件 公 司 的 专 用 于 电 压 调 节 模 块 （ ＶＲＭ） 的 开 关 电 源 控 制 芯 片 ＡＤＰ３１８１ 的 主 要 特 点 ， 并 设 计 了 基 于 此 芯 片 的 三 相 交 错 并 联 同 步 整 流 ＢＵＣＫ 电 路 ， 阐 述 了 主 电 路 和 控 制 芯 片 外 围电路的设计， 给出了实验结果。
着 负 载 电 流 变 化 的 一 条 直 线 ， Ｉｎｔｅｌ ＣＰＵ 规 定 该 负 载 线 的 等 效 电 阻 为 １ｍΩ。 ＡＤＰ３１８１ 内 部 有 一 个 电 流 检 测 放 大
２．１ 设计目标 设 计 一 个 三 相 交 错 并 联 的 同 步 整 流 ＢＵＣＫ 电 路 。 控
器 ， 用 来 检 测 总 的 输 出 电 流 。合 理 设 置 放 大 器 的 增 益 ， 使 制 芯 片 采 用 美 国 模 拟 器 件 公 司 的 ＡＤＰ３１８１ ， 驱 动 芯 片 采
电压。
（５）软 启 动 功 能
当 ＣＰＵ 上 电 或 所 需 电 压 改 变 时 ， 输 出 电 压 并 不 是 立
即达到给定值， 而是缓慢上升， 有一个充电延时的过程，
以 防 止 ＣＰＵ 的 误 启 动 或 满 足 ＶＩＤ 变 化 所 需 的 最 小 延 时
时间。
（６）频 率 可 设 定
频 率 由 电 阻 ＲＴ 设 定 ， 每 相 频 率 可 高 达 １ＭＨｚ。 ＡＤＰ３１８１ 的 芯 片 资 料 给 出 了 ＲＴ 与 频。Ｂｕｃｋ 电 路 电 流 检 测 方 法 有 多 种 ： （１）直 由 一 片 ＡＤＰ３１８１ 控 制 。
接 利 用 电 感 的 等 效 串 联 电 阻 （ＥＳＲ）， 检 测 电 感 两 端 的 电
（１）电 感 值 Ｌ 和 输 出 电 容 Ｃ 的 选 择 。 Ｌ 值 小 ， 电 感 尺
《电子技术应用》２００７ 年第 １２ 期 欢迎订购《电子技术应用》２０００～２００６ 年合订光盘（ ０１０－ ８２３０６０８４） １４５
电 源 技 术 与 应 用 Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｌｉｃａｔｉｏｎ
输 入 引 脚 ＳＷ１～ＳＷ４ 分 别 用 来 监 测 四 相 的 电 流 。 这 四 个
检 测 的 精 度 。（２）另 外 配 置 高 精 度 的 检 测 电 阻 。这 种 方 法 值 应 该 低 于 该 电 感 直 流 电 流 最 大 值 的 ８０％ 。 Ｌ 的 最 小 值
理解决方案。 笔 者 在 介 绍 了 ＡＤＰ３１８１ 芯 片 特 点 的 基 础 上 ， 设 计 了
输 入 为 １２Ｖ、输 出 电 压 为 １．５Ｖ、额 定 负 载 电 流 为 ６５Ａ 的 三相交错并联同步整流电路。 １ ＡＤＰ ３１８１ 内 部 结 构 及 其 特 点
ＡＤＰ３１８１ 是 美 国 模 拟 器 件 公 司 推 出 的 专 用 于 多 相 同 步 ＢＵＣＫ 电 路 的 开 关 控 制 芯 片 ， 广 泛 应 用 于 输 入 为 １２Ｖ 的 主 板 ＣＰＵ 供 电 电 源 上 。
放 大 器 的 ＣＳＲＥＦ 引 脚 接 输 出 电 压 正 极 ， 每 相 电 流 检 测 点 与 ＣＳＳＵＭ 之 间 通 过 相 同 阻 值 的 电 阻 ＲＰＨ 相 连 ， 从 而
ＡＤＰ３１１０ 。 每 相 采 用 一 片 驱 动 芯 片 ， 驱 动 芯 片 输 出 的 ＤＲＶＨ 信 号 驱 动 ＭＯＳＦＥＴＨ ， ＤＲＶＬ 驱 动 ＭＯＳＦＥＴＬ。 三 相
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ： ＡＤＰ３１８１； ＢＵＣＫ； ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ； ｄｅｓｉｇｎ
微 处 理 器 及 数 字 信 号 处 理 器 （ ＤＳＰ ） 的 不 断 发 展 给 供 电 系 统 电 压 调 节 模 块 （ ＶＲＭ） 带 来 了 极 大 的 挑 战 ， 主 要 表 现 在 ： （１）输 出 电 压 的 降 低 。 目 前 ＶＲＭ 的 输 出 电 压 大 多 数 为 １．３Ｖ～１．５Ｖ， 为 进 一 步 提 高 速 度 ， 未 来 将 要 求 输 出 电 压 降 到 １Ｖ 以 下 。（２）输 出 电 流 的 增 大 。芯 片 要 求 ＶＲＭ 的 输 出 电 流 高 达 １５０Ａ。 （３）微 处 理 器 的 工 作 时 钟 频 率 已 经 高 达 ２ＧＨｚ ～３ＧＨｚ， 未 来 几 年 将 会 达 到 ４ＧＨｚ， 甚 至 １０ＧＨｚ。因 此 ， 电 流 的 瞬 态 变 化 非 常 大 ， 将 达 到 ４５０Ａ／!ｓ 。 （４）ＶＲＭ 作 为 微 处 理 器 的 供 电 单 元 ， 有 限 的 主 板 空 间 要 求 其 具 有 高 效 率 、高 功 率 密 度 和 小 体 积 。 因 此 ， 目 前 的 ＶＲＭ 模 块 都 采 用 多 相 交 错 并 联 的 同 步 整 流 ＢＵＣＫ 电 路 。
得 放 大 器 输 出 端 ＣＳＣＯＭＰ 输 出 的 电 压 随 着 负 载 电 流 增 大 而 跌 落 ， ＶＩＤ 设 定 电 压 减 去 ＣＳＣＯＭＰ 端 输 出 的 电 压 ， 即为考虑了负载线后的输出电压给定， 再接到电压检测 放 大 器 的 参 考 端 。同 时 ＣＳＣＯＭＰ 也 作 为 限 流 比 较 器 的 差
Ａｂｓ ｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＡＤＰ３１８１ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｕｓｅｄ ｉｎ ＶＲＭ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｂｕｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｇｉｖｅｎ．
（７）可 靠 的 过 压 与 过 流 保 护 功 能
芯 片 内 部 具 有 过 压 过 流 保 护 电 路 。而 且 上 限 电 流 值
可 以 通 过 外 部 电 阻 ＲＬＩＭ 设 定 ， ＲＬＩＭ 一 端 与 引 脚 ＩＬＩＭＩＴ 连 接 ， 一 端 接 地 。当 检 测 到 电 路 过 流 时 ， 芯 片 不 是 马 上 关 断
ＡＤＰ３１８１ 内 部 有 一 个 高 精 度 的 误 差 放 大 器 ， 在 整 个
输出电压以及温度范围内， 其最大的检测误差为±
１４．５ｍＶ。 另 外 ， ＦＢ 引 脚 内 部 连 接 一 个 电 流 源 ， 该 电 流 源
流 过 ＦＢ 与 输 出 电 压 检 测 点 之 间 的 电 阻 ＲＢ 产 生 一 个 空 载偏置电压， 一般的主板生产厂商会自己规定一个偏置
在相同的输出条件下， 采用多相并联技术可有效减 小每相滤波电感的体积，且开关管的电流仅仅是输出电 流的几分之一， 同时每相开关频率也可降低为原来的几 分之一。这样就可以减小输出电流纹波和降低开关损 耗， 从而提高变流器效率。针对这种情况， 许多电源管 理 芯 片 公 司 相 继 推 出 了 用 于 低 电 压 大 电 流 ＶＲＭ 模 块 的 多 相 输 出 高 性 能 控 制 芯 片 ， 例 如 Ｉｎｔｅｒｓｉｌ 公 司 推 出 的 ＩＳＬ６５６６ 、ＩＳＬ６５６６Ａ， ＡＤ 公 司 推 出 的 ＡＤＰ３１８１ 、ＡＤＰ３１９１ 等 。这 些 器 件 实 现 了 最 快 速 的 瞬 态 响 应 和 最 少 数 量 的 输 出电容器， 为业界提供了集成度最高且最经济的电源管
个 表 格 ， 表 中 详 细 列 出 了 每 组 编 码 对 应 的 输 出 电 压 值 。 内 ， 短 路 情 况 清 除 ， 则 电 路 恢 复 正 常 工 作 。过 流 擎 住 延 时
（３）独 特 的 电 流 环 控 制 设 计
能够防止暂时的干扰引起的短路而造成的误操作。
一 般 的 处 理 器 要 求 设 定 一 条 负 载 线 ， 即 输 出 电 压 随 ２ 基 于 ＡＤＰ ３１８１ 的 ＢＵＣＫ 电 路 设 计
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2007.12.006
电 源 技 术 与 应 用 Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｌｉｃａｔｉｏｎ
基于 ＡＤＰ３１８１ 的交错并联同步 ＢＵＣＫ 电路的设计
司徒琴， 姜建国， 佘 炎 （ 上 海 交 通 大 学 电 子 信 息 与 电 气 工 程 学 院 ， 上 海 ２００２４０）
ＡＤＰ３１８１ 内 部 结 构 如 图 １ 所 示 ［１］， 主 要 包 括 ： 高 精 度 的 ＶＩＤ ＤＡＣ 转 换 器 （把 ＣＰＵ 设 定 的 数 字 电 压 转 换 成 模 拟 电压） ； 反馈电压误差放大器； 电流检测放大器； 软启动 模 块 ； 电 流 平 衡 模 块 ； 限 流 模 块 ； ＰＷＭ 调 制 模 块 ； ２ － ／３ － ／ ４－ 相 ＰＷＭ 输 出 逻 辑 电 路 等 。
关 键 词 ： ＡＤＰ３１８１ ＢＵＣＫ 交 错 并 联 设 计
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｂｕｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤＰ３１８１
ＳＩ Ｔｕ Ｑｉｎ ， ＪＩＡＮＧ Ｊｉａｎ Ｇｕｏ， ＳＨＥ Ｙａｎ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２４０， Ｃｈｉｎａ ）
用 该 公 司 的 ＡＤＰ３１１０ 。该 电 路 输 入 为 １２Ｖ， 输 出 为 １．５Ｖ， 额 定 负 载 电 流 为 ６５Ａ， 开 关 频 率 ｆＳＷ＝７５０Ｈｚ。 ２．２ 主电路设计
主 电 路 拓 扑 图 如 图 ２ 所 示 ， 其 中 ＭＯＳＦＥＴ 的 ＰＷＭ
分输入， 实现限流功能。
驱 动 信 号 来 自 电 源 控 制 芯 片 ＡＤＰ３１８１ 与 驱 动 芯 片
ＭＯＳＦＥＴ 管 ， 而 是 断 开 ｄｅｌａｙ 脚 ， ｄｅｌａｙ 正 常 工 作 时 电 压 为
脚 用 于 选 定 ＶＩＤ 编 码 是 符 合 Ｉｎｔｅｌ 的 ＶＲＭ９ 标 准 还 是 ３Ｖ， 断 开 后 ｄｅｌａｙ 通 过 外 部 并 联 的 电 阻 电 容 放 电 ， 当 电 压
ＶＲＤ１０ 标 准 。在 ＡＤＰ３１８１ 的 芯 片 资 料 中 给 出 了 相 应 的 两 降 到 １．８Ｖ 时 ， 控 制 芯 片 就 会 停 止 工 作 。如 果 在 这 段 时 间
ＡＤＰ３１８１ 控 制 芯 片 具 有 以 下 特 点 ： （１）可 输 出 多 路 ＰＷＭ 信 号 ＡＤＰ３１８１ 可 输 出 ２ － ／３ － ／４ － 路 ＰＷＭ 信 号 给 功 率 驱 动 芯 片 ， 如 果 某 路 ＰＷＭ 输 出 不 用 ， 则 把 该 路 的 ＰＷＭ 输 出 引脚接地。 （２）可 数 字 设 定 输 出 电 压 。 ＣＰＵ 可 通 过 向 ＶＩＤ０ ～ＶＩＤ４ 引 脚 输 入 数 字 信 号 来 设 定 其 所 需 输 出 电 压 ， 实 现 动 态 电 压 变 换 。另 外 ，ＣＰＵＩＤ 引
压 。这 种 方 法 损 耗 比 较 低 。另 外 可 以 在 电 感 旁 边 放 置 热 寸 也 小 ， 但 是 电 感 电 流 与 输 出 电 压 纹 波 大 ， ＭＯＳＦＥＴ 损
敏 电 阻 ， 用 来 补 偿 电 感 ＥＳＲ 的 温 度 变 化 ， 从 而 增 加 电 流 耗 也 大 。在 任 何 多 相 变 流 器 中 ， 电 感 纹 波 电 流 的 典 型 峰 峰