直流電源變換器被廣泛應(yīng)用于筆記本電腦等電子設(shè)備中,為設(shè)備中的各個模塊提供持續(xù)穩(wěn)定的電源。通常,直流電源變換器控制芯片的廠商會提供芯片的SPICE模型,以方便設(shè)計者預(yù)先判斷電源系統(tǒng)的性能。但大多數(shù)SPICE仿真器無法考慮版圖的物理效應(yīng),因此,設(shè)計者無法預(yù)先得知版圖寄生效應(yīng)對最終性能的影響。另外,在嚴格控制成本的背景下,如何通過設(shè)計的優(yōu)化來減少元件的數(shù)量、節(jié)省成本也是設(shè)計者在設(shè)計階段需要預(yù)先考慮的事情。本文選擇了筆記本電腦電源中重要而且復(fù)雜的CPU核心電源作為研究對象,重點研究了電源傳輸網(wǎng)絡(luò)對CPU電源的穩(wěn)定性和閉環(huán)輸出阻抗的影響,主要探討了電源輸出電容的優(yōu)化設(shè)計方法。本文選取Intel公司的Broadwell平臺的CPU,設(shè)計和優(yōu)化CPU核心電源供電系統(tǒng),以滿足Intel公司的IMVP(IntelMobile Voltage Positioning)規(guī)范要求。Intel公司的IMVP規(guī)范是基于自適應(yīng)電壓調(diào)整(Extended Adaptive Voltage Positioning,EAVP)原理,并針對于CPU的實際工作情況制定的CPU核心電源設(shè)計規(guī)范。本文中所采用的Intersil公司的ISL95813電源芯片滿足IMVP規(guī)范。該電源芯片采用了 Intersil公司獨有的R3(Robust Ripple Regulator)控制模式,R3控制模式作為一種改進的滯環(huán)電流控制(Hysteretic Current Mode Control)模式,相對與傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制模式,其具有更快的瞬態(tài)響應(yīng)速度,和更高的控制精度。首先,通過理論分析CPU電源各子電路的工作原理,建立了系統(tǒng)的小信號模型和電源芯片的平均模型�；谙到y(tǒng)的小信號模型,計算出開環(huán)增益的傳遞函數(shù)和閉環(huán)輸出阻抗,經(jīng)過進一步化簡分析,找到了影響相位裕度和輸出阻抗的關(guān)鍵因素,以及電源變換器四元件等效模型。利用理論分析結(jié)果,完成了電源系統(tǒng)中主要部件的參數(shù)設(shè)計。將電源芯片的平均模型與使用電磁場仿真工具提取的電源傳輸網(wǎng)絡(luò)參數(shù)聯(lián)合放入HSPICE中進行仿真,得到了系統(tǒng)穩(wěn)定性和電源系統(tǒng)的閉環(huán)輸出阻抗在考慮電源傳輸網(wǎng)絡(luò)寄生效應(yīng)和不考慮寄生效應(yīng)時的差異,并在此基礎(chǔ)上進行了設(shè)計參數(shù)的調(diào)整。電源輸出電容的優(yōu)化采用了 Sigrity的OptimizePI軟件,代入電源變換器四元件等效模型,根據(jù)目標(biāo)阻抗,計算出了優(yōu)化的輸出電容組合和位置布局。最后,實物測試結(jié)果表明本文所建立的電源芯片的平均模型準(zhǔn)確可信,優(yōu)化后的實物測試結(jié)果與仿真優(yōu)化結(jié)果非常吻合,并且均優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)的要求。本文所闡述的設(shè)計優(yōu)化過程已應(yīng)用于多個筆記本型號的CPU電源設(shè)計中。相同的設(shè)計優(yōu)化方法也可擴展到其它直流電源變換器設(shè)計中,方便電源工程師和電源完整性工程師進行協(xié)同合作,有效預(yù)判電源傳輸網(wǎng)絡(luò)的寄生效應(yīng)對電源系統(tǒng)性能的影響。同時,根據(jù)具體的優(yōu)化需求,對輸出電容進行合理的優(yōu)化。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP303.3
【部分圖文】：

?（２－７）??°?ｃｃＡｖＡ〇ｉＬ?ａＡｐＡ〇?＾?ｐａｒ?ｐａｒｙ?、）??式（２－７）所表示的線性調(diào)壓電源輸出阻抗特性如圖２－３所示，在０?￣?的頻率范圍內(nèi)線性調(diào)??２７ＴＫｐａｒＣｐａｒ??壓電源輸出阻抗可以由電阻和電感組成的簡單串聯(lián)回路來等效，等效電阻和等效電感分別由式（２－８）??和式（２－９）表示。??％?＝念?（２＿８）??ｔ?＿?ｒｄｓ＾ｐａｒ＾ｐａｒ??ＬｅｑＵ＿?吟馮??２０?１?￣￣：?：?￣＾?…ｖ?一?一’？’?￣＿?’?一??０?－?＇??－２０??Ｉ?－４０?－?ｙ，??－６０－??…??：??－８０?＿?■????：?■?：：：?：?：？＂：；?：?：?！?：?：．??：＂：?？?：：．：?？．??－ｌｏｏ?－??Ｈ：?ＩＨ?�。�?……：－一?？?？?ｉ－??ｌｅ＋０４?ｌｅ＋０６?ｌｅ＋０８?ｌｅ＋１０?ｌｅ＋１２?ｌｅ＋１４??頻率［ｒａｄ／ｓ］??（ａ）??ｉ：＂丨？＾：：：?：?：：：??ｓ°°?：?／?：■：丨；：?ｒ?Ｊｖ??—４０?—????：?！?：？：?：???：?＇：?：?：?：■?■?：?．．．?－：?－?：?：?＼???－＞?－??；：：；?：?；?：?．；：?ｖ＿＿；??ｌｅ＋０４?ｌｅ＋０６?ｌｅ＋０８?ｌｅ＋１０?ｌｅ＋１２?ｌｅ＋１４??頻率丨ｒａｄ／ｓ】??（ｂ）??圖２－３線性調(diào)壓電源輸出阻抗特性（ａ）阻抗幅度（ｂ）相位??６??

－＼７??圖２－８開關(guān)電源變換器的四元件等效模型??在某些情況下，四元件等效電路雖然相比二元件等效電路擬合的相似度更好，但是其會增加電??路分析的復(fù)雜度，而且能夠用四元件等效模型精確匹配的電源變換器類型有限，因此在對電路特性??進行粗略的評估時

本思想和原理。??２．２．１二元件等效電源電路的瞬態(tài)響應(yīng)??典型電源供電電路結(jié)構(gòu)如圖２－１０?（ａ）所示，由電壓源、去耦電容和負載構(gòu)成［１６］，電源內(nèi)部包含??直流電源ＶＲＥｅ、內(nèi)阻ｉ？ＲＥｅ和電感ＬＲＥｅ，外接１０葉去耦電容ＣＢＵ＜，電容等效串聯(lián)電阻（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?Ｓｅｒｉａｌ??１＾紐３１＾，￡５１〇為知〇（，電流負載圪（＾在０厶？５４之間以２．５八／呷的斜率率切換，電源供電電路負??載電壓隨負載電流變化的波形如圖２－１０?（ｂ）所示。??將圖２－１０?（ｂ）中標(biāo)記部分負載電壓隨負載電流變化的波形局部放大如圖２－１１所示，在負載電??流變化的瞬間，ＣＢＵ＜視為短路，ＬＲＥｅ視為開路，負載端電源的壓降主要來自于去耦電容自身的ＥＳＲ。??負載電流變化結(jié)束時，在電源內(nèi)部電感ｉＲＥｅ和去耦電容ＣＢＵＣ的作用下，負載端電源電壓產(chǎn)生振蕩并??迅速衰減趨于穩(wěn)定，振蕩頻率與ｉＲＥ（；和４〇＜的諧振頻率一致。最終負載端電源電壓趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定??時的電壓降等于電流流過電源內(nèi)阻ｆｉＲＥｅ所產(chǎn)生的壓降。??當(dāng)負載電流在０?＾／ＭＡＸ變換時，由于通常電源內(nèi)阻很小，負載端電源電壓下沖并穩(wěn)定在標(biāo)稱電??壓附近
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王建華;張方華;龔春英;劉磊;;滯環(huán)電流控制逆變器建模及分析[J];電工技術(shù)學(xué)報;2010年06期

本文編號：2853489