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大功率CPU核心电压供电电路的设计
发布时间:2016-08-12 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]- 摘要：提出了一种基于四相PWM控制的大功率CPU核心电压供电电路的设计，使用FAN5019作为主控制芯片给出了电路设计、器件选择说明和布局布线的规则。实验证明，该设计在CPU核心电压为1．5V时可以提供170W以上的大功率输出
关键词：CPU：核心电压：FAN50190 引言
当今的高速中央处理器(CPU)在提供极高的性能的同时，对于其供电电源的各项指标的要求也达到了前所未有的高度。更高速的CPU需要更低的核心电压，却需要更大电感器出口的功率，因此供电电路必须提供极大的电流。更好的解决核心电压的供电问题已经成为电压变换模块和PC主板设计者面临的极大挑战。l Intel相关规范对CPU核心电压的要求
Intel早期的CPU，如Pentium 2、Pentium 3都遵循Intel的VRM(Voltage Regulation Module)8.1～8.4电源规范，其最大输出电流值为22．6A。Tualatin核心的Pcntium 3及Celeron CPU则开始引入VRM8．5标准，其最大输出电流值为28AIntel在推出Willamette、NorthWood核心的Pentium4时引入了VRM9．O标准，其规定的最大输出电流为70A。随着Prescott核心Pentium 4的推出，VRM规范也更新到了VRD(Voltage Regulator Down)10．O，电流最大值也达到了一体成型电感器91A。为了配合更高频率更高性能的CPU，2005年4月Intel推出了VRDl0．1规范，对LGA775 Socket的CPU的供电电源的规格指标进行了细致的规定，这是对台式机CPU供电电源要求极高的电源规范，其要求列举如下：
(1)连续负载电流(ICCTDC)为115A；
(2)最大输出电流(ICCMAX)为125A；
(3)输出的电压值由VID[5：0]指定，范围为O．837 5～1．6V．以0．0125V为步进；
(4)负载线斜率(loadline slope)阻抗R0为1．00mΩ；
(5)最大电压纹波VRIPPLE为±5mV；
(6)最大电压上冲波峰VOS_MAX为50mv，其最长持续时间为25μs。
这里只是列举了最为重要的几个规定，VRDl0．1规范还有其他的许多内容，限于篇幅，这罩不再一一列举。由上述内容可见，高性能CPU对于供电电源电路的输出功耗需求越来越大，在VRDl0．1中要求输出功耗甚至高达170W以上。同时对于电压的精确性和稳定性的要求也达到了非常苛刻的地步，在大功率、大电流的情况下还要保持非常稳定和精准的负载线斜率。在VRDl0．O之前，CPU核心电压供电电路一般都是由三相或两相的PWM控制方式，这种方式已经无法满足100A以上的大电流需求。本文的设计使用了4相PWM控制，可以满足VRDl0．1的严格要求，以下详细叙述之。
2 大功率CPU核心电压电路的设计
图l所示即为本文提出的满足VRD101要求的大功率CPU核心电压供电电路。它使用了仙童(Fairchild)公司的FAN50192—4相PWM电源控制器做为丰控制芯片。FAN5019控制4个Fairchild的FAN5009 MOSFET驱动器。FAN5009驱动开关外接的高端和低端M0SFET，然后通过电感与电容器件的充、放电对VCCCORE进行供电。
FAN5019是一款多相(最高支持4相)DC／DC控制器，专为产生高电流、低电压的CPU核心电感器厂家电压而设计。本设计中，它以并行的方式同时驱动四个PWM通道，而且以交叉开关的方式来减少输入、输出的纹波电流，这样可以达到减少外围器件，降低成本的目的。FAN5019采用了温度补偿电感器电流检测技术，来满足VRDl0．1规则的负载线技术要求，而一般的PWM控制器都是采用RDS(ON)或感应电阻器来测量电流和设置负载线，精度无法满足要求。如图1所示，FAN5019的VID[5：0]输入与VRDl0.l规范定义完全一致，可以控电感器生产厂家制输出0．8375～1．600V以电感生产12．5mV步进的电压，另外它还具有短路保护，电流上限可调，过压保护等增加安全可靠性的技术。FAN5019向每个FAN5009送出PWM控制信号，而FAN5009通过内部电路将其转换为可以正确驱动高端和低端M0SFET的信号输出。FAN5009可以同时驱动高端和低端的MOSFET，其内置启动二极管，因此无需在外围电路中再添加二极管。
本设计的输入电压VIN为12V，额定输出电压VVID为1．500V，占空比D(Duty Cycle)为O．125，负载线斜率阻抗R0为1．OmΩ，ICCTDC大于115A，ICCMAX为125A，最大输出功耗为172．5W，最大电压纹波VRRIPLE为±5mV，每相的开关频率fSW设定为228kHz。外围元器什的具体参数如表l所列。
[开关电源]开关电源接错烧坏了网络芯片本帖最后由lan54160于2016-6-2709:01编辑
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