一种具有高轻载效率和高动态特性的数字电压调节模块制造技术

本发明专利技术公开了一种具有高轻载效率和高动态特性的数字电压调节模块，包括直流电压源、电压输出端、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一电感、第二电感以及DSC；本发明专利技术主电路采用交错BUCK拓扑电路，主开关管Q1和Q3交错180°导通，使得输出电流纹波大大减小，其纹波频率也增大为原来的2倍，此频率增加可大大减小输出滤波电感值和输出电容值，从而提高了VRM的动态响应速度；另外，在轻载时，本发明专利技术通过关断两个同步整流管Q2、Q4，使电感电流通过续流二极管D2s、Ds4续流，这样单相BUCK电路就可以工作于DCM模式下，大大减少了开关管的开关损耗和磁芯损耗，从而大大提高了VRM的轻载效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种具有高轻载效率和高动态特性的数字电压调节模块，包括直流电压源、电压输出端、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一电感、第二电感以及DSC；本专利技术主电路采用交错BUCK拓扑电路，主开关管Q1和Q3交错180°导通，使得输出电流纹波大大减小，其纹波频率也增大为原来的2倍，此频率增加可大大减小输出滤波电感值和输出电容值，从而提高了VRM的动态响应速度；另外，在轻载时，本专利技术通过关断两个同步整流管Q2、Q4，使电感电流通过续流二极管D2s、Ds4续流，这样单相BUCK电路就可以工作于DCM模式下，大大减少了开关管的开关损耗和磁芯损耗，从而大大提高了VRM的轻载效率。【专利说明】一种具有高轻载效率和高动态特性的数字电压调节模块
本专利技术属于数字开关电源
，尤其涉及一种具有高轻载效率和高动态特性的数字电压调节模块。
技术介绍
随着电子技术的迅猛发展，中央处理器(CPU)的应用越来越广泛。为了降低损耗，通常选择低电压、大电流电源作为其供电电源，这种给特殊负载供电的电源，被称为VRM(Voltage Regulator Module),即电压调节模块。近年来，由于CPU的性能不断提高，对其供电源VRM的要求也在不断提高:低电压和高电压精度。VRM的输出电压，已有原来最小1.3V降到最小0.5V，未来的VRM可能还要降低，如此低的输出电压对电压精度的要求也更为苛刻；超高的输出电流。随着CPU处理的数据量越来越大，要求VRM的输出功率越来越高，而输出电压在不断减小，因此输出电流越来越大，目前最大负载电流已达150A。不断提高的负载变化率。CPU在工作时是一个不断变化的负载，需要在休眠模式和活动模式之间频繁地进行切换，为了达到CPU的要求，为其供电的VRM就必须具有很快的瞬间响应速度。CPU在工作时，需要在休眠模式和活动模式之间频繁地进行切换，80% — 90%的时间均处于休眠模式，因此要求为其供电的VRM具有高轻载效率。现有的电压调节模块很难同时满足上述这些要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的不足，提供一种具有高轻载效率和高动态特性的数字电压调节模块，该电压调节模块主电路采用交错BUCK拓扑，控制部分使用DSC芯片对该电源进行数字控制，具有轻载效率高、动态特性好、电压精度高等特点。为达到实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下:包括直流电压源、电压输出端、第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一电感、第二电感以及DSC ;第一MOS管的漏极和第三MOS管的漏极与直流电压源的正极相连，直流电压源的负极接地；第一MOS管的源极与第二 MOS管的漏极相连，第三MOS管的源极与第四MOS管的漏极相连；第二MOS管的源极和第四MOS管的源极接地；第二 MOS管的漏极与第一电感一端相连，第四MOS管的漏极与第二电感的一端相连，第一电感的另一端与第二电感的另一端相连后连接到电压输出端的正极上，电压输出端的负极接地；电压输出端的正负极上并联有输出电容和负载；DSC上连接有带有若干PWM输出端口的驱动电路和用于采集输出电压和电流数据的采样电路；驱动电路的PWM输出端分别与对应的第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管以及第四MOS管的栅极相连。所述的第一 MOS管和第三MOS管的源极和漏极之间均并联有寄生二极管，且两个寄生二极管的阴极与MOS管的漏极相连，阳极与MOS管的源极相连；第二 MOS管和第三MOS管的源极和漏极之间均并联有续流二极管，且两个续流二极管的阴极与MOS管的漏极相连，阳极与MOS管的源极相连。所述的续流二极管为肖特基二极管。所述的采样电路为用于采集输出端电压Uo的电压采样电路，电压采集电路的输入端连接到电压输出端的正极上，电压采集电路的输出端连接到DSC的输入端上。与现有技术相比，本专利技术具以下有益效果:本专利技术在直流电压源与电压输出端设置两组并联的MOS管，通过DSC采集到的输出端电压数据，对MOS管进行控制，采用DSC芯片对主电路进行控制，代替原有模拟控制方式，使得VRM的可靠性和输出电压精度得到大大提高。本专利技术在不影响重载效率的情况下，大大提高了 VRM的轻载效率。由于主电路采用交错BUCK拓扑结构，可减小输出电感值和输出电容值，大大提高了 VRM的动态特性。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的主电路图；图2为用于计算本专利技术中的低压大电流BUCK电路占空比的等效模型图；图3为轻载情况下不采用本专利技术中用于提高轻载效率措施时开关管驱动信号和电感LI电流、电感L2电流以及输出电流的波形图；图4为本专利技术轻载情况下开关管驱动信号和第一电感电流、第二电感电流以及输出电流的波形图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的作进一步详细的说明:参见图1，本专利技术包括直流电压源V1、电压输出端、第一 MOS管Q1、第二 MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第一电感L1、第二电感L2以及DSC ;第一 MOS管Ql的漏极和第三MOS管Q3的漏极与直流电压源Vl的正极相连，直流电压源Vl的负极接地；第一 MOS管Ql的源极与第二 MOS管Q2的漏极相连，第三MOS管Q3的源极与第四MOS管Q4的漏极相连；第二 MOS管Q2的源极和第四MOS管Q4的源极接地；第二 MOS管Q2的漏极与第一电感LI 一端相连,第四MOS管Q4的漏极与第二电感L2的一端相连,第一电感LI的另一端与第二电感L2的另一端相连后连接到电压输出端的正极上，电压输出端的负极接地；电压输出端的正负极上并联有输出电容Cl和负载Rl ；DSC上连接有带有若干PWM输出端口的驱动电路和用于采集输出电压和电流数据的采样电路，采样电路为用于采集输出端电压Uo的电压采样电路，电压采集电路的输入端连接到电压输出端的正极上，电压采集电路的输出端连接到DSC的输入端上；驱动电路的PWM输出端分别与对应的第一 MOS管Ql、第二 MOS管Q2、第三MOS管Q3以及第四MOS管Q4的栅极相连。其中，第一 MOS管Ql和第三MOS管Q3的源极和漏极之间均并联有寄生二极管Dl、D3，且两个寄生二极管Dl、D3的阴极与MOS管的漏极相连，阳极与MOS管的源极相连；第二MOS管Q2和第三MOS管Q3的源极和漏极之间均并联有续流二极管Ds2、Ds4,且两个续流二极管Ds2、Ds4的阴极与MOS管的漏极相连，阳极与MOS管的源极相连。续流二极管Ds2、Ds4采用肖特基二极管。本专利技术的数字电压调节模块，具有轻载效率高、动态特性好、电压精度高等特点，非常适和作为新一代CPU的供电电源。本专利技术主电路采用交错BUCK拓扑结构，该电路可减小输出电感值和输出电容值，因此，该电压调节模块具有高动态特性。在轻载情况下，如开关管的驱动信号和重载是一样，由于第二 MOS管Q2和第四MOS管Q4具有反向特性，因此会出现电感电流为负的情况，这种情况如图3所示。反向电流会增大电感的磁芯损耗，大大降低了电源的转换效率。因此，轻载情况下，本专利技术通过关断同步整流管第二 MOS管Q2、第四MOS管Q4，使得电感电流在续流阶段，通过肖特基二极管Ds2、Ds4进行续流，这样电感电流就可以工作于DCM模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高轻载效率和高动态特性的数字电压调节模块，其特征在于：包括直流电压源（V1）、电压输出端、第一MOS管（Q1）、第二MOS管（Q2）、第三MOS管（Q3）、第四MOS管（Q4）、第一电感（L1）、第二电感（L2）以及DSC；第一MOS管（Q1）的漏极和第三MOS管（Q3）的漏极与直流电压源（V1）的正极相连，直流电压源（V1）的负极接地；第一MOS管（Q1）的源极与第二MOS管（Q2）的漏极相连，第三MOS管（Q3）的源极与第四MOS管（Q4）的漏极相连；第二MOS管（Q2）的源极和第四MOS管（Q4）的源极接地；第二MOS管（Q2）的漏极与第一电感（L1）一端相连，第四MOS管（Q4）的漏极与第二电感（L2）的一端相连，第一电感（L1）的另一端与第二电感（L2）的另一端相连后连接到电压输出端的正极上，电压输出端的负极接地；电压输出端的正负极上并联有输出电容（C1）和负载（R1）；DSC上连接有带有若干PWM输出端口的驱动电路和用于采集输出电压和电流数据的采样电路；驱动电路的PWM输出端分别与对应的第一MOS管（Q1）、第二MOS管（Q2）、第三MOS管（Q3）以及第四MOS管（Q4）的栅极相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史永胜，余彬，张震强，王喜锋，宁青菊，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61