高效率高动态特性开关电容调节器研究

CPU用电压调节器要求具有高效率和高动态特性的特点。现有的电压调节器由于存在电感储能这一环节，影响了能量传递速度，使得动态特性受到限制。开关电容变换器由于没有电感储能，能量可以直接传递给负载，因此具有很高的动态特性。但它输出电压不可调，且脉冲电流很大。本项目拟将开关电容变换器与调压变换器按照电路构成的原则复合起来，构成一族全新的可调压开关电容调节器，该族变换器不同于以往变换器，它结合开关电容变换器高动态特性和调压变换器可调压的优点。本项目还将在一族开关电容调节器中选出适合CPU用电压调节器的拓扑进行深入研究，采用软开关的方式减小其开关损耗，在确保高效率的前提下，实现高的动态特性。

CPU用电压调节器要求具有高效率和高动态特性的特点。传统电压调节器采用的PWM直流变换器由于电感的存在，限制了其能量传递速度。而开关电容变换器中不存在电感，能量通过电容直接传递，具有很好的动态特性。但其输出电压不可调节，且开关瞬间有冲击电流。本项目采取将以上两种变换器进行复合的思路，分离出一族基本的开关电容单元和开关电感单元，将这两种单元进行两两组合，推导出了一族非隔离型开关电容调节器。变换器同时具备开关电容模态和开关电感模态，采用电容作为传递能量的元件，因此具有动态响应快的优点。开关电感模态使其克服了传统开关电容变换器输出电压不可调的缺点，通过改变占空比即可调节输出电压。在已推导出的拓扑中加入变压器得到一族隔离型开关电容调节器和一族带变压器的非隔离型开关电容调节器。本项目在实验室完成了一台12V/16A输出的隔离型开关电容调节器原理样机、一台1.2V/130A输出的电压调节模块原理样机以及一台1.2V/35A输出的负载点变换器原理样机，采用非线性控制策略提高轻载效率，并采用同步整流管自驱动技术进一步提高其效率。此外，本项目还提出了一种集成变压器电流采样方法，可以高效准确地检测励磁电感电流，并通过实验验证了理论分析的正确性。