2004年7月B版

为了满足计算机工业提出的减小电路板尺寸和提高微处理器PWM控制器效率方面的要求,磁性产品制造商正在寻求一种新的屏蔽磁芯结构,来代替传统的铁粉环形设计。这种在微处理器的计算能力技术方面要求降低电压、提高功率的趋势,对稳压器设计提出了挑战,这是由于瞬态功率增加而提出的要求。改进效率、提高瞬态响应时间需要更好的电压调节。多数脉冲宽度调制器的控制芯片制造商采用多相交叠同步升压稳压器的电源结构,并使用基于输出电感器DC电阻技术的电流读出拓扑结构。

这对电感器设计带来的影响是巨大的,因为当电流和开关频率增加时电感量会降低。为了维持有效功率传送,减小磁芯和铜的损耗是问题的关键。由于材料成本低、散热功能卓越和屏蔽性能优良,通常选择铁粉环形电感器作为桌面计算机供电系统的升压稳压器电感器封装。典型的电感器尺寸与电流大小、磁芯材质饱和特性、所需电感量有关。但是,为了面对新的空间要求和效率方面的挑战,已经开发出新磁芯材料的电感器封装,特点是体积比原来减小三分之一,但提供同样的或更小的功率损耗。

桌面微处理器电源要求的电气性能可用一个称为VR10.x.的标准来定义。该标准定义的电流和功率电平一直在稳定增加,现在的值为小于1.6V时160A。这些高功率电平给电压稳压器设计者提出了重大挑战。另外,因为OEM市场份额的驱动,传统的塔式桌面单元也要让路给小型单元。功率消耗成为关键因素,因为多数稳压器没有专用的气流冷却,而是依赖剩余气流。结果导致工作在电流大、温度高环境中的电感器常常遇到可靠性方面的问题。如果器件材质没有设计用于承受这样的高温,则这将成为电感器潜在故障模式中的一个重要因素。

另外,对于功率消耗最小化这个问题来说,较高的开关频率使电感器材料的选择成为关键。随着频率的增高,磁芯损耗也在增加。典型桌面控制器设计有两相到四相几种形式,它们并联连接并在不同时间下开关。为了控制和测量每个相位上的电流,电流读出电阻Rdson使用电感器的DC电阻来进行监测。这是一个“无损耗”监测电流的方法,不增加其它不必要元件的成本。为了精确监测,电感器电阻的容许偏差必须控制在±5%内。

ON Semiconductor公司的2-4相升压CPU控制器NCP5314是一个桌面多相控制器,每相使用一个输出电感器。这个设计已经经过测试并满足VRD10.0(稳压器压降)指标要求,其中使用了BI Technologies公司的HM55屏蔽电感器。图2所示电路板运行在开关频率450 kHz,每相提供最大40A电流,性能在输出100A和