1 引言

　　當(dāng)今的高速中央處理器（CPU）在提供極高的性能的同時，對于其供電電源的各項指標(biāo)的要求也達(dá)到了前所未有的高度。更高速的CPU需要更低的核心電壓，卻需要更大的功率，因此供電電路必須提供極大的電流。更好的解決核心電壓的供電問題已經(jīng)成為電壓變換模塊和PC主板設(shè)計者面臨的極大挑戰(zhàn)。

　　2 Intel相關(guān)規(guī)范對CPU核心電壓的要求

　　Intel早期的CPU，如Pentium 2、Pentium 3都遵循Intel的VRM（Voltage Regulation Module）8.1～8.4電源規(guī)范，其最大輸出電流值為22．6A。Tualatin核心的Pcntium 3及Celeron CPU則開始引入VRM8．5標(biāo)準(zhǔn)，其最大輸出電流值為28AIntel在推出Willamette、NorthWood核心的Pentium4時引入了VRM9．O標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)定的最大輸出電流為70A。隨著Prescott核心Pentium 4的推出，VRM規(guī)范也更新到了VRD（Voltage Regulator Down）10．O，電流最大值也達(dá)到了91A。為了配合更高頻率更高性能的CPU，200 5年4月Intel推出了VRDl0．1規(guī)范，對LGA775 Socket的CPU的供電電源的規(guī)格指標(biāo)進(jìn)行了細(xì)致的規(guī)定，這是對臺式機(jī)CPU供電電源要求極高的電源規(guī)范，其要求列舉如下：

　　（1）連續(xù)負(fù)載電流（ICCTDC）為115A；

　　（2）最大輸出電流（ICCMAX）為125A；

　　（3）輸出的電壓值由VID［5：0］指定，范圍為O．837 5～1．6V．以0．0125V為步進(jìn)；

　　（4）負(fù)載線斜率（loadline slope）阻抗R0為1．00mΩ；

　　（5）最大電壓紋波VRIPPLE為±5mV；

　　（6）最大電壓上沖波峰VOS_MAX為50mv，其最長持續(xù)時間為25μs。

　　這里只是列舉了最為重要的幾個規(guī)定，VRDl0．1規(guī)范還有其他的許多內(nèi)容，限于篇幅，這罩不再一一列舉。由上述內(nèi)容可見，高性能CPU對于供電電源電路的輸出功耗需求越來越大，在VRDl0．1中要求輸出功耗甚至高達(dá)170W以上。同時對于電壓的精確性和穩(wěn)定性的要求也達(dá)到了非常苛刻的地步，在大功率、大電流的情況下還要保持非常穩(wěn)定和精準(zhǔn)的負(fù)載線斜率。在VRDl0．O之前，CPU核心電壓供電電路一般都是由三相或兩相的PWM控制方式，這種方式已經(jīng)無法滿足100A以上的大電流需求。本文的設(shè)計使用了4相PWM控制，可以滿足VRDl0．1的嚴(yán)格要求，以下詳細(xì)敘述之。

　　3 大功率CPU核心電壓電路的設(shè)計

　　圖l所示即為本文提出的滿足VRD101要求的大功率CPU核心電壓供電電路。它使用了仙童（Fairchild）公司的FAN50192—4相PWM電源控制器做為豐控制芯片。FAN5019控制4個Fairchild的FAN5009 MOSFET驅(qū)動器。FAN5009驅(qū)動開關(guān)外接的高端和低端M0SFET，然后通過電感與電容器件的充、放電對VCCCORE進(jìn)行供電。

　　FAN5019是一款多相（最高支持4相）DC／DC控制器，專為產(chǎn)生高電流、低電壓的CPU核心電壓而設(shè)計。本設(shè)計中，它以并行的方式同時驅(qū)動四個PWM通道，而且以交叉開關(guān)的方式來減少輸入、輸出的紋波電流，這樣可以達(dá)到減少外圍器件，降低成本的目的。FAN5019采用了溫度補償電感器電流檢測技術(shù)，來滿足VRDl0．1規(guī)則的負(fù)載線技術(shù)要求，而一般的PWM控制器都是采用RDS（ON）或感應(yīng)電阻器來測量電流和設(shè)置負(fù)載線，精度無法滿足要求。如圖1所示，F(xiàn)AN5019的VID［5：0］輸入與VRDl0.l規(guī)范定義完全一致，可以控制輸出0．8375～1．600V以12．5mV步進(jìn)的電壓，另外它還具有短路保護(hù)，電流上限可調(diào)，過壓保護(hù)等增加安全可靠性的技術(shù)。FAN5019向每個FAN5009送出PWM控制信號，而FAN5009通過內(nèi)部電路將其轉(zhuǎn)換為可以正確驅(qū)動高端和低端M0SFET的信號輸出。FAN5009可以同時驅(qū)動高端和低端的MOSFET，其內(nèi)置啟動二極管，因此無需在外圍電路中再添加二極管。

　　本設(shè)計的輸入電壓VIN為12V，額定輸出電壓VVID為1．500V，占空比D（Duty Cycle）為O．125，負(fù)載線斜率阻抗R0為1．OmΩ，ICCTDC大于115A，ICCMAX為125A，最大輸出功耗為172．5W，最大電壓紋波VRRIPLE為±5mV，每相的開關(guān)頻率fSW設(shè)定為228kHz。外圍元器什的具體參數(shù)如表l所列。