應(yīng)用于多通道vrm的耦合電感研究

應(yīng)用于多通道VRM的耦合電感研究摘要：本文回顧了現(xiàn)有耦合電感在多通道電壓調(diào)整模塊VRM中的應(yīng)用，提出了新型多通道VRM耦合電感的實(shí)現(xiàn)方案，即采用平衡繞組實(shí)現(xiàn)通道之間電感的耦合，提高了VRM的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。建立了通用的多通道耦合電感數(shù)學(xué)模型，分析了耦合系數(shù)和并聯(lián)通道數(shù)對(duì)穩(wěn)態(tài)電感和動(dòng)態(tài)電感的影響，仿真驗(yàn)證了理論分析的正確性，實(shí)驗(yàn)證明了方案的可行性和優(yōu)越性。敘詞：耦合電感平衡繞組耦合系數(shù) 動(dòng)態(tài)響應(yīng)

1.前言目前廣泛應(yīng)用于CPU供電的電壓調(diào)整模塊VRM，普遍采用多通道交錯(cuò)并聯(lián)Buck變換器作為電路架構(gòu)滿足動(dòng)態(tài)和效率的要求，如圖1所示。電感作為VRM中關(guān)鍵的濾波元件影響著電源的效率和動(dòng)態(tài)性能；同時(shí)，很大程度上影響著電源的外觀尺寸，功率密度等。多通道VRM在性能分析上可以視為等效的獨(dú)立的Buck變換器來(lái)分析。因此，對(duì)VRM而言，大的電感量可以減小電流紋波，改善效率，但降低了動(dòng)態(tài)性能；反之，小的電感量可以提高動(dòng)態(tài)性能，但是增加電流紋波，降低了效率。傳統(tǒng)分立的電感設(shè)計(jì)無(wú)法同時(shí)兼顧VRM的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)效率。文獻(xiàn)[1-2]提出了對(duì)多通道VRM電感的集成，在不影響動(dòng)態(tài)性能的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步減小電感尺寸，改善鐵心損耗和繞組損耗，提高效率。圖1VRM電路拓?fù)錇榱似胶庑屎蛣?dòng)態(tài)之間的關(guān)系，文獻(xiàn)3提出了耦合電感在VRM中的應(yīng)用，如圖2所示。以兩通道VRM為例，指出了采用反向耦合的電感實(shí)現(xiàn)通道間的耦合，可以減少通道電流紋波，提高效率，同時(shí)又能改善動(dòng)態(tài)性能。該文獻(xiàn)提出了等效穩(wěn)態(tài)電感和等效動(dòng)態(tài)電感為設(shè)計(jì)參考依據(jù)，進(jìn)行深入的分析。在圖2中，當(dāng)通道1的上開(kāi)關(guān)管S11導(dǎo)通，通道2電感處于續(xù)流階段，通道1對(duì)應(yīng)的電流變化量決定了該通道的電流紋波，而此階段對(duì)應(yīng)的等效電感量定義為等效穩(wěn)態(tài)電感；當(dāng)通道1和通道2的電感都續(xù)流時(shí)，通道1或通道2對(duì)應(yīng)的等效電感定義為等效動(dòng)態(tài)電感。根據(jù)耦合電感在不同工作階段時(shí)體現(xiàn)出不一樣的等效電感量，通過(guò)調(diào)整通道間電感的耦合系數(shù)可以得到較大的等效穩(wěn)態(tài)電感量，同時(shí)又可以得到較小的等效動(dòng)態(tài)電感量，以滿足對(duì)電源高效率和高動(dòng)態(tài)性能的雙重要求。圖2具有耦合電感的兩路VRM電路文獻(xiàn)[4-6]將耦合電感的應(yīng)用推廣到多通道VRM中，如圖3所示。圖3a采用多磁柱鐵心結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)通道間的電感兩兩反向耦合，通道之間的耦合關(guān)系通過(guò)多磁柱結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；圖3b通過(guò)反耦合變壓器級(jí)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)耦合，通道之間的耦合關(guān)系既采用磁路耦合同時(shí)也采用了電路連接的方式實(shí)現(xiàn)。這些方案雖然可以得到較大的穩(wěn)態(tài)電感或較小的動(dòng)態(tài)電感，但工藝復(fù)雜，成本高。(a)全磁路耦合(b)磁電結(jié)合耦合圖3現(xiàn)有多通道耦合電感方案本文提出了新型多通道VRM耦合電感的實(shí)現(xiàn)方案，即采用平衡繞組實(shí)現(xiàn)通道之間電感的耦合，保留傳統(tǒng)VRM電路的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提高了VRM的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。建立了通用的多通道耦合電感的數(shù)學(xué)模型，分析了耦合系數(shù)和并聯(lián)通道數(shù)對(duì)穩(wěn)態(tài)電感和動(dòng)態(tài)電感的影響，仿真驗(yàn)證了理論分析的正確性，實(shí)驗(yàn)證明了方案的可行性和優(yōu)越性。2．平衡繞組耦合電感的數(shù)學(xué)模型新型通道耦合電感方案如圖4所示，以4通道VRM為例，通道1的電感L1和圖1中的L1相同，與L1耦合的平衡繞組為L(zhǎng)10，M10為L(zhǎng)1和L10之間的互感，其它通道的電感采用相同的耦合方法實(shí)施。所有的平衡繞組如圖4所示的方式連接，形成閉環(huán)，如此即可實(shí)現(xiàn)通道之間的兩兩反向耦合。平衡電感和通道電感存在磁路耦合，而通道之間的耦合關(guān)系僅采用平衡繞組的電連接實(shí)現(xiàn)。(a)電路圖(b)結(jié)構(gòu)圖圖4新型平衡繞組耦合電感的實(shí)施方案由于VRM結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，假設(shè)通道電感感值相等，都為L(zhǎng)p；通道電感和平衡繞組耦合系數(shù)相同，都為k。與兩通道的耦合電感分析相同，當(dāng)通道1上開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，其他通道處于續(xù)流狀態(tài)，此時(shí)可以推導(dǎo)得等效穩(wěn)態(tài)電感為 （3）當(dāng)所有通道電感都處在續(xù)流階段，此時(shí)可以推導(dǎo)得等效動(dòng)態(tài)電感為 （4）根據(jù)式3和式4可以畫出當(dāng)占空比D=0.1時(shí)電路的等效穩(wěn)態(tài)電感和等效動(dòng)態(tài)電感雖耦合系數(shù)的變化曲線，如圖5所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，等效穩(wěn)態(tài)電感和等效動(dòng)態(tài)電感隨著耦合系數(shù)k的增加而下降。但是，圖中也說(shuō)明了，隨著并聯(lián)交錯(cuò)VRM的通道數(shù)n增加，相同耦合系數(shù)下，通道上的等效穩(wěn)態(tài)電感隨著通道數(shù)的增加而增加；動(dòng)態(tài)耦合電感則不受通道數(shù)的影響，而只與耦合系數(shù)k有關(guān)。圖6表示了耦合系數(shù)k=0.85時(shí)計(jì)算得通道的電流波形。圖5歸化等效電感隨耦合系數(shù)的變化曲線圖6k=0.85通道電流波形示意圖3．仿真分析仿真參數(shù)如下：輸入電壓Vin=12V；輸出電壓Vout=1.2V；通道電感量L1=320nH；工作頻率Fs=250KHz輸出電容Cout=500uF；耦合系數(shù)k=0.85。根據(jù)式3和式4可以得出等效穩(wěn)態(tài)電感為224nH，等效動(dòng)態(tài)電感為88.8nH。a)穩(wěn)態(tài)分析仿真結(jié)果如圖7所示，iL1為通道1電感的電流，VL1為L(zhǎng)1兩端的電壓，iB為流過(guò)平衡繞組的電流。通道電流的仿真波形和圖6的計(jì)算結(jié)果一致。從波形中可以計(jì)算得等效穩(wěn)態(tài)電感量為224nH，和式3計(jì)算結(jié)果相一致。此外，從仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)流過(guò)平衡繞組的電流幅值較小但頻率較高，因此可以采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線以改善附加繞組帶來(lái)的損耗。從圖7b的磁化電流im1來(lái)看，波形基本上是單調(diào)的下降，可以認(rèn)為平衡繞組不帶來(lái)過(guò)多的附加鐵心損耗[7]。(a)(b)圖7穩(wěn)態(tài)仿真波形b)動(dòng)態(tài)分析圖8為輸出電流變化率為100A/S下的輸出電壓仿真波形。圖8a為自電感L1=320nH，耦合系數(shù)k=0.85時(shí)的動(dòng)態(tài)輸出電壓；圖8b為對(duì)應(yīng)于等效穩(wěn)態(tài)電感值224nH的動(dòng)態(tài)輸出電壓；圖8c為對(duì)應(yīng)于等效穩(wěn)態(tài)電感值88.8nH的動(dòng)態(tài)輸出電壓。對(duì)比圖8a和圖8b可以說(shuō)明在相同的輸出電流紋波下，平衡繞組耦合電感可以獲得更好的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)比圖8a和圖8c可以說(shuō)明平衡繞組耦合電感可以和相同等效動(dòng)態(tài)電感獲得相同的動(dòng)態(tài)性能。仿真結(jié)果證明了前面理論分析的正確性。(a)自電感L1=320nH,k=0.85(b)自電感L1=LSS=224nH(c)自電感L1=LTr=88.8nH圖8動(dòng)態(tài)輸出電壓波形4．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以一電感不耦合的VRM為實(shí)驗(yàn)改進(jìn)對(duì)象，輸入電壓為12V，輸出電壓為1.2V，工作頻率為200KHz，通道電感為440nH。增加附加平衡繞組，耦合系數(shù)為0.76。在100Hz的負(fù)載動(dòng)態(tài)，輸出電流以1A/nS的變化率在30A和130A切換。圖9a為改進(jìn)前輸出電壓的變化情況，圖9b為改進(jìn)后輸出電壓的變化情況，相比之下，新方案可以得到43.6mV動(dòng)態(tài)輸出電壓的改善。(a)傳統(tǒng)不耦合電感VRM(b)新耦合電感VRM圖9負(fù)載電流30A至130A跳變下輸出電壓、電流波形

5．結(jié)論本文提出了一種采用平衡繞組的新型的應(yīng)用于多通道VRM的耦合電感方案，理論分析和實(shí)驗(yàn)都證明了該方案的可行性和優(yōu)越性。分析了耦合系數(shù)和并聯(lián)通道數(shù)對(duì)穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能的影響。相比于現(xiàn)有的耦合方案，新方案可以有效的提高動(dòng)態(tài)性能；耦合關(guān)系完全對(duì)稱，通道之間的電氣參數(shù)一致性高，便于電路設(shè)計(jì)；無(wú)需復(fù)雜的磁件結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)。

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社會(huì)實(shí)踐報(bào)告系別：班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：作為祖國(guó)未來(lái)的事業(yè)的繼承人，我們這些大學(xué)生應(yīng)該及早樹(shù)立自己的歷史責(zé)任感，提高自己的社會(huì)適應(yīng)能力。假期的社會(huì)實(shí)踐就是很好的鍛煉自己的機(jī)會(huì)。當(dāng)下，掙錢早已不是打工的唯一目的，更多的人將其視為參加社會(huì)實(shí)踐、提高自身能力的機(jī)會(huì)。許多學(xué)校也積極鼓勵(lì)大學(xué)生多接觸社會(huì)、了解社會(huì)，一方面可以把學(xué)到的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去，提高各方面的能力；另一方面可以積累工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)日后的就業(yè)大有裨益。進(jìn)行社會(huì)實(shí)踐，最理想的就是找到與本專業(yè)對(duì)口單位進(jìn)行實(shí)習(xí)，從而提高自己的實(shí)戰(zhàn)水平，同時(shí)可以將課本知識(shí)在實(shí)踐中得到運(yùn)用，從而更好的指導(dǎo)自己今后的學(xué)習(xí)。但是作為一名尚未畢業(yè)的大學(xué)生，由于本身具備的專業(yè)知識(shí)還十分的有限，所以我選擇了打散工作為第一次社會(huì)實(shí)踐的方式。目的在于熟悉社會(huì)。就職業(yè)本身而言，并無(wú)高低貴賤之分，存在即為合理。通過(guò)短短幾天的打工經(jīng)歷可以讓長(zhǎng)期處于校園的我們對(duì)社會(huì)有一種更直觀的認(rèn)識(shí)。實(shí)踐過(guò)程：自從走進(jìn)了大學(xué)，就業(yè)問(wèn)題就似乎總是圍繞在我們的身邊，成了說(shuō)不完的話題。在現(xiàn)今社會(huì)，招聘會(huì)上的大字報(bào)都總寫著“有經(jīng)驗(yàn)者優(yōu)先”，可還在校園里面的我們這班學(xué)子社會(huì)經(jīng)驗(yàn)又會(huì)擁有多少呢？為了拓展自身的知識(shí)面，擴(kuò)大與社會(huì)的接觸面，增加個(gè)人在社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)中的經(jīng)驗(yàn)，鍛煉和提高自己的能力，以便在以后畢業(yè)后能真正真正走入社會(huì)，能夠適應(yīng)國(guó)內(nèi)外的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化，并且能夠在生活和工作中很好地處理各方面的問(wèn)題，我開(kāi)始了我這個(gè)假期的社會(huì)實(shí)踐-走進(jìn)天源休閑餐廳。實(shí)踐，就是把我們?cè)趯W(xué)校所學(xué)的理論知識(shí)，運(yùn)用到客觀實(shí)際中去，使自己所學(xué)的理論知識(shí)有用武之地。只學(xué)不實(shí)踐，那么所學(xué)的就等于零。理論應(yīng)該與實(shí)踐相結(jié)合。另一方面，實(shí)踐可為以后找工作打基礎(chǔ)。通過(guò)這段時(shí)間的實(shí)習(xí)，學(xué)到一些在學(xué)校里學(xué)不到的東西。因?yàn)榄h(huán)境的不同，接觸的人與事不同，從中所學(xué)的東西自然就不一樣了。要學(xué)會(huì)從實(shí)踐中學(xué)習(xí)，從學(xué)習(xí)中實(shí)踐。而且在中國(guó)的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，又加入了世貿(mào)，國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)日趨變化，每天都不斷有新的東西涌現(xiàn)，在擁有了越來(lái)越多的機(jī)會(huì)的同時(shí)，也有了更多的挑戰(zhàn)，前天才剛學(xué)到的知識(shí)可能在今天就已經(jīng)被淘汰掉了，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)越和外面接軌，對(duì)于人才的要求就會(huì)越來(lái)越高，我們不只要學(xué)好學(xué)校里所學(xué)到的知識(shí)，還要不斷從生活中，實(shí)踐中學(xué)其他知識(shí)，不斷地從各方面武裝自已，才能在競(jìng)爭(zhēng)中突出自已，表現(xiàn)自已。在餐廳里,別人一眼就能把我人出是一名正在讀書的學(xué)生,我問(wèn)他們?yōu)槭裁?他們總說(shuō)從我的臉上就能看出來(lái),也許沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)社會(huì)的人都有我這種不知名遭遇吧!我并沒(méi)有因?yàn)槲以谒麄兠媲皼](méi)有經(jīng)驗(yàn)而退后,我相信我也能做的像他們一樣好.我的工作是在那做傳菜生,每天9點(diǎn)鐘-下午2點(diǎn)再?gòu)南挛绲?點(diǎn)-晚上8:30分上班,雖然時(shí)間長(zhǎng)了點(diǎn)但,熱情而年輕的我并沒(méi)有絲毫的感到過(guò)累,我覺(jué)得這是一種激勵(lì),明白了人生,感悟了生活,接觸了社會(huì),了解了未來(lái).在餐廳里雖然我是以傳菜為主,但我不時(shí)還要做一些工作以外的事情，有時(shí)要做一些清潔的工作，在學(xué)校里也許有老師分配說(shuō)今天做些什么，明天做些什么，但在這里，不一定有人會(huì)告訴你這些，你必須自覺(jué)地去做，而且要盡自已的努力做到最好，一件工作的效率就會(huì)得到別人不同的評(píng)價(jià)。在學(xué)校，只有學(xué)習(xí)的氛圍，畢竟學(xué)校是學(xué)習(xí)的場(chǎng)所，每一個(gè)學(xué)生都在為取得更高的成績(jī)而努力。而這里是工作的場(chǎng)所，每個(gè)人都會(huì)為了獲得更多的報(bào)酬而努力，無(wú)論是學(xué)習(xí)還是工作，都存在著競(jìng)爭(zhēng)，在競(jìng)爭(zhēng)中就要不斷學(xué)習(xí)別人先進(jìn)的地方，也要不斷學(xué)習(xí)別人怎樣做人，以提高自已的能力！記得老師曾經(jīng)說(shuō)過(guò)大學(xué)是一個(gè)小社會(huì)，但我總覺(jué)得校園里總少不了那份純真，那份真誠(chéng)，盡管是大學(xué)高校，學(xué)生還終歸保持著學(xué)生的身份。而走進(jìn)企業(yè)，接觸各種各樣的客戶、同事、上司等等，關(guān)系復(fù)雜，但我得去面對(duì)我從未面對(duì)過(guò)的一切。記得在我校舉行的招聘會(huì)上所反映出來(lái)的其中一個(gè)問(wèn)題是，學(xué)生的實(shí)際操作能力與在校理論學(xué)習(xí)有一定的差距。在這次實(shí)踐中，這一點(diǎn)我感受很深。在學(xué)校，理論的學(xué)習(xí)很多，而且是多方面的，幾乎是面面俱到；而在實(shí)際工作中，可能會(huì)遇到書本上沒(méi)學(xué)到的，又可能是書本上的知識(shí)一點(diǎn)都用不上的情況?；蛟S工作中運(yùn)用到的只是很簡(jiǎn)單的問(wèn)題，只要套公式似的就能完成一項(xiàng)任務(wù)。有時(shí)候我會(huì)埋怨，實(shí)際操作這么簡(jiǎn)單，但為什么書本上的知識(shí)讓人學(xué)得這么吃力呢？這是社會(huì)與學(xué)校脫軌了嗎？也許老師是正確的，雖然大學(xué)生生活不像踏入社會(huì)，但是總算是社會(huì)的一個(gè)部分，這是不可否認(rèn)的事實(shí)。但是有時(shí)也要感謝老師孜孜不倦地教導(dǎo)，有些問(wèn)題有了有課堂上地認(rèn)真消化，有平時(shí)作業(yè)作補(bǔ)充，我比一部人具有更高的起點(diǎn)，有了更多的知識(shí)層面去應(yīng)付各種工作上的問(wèn)題，作為一名大學(xué)生，應(yīng)該懂得與社會(huì)上各方面的人交往，處理社會(huì)上所發(fā)生的各方面的事情，這就意味著大學(xué)生要注意到社會(huì)實(shí)踐，社會(huì)實(shí)踐必不可少。畢竟，很快我就不再是一名大學(xué)生，而是社會(huì)中的一分子，要與社會(huì)交流，為社會(huì)做貢獻(xiàn)。只懂得紙上談兵是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及的，以后的人生旅途是漫長(zhǎng)的，為了鍛煉自己成為一名合格的、對(duì)社會(huì)有用的人才.很多在學(xué)校讀書的人都說(shuō)寧愿出去工作，不愿在校讀書；而已在社會(huì)的人都寧愿回校讀書。我們上學(xué)，學(xué)習(xí)先進(jìn)的科學(xué)知識(shí)，為的都是將來(lái)走進(jìn)社會(huì)，獻(xiàn)出自己的一份力量，我們應(yīng)該在今天努力掌握專業(yè)知識(shí)，明天才能更好地為社會(huì)服務(wù)。實(shí)踐心得：雖然這次的實(shí)踐只有短短的幾天，而且從事的是比較簡(jiǎn)單的服務(wù)工作，但是通過(guò)與各種各樣的人接觸，還是讓我學(xué)會(huì)了很多道理。首先是明白了守時(shí)的重要性。工作和上學(xué)是兩種完全不同的概念，上學(xué)是不遲到很多時(shí)候是因?yàn)閼峙吕蠋煹呢?zé)怪，而當(dāng)你走上了工作崗位，這里更多的是由于自己內(nèi)心的一種責(zé)任。這種責(zé)任是我學(xué)會(huì)客服自己的惰性，準(zhǔn)時(shí)走上自己的崗位。這對(duì)我以后的學(xué)習(xí)生活也是一種鞭策，時(shí)刻牢記自己的責(zé)任，并努力加強(qiáng)自己的時(shí)間觀念。其次讓我真實(shí)的體會(huì)到了合作的重要性。雖然我工作的只是小小的一家餐廳，但是從點(diǎn)單到制作到遞送到結(jié)帳這一環(huán)環(huán)的工作都是有分工的，只有這樣才能使整家店的工作效率都大大的提高。以前雖然在書上看見(jiàn)過(guò)很多的團(tuán)隊(duì)合作的例子，但這一次是深刻的體會(huì)到了，正所謂“眾人拾柴火焰高”，“團(tuán)結(jié)就是力量”。在以后的學(xué)習(xí)和工作中，一定會(huì)要牢記這一點(diǎn)，將自己融入到集體中，和大家一起攜手走向輝煌。再次，這次打工的經(jīng)歷也讓我的心理更加趨于成熟。在餐廳里每天面對(duì)形形色色的客人，重復(fù)著單調(diào)的工作。讓從未涉世的我還是有那么一點(diǎn)點(diǎn)不適應(yīng)的