基于MCP7A主板平台的CPU多相供电电路设计

摘要

随着集成电路制造技术的快速发展,CPU的性能得到了非常显著的提高,但同时也伴随了功耗的增加,这大大提高了对CPU供电电路的各项性能指标的要求。为了更好的兼容不同CPU的核心电压和频率,计算机主板的设计者在设计CPU供电电路时必须满足不同CPU的核心电压的要求和CPU负载的大电流瞬态变化的问题。为了更好的解决和规范这些问题,Intel为其不同制程和架构的CPU提出了相应的VRD设计规范,它定义了CPU电源转换器的设计指标,包括电气性能,机械性能和热性能等。因此,基于Intel VRD设计规范的CPU多相供电技术的研究对于个人商用计算机主板行业的持久及健康的发展有着重要意义。关于研究基于脉宽调制的DC-DC电压变换技术的文章很多,但是大多数偏重于电压变换的理论探讨并直接给出相关的经验值,对结合具体CPU和PWM控制芯片的CPU电源转换器进行设计和元器件选择的理论分析并没有完整的论述和详细有效的工程解决方案。本文针对这种实际情况并结合工程案例,在产品设计的初期就进行有效的设计和元器件选择的详细理论分析,并提出详细有效地工程设计与改善方案。
　　本文以型号为MCP7AM01主板电源供电项目为研究课题,针对当前高端CPU所需的低电压,大电流,大功率和快速的瞬态变化等特点,设计了新型三相(预留四相)交错PWM同步整流的CPU供电电路。并详细描述了其功率电路和控制电路的设计步骤和实现过程:采用同步整流的低阻抗功率开关管组成的BUCK电路,并设计完成相应的驱动和自举电路,实现了CPU的高功耗要求并有效降低了CPU供电电路的功耗;为了适应CPU快速的瞬态变化特点,设计了电压型相位补偿控制回路,并通过对开关电路的每相输出电流的采样信号进行运算来实现有源下调的输出电压调节,使供电电路具备快速瞬态响应的能力;并以PWM控制芯片NCP5392为控制核心,完成整体功率电路和控制电路的搭建。最后以原理样机实验来验证和优化该CPU供电电路的设计指标。本研究表明,通过导入该研究设计方案,将有利于CPU供电电路在合理成本的条件下符合Intel VRD规范的要求,设计思想可作为设计其它平台的商用个人计算机主板的借鉴。

目录

基于MCP7A 主板平台的CPU 多相供电电路设计

CPU MULTI-PHASEPOWER SUPPLY CIRCULT DESIGNBASED ON MCP7A MOTHERBOARD

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景及论文研究目的和意义

1.2 国内外CPU供电技术发展现状

1.2.1 CPU供电技术的发展

1.2.2 CPU供电技术的现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 CPU供电电路的设计规范与设计架构

2.1 引言

2.2 CPU供电电路设计规范

2.2.1 Intel VRD规范

2.2.2 VRD11.0的主要特征

2.3 计算机主板CPU供电电路设计架构

2.4 CPU供电电路的设计指标

2.5 本章小结

第3章 CPU供电电路模块设计

3.1 引言

3.2 CPU供电电路的功率部分设计

3.2.1 基本BUCK电路的分析

3.2.2同步整流BUCK电路设计

3.2.3 功率MOSFET的驱动电路设计

3.2.4 输出元器件选择

3.3 CPU 供电电路的控制回路部分设计

3.3.1 电压回馈与补偿电路的设计

3.3.2负载电压调节的实现

3.4 基于PWM芯片的整体CPU供电电路构建

3.4.1 PWM芯片的主要组成部分

3.4.2 整体CPU供电电路

3.5 本章小结

第4章 CPU供电电路的测试分析与工程优化

4.1 引言

4.2 测量结果与分析

4.2.1 上电顺序

4.2.2 功率开关管的栅极波形

4.2.3 电压纹波

4.2.4 输出电感

4.2.5电压回馈与补偿

4.2.6 DC Load Line的测量

4.2.7 CPU VRD效率测量

4.3 系统测试总结和理论误差分析

4.4 本章小结

结 论

附录：电路图

参考文献

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢

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