次世代低電圧CPU用2相式4倍降圧カップルドインダクタコンバータ

摘要

著者達は，次世代の低電圧CPU用電源として，2相式4倍降圧カップルドインダクタコンバータを提案している．本回路は，電圧変換率がVo/Vi＝D/4となるので，降圧形コンバータと比べ4倍の降圧比が得られる．また，スイッチ素子がスイッチングする時の電圧が入力電源電圧の4分の1となるため大幅にスイッチング損失とスイッチングノイズを低減できる．スイッチ素子にかかる最大電圧も従来方式に比べて，メインスイッチが2分の1，同期整流スイッチが4分の1となるので，低オン抵抗・低Qg 特性を持つ低耐圧MOSFETを利用できる．さらに，各相を流れる電流が自動的にバランスされるので，電流ばらつきを考慮したワーストケース設計が不要である．本論文では，0．6V／50A出力・1MHz／phaseの試作機を作成し，従来の4相式カップルドインダクタコンバータと比較を行ったので報告する．%In previous reports, a novel two-phase high step down coupled-inductor converter have been proposed for voltage regulator module of next generation low voltage CPU. This converter has a very high step down characteristic as Vo/Vi = D/4. The switching loss and noise are sufficiently reduced because the drain-source voltages of all switching elements are reduced to a quarter of the input source voltage. Low withstand voltage MOSFETs with low on resistance and low Qg(total gate charge) characteristics are possible to use for the all switching elements because the maximum voltage stresses of the main switches and the synchronous rectifier switches are reduced to a half and a quarter of the input source voltage respectively. Worst case design with the current unbalances of multi-phase converter is no longer necessary because the branch current in each phase is automatically balanced even if the circuit components have the different characteristics. In this paper, an experimental prototype of 0.6V/50A output with 1 MHz/phase switching is compared with the conventional four-phase coupled-inductor converter.