一.课题研究背景及意义

电力电子技术是实施电能的传输、处理、存储和控制，它不但要保障电能安全、可靠、高效和经济地运行，而且还要将能源与信息高度地集成在一起^[1]。如今，个人计算机得到越来越深入的普及。计算机制造商针对人们的需求不断提高计算机的性能的同时，其功率及集成度也不断增加。1965年，著名的”摩尔定律”提出，晶体管的密度会每年翻一番^[2]。到了1980年代后期，由于半导体器件的复杂程度不断增加，晶体管密度翻一番的时间被修改为18个月^[3]。晶体管密度的增加即集成度的提高，在CPU集成度提高的同时，其性能也以惊人的速度在提高，它的时钟频率从8008的20kHz到PentiumIV的3.0GHz只用了不到30年的时间。

计算机技术的发展，提出了绿色电脑和绿色电源的概念。绿色电脑泛指对环境无害的个人计电脑和相关产品，绿色电源指与绿色电脑相关的高效省电电源。1992年美国环保署”能量之星”计划规定，桌上型个人电脑或相关的外围设备，在睡眠状态下的耗电量小于30W，符合绿色电脑的要求，提高电源效率是降低电源消耗的根本途径^[4]。电压调节模块是为CPU供电的电源，Intel公司给出，当VRM的输出电压降到1V以下，并稳定到0.7V，输出电流将增大到200A^[5]。随着CPU速度的提高，CPU在体眠和工作两个模式之间的切换速度也越来越快，因此要求供电电流变化率(Slew Rate) 越来越大。VRM9.0和VRD 10.0规定:VRM的输出电压的静态纹波以及动态时输出电压的波动小于2%V₀^[6]。目前，VRM的负载突变也是一个需要解决的问题。VRM的负载突变不仅是随机的，而且会随具体工作环境而变得非常频繁。这种VRM负载突变的突发性和频繁性会给设计造成一定的困难，我们需采取措施尽量减小其影响。现在计算机的市场依然十分广阔，计算机的发展远未停止。由于VRM是计算机CPU的专用供电装置，因此其市场必然非常巨大。可以预想，未来 VRM 的要求会更加苛刻，对电源的设计也将会提出更大的挑战。

二．国内外现状

资料显示，2002年VRM在非隔离变换器市场份额中占37.6%，在2007年达45.9%，但其价格下降幅度却不大。国际上各大著名电源供应商都有各自设计制造的VRM产品。Intel公司的VRM9.0以及VRD10.0 所规定的必须满足的性能指标在市场上是最高的，也是市场产品设计必须遵循的规范。

为了提高供电效率，现在的台式计算机、工作站和服务器己经把12v输入作为VRM母线电压，在一些笔记本电脑上VRM已经能直接把16~24V输入变换到1.5V输出^[7]。2010年，CPU的工作电压和电流分别为0.7V和200A，而电流变化率则高达120A/ns。

多相交错并联的Buck变换器^[8]是目前应用较广的一种解决方案，但是目前多相交错并联Buck变换器和能量传输的整体结构很难满足这些要求。各相之间纹波的抵消作用可以减小输入、输出滤波器，从而改善动态响应性能，而且整个输出功率为各相所分担，有利于改善散热。为了改善其动态响应速度，我们尽量减小电感，但是当电感小到一定程度之后，此时再减小电感动态响应的速度也不会有改善，这个值称之为临界电感^[9]。并且其依然存在和普通Buck变换器一样的输入输出电压悬殊难控制的问题。单级隔离式变换器在输入输出电压的悬殊且输出电压较低时的应用场合也存在着一些问题。单级隔离式变换器在输入输出电压的悬殊且输出电压较低时的应用场合也存在着一些问题。如果采用同步整流技术，其需要检测同步整流管电流实现电流型自驱动，比较复杂，器件少的优势不再^[10]。针对输入电压和输出电压相差悬殊的问题，必须采用隔离式变换器^[8，11-12]。

目前国内外对VRM的研究仍未停止，我们可以通过不断的研究加强其性能并提高效率。

三.发展趋势

在不久的将来，为了降低母线的损耗、减小输入滤波电容的体积，未来VRM的输入电压将会增加到48V甚至更高，而输出电压将低于1V。这样就不能直接采用简单的Buck变换器。因为当输入输出悬殊时，占空比很小，这在实际控制上难以实现，同时变换器的优化设计也更难以做到。