應用于多通道VRM的耦合電感研究摘要：本文回顧了現有耦合電感在多通道電壓調整模塊VRM中的應用，提出了新型多通道VRM耦合電感的實現方案，即采用平衡繞組實現通道之間電感的耦合，提高了VRM的動態響應。建立了通用的多通道耦合電感數學模型，分析了耦合系數和并聯通道數對穩態電感和動態電感的影響，仿真驗證了理論分析的正確性，實驗證明了方案的可行性和優越性。敘詞：耦合電感平衡繞組耦合系數 動態響應

1.前言目前廣泛應用于CPU供電的電壓調整模塊VRM，普遍采用多通道交錯并聯Buck變換器作為電路架構滿足動態和效率的要求，如圖1所示。電感作為VRM中關鍵的濾波元件影響著電源的效率和動態性能；同時，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立的Buck變換器來分析。因此，對VRM而言，大的電感量可以減小電流紋波，改善效率，但降低了動態性能；反之，小的電感量可以提高動態性能，但是增加電流紋波，降低了效率。傳統分立的電感設計無法同時兼顧VRM的動態性能和穩態效率。文獻[1-2]提出了對多通道VRM電感的集成，在不影響動態性能的基礎上，可以進一步減小電感尺寸，改善鐵心損耗和繞組損耗，提高效率。圖1VRM電路拓撲為了平衡效率和動態之間的關系，文獻3提出了耦合電感在VRM中的應用，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現通道間的耦合，可以減少通道電流紋波，提高效率，同時又能改善動態性能。該文獻提出了等效穩態電感和等效動態電感為設計參考依據，進行深入的分析。在圖2中，當通道1的上開關管S11導通，通道2電感處于續流階段，通道1對應的電流變化量決定了該通道的電流紋波，而此階段對應的等效電感量定義為等效穩態電感；當通道1和通道2的電感都續流時，通道1或通道2對應的等效電感定義為等效動態電感。根據耦合電感在不同工作階段時體現出不一樣的等效電感量，通過調整通道間電感的耦合系數可以得到較大的等效穩態電感量，同時又可以得到較小的等效動態電感量，以滿足對電源高效率和高動態性能的雙重要求。圖2具有耦合電感的兩路VRM電路文獻[4-6]將耦合電感的應用推廣到多通道VRM中，如圖3所示。圖3a采用多磁柱鐵心結構實現通道間的電感兩兩反向耦合，通道之間的耦合關系通過多磁柱結構實現；圖3b通過反耦合變壓器級聯的方式實現耦合，通道之間的耦合關系既采用磁路耦合同時也采用了電路連接的方式實現。這些方案雖然可以得到較大的穩態電感或較小的動態電感，但工藝復雜，成本高。(a)全磁路耦合(b)磁電結合耦合圖3現有多通道耦合電感方案本文提出了新型多通道VRM耦合電感的實現方案，即采用平衡繞組實現通道之間電感的耦合，保留傳統VRM電路的優點，同時提高了VRM的動態響應。建立了通用的多通道耦合電感的數學模型，分析了耦合系數和并聯通道數對穩態電感和動態電感的影響，仿真驗證了理論分析的正確性，實驗證明了方案的可行性和優越性。2．平衡繞組耦合電感的數學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L10，M10為L1和L10之間的互感，其它通道的電感采用相同的耦合方法實施。所有的平衡繞組如圖4所示的方式連接，形成閉環，如此即可實現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系僅采用平衡繞組的電連接實現。(a)電路圖(b)結構圖圖4新型平衡繞組耦合電感的實施方案由于VRM結構的對稱性，假設通道電感感值相等，都為Lp；通道電感和平衡繞組耦合系數相同，都為k。與兩通道的耦合電感分析相同，當通道1上開關管導通，其他通道處于續流狀態，此時可以推導得等效穩態電感為 （3）當所有通道電感都處在續流階段，此時可以推導得等效動態電感為 （4）根據式3和式4可以畫出當占空比D=0.1時電路的等效穩態電感和等效動態電感雖耦合系數的變化曲線，如圖5所示。從圖中可以發現，等效穩態電感和等效動態電感隨著耦合系數k的增加而下降。但是，圖中也說明了，隨著并聯交錯VRM的通道數n增加，相同耦合系數下，通道上的等效穩態電感隨著通道數的增加而增加；動態耦合電感則不受通道數的影響，而只與耦合系數k有關。圖6表示了耦合系數k=0.85時計算得通道的電流波形。圖5歸化等效電感隨耦合系數的變化曲線圖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k=0.85。根據式3和式4可以得出等效穩態電感為224nH，等效動態電感為88.8nH。a)穩態分析仿真結果如圖7所示，iL1為通道1電感的電流，VL1為L1兩端的電壓，iB為流過平衡繞組的電流。通道電流的仿真波形和圖6的計算結果一致。從波形中可以計算得等效穩態電感量為224nH，和式3計算結果相一致。此外，從仿真結果可以發現流過平衡繞組的電流幅值較小但頻率較高，因此可以采用適當的導線以改善附加繞組帶來的損耗。從圖7b的磁化電流im1來看，波形基本上是單調的下降，可以認為平衡繞組不帶來過多的附加鐵心損耗[7]。(a)(b)圖7穩態仿真波形b)動態分析圖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k=0.85時的動態輸出電壓；圖8b為對應于等效穩態電感值224nH的動態輸出電壓；圖8c為對應于等效穩態電感值88.8nH的動態輸出電壓。對比圖8a和圖8b可以說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態性能。對比圖8a和圖8c可以說明平衡繞組耦合電感可以和相同等效動態電感獲得相同的動態性能。仿真結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動態輸出電壓波形4．實驗驗證以一電感不耦合的VRM為實驗改進對象，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，耦合系數為0.76。在100Hz的負載動態，輸出電流以1A/nS的變化率在30A和130A切換。圖9a為改進前輸出電壓的變化情況，圖9b為改進后輸出電壓的變化情況，相比之下，新方案可以得到43.6mV動態輸出電壓的改善。(a)傳統不耦合電感VRM(b)新耦合電感VRM圖9負載電流30A至130A跳變下輸出電壓、電流波形

5．結論本文提出了一種采用平衡繞組的新型的應用于多通道VRM的耦合電感方案，理論分析和實驗都證明了該方案的可行性和優越性。分析了耦合系數和并聯通道數對穩態性能和動態性能的影響。相比于現有的耦合方案，新方案可以有效的提高動態性能；耦合關系完全對稱，通道之間的電氣參數一致性高，便于電路設計；無需復雜的磁件結構，易于實現。

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社會實踐報告系別：班級：學號：姓名：作為祖國未來的事業的繼承人，我們這些大學生應該及早樹立自己的歷史責任感，提高自己的社會適應能力。假期的社會實踐就是很好的鍛煉自己的機會。當下，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實踐、提高自身能力的機會。許多學校也積極鼓勵大學生多接觸社會、了解社會，一方面可以把學到的理論知識應用到實踐中去，提高各方面的能力；另一方面可以積累工作經驗對日后的就業大有裨益。進行社會實踐，最理想的就是找到與本專業對口單位進行實習，從而提高自己的實戰水平，同時可以將課本知識在實踐中得到運用，從而更好的指導自己今后的學習。但是作為一名尚未畢業的大學生，由于本身具備的專業知識還十分的有限，所以我選擇了打散工作為第一次社會實踐的方式。目的在于熟悉社會。就職業本身而言，并無高低貴賤之分，存在即為合理。通過短短幾天的打工經歷可以讓長期處于校園的我們對社會有一種更直觀的認識。實踐過程：自從走進了大學，就業問題就似乎總是圍繞在我們的身邊，成了說不完的話題。在現今社會，招聘會上的大字報都總寫著“有經驗者優先”，可還在校園里面的我們這班學子社會經驗又會擁有多少呢？為了拓展自身的知識面，擴大與社會的接觸面，增加個人在社會競爭中的經驗，鍛煉和提高自己的能力，以便在以后畢業后能真正真正走入社會，能夠適應國內外的經濟形勢的變化，并且能夠在生活和工作中很好地處理各方面的問題，我開始了我這個假期的社會實踐-走進天源休閑餐廳。實踐，就是把我們在學校所學的理論知識，運用到客觀實際中去，使自己所學的理論知識有用武之地。只學不實踐，那么所學的就等于零。理論應該與實踐相結合。另一方面，實踐可為以后找工作打基礎。通過這段時間的實習，學到一些在學校里學不到的東西。因為環境的不同，接觸的人與事不同，從中所學的東西自然就不一樣了。要學會從實踐中學習，從學習中實踐。而且在中國的經濟飛速發展，又加入了世貿，國內外經濟日趨變化，每天都不斷有新的東西涌現，在擁有了越來越多的機會的同時，也有了更多的挑戰，前天才剛學到的知識可能在今天就已經被淘汰掉了，中國的經濟越和外面接軌，對于人才的要求就會越來越高，我們不只要學好學校里所學到的知識，還要不斷從生活中，實踐中學其他知識，不斷地從各方面武裝自已，才能在競爭中突出自已，表現自已。在餐廳里,別人一眼就能把我人出是一名正在讀書的學生,我問他們為什么,他們總說從我的臉上就能看出來,也許沒有經歷過社會的人都有我這種不知名遭遇吧!我并沒有因為我在他們面前沒有經驗而退后,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點鐘-下午2點再從下午的4點-晚上8:30分上班,雖然時間長了點但,熱情而年輕的我并沒有絲毫的感到過累,我覺得這是一種激勵,明白了人生,感悟了生活,接觸了社會,了解了未來.在餐廳里雖然我是以傳菜為主,但我不時還要做一些工作以外的事情，有時要做一些清潔的工作，在學校里也許有老師分配說今天做些什么，明天做些什么，但在這里，不一定有人會告訴你這些，你必須自覺地去做，而且要盡自已的努力做到最好，一件工作的效率就會得到別人不同的評價。在學校，只有學習的氛圍，畢竟學校是學習的場所，每一個學生都在為取得更高的成績而努力。而這里是工作的場所，每個人都會為了獲得更多的報酬而努力，無論是學習還是工作，都存在著競爭，在競爭中就要不斷學習別人先進的地方，也要不斷學習別人怎樣做人，以提高自已的能力！記得老師曾經說過大學是一個小社會，但我總覺得校園里總少不了那份純真，那份真誠，盡管是大學高校，學生還終歸保持著學生的身份。而走進企業，接觸各種各樣的客戶、同事、上司等等，關系復雜，但我得去面對我從未面對過的一切。記得在我校舉行的招聘會上所反映出來的其中一個問題是，學生的實際操作能力與在校理論學習有一定的差距。在這次實踐中，這一點我感受很深。在學校，理論的學習很多，而且是多方面的，幾乎是面面俱到；而在實際工作中，可能會遇到書本上沒學到的，又可能是書本上的知識一點都用不上的情況。或許工作中運用到的只是很簡單的問題，只要套公式似的就能完成一項任務。有時候我會埋怨，實際操作這么簡單，但為什么書本上的知識讓人學得這么吃力呢？這是社會與學校脫軌了嗎？也許老師是正確的，雖然大學生生活不像踏入社會，但是總算是社會的一個部分，這是不可否認的事實。但是有時也要感謝老師孜孜不倦地教導，有些問題有了有課堂上地認真消化，有平時作業作補充，我比一部人具有更高的起點，有了更多的知識層面去應付各種工作上的問題，作為一名大學生，應該懂得與社會上各方面的人交往，處理社會上所發生的各方面的事情，這就意味著大學生要注意到社會實踐，社會實踐必不可少。畢竟，很快我就不再是一名大學生，而是社會中的一分子，要與社會交流，為社會做貢獻。只懂得紙上談兵是遠遠不及的，以后的人生旅途是漫長的，為了鍛煉自己成為一名合格的、對社會有用的人才.很多在學校讀書的人都說寧愿出去工作，不愿在校讀書；而已在社會的人都寧愿回校讀書。我們上學，學習先進的科學知識，為的都是將來走進社會，獻出自己的一份力量，我們應該在今天努力掌握專業知識，明天才能更好地為社會服務。實踐心得：雖然這次的實踐只有短短的幾天，而且從事的是比較簡單的服務工作，但是通過與各種各樣的人接觸，還是讓我學會了很多道理。首先是明白了守時的重要性。工作和上學是兩種完全不同的概念，上學是不遲到很多時候是因為懼怕老師的責怪，而當你走上了工作崗位，這里更多的是由于自己內心的一種責任。這種責任是我學會客服自己的惰性，準時走上自己的崗位。這對我以后的學習生活也是一種鞭策，時刻牢記自己的責任，并努力加強自己的時間觀念。其次讓我真實的體會到了合作的重要性。雖然我工作的只是小小的一家餐廳，但是從點單到制作到遞送到結帳這一環環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過很多的團隊合作的例子，但這一次是深刻的體會到了，正所謂“眾人拾柴火焰高”，“團結就是力量”。在以后的學習和工作中，一定會要牢記這一點，將自己融入到集體中，和大家一起攜手走向輝煌。再次，這次打工的經歷也讓我的心理更加趨于成熟。在餐廳里每天面對形形色色的客人，重復著單調的工作。讓從未涉世的我還是有那么一點點不適應的