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研究生: 王柏嵐
Po-Lan Wang
論文名稱: 多相式降壓型轉換器於機櫃式伺服器系統之研製
Study and Implementation of a Multi-Phase Buck Converter for Rack Server System
指導教授: 邱煌仁
Huang-Jen Chiu
口試委員: 林景源
Jing-Yuan Lin
黃仁宏
Peter Huang
張佑丞
Yu-Chen Chang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 136
中文關鍵詞: 電壓調節模組多相式降壓型同步整流轉換器暫態響應系統穩定度
外文關鍵詞: Voltage regulator module, multi-phase synchronous buck converter, transient response, system stability control
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  • 本論文旨在研製一應用於機櫃式伺服器電腦中央處理器之電壓調節模組,此模組可將電源供應器的12 V轉換成中央處理器所需要的工作電壓1.6 V~2.0 V,並以數位控制晶片實現電壓、電流偵測與系統穩定度控制設計,且能符合英特爾中央處理器規範。電壓調節模組電路使用「多相式降壓型同步整流轉換器」作為電路主結構,並搭載六相各交錯60 º導通的功率級實現電源設計。電路工作原理、設計考量以及系統穩定度控制等皆於本論文中進行詳細分析與探討。論文中藉由模擬與實際測試各項電氣驗證,證明能符合Intel CPU的設計規範。電源轉換器最大輸出電流255 A,轉換效率最高達95 %,且可提供快速暫態響應以及可靠的系統穩定度控制等特色。


    This thesis aims to study and develop a voltage regulator module (VRM) for central processor unit (CPU) in rack server system. This module transfers 12V from power supply units to 1.6V~2.0V output that CPU needs; design uses digital integrated circuit control chip to realize voltage, current monitor, system stability control, and meets Intel CPU spec. The VRM circuit consists of multi-phase synchronous buck converter and six-phase power stages which interleave each other by 60º. The circuit operation theory, design consideration and system stability control will be analyzed and discussed in the thesis. Design is verified meeting Intel CPU specification by simulation and real electrical validation. This module is capable of supporting maximum output current 255A, maximum conversion efficiency 95%, and also providing fast transient reposes and reliable system stability control features.

    摘要 i Abstract ii 誌謝 iii 目錄 iv 圖目錄 viii 表目錄 xiii 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 論文大綱 4 第二章 多相式降壓型同步整流轉換器 6 2.1 降壓型非同步與同步整流轉換器 6 2.2 降壓型同步整流轉換器 11 2.2.1 連續與非連續導通模式 12 2.2.2 工作週期比例 12 2.2.3 電壓模式與脈波寬度調變 13 2.2.4 自適應電壓定位 14 2.3 小信號分析 15 2.3.1 開迴路模型 16 2.3.2 閉迴路模型及補償方法 19 2.3.3 第三類型補償 20 2.3.4 第二及第一類型補償 23 2.3.5 比例、積分、微分控制器 25 2.4 多相式降壓型同步整流轉換器 26 第三章 控制器簡介 30 3.1 Intel VR13介紹 31 3.2 PXE1610C控制器介紹 33 3.3 腳位介紹 34 3.4 工作原理 37 3.4.1 輸出電流偵測 37 3.4.2 溫度補償方式 42 3.4.3 自適應電壓(負載線)設計 42 3.4.4 自動操作相數調整 44 3.4.5 回授補償器 45 3.5 功率級元件介紹 47 3.5.1 功率級IC IR35411介紹 47 3.5.2 功率級IC 腳位介紹 49 第四章 電路參數設計 51 4.1 系統規格 51 4.2 降壓型同步整流轉換器 53 4.3 功率級設計 55 4.3.1 電感元件設計 56 4.3.2 輸出電感溫升電流、飽和電流特性 58 4.3.3 輸出電容設計 59 4.4 輸入電容與電感設計 68 4.5 輸出電流與溫度偵測設計 71 4.6 自動操作相數調整 74 4.7 系統穩定度設計 75 第五章 電路模擬及實驗結果討論 78 5.1 電路模擬 78 5.1.1 模擬電路圖介紹 79 5.1.2 電路暫態響應模擬結果 82 5.2 實驗結果 88 5.2.1 暫態響應量測結果 90 5.2.2 暫態響應模擬與量測結果比較 99 5.2.3 蒙地卡羅模擬分析結果 103 5.2.4 自動操作相數調整與電流偵測精準度量測 104 5.2.5 效率量測結果 109 5.2.6 系統穩定度量測結果 111 5.2.7 元件溫度量測結果 114 第六章 結論與未來展望 116 6.1 結論 116 6.2 未來展望 116 參考文獻 118

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    無法下載圖示 全文公開日期 2025/06/28 (校內網路)
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