[发明专利]一种感值随工作电流变化的片上磁芯功率电感

说明书

本发明属于无源集成器件技术领域，具体提供一种感值随工作电流变化的片上磁芯功率电感，应用于开关电源中，以解决开关电源无法同时保持低纹波电流与良好的瞬态响应性能力的问题，且不需要引入额外的元器件或控制电路。本发明中，各向异性磁芯膜采用[绝缘层/下缓冲层/下反铁磁层/下铁磁层/上缓冲层/上铁磁层/上反铁磁层]_n多层膜结构，利用磁芯膜层间反平行的交换偏置场作用，使磁芯膜在低场时磁导率较低、高场时磁导率较高；因此，当电感的直流偏置较高时，电感具备较大感值，从而降低了纹波电流；而当电源处于开启(关断)状态时，此时电感上的电流值较小，感值较低，提升了瞬态响应能力。

技术领域

本发明属于无源集成器件技术领域，具体涉及一种感值随工作电流变化的片上磁芯功率电感。

背景技术

由于中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)的架构不断向多核心发展，芯片的功耗密度不断增加；为了降低芯片功耗，必须使用具备动态电压频率调节(DVFS)能力的片上电源系统，给芯片提供快速响应且精准的供电；然而，在开关电源中，滤波电感过小会导致纹波电流增加，降低输出电压的精准度，电感过大则会导致电源瞬态响应能力降低。

针对上述开关电源在提升电源瞬态响应能力的同时需要降低纹波电流的问题，目前已有三种解决方案：其一，采用多相供电的方式，利用相与相之间的电感形成负耦合，并采用相位调制，可同时获得较高的纹波等效电感与较小的瞬态等效电感；然而，随着相数增加，控制电路也更加复杂，如文献“F.C.Lee,“Voltage Regulator Module for FutureGeneration ofProcessors,”Tutorial Notes,Sixteenth VPEC PowerelectronicsSeminar,Virginia Tech.,1-115,September 1998”、“M.T,Zhang,M.M.Jovanovic and F.C.Y.Lee,“Analysis and Evaluati on of InterleavingTechniques in Forward Converters,”IEEE Trans.Power Electron.,Vol.13,No.4,pp.690-8,1998”。其二，采用线性和非线性控制相结合的方法(LnLc)，在负载稳定(稳态期间)时采用线性反馈控制；在负载瞬态(转换期间)时采用非线性控制，从而提高了变换器的响应速度并获得稳定的输出。在LnLc控制中，非线性控制与线性控制部分是相互独立的，当电压处于较高电压阈值与较低电压阈值之间时，非线性控制重新调节电压而不会影响其稳定状态。LnLc在动态响应和稳定性方面做到了较好的调节，如文献“Yao K.Controlbandwidth and transient response of buck converters[C]//2002IEEE 33rd AnnualIEEE Power Electronics Specialists Conference.Proceedings(Cat.No.02CH37289).IEEE,2002”。其三，利用辅助电路补偿技术(ACCT)，在稳态时采用电感串联的方式增加等效电感值，获得稳定的输出，在瞬态时切换为电感并联的方式减小等效电感值，提升瞬态响应能力，如文献“Poon N K,Li C P,Pong M H.A low cost DC-DC stepping inductancevoltage regulatorwith fast transient loading response[C]//IEEE Applied PowerElectronics ConferenceExposition.IEEE,2001”。

基于此，本发明同样针对上述开关电源在提升电源瞬态响应能力的同时需要降低纹波电流的问题，提供一种感值随工作电流变化的片上磁芯功率电感。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术中开关电源存在的无法同时保持低纹波电流、良好的瞬态响应性能力的问题，提供一种感值随工作电流变化的片上磁芯功率电感，使电感在低电流下具备较小的感值、而在大电流时具备较大感值；基于本发明提出的片上磁芯功率电感，能够有效改善电源的瞬态响应能力、并同时降低纹波电流，提升电源稳定性。