Jenseits der Taktfrequenz: Spannungsversorgung bei modernen CPUs

3. Mehrphasenwandler
Während sich Ausgangsströme von 20 bis 25 Ampere mit der zuvor beschriebenen Abwärtswandlertopologie recht gut und kostengünstig beherrschen lassen, muss für noch leistungshungrigere Prozessoren auf einen sogenannten Mehrphasenwandler zurückgegriffen werden (siehe Abb. 4). Diese Mehrphasenwandler kommen in der Regel bei der Versorgung von Pentium IV und Athlon-Prozessoren größer 1 GHz zum Einsatz.

3.1 Funktionsweise
Wie man aus der Abb. 4 sehen kann, wird der notwendige Ausgangsstrom über 2-4 Stränge erzeugt. Die Eingangs- und Ausgangskondensatorbank wird von allen Strängen gemeinsam genutzt. Die einzelnen Stränge sind identisch aufgebaut und kommen somit mit „schwächeren“ Bauelementen für Leistungsschalter und Drossel aus. Ein weiterer Vorteil dieser Topologie liegt darin, dass bei gleichem Laststrom die Belastung der Eingangskondensatoren sinken und die notwendige Induktivität zur Erzielung einer bestimmten Ausgangswelligkeit sich ebenfalls durch die Anzahl der Phasen dividiert.

Abbildung 4: Mehrphasen Synchron-Abwärtswandler (Grafik: Fujitsu-Siemens)

3.2 Belastung des Eingangskondensators
Um die Belastung des Eingangskondensators eines Mehrphasensystems zu berechnen, bedarf es eines, gegenüber in 2.1 dargestellten Verfahrens, höheren Aufwandes. Der Lade-/Entladestrom I_C1 ergibt sich in diesem Fall aus einer Addition der Phasenströme, die um

Delta=360°/n (n=Anzahl der Phasen)

gegeneinander verschoben sind.

Abbildung 5 zeigt den Verlauf des Kondensatorladestroms in Abhängigkeit der verwendeten Phasenanzahl. Auf der x-Achse ist das Tastverhältnis des Wandlers aufgetragen. Man kann also an Hand der gewählten Eingangs, Ausgangsspannung und Phasenzahl berechnen, wie sich der Rippelstrom verhält. Der jeweils abgelesene Faktor wird dann mit dem Ausgangsstrom multipliziert und man erhält die tatsächliche Belastung des Kondensators

Belastung des Eingangskondensators in Abhängigkeit der Phasenzahl und des Tastverhältnisses (Grafik: Fujitsu-Siemens)