开关调节器电路及方法技术

本发明专利技术包含开关调节器电路及方法。在一项实施例中，第一开关调节器级接收第一输入电压且在第一节点上产生第一电压。第二开关调节器级接收该第一输入电压且在第二节点上产生第二电压。电容器包含耦合至该第一节点的第一端子及耦合至该第二节点的第二端子，且该第一开关调节器级及该第二开关调节器级被设置为设定该第一节点上的第一电压且设定该第二节点上的第二电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 相关申请的交叉引用 本申请案主张于2012年12月31日提出的专利技术名称为「Switching Regulator Circuits and Methods」，申请号为61/747, 988的美国临时专利申请案的优先权，该美国临 时专利申请案的公开内容特此以全文引用方式并入本文中。本申请案主张于2013年3月 11日提出的专利技术名称为「Switching Regulators」，申请号为13/794,231的美国专利申请 案的优先权，该美国专利申请案的公开内容特此以全文引用方式并入本文中。
本专利技术涉及。
技术介绍
图1示出了现有的多相降压开关调节器。与使用惯用单相或多相调节器来获得高 压摆率相关的一个显著问题是这种调节器展现了能够影响系统性能的不对称压摆率。此 外，在高开关频率下，这种电路可能需要不实际的小电感值或不实际的大量相数。 图2示出了在正摆期间的多相降压开关调节器的结构。对于输入电压VIN和输出 电压VOUT，现有的N相降压开关调节器将通过启动开关以使开关节点SWl及SW2至SWN短 接至VIN来控制最大正向输入电流的压摆率。这使得电感电流的总和按以下速率摆动： D (ISUM)/dt = N* (VIN-VREF)/L 图3示出了在负摆期间现有的多相降压开关调节器的结构。为控制最大负向电流 的压摆率，控制器302启动开关以使开关节点SWl及SW2至SWN短接至地。这使得电感电 流的总和按以下速率摆动： D (ISUM) /dt = N* (-VREF) /L 因此，正向输出电流的压摆率高于负向输出电流的压摆率（VIN-VREF) AVREF) 倍。举例而言，若VIN处于12V且VOUT处于IV(例如，低占空比情况下）而不管所使用的 相的数量如何，传统降压开关变换器特征在于其最大正向输出电流的压摆率（SRP)是最大 负向输出电流的压摆率（SRN)的11倍。 (SRP) / (SRN) = (N* (VIN-VREF) /L) / (N* (-VREF) /L) = (12-1) /1 = 11 在某些应用中，由于卸载事件（其中负载电流减少）所产生的正向电压过冲应等 于由于等效负载事件（其中负载电流增加）所产生的负向下冲，以便在负载电流往返步进 时输出电压不漂移。因此，系统可能会受到由于电感器的慢负向电流压摆率所产生的卸载 输出电压过冲的限制且不能利用电感器的快速正向电流压摆率。图4示出了用于经历装载 及卸载事件的单相传统降压变换器的上述情形。在某些应用中，可能需要减少系统增益，使 得Vout上的电压下冲匹配该过冲。 图5显示了对先负向然后正向的VREF电压步阶响应的单相调节器的示例。由于 慢负向压摆率，输出电压花费了较长的时间来摆动下降。因此，电感电流的慢负向压摆率再 次限制了输出电压可摆动的快速程度。如上所述，图5示出了在某些应用中不需要的不对 称。 快压摆率开关调节器在各种应用中是有利的。举例而言，遵循摩尔定律的微处理 器的发展引起了芯片功率密度的增加，导致了热管理的挑战。CMOS程序具有至少两个功率 耗散的分量：1)开关功率，其与供电电压的平方及时钟频率成比例；及2)装置泄漏功率，其 是供电电压的函数。 逐渐地，相对于其工作量曲线的微处理器供电电压及时钟频率的微管理用于获得 显著的功率节省。假定主功率耗散机制是供电电压的强函数，采用随时间适度减小平均供 电电压且通常适度减小或不减小电路性能，获得显著的功率耗散的减少。 与微处理器的活动速率相比，现今以较低速率使用动态电压频率调整（DVFS)技 术。DVFS速率当前受可用电压调节器的电压压摆率的限制。电压调节器实时追踪微处理器 工作量越接近，时间平均供电电压减少越多，可能引起显著的功率节省。因此，现有的DVFS 技术的全部可能性已经被电压调节器技术限制。 举例而言，某些系统以Unix Kernel层级调整供电电压及时钟频率，其频率约每 IOus调整一次。由于现有调节器的限制性，供电电压以较低频率调整。这意味着当时钟频 率减少时，供电电压不是必须保持在其峰值的。因此，所得平均供电电压及相关平均功率耗 散高于工作量所需的理论平均值。 因此，克服现有开关调节器技术的限制性将是有利的。
技术实现思路
本专利技术包含用于开关调节器的电路及方法。在一项实施例中，第一开关调节器级 接收第一输入电压且在第一节点上产生第一电压。第二开关调节器级接收该第一输入电压 且在第二节点上产生第二电压。电容器包含耦合至该第一节点的第一端子及耦合至该第二 节点的第二端子，且该第一开关调节器级及该第二开关调节器级被配置为在该第一节点上 设置第一电压且在该第二节点上设置第二电压。 以下详细说明及附图提供了对本专利技术的本质及优点的更好理解。【附图说明】 图1示出了现有的多相降压开关调节器。 图2示出了在正向摆动期间现有的多相降压开关调节器的结构。 图3示出了在负向摆动期间现有的多相降压开关调节器的结构。 图4示出了经历装载及卸载事件的现有的单相传统降压变换器。 图5示出了响应于先负向后正向的VREF电压步阶的现有的单相调节器。 图6A示出了根据一项实施例的示例性开关调节器。 图6B示出了根据另一实施例的示例性开关调节器。 图6C示出了根据另一实施例的示例性开关调节器。 图7示出了根据一项特定实施例的示例性应用。 图8示出了根据另一实施例的示例。 图9示出了根据一项实施例的正向电流摆动。 图10示出了根据一项实施例的负向电流摆动。 图11显示了根据一项示例性操作的电流及电压波形。 图12示出了根据一项实施例的推拉操作。 图13示出了根据一项实施例的推拉操作。 图14示出了根据另一示例性实施例的再充电动作。 图15至16示出了对于一项示例性实施例的推拉、拉推及再充电波形。 图17示出了根据特定实施例的一项示例性实施方案。 图18示出了在情形A、B、C及D下标记的推拉及拉推波形。 图19显示了第一多相实施方案的示例，其中N个AC电感器连接至节点VAC且M 个DC电感器连接至VOUT输出节点。 图20显示了第二多相实施方案的示例，其中N个AC电感器连接至N个VAC节点， 且M个DC电感器连接至VOUT输出节点。 图21显示了具有K组N个AC电感器及M个DC电感器的第三多相实施方案示例。 图22示出了根据特定实施例的另一示例性实施方案。 图23显示根据一项实施例的程序。 图24显示根据一项实施例的程序。 图25显不根据一项实施例的程序。 图26显示根据一项实施例的程序。【具体实施方式】 本专利技术涉及。在下文描述中，出于解释的目的，阐述了大量 示例及特定细节，以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，对本领域技术人员来说是显而易见 的，权利要求所表达的本专利技术包括仅仅是这些示例中的某些或所有特征或结合下文描述的 其它特征，且可进一步包含本文中所阐述的特征及概念的修改及等效形式。 本专利技术的实施例包含具有很高压摆率的开关调节器技术（或开关电压变换器）。 在一项示例性结构中，第一开关调节器级可驱动输出节点且第二开关调节器级可通过电容 器驱动相同输出节点。举例而言，开关调节器级可具有多个控制回路以调节分离输出的电 容器端子上的电压。在一项示例性实施例中，开关调节器级是通过电容器A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子电路，其包括：第一开关调节器级，其用以接收第一输入电压且在第一节点上产生第一电压；第二开关调节器级，其用以接收所述第输入电压且在第二节点上产生第二电压；及电容器，其包括耦合至所述第一节点的第一端子及耦合至所述第二节点的第二端子；其中所述第一开关调节器级及所述第二开关调节器级被配置为调节所述第一节点上的所述第一电压且调节所述第二节点上的所述第二电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·克里斯丁·杰拉德·杜那托利，凯文·肯尼迪·约翰史东，
申请(专利权)人：急塞半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US