电源装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电源装置。可以实现多相型电源装置的微型化。电源控制单元、多个装有PWM的驱动单元、以及多个电感器配置多相电源，在电源控制单元中，例如，微控制器单元、存储器单元和模拟控制器单元形成在单个芯片上。微控制器单元将每一个都具有基于存储器单元上的程序定义的频率和相位的时钟信号和相位输出到各个装有PWM的驱动电路。模拟控制器单元检测负载的电压值与经由串行接口获得的目标电压值之间的差值，并从串行接口输出误差放大信号。通过使用时钟信号和误差放大信号的峰值电流控制体系，装有PWM驱动单元的每一个驱动每一个电感器。

Power unit

The invention relates to a power supply device. Multi phase power supply device can be miniaturized. The power control unit, a driving unit, a PWM and a plurality of inductor configuration multi phase power supply, the power supply control unit, for example, micro controller unit, memory unit and analog controller unit formed on a single chip. The microcontroller unit outputs each of the clock signals and phases that are defined based on the frequency and phase of the program on the memory cell to each of the drive circuits equipped with the PWM. The analog controller unit detects the difference between the voltage value of the load and the target voltage value obtained through the serial interface, and outputs an error amplifying signal from the serial interface. By using the peak current control system of the clock signal and the error amplifying signal, each of the PWM driving units is driven by each inductor.

【技术实现步骤摘要】
本申请是中国专利申请号为2011103051020、申请日为2011年09月30日的、名称为“电源装置”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及电源装置和在应用到例如将高压转换为低压的多相(multiphase)型开关电源装置时有效的技术。
技术介绍
专利文献1中已经描述了例如如下的半导体装置，其中功率MOSFET、用于驱动该功率MOSFET的驱动电路、和用于将开关控制信号传送到该驱动电路的控制电路被安装在一个封装中(参见图1和2)。该半导体装置能够进行多相操作(参见图15)。专利文献2中已经描述了多相型DC/DC转换器装置，其中多个转换器控制IC被分别用于以彼此不同的相为负载提供电力(参见图1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开No.2008-17620专利文献2：日本专利特开2006-50891
技术实现思路
以例如个人电脑(以下称为PC)等为代表的各种电子设备和电气设备相应配备有从被用作商业电源的AC电压(比如，100V等)产生期望的DC电压(12V、5V、3.3V等)的AC/DC转换器(比如，ATX电源)。笔记本PC等由电池以特定值的DC电压供电。PC等中使用的各种半导体部件需要稳定的电源电压，以及根据具体情况需要多个电源电压值。出于这个原因，AC/DC转换器或电池产生的电压被通过步降型非绝缘DC/DC转换器(反向转换器(backconverter))转换为预定电压(比如，1.0V等)和的稳定电压，该预定电压和稳定电压反过来又被提供给各个半导体部件。它们通常被称为“POL(负载点)转换器”或类似物。在PC的情况下，例如，它们被安装在诸如主板的PCB(印刷电路板)上的各个电路单元(CPU(中央处理单元)等)附近。近年来，出于各半导体部件的电流、快速响应和稳定性的增强以及电压的降低及其速度加快的需求，这样的POL转换器不断发展。为了满足这个需求，如专利文献1和2等中所示的，使用其中电荷被提供到与多个电感器分别不同相的公共电容器的多相技术是有用的。使用多相技术，原则上，波纹电压(ripplevoltage)随着相数增加而降低，负载电流的量被从每个电感分散和提供。为此，由于每个电感的值可以被降低，因此多相技术轻松应对电流的增加并且使得高速响应的实现成为可能。然而，担心的是，当使用多相技术时，构成POL转换器的部件数量将增加，部件之间的布线也将增多。这时出现了例如下面的问题。首先，随着布线数量的增加，布线图案的布局变得复杂。这阻碍了各种电子设备和电气设备的微型化的实现。其次，PCB上电源平面(比如，接地电源电压GND、输出电源节点VO)的面积受限于布线数量的增加。这时，因为电源平面(典型地，Cu布线)的电阻值增加，出现了功率转换效率的降低。进一步地，由于辐射图案的面积的减少，产生的热量将增加。第三，由于多个布线图案在PCB上平行排列，出现了诸如布线相互串扰等的噪声。另外，近些年来，作为POL转换器的电源的供给对象的各种电路单元(CPU等)类型增多，它们的技术规格也变得多样化。具体来说，需要针对每一个以CPU为代表的各种电路单元(诸如，GPU(图形处理单元)、存储器等)中的每一个来设置POL转换器。在为每一个不同的电路单元提供的POL转换器中，存在要产生的电源电压值不同的情况，以及随着功耗不同最优相数和开关频率等不同的情况。取决于电路单元的类型，还有这样一种情况：为了实现整个系统的节能，需要这样按照每个电路单元的操作情况(功耗的时序变化)来适当地改变POL转换器的相数的功能。还考虑了根据电路单元的多样性开发和应用具有专用于这些电路单元的规格的POL转换器。然而，优选地，一种类型的POL转换器会使得整个系统设计更容易并实现成本降低。图16(a)和16(b)所示为在本专利技术的前提下讨论的电源装置，其中图16(a)为其配置示例的示意图，而图16(b)为图16(a)中的驱动单元DRIC’的内部配置示例的示意图。图16(a)所示的电源装置包括PWM(脉宽调制)控制单元PWMCTLU、多个(这里是6个)驱动单元DRIC’[1]-DRIC’[6]、多个电感器L[1]-L[6]、电阻器R[1]-R[6]和电容器C[1]-C[6]。这些部件被适当地安装在，例如，同一个PCB上。PWM控制单元PWMCTLU包括ASIC(专用集成电路)，并将PWM信号(脉宽调制信号)PWM[n]和使能信号EN[n]输出到各驱动单元DRIC’[n](这里n＝1-6)。这里PWM信号PWM[n]和PWM[n+1]在相位上彼此相差60度。如图16(b)所示，驱动单元DRIC’[n]包括控制逻辑电路LGCa、驱动器电路DRVh和DRVl、以及功率晶体管QH和QL。这里使用了N型功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)作为所述功率晶体管QH和QL。功率晶体管QH的漏极被连接至输入电源电压VIN(比如，12V等)，其栅极被连接至驱动器电路DRVh，其源极被连接至外部端子P7(SW[n])。功率晶体管QL的漏极被电连接至外部端子P7(SW[n])，其栅极被电连接至驱动器电路DRVl，其源极被连接至接地电源电压GND。控制逻辑电路LGCa响应于PWM信号PWM[n]通过驱动器电路DRVh驱动功率晶体管QH，并通过PWM信号PWM[n]的互补信号通过驱动器电路DRVl驱动功率晶体管QL。每个电感器L[n]的一端共同连接到输出电源节点VO，另一端连接到用作产生开关信号SW[n]的端子的外部端子P7。因此，根据PWM信号PWM[n]，每个驱动单元DRIC’[n]以彼此不同的相位为与其自身对应的电感器L[n]供给能量。基于其供给，通过六相PWM操作在输出电源节点VO产生预定电源(比如，1V电压)。与各个电路单元对应的负载LOD由输出电源节点VO的功率驱动。另一方面，流经每个电感器L[n]的电流被在其两端之间串联连接的电阻器R[n]和电容器C[n]检测，并作为电流检测信号对CS[n](+/-)反馈至PWM控制单元PWMCTLU。PWM控制单元PWMCTLU接收电流检测信号对CS[n](+/-)和从输出电源节点VO反馈的输出电压检测信号FB，并且将输出电源节点VO的电压与每个电感器L[n]处的电流的差额(balance)相加从而控制每个PWM信号(脉宽调制信号)PWM[n]的占空比。图16的电源装置被配置为能够根据负载LOD的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源装置，包括：多个驱动单元，所述多个驱动单元中的每个都被设置在第一半导体封装中并且包括：彼此连接的高侧晶体管和低侧晶体管，高侧晶体管和低侧晶体管适合于与连接到输出电源节点的电感器连接，电流检测电路，其用于检测流动通过高侧晶体管的电流，PWM控制电路，其产生控制高侧晶体管和低侧晶体管的PWM信号；和控制单元，其设置在第二半导体封装中，控制单元对所述多个驱动单元中的每个提供时钟信号和误差放大信号，PWM信号被基于误差放大信号来控制，误差放大信号是基于输出电源节点的电压水平而产生的。

【技术特征摘要】
2010.10.06 JP 2010-2263951.一种电源装置，包括：
多个驱动单元，所述多个驱动单元中的每个都被设置在第一半导体
封装中并且包括：
彼此连接的高侧晶体管和低侧晶体管，高侧晶体管和低侧晶体
管适合于与连接到输出电源节点的电感器连接，
电流检测电路，其用于检测流动通过高侧晶体管的电流，
PWM控制电路，其产生控制高侧晶体管和低侧晶体管的PWM
信号；和
控制单元，其设置在第二半导体封装中，
控制单元对所述多个驱动单元中的每个提供时钟信号和误差
放大信号，
PWM信号被基于误差放大信号来控制，
误差放大信号是基于输出电源节点的电压水平而产生的。
2.根据权利要求1的电源装置，
其中输出电源节点适合于被连接到负载。
3.根据权利要求2的电源装置，
其中负载是CPU、GPU或存储器。
4.根据权利要求1的电源装置，
其中第一半导体封装和第二半导体封装被安装在电路板上。
5.根据权利要求1的电源装置，
其中流动通过电感器的电流的峰值被基于误差放大信号来控制。
6.根据权利要求1的电源装置，
其中控制单元包括微控制器单元和模拟控制器单元，
其中微控制器单元经由模拟控制器单元向所述多个驱动单元中的
每个提供时钟信号，
其中模拟控制器单元包括产生误差放大信号的误差放大器。
7.根据权利要求6的电源装置，
其中控制单元包括存储程序的存储器单元。
8.一种电源装置，包括
多个第一驱动单元和一个第二驱动单元，所述多个第一驱动单元中
的每个和第二驱动单元都被设置在第一半导体封装中并且包括：
彼此连接的高侧晶体管和低侧晶体管，
所述多个第一驱动单元的高侧晶体管和低侧晶体管适合
于与连接到第一输出电源节点的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：工藤良太郎，宇野友彰，立野孝治，石井秀雄，梅津和之，七种耕治，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP