具有电容管理的功率供给拓扑制造技术

在至少一个实施例中，提供了一种用于管理功率供给系统的大容量电容的方法。方法包括分别将功率供给系统的第一和第二大容量电容器预充电至近似第一输出电压电平和第二输出电压电平；接收第一命令信号以通过功率供给来生成第一输出电压电平；将第一大容量电容耦合到耦合至功率供给的负载电路；接收第二命令信号以通过功率供给来生成第二输出电压电平；以及将第二大容量电容耦合到耦合至功率供给的负载电路。

Power supply topology with capacitor management

In at least one embodiment, a method for managing a large capacity capacitor of a power supply system is provided. The method includes first and second power supply system of large capacity capacitor pre charging to approximate the first output voltage level and a second output voltage level; receiving a first command signal to generate a first output voltage level of the power supply; the first large capacity capacitor coupled to a load circuit coupled to the power supply; second received command signal to generate a second output voltage level through the power supply; and the second capacitor is coupled to a load circuit coupled to the power supply.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术人：尼古拉斯P.考利，夏尔马萨拉斯沃特，理查德J.高曼，戴维T.伯纳德，戈登J.沃尔什和迈克尔兰根（NicholasP.Cowley,RuchirSaraswat,RichardJ.Goldman,DavidT.Bernard,GordonJ.Walsh,andMichaelLangan）。
本公开涉及具有电容管理的功率供给拓扑。
技术介绍
在例如可穿戴或物联网（IoT）设备中合期望的是最小化电池功率耗用以延长操作寿命。这样的设备典型地具有数个操作模式，包括有时称为保留功率节约的状态，其中供给电压被降低到与保留信息相配但是对于任何功能活动而言过低的电平。供给电压中的降低的目的是降低与和供给相关联的任何电路块相关联的有功和泄漏功率二者。设备可能在该模式中花费相当长的时间，因而合期望的是最小化功率耗用并且因而增加操作寿命。这样的设备的常见特征是其中功率供给被周期性地带离保留以用于短时段的活动，例如以响应于中断，或从第二设备接收信号。供给电压将典型地具有大的相关联的大容量电容器以提供供给解耦。该大容量电容器和进出保留状态的重复转变的组合导致与大容量电容器的充电和放电相关联的“损失”功率。大容量电容器充电的影响之前未被考虑或视为成问题，因为在之前的应用中，供给电压可以被视为实际上是稳定的，并且与大容量电容器充电相关联的任何电流相比于负载电流而言是不明显的。例如，DVFS（电压和频率定标）可以应用于响应于正常操作模式中的活动而降低供给电压，其中有功电流远大于大容量电容器充电电流。该影响的净剩后果是不合期望地缩短电池寿命和/或再充电之间的时段。例如，在一些过程节点中，正常操作电压可以是1.8V，并且保留电压可以是1.2V，并且在一些可穿戴设备中，供给可以在这两个电压节点之间以每秒10至100之间的次数转变，并且大容量电容可以是10uF。与转变大容量电容器上的电压相关联的功率类似于与时钟控制CMOS门相关联的CMOS电路中的功率，该功率可以从公知的公式来计算：功率=C门×Vcc^2×频率=Vcc×I充电。代入以上条件：I充电=10uF×（1.8-1.2）×10=60uA。因此，与每秒转变大容量电容器10次相关联的平均电流耗用为60uA，其在典型地＜1uA的保留电流的情境中是不可接受的。此外，在应用中，供给轨必须通过例如切换模式调整器而在两个电压状态之间动态切换以受益于保留电压中的较低电流，因为保留电流不足以在可接受的时间内对大容量电容器放电以实现任何功率节约益处。例如在10msec内考虑以上示例，1uA的电流将仅使10uF电容器放电1mV，因而在没有主动切换的情况下设备将从未进入保留电压状态。实际上单独通过放电将花费6秒以完全转变（假定1uA的恒定负载）。因而可以认为的是，保留功率节约可以从未被切实地实现在其中设备以低Hz重复率退出保留设置的应用中，除非电压源包含在电压电平之间主动转变的构件，该构件将消耗功率。附图说明所要求保护的主题的特征和优点将从与此一致的实施例的以下详细描述中显而易见，所述描述应当参照随附各图来考虑，其中：图1图示了与本公开的各种实施例一致的功率供给系统；图2图示了图1的功率供给系统的模拟信号图线；图3图示了与本公开的各种实施例一致的功率供给系统的另一示例；图4是根据本公开的一个实施例的操作的流程图；以及图5图示了与本公开的各种实施例一致的功率供给系统的另一示例。尽管以下具体实施方式将参照说明性实施例而进行，但是许多可替换方案、修改及其变型将对本领域技术人员是显而易见的。具体实施方式图1图示了与本公开的各种实施例一致的功率供给系统100的示例。在该示例中，功率供给系统100是线性调整器功率供给，例如模拟（LDO）、数字或混合信号线性调整器。系统100包括参考电压（Vref）管理电路102，其配置成基于输出电平控制信号（Vout控制）101而生成至少一个参考信号（Vref(1-n)）103。系统100还包括比较器电路104，其配置成比较参考信号103和指示输出电压Vout107或与其成比例的反馈信号109。系统100还包括功率开关电路106，其配置成至少部分地基于输入电压Vin而生成输出电压Vout107。功率开关电路106在图1中被描绘为BJT晶体管，然而，在其它实施例中，功率开关电路106可以包括诸如MOSFET、SiC等之类的开关技术。比较器电路104的输出信号105可以用于控制功率开关电路106的导通状态以生成可控输出电压Vout107，其基本上匹配参考信号103的电压电平。例如，输出信号105可以用于控制功率开关电路106的基极区使得功率开关电路106操作在线性区以提供受控输出电压107。系统100还可以包括反馈回路电路108，其耦合在Vout107与比较器电路104之间并且配置成提供针对反馈回路的滤波和/或相位漂移，例如通过对Vout107的AC信号内容进行滤波、控制反馈回路的增益稳定性以确保负反馈、Vout的电平漂移和/或划分等。比较器电路104、功率开关电路106和反馈回路电路108可以在本文中被统称为“功率链电路”。输出电平控制信号101可以由基带功率管理系统（例如基带控制器，未示出）和/或另一功率管理系统（未示出）生成并且一般指示期望的输出电压Vout107或与其成比例。例如，输出控制信号101可以包括指示全功率状态的第一输出电平信号和指示低功率状态的第二输出电平信号。Vref管理电路102可以基于输出控制信号101生成对应参考信号103。因此，Vref管理电路102可以生成指示全功率操作状态的第一参考信号103使得输出电压107是第一输出电压电平（Vout1）和指示保留功率节约状态的第二参考信号使得输出电压107是第二输出电压电平（Vout2），其中Vout1＞Vout2。输出电压107可以用于为负载电路114供电。负载电路可以包括例如IoT、可穿戴和/或其它低功率设备，尽管本公开不受限于可以耦合到功率链电路的负载类型。本公开包括多个大容量电容器112-1，…，112-n，其可以被选择和耦合到负载电路114。在一些实施例中，大容量电容器112-1，…，112-n的数目可以一般地对应于如由可以基于输出控制信号101生成的不同参考信号103的数目所反映的功率状态的数目。系统100还包括电容管理电路110，其配置成控制所述多个大容量电容器112-1，…，112-n的预充电并且基于输出控制信号101而将所述多个电容器112-1，…，112-n中的至少一个耦合到负载电路。在一些实施例中，电容管理电路110配置成将每一个相应大容量电容器112-1，…，112-n预充电至对应输出电压电平。例如，电容管理电路可以配置成将第一大容量电容器（例如112-1）预充电至对应于使用第一参考电压Vref1103生成的第一输出电压（Vout1）107的第一电压电平，并且将第二大容量电容器（例如112-2）预充电至对应于使用第二参考电压Vref2生成的第二输出电压（Vout2）107的第二电压电平，等等。在操作中，控制信号101可以命令Vref管理电路102改变输出功率状态（例如从Vout1到Vout2，或者反之亦然），电容管理电路110可以将所选大容量电容器112-1，…本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率供给系统，包括：功率链电路，其配置成分别至少部分地基于第一输出电平控制信号和第二输出电平控制信号而生成第一输出电压电平和第二输出电压电平以向耦合到功率链电路的负载电路递送功率；第一大容量电容器电路和第二大容量电容器电路；其中所述第一大容量电容器电路配置成被预充电至近似第一输出电压电平并且所述第二大容量电容器电路配置成被预充电至近似第二输出电压电平；以及电容管理电路，其配置成基于第一输出电平控制信号而将所述第一大容量电容器耦合到负载电路，或者基于第二输出电平控制信号而将第二大容量电容器耦合到负载电路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.25 US 14/4968381.一种功率供给系统，包括：功率链电路，其配置成分别至少部分地基于第一输出电平控制信号和第二输出电平控制信号而生成第一输出电压电平和第二输出电压电平以向耦合到功率链电路的负载电路递送功率；第一大容量电容器电路和第二大容量电容器电路；其中所述第一大容量电容器电路配置成被预充电至近似第一输出电压电平并且所述第二大容量电容器电路配置成被预充电至近似第二输出电压电平；以及电容管理电路，其配置成基于第一输出电平控制信号而将所述第一大容量电容器耦合到负载电路，或者基于第二输出电平控制信号而将第二大容量电容器耦合到负载电路。2.权利要求1的功率供给系统，还包括：参考信号管理电路，其配置成响应于第一输出电平控制信号而生成第一参考信号，控制功率链电路以生成第一输出电压电平；并且响应于第二输出电平控制信号而生成第二参考信号，控制功率链电路以生成第二输出电压电平。3.权利要求2的功率供给系统，其中功率链电路包括比较器电路，所述比较器电路配置成分别比较第一和第二参考信号与第一和第二输出电压电平。4.权利要求3的功率供给系统，其中功率链电路还包括耦合到输入电压源的功率开关电路，并且其中功率开关电路的导通状态配置成由比较器电路的输出控制以生成第一输出电压电平或第二输出电压电平。5.权利要求3的功率供给系统，其中功率链电路还包括脉冲宽度调制（PWM）控制电路、高侧开关电路和低侧开关电路；其中PWM控制电路配置成生成PWM信号以控制高侧开关电路的导通状态和生成互补PWM信号以控制低侧开关电路的导通状态；其中PWM信号的占空比由比较器电路的输出控制以生成第一输出电压电平或第二输出电压电平。6.权利要求1的功率供给系统，其中第一大容量电容器电路包括多个电容器，并且其中电容管理电路配置成响应于第一输出电平控制信号而串联耦合所述多个电容器并且响应于第二输出电平控制信号而并联耦合所述多个电容器。7.权利要求1的功率供给系统，其中功率链电路还配置成分别至少部分地基于第一输出电平控制信号和第二输出电平控制信号而在第一输出电压电平与第二输出电压电平之间循环。8.权利要求1的功率供给系统，其中电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：NP考利，R萨拉斯瓦特，RJ戈德曼，DT伯纳德，GJ沃尔什，M兰根，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US