在宽负载值范围上提供高效率的电路和方法技术

公开了一种用于在具有同步降压转换器的反馈环路中提供高效操作的装备和方法。该同步降压转换器包括多个可个体地选择的相，其中每个相具有多个可个体地选择且并联的开关支路。该电路存储将多个不同的负载值与相应的配置设置相关联的信息，这些配置设置各自限定相的数目和开关支路的数目。当负载改变时，该电路测量负载并且选择恰适的配置设置。该电路应用所选择的配置设置以操作降压转换器中的数个相和数个并联的开关支路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在宽负载值范围上提供高效率的电路和方法F·马默帝、J·T·多伊尔、C·张、Z·傅相关申请的交叉引用本申请要求于2014年10月23日提交的美国临时专利申请号62/067,897的优先权和权益，其通过援引全部纳入于此。
本申请涉及电压转换器，尤其涉及同步降压转换器的反馈控制。
技术介绍
一些常规电压转换器系统包括并联布置以向负载提供电流的多个降压转换器。一般而言，随着负载汲取较多的电流，电压转换器可激活较多的降压转换器，并且随着负载汲取较少的电流，电压转换器可激活较少的电压转换器。在一些示例中，并联的降压转换器电路可被称为相(phase)，且电压转换器被称为多相降压转换器。此类系统的能量效率可被定义为例如输入电流除以输出电流，其中值1将为100％效率。各种常规电压转换器在不同的负载电流下呈现不同的效率。此外，虽然一些常规系统可激活较多的降压转换器以处置较多的电流，但是对于给定量的功耗而言简单地激活较多的降压转换器可能不会提高效率，并且实际上在一些场景中可能降低效率。相应地，存在在宽负载值范围上提高多相降压转换器的效率的需要。附图简述图1是解说用于提供恒定的或几乎恒定的输出电压的示例反馈环路的架构图。图2是实现图1的实施例的反馈环路的另一种方式的示例解说。图3是包括右侧的图例的图表的示例解说，该图例解释了示例实施例的五个不同的离散相/支路配置设置。图4是选择和应用相/支路配置设置的示例方法的流程图的解说。详细描述本文中所公开的是一种使用脉宽调制(PWM)来在宽负载范围上提供高水平的效率的电路和方法的实施例。反馈环路包括具有多个相的同步降压转换器，并且每一相具有多个开关支路。对于给定的负载值而言，支路和相的哪些组合提供较高水平的效率是预先已知的。当反馈环路操作时且当负载值改变时，电流传感器将电流的值(负载的代理)反馈至控制器，该控制器选择适于该特定负载值的开关支路和相的数目。图1是解说用于提供恒定的或几乎恒定的V输出的示例反馈环路的架构图。PWM控制器102接收参考电压(Vref)以及提供V输出的值的反馈信号，并响应于Vref与V输出之差而输出PWM信号。PWM控制器102通过调节PWM信号的占空比来调制该PWM信号。通常，PWM信号的较大占空比增大同步降压转换器110的输出处的电压，并且PWM信号的较小占空比减小同步降压转换器110的输出处的电压。以此方式，PWM控制器102持续地调节PWM信号的占空比以保持V输出几乎恒定。相位生成器104从PWM控制器102接收PWM信号并且通过调节其相位或产生具有不同相位的多个不同信号来处理PWM信号。例如，相位生成器104可为耦合的反相器产生不同的信号，或者可为多相降压转换器产生不同的信号。如参照图2更详细地讨论的，电路102和104可以作为集中式控制器的一部分来提供，且电路106、108、和110解说了多相降压转换器的单个相并且是与集中式控制器分开的模块的一部分。图1仅解说了单个相，但是应理解，在一些实施例中，存在多个相以及多个模块(每个模块属于特定的相)，且集中式控制器根据本文中进一步描述的逻辑来打开和关闭这些模块。进一步，在一些实施例中，集中式控制器和众多的模块可以全部在相同的半导体管芯上。失效时间生成器106接收PWM信号且输出用于多相降压转换器的每个相的两个控制信号。同步降压转换器110的每个相包括两组开关支路111，并且这两组开关支路中的每一组开关支路对应于由失效时间生成器106产生的相应的控制信号。第一控制信号与第二控制信号之间的相位差影响开关支路组111的操作定时，由此限定了同步降压转换器110中的失效时间以避免或减少击穿和体二极管损耗。这两个控制信号是从失效时间生成器106输出的并且由开关驱动器108接收。开关驱动器108包括缓冲器驱动器，这些缓冲器驱动器增加每个控制信号的功率以便提供足以打开或关闭降压转换器110内的开关111的功率。降压转换器110接收V输入，该V输入在一些实施例中是来自半导体管芯上的电源轨的功率信号。在其他实施例中，V输入可包括来自电池或其他电压源的功率。开关支路111根据来自开关驱动器108的控制信号来断开和闭合。开关支路111、电感器112、以及电容器113的操作在V输出处提供稳定的输出电压。同步降压转换器110可包括现在已知或以后开发的任何同步降压转换器，并且在一些实施例中可以包括根据所接收到的控制信号的占空比来降低来自V输入的电压的常规同步降压转换器110。如果V输出下降或升高，则由PWM控制器102看见电压改变，该PWM控制器102调节PWM信号的占空比以将V输出处的电压返回至期望电平。类似地，图1的系统100内的I2R功率损耗影响反馈环路的操作。具体而言，系统组件中的I2R损耗致使PWM控制器102将PWM信号的占空比增大到足以计及那些损耗。图2是解说图1的实施例的反馈环路的另一种方式。在图2中，V输入被示为VDD。在片上系统(SOC)实施例中，负载(未示出)可包括例如处理核、调制解调器等等。然而，各实施例的范围不限于SOC。图2解说了可个体地选择的多个降压转换器相115a-N。为了便于解说，以下讨论专注于降压转换器相115a，但是应理解，每个可个体地选择的降压转换器相115在结构上基本上类似且具有基本上相同的被选择或被取消选择的能力。降压转换器相115a包括两组开关支路111ax和111ay，其分别从图1的失效时间生成器106接收第一和第二控制信号。每组开关支路111被示出其中具有三个晶体管，但是应理解，诸实施例的范围包括具有任何恰适数目的晶体管的开关支路组。开关支路组111ax包括PMOS晶体管，且开关支路组111ay包括NMOS晶体管。每个NMOS晶体管对应于一个相应的PMOS晶体管，且对于可被选择的每个支路，该支路包括对应的NMOS和PMOS晶体管一起。由此，这些支路是各自并联的且每个支路包括一个PMOS和一个NMOS晶体管。由于这些支路是并联的，因而更多的支路允许更多的电流经过降压转换器。一般而言，随着消耗更多的电流，更多支路可被打开，且随着消耗较少的电流，支路可被关闭。降压转换器相115a还包括电流传感器119a。电流传感器119在它们相应的相下测量电流并且向电流处理器116传递指示电流的信息。占空比测量118测量被馈送至支路中的晶体管的PWM信号的占空比，以及向电流处理器116传递回指示占空比的值的信息。每个降压转换器相115是可个体地选择的，并且每个降压转换器相115处置一定量的电流。一般而言，随着负载汲取更多的电流，系统可添加更多的相，且随着负载的电流消耗下降，系统可减少它使用的相的数目。在这一示例中，时钟生成器104通过打开至相应相的时钟来选择该相。类似地，时钟生成器104通过关闭至相应相的时钟来取消选择该相。时钟生成器104在电流处理器116的控制下起作用以选择或取消选择各相。电流处理器116自己打开和关闭个体相内的开关支路。由此，在这一示例中，降压相115它们自己是可个体地选择的，如同每个个体相115内的开关支路是可个体地选择的。图1和2的系统是PWM系统，且PWM可跨一定范围的负载值呈现变化的效率。图3使用跨一定范围的负载值的不同相/支路配置设置来解说图2的系统内的效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压调节器，包括：并联布置并且配置成从供电电压提供输出电压以及向负载提供所述输出电压的多个降压转换器相；所述降压转换器相中的每个降压转换器相包括配置成从所述电压调节器的控制系统接收脉宽调制信号的多个并联开关支路，每个开关支路包括布置在所述供电电压与低电压之间的至少一对开关；配置成测量所述负载处的功率使用的测量电路系统；以及与所述测量电路处于通信且配置成从所述测量电路接收对所述负载处的功率使用的指示的逻辑电路，所述逻辑电路进一步配置成响应于对所述负载处的功率使用的所述指示来选择限定相和开关支路的数目的设置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.23 US 62/067,897;2015.09.23 US 14/863,2691.一种电压调节器，包括：并联布置并且配置成从供电电压提供输出电压以及向负载提供所述输出电压的多个降压转换器相；所述降压转换器相中的每个降压转换器相包括配置成从所述电压调节器的控制系统接收脉宽调制信号的多个并联开关支路，每个开关支路包括布置在所述供电电压与低电压之间的至少一对开关；配置成测量所述负载处的功率使用的测量电路系统；以及与所述测量电路处于通信且配置成从所述测量电路接收对所述负载处的功率使用的指示的逻辑电路，所述逻辑电路进一步配置成响应于对所述负载处的功率使用的所述指示来选择限定相和开关支路的数目的设置。2.如权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，所述测量电路系统包括多个电流测量电路，所述电流测量电路中的每一个电流测量电路与所述降压转换器相中的个体的一个降压转换器相相关联。3.如权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，所述负载包括处理器核。4.如权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，所述负载包括片上系统(SOC)中的核。5.如权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，进一步包括：脉宽调制(PWM)控制器，其配置成经由反馈环路来接收所述输出电压以及根据所述输出电压和参考电压来调节所述脉宽调制信号。6.如权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，所述降压转换器相中的每个降压转换器相进一步包括与相应的多个并联开关支路处于通信的电感器。7.如权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，所述逻辑电路被配置成通过将时钟信号施加于所述降压转换器相中给定的一个降压转换器相来激活所述降压转换器相中所述给定的一个降压转换器相。8.一种方法，包括：测量在电压调节器的负载处消耗的功率，其中所述电压调节器包括多个可独立地选择的降压转换器相，并且所述降压转换器相中的每个降压转换器相包括多个可独立地选择的开关支路；响应于测量被消耗的所述功率而从多个设置中选择第一设置，所述设置中的每一个设置限定活跃的降压转换器相的数目以及活跃的开关支路的数目；以及通过根据所述第一设置来激活所述降压转换器相中的一个或多个降压转换器相以及激活所述开关支路中的一个或多个开关支路来应用所述第一设置。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，激活所述降压转换器相中的一个或多个降压转换器相包括：将时钟信号施加于所述降压转换器相中的所述一个或多个降压转换器相。10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：在数据结构中存储所述多个设置，其中所述设置中的每个设置与相应的负载电流量相关联；其中从所述多个设置中选择所述第一设置包括：基于通过测量所述负载处消耗的所述功率来指示的电流量来进行选择。11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：在数据结构中存储所述多个设置，其中所述数据设置中的每个数据设置与相应的负载电流量相关联；其中从所述多个设置中选择所述第一设置包括：基于通过测量所述负载处消耗的所述功率来指示的电流量以及所述电流量下期望的效率水平来进行选择。12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，测量所述负载处消耗的功率包括：测量由所述负载消耗的电流。13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，测量所述负载处消耗的功率包括：在所述降压转换器相中的每个降压转换器相处测量提供给所述负载...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·马默帝，J·T·多伊尔，C·张，Z·傅，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US