混合电压调节器中的反馈控制制造技术

本公开包括一种反馈系统，所述反馈系统可以控制具有串联连接的多个转换器或调节器的混合调节器拓扑结构。所述混合调节器可以包括至少两个调节器：切换式电感器调节器和切换式电容器调节器。所述反馈系统的公开实施方案可以简化用于可以包括多个转换器级的所述混合调节器的反馈设计。这些公开实施方案可以控制所述反馈以提高混合调节器的效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合电压调节器中的反馈控制相关申请的交叉引用本申请要求2013年10月7日提交的标题为“APPARATUS,SYSTEMS,ANDMETHODSFORPROVIDINGFEEDBACKCONTROLINHYBRIDVOLTAGEREGULATORS,”的美国临时专利申请号61/887,581的先优先权日的权益，所述临时申请明确地以引用方式整体并入本文。关于联邦资助研究或开发的声明本专利技术在国家科学基金会(NSF)授予的基金号1248828和1353640的政府资助下完成。政府对本专利技术具有一定的权利。
本公开涉及混合电压调节器中的反馈控制。
技术介绍
存在强烈的需求来减少电子系统的尺寸。在空间很珍贵的移动电子装置中尤其期望尺寸减小，但是在放置在大数据中心中的服务器中也期望尺寸减小，因为在固定不动产中挤进尽可能多的服务器是重要的。电子系统中的大部件中的一个是电压调节器(也称为功率调节器)。电压调节器可包括将电压从电压源(例如，电池)递送到输出负载的半导体芯片，诸如DC-DC调节器芯片。输出负载可包括电子装置中的各种集成芯片(例如，应用处理器，处理器，存储器装置(诸如动态读访问存储器(DRAM)和NAND快闪存储器)，射频(RF)芯片，WiFi组合芯片和功率放大器)。遗憾的是，电压调节器可包括许多庞大的电子部件。因为每个集成芯片可需要专用的电压调节器，期望减小电子系统中的电压调节器的尺寸。电压调节器可包括切换式电感器调节器。切换式电感器调节器使用电感器将电荷从电源转移到输出负载。切换式电感器调节器可使用功率开关来连接/断开电感器与多个电压中的一个，并且提供是多个电压的加权平均的输出电压。切换式电感器调节器可通过控制电感器耦接到多个电压中的一个的时间量来调整输出电压。遗憾的是，切换式电感器调节器常常不适合用于高度集成的电子系统。切换式电感器调节器的转换效率取决于电感器的质量和尺寸，尤其是在功率转换比高以及在输出负载消耗的电流量高的情况下。因为电感器可占据大面积并且太庞大不能集成在管芯或封装上，现存的切换式电感器调节器常常使用大量的片外电感器部件。这个策略常常需要印刷电路板上的大面积，这反过来增加了电子装置的尺寸。随着移动片上系统变得更复杂并且需要越来越多的电压域由电压调节器递送，挑战加剧。
技术实现思路
公开主题的一些实施方案包括电压调节器系统。电压调节器系统包括被配置来将输入电压转换为输出电压的混合调节器，其中所述混合调节器包括多个电压调节器，所述电压调节器至少包括切换式电感器调节器和切换式电容器调节器，并且其中所述切换式电感器调节器被配置来以不连续导电模式操作。电压调节器系统还可以包括第一反馈系统，所述第一反馈系统被配置来将输出电压与参考电压进行比较，以确定切换式电感器调节器的第一操作频率和切换式电容器调节器的第二操作频率，促使切换式电感器调节器以第一操作频率操作，并且促使切换式电容器调节器以第二操作频率操作，从而促使混合调节器提供处在参考电压的容差范围内的输出电压。在本文公开的公开实施方案中的任一个中，第一反馈系统可被配置来通过向切换式电感器调节器提供具有第一操作频率的第一周期信号来促使切换式电感器调节器以第一操作频率操作。在本文公开的公开实施方案中的任一个中，切换式电感器调节器包括具有多个调节器单元的多相切换式电感器调节器，并且其中第一反馈系统可以被配置来通过向切换式电感器调节器提供具有第一操作频率的多个周期信号来促使切换式电感器调节器以第一操作频率操作，其中所述多个周期信号彼此不同相。在本文公开的公开实施方案中的任一个中，反馈系统包括反馈控制件，所述反馈控制件可以被配置来基于参考电压和输出电压生成具有第二操作频率的第一周期信号。在本文公开的公开实施方案中的任一个中，反馈系统包括分频器，所述分频器可以被配置来接收由反馈控制件生成的第一周期信号并生成具有第一操作频率的第二周期信号，并且其中反馈系统可以被配置来将第一周期信号提供给切换式电容器调节器并且将第二周期信号提供给切换式电感器调节器。在本文公开的公开实施方案中的任一个中，电压调节器系统可以包括第二反馈系统，所述第二反馈系统可以被配置来确定切换式电容器调节器的寄生电压降与目标电压降之间的差，并且促使切换式电感器调节器基于所述差调整提供给切换式电容器调节器的电流。在本文公开的公开实施方案中的任一个中，第二反馈系统可以被配置来通过调整切换式电感器调节器的切换期、活动期和工作周期D中的一个或多个来促使切换式电感器调节器调整提供给切换式电容器调节器的电流。在本文公开的公开实施方案中的任一个中，第一操作频率可以是第二操作频率的分数。在本文公开的公开实施方案中的任一个中，电压调节器系统可以包括多个旁路开关，其中所述旁路开关中的一个可以被配置来耦接混合调节器中的第一电压调节器的输入节点和第二电压调节器的输出节点。在本文公开的公开实施方案中的任一个中，电压调节器系统可以包括控制块，所述控制块被配置来基于下列各项中的一个或多个确定旁路开关的状态：混合调节器的输入电压、混合调节器的输出电压和混合调节器中的切换式电容器调节器的转换比。公开主题的一些实施方案包括电子系统。电子系统可以包括：包括功率域的负载芯片，其中所述功率域包括第一输入电压端子和第一接地端子；和根据本文公开的公开实施方案中的任一个的电压调节器系统，其中所述电压调节器系统可以被配置来将电压调节器系统的输出电压提供给负载芯片的第一输入电压端子。公开主题的一些实施方案包括一种基于输入电压提供输出电压的方法。所述方法包括：提供被配置来将输入电压转换为输出电压的混合调节器，其中所述混合调节器包括多个电压调节器，所述电压调节器至少包括切换式电感器调节器和切换式电容器调节器，并且其中所述切换式电感器调节器可以被配置来以不连续导电模式操作；在第一反馈系统处将输出电压与参考电压进行比较，以确定切换式电感器调节器的第一操作频率和切换式电容器调节器的第二操作频率；由第一反馈系统促使切换式电感器调节器以第一操作频率操作，以及由第一反馈系统促使切换式电容器调节器以第二操作频率操作，从而促使混合调节器提供可以处在参考电压的容差范围内的输出电压。在本文公开的公开实施方案中的任一个中，促使切换式电感器调节器以第一操作频率操作包括向切换式电感器调节器提供具有第一操作频率的第一周期信号。在本文公开的公开实施方案中的任一个中，切换式电感器调节器包括具有多个调节器单元的多相切换式电感器调节器，并且其中促使切换式电感器调节器以第一操作频率操作包括向切换式电感器调节器提供具有第一操作频率的多个周期信号，其中所述多个周期信号彼此不同相。在本文公开的公开实施方案中的任一个中，所述方法还包括：在反馈系统中的反馈控制件处，基于参考电压和输出电压生成具有第二操作频率的第一周期信号。在本文公开的公开实施方案中的任一个中，所述方法还包括：在反馈系统中的分频器处接收由反馈控制件生成的第一周期信号，由所述分频器生成具有第一操作频率的第二周期信号，以及将第一周期信号提供给切换式电容器调节器并且将第二周期信号提供给切换式电感器调节器。在本文公开的公开实施方案中的任一个中，所述方法还包括：确定切换式电容器调节器的寄生电压降与目标电压降之间的差，以及促使切换式电感器调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压调节器系统，其包括：混合调节器，其被配置来将输入电压转换为输出电压，其中所述混合调节器包括多个电压调节器，所述电压调节器至少包括切换式电感器调节器和切换式电容器调节器，其中所述切换式电感器调节器被配置来以不连续导电模式操作以每个切换期提供第一预定电荷量，并且其中，所述切换式电容器调节器被配置来每个切换期提供第二预定电荷量，并且所述第一预定电荷量与所述第二预定电荷量相同；以及第一反馈系统，其被配置来：将所述输出电压与参考电压进行比较，以确定用于所述切换式电感器调节器的第一操作频率和用于所述切换式电容器调节器的第二操作频率，在预定时间周期由切换式电感器调节器在第一操作频率提供的电荷量与在预定时间周期由切换式电容器调节器在第二操作频率提供的电荷量平衡，其中，所述第一反馈系统被配置来确定所述第一操作频率与所述第二操作频率相同；促使所述切换式电感器调节器以所述第一操作频率操作，并且促使所述切换式电容器调节器以所述第二操作频率操作，从而促使所述混合调节器提供处在所述参考电压的容差范围内的所述输出电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.07 US 61/887,5811.一种电压调节器系统，其包括：混合调节器，其被配置来将输入电压转换为输出电压，其中所述混合调节器包括多个电压调节器，所述电压调节器至少包括切换式电感器调节器和切换式电容器调节器，其中所述切换式电感器调节器被配置来以不连续导电模式操作以每个切换期提供第一预定电荷量，并且其中，所述切换式电容器调节器被配置来每个切换期提供第二预定电荷量，并且所述第一预定电荷量与所述第二预定电荷量相同；以及第一反馈系统，其被配置来：将所述输出电压与参考电压进行比较，以确定用于所述切换式电感器调节器的第一操作频率和用于所述切换式电容器调节器的第二操作频率，在预定时间周期由切换式电感器调节器在第一操作频率提供的电荷量与在预定时间周期由切换式电容器调节器在第二操作频率提供的电荷量平衡，其中，所述第一反馈系统被配置来确定所述第一操作频率与所述第二操作频率相同；促使所述切换式电感器调节器以所述第一操作频率操作，并且促使所述切换式电容器调节器以所述第二操作频率操作，从而促使所述混合调节器提供处在所述参考电压的容差范围内的所述输出电压。2.如权利要求1所述的电压调节器系统，其中所述第一反馈系统被配置来通过向所述切换式电感器调节器提供具有所述第一操作频率的第一周期信号来促使所述切换式电感器调节器以所述第一操作频率操作。3.如权利要求1所述的电压调节器系统，其中所述切换式电感器调节器包括具有多个调节器单元的多相切换式电感器调节器，并且其中所述第一反馈系统被配置来通过向所述切换式电感器调节器提供具有所述第一操作频率的多个周期信号来促使所述切换式电感器调节器以所述第一操作频率操作，其中所述多个周期信号彼此不同相。4.如权利要求1所述的电压调节器系统，其中所述第一反馈系统包括反馈控制件，所述反馈控制件被配置来基于所述参考电压和所述输出电压生成具有所述第二操作频率的第一周期信号。5.如权利要求4所述的电压调节器系统，其中所述第一反馈系统包括分频器，所述分频器被配置来接收由所述反馈控制件生成的所述第一周期信号并生成具有所述第一操作频率的第二周期信号，并且其中所述第一反馈系统被配置来将所述第一周期信号提供给所述切换式电容器调节器并且将所述第二周期信号提供给所述切换式电感器调节器。6.如权利要求1所述的电压调节器系统，其还包括第二反馈系统，所述第二反馈系统被配置来确定所述切换式电容器调节器的寄生电压降与目标电压降之间的差，并且促使所述切换式电感器调节器基于所述差调整提供给所述切换式电容器调节器的电流。7.如权利要求6所述的电压调节器系统，其中所述第二反馈系统被配置来通过调整所述切换式电感器调节器的切换期、活动期和工作周期D中的一个或多个来促使所述切换式电感器调节器调整提供给所述切换式电容器调节器的所述电流。8.如权利要求1所述的电压调节器系统，其还包括多个旁路开关，其中所述多个旁路开关中的一个被配置来耦接所述混合调节器中的第一电压调节器的输入节点和第二电压调节器的输出节点。9.如权利要求8所述的电压调节器系统，其还包括控制块，所述控制块被配置来基于下列各项中的一个或多个确定所述多个旁路开关的状态：所述混合调节器的所述输入电压、所述混合调节器的所述输出电压和所述混合调节器中的所述切换式电容器调节器的转换比。10.如权利要求1所述的电压调节器系统，其中，所述第一预定...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉·福·勒，约翰·克罗斯利，阿尔贝托·普杰利，金元英，
申请(专利权)人：莱恩半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US