用于减小电源瞬变电压的调节器制造技术

一种用于减小电源输出端的瞬变电压的调节器包括连接在地和电源输出端之间的开关和用于控制开关打开／闭合的比较器。该比较器包括用于感测电源的输出电压的输入端和用于接收参考电压的输入端。例如，当输出电压超过参考电压阈值时，比较器运行以闭合开关，以将电源中多余的能量旁路接地，从而减小输出电压。例如，当输出电压返回到参考电压的阈值以内时，比较器运行以打开开关，以允许电源恢复正常运行。该电源可以为易受在处理器的功率需求量变化时产生的电压瞬变影响的微处理器供电。该调节器补偿这些瞬变值，并维持电源的输出电压在所希望的规格内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于电源的调节器，尤其涉及一种用于补偿电源输出端的电压瞬变的调节器。
技术介绍
目前可用的如移动处理器的多种高级微处理器都支持如具有节约功耗作用的功率处理的功能。特别是，这些微处理器能够在几种不同的工作频率之间进行动态转换。例如，微处理器工作在高频模式以处理所需要的指令和命令，然后，当微处理器上的命令减少或一起停止时，该微处理器转换到低频模式(即空闲模式或睡眠模式)。值得注意的是，当这些微处理器在各种频率模式之间转换时，由于低频模式的需求很少，所以微处理器核心(core)的工作电压和电流的需求量发生改变。因此，在性能需要改变时通过转换到低频模式，这些微处理器能够减少它们的功率需求，从而减少功耗，节约功率。值得注意的是，例如为了减少功耗，以每秒钟运转实现的成千上万的空闲模式来运行这些改进的微处理器是不罕见的。如上所述的高级微处理器相对于给微处理器核心供电的电源表现为一种复杂的负载。特别是，当微处理器在各种频率模式之间转换时，在核心的电压和电流需要改变时会使功率需求产生很大的差别。此外，微处理器的核心需要精确调节的电压。例如，典型地，电源必须维持其输出电压在例如+50毫伏容限区间(tolerance band)内，该+50毫伏是微处理器用于当前的频率模式所希望的工作电压(下文中，该所希望的工作电压也将被称作“电压设定值(voltageset-point)”)。从而，当微处理器改变其频率模式时，电源必须改变其输出功率，同时还要持续维持精确的输出电压在微处理器的电压容限区间内。参考图1，其示出了一种连接到电源110的示例性高级微处理器102，该电源110包括连接到微处理器用于给微处理器核心供电的电源输出端112。例示的，电源可以包括电压调节器114，该电压调节器114能够产生大功率并在输出端112提供如微处理器102所需的精确调节的输出电压(VCORE)。例如，该电压调节器可以是降压调节器，包括控制器116，该控制器116具有一个或多个内部驱动器(尽管这些驱动器也可以在外部)，用于根据利用的是多相结构还是单相结构来驱动一个或多个输出级117(为了简明起见，图1中只示出了单相结构)。当微处理器工作时，电压调节器114提供电流和精确调节的电压给处理器，其中大部分产生的能量都存储在由电感器122表示的输出电感器中。典型地，电感器的输出被转移(transfer)到由电容器124表示的输出电容器，选择在为微处理器的核心产生高精确度输出电压VCORE时具有低ESR(等效串联电阻)的电容器作为这些输出电容器。如图1中也示出，典型地，高级微处理器提供多个电压指示(VID)输出引脚104(例如6个VID引脚)。微处理器利用这些引脚产生VID信号，该VID信号是数字信号，表示当微处理器在各种频率模式之间转换时，微处理器的核心在电源输出端112所需要的希望的电压设定值。被设计为与改进的微处理器一起工作的如控制器116的控制器还具有对应的VID输入引脚118。工作中，微处理器102的VID输出引脚104连接到控制器116的VID输入引脚118，从而在微处理器改变频率模式时，允许微处理器用信号通知控制器所希望的电压设定值。例如，VID输入引脚118可连接到数模转换器120，该数模转换器120将用数字表示的电压设定值转换为模拟的参考电压。这样，控制器控制/驱动输出级117以维持电源输出端112的微处理器所需要的电压。如上所述，为了节约功耗，高级微处理器在不同的频率模式之间进行动态转换。更具体地，当微处理器102从高频模式转换到低频模式时，处理器在VID引脚104产生VD信号，以用信号通知控制器116新的/减小的电压设定值，从而使控制器116驱动输出级117以减小输出端112的功率级。同样地，当微处理器从低频模式转换回高频模式时，处理器用信号通知控制器116以便在输出端112提供提高了的功率级。重要的是，微处理器102改变其对电源110的功率级需求的结果是，电源要受在输出端112产生的电压瞬变的影响。例如，当微处理器102从高频模式转换到低频模式，并用信号通知控制器116减小的电压设定值时，控制器控制输出级117产生较低的功率。当出现这种情况时，在输出级调整时提供给电感器122较少的电流，导致这些电感器消耗它们存储的能量。这种存储能量的消耗在电流中产生阶跃卸载瞬变(step unload transient)。当电感器放电时，它们存储的能量被转移到电容器124，其导致电源的输出电压瞬间升高，从而产生电压瞬变。例如，该电压瞬变的大小取决于电容器124以及取决于微处理器102用信号通知的电压设定值的变化量。需要特别关注的是，微处理器102从高频模式转换到低频模式如空闲模式，并且要求电压设定值发生很大变化的时候。此时，可产生很大的阶跃电流瞬变。值得注意的是，如果电源110不能补偿该很大的电流瞬变，则在电源输出端112的输出电压中较大的升高可导致电感器122将能量转移到电容器124。当输出电压升高时，可以产生超过微处理器的电压容限从而导致过冲。特别地，如上面所规定的，微处理器102需要电源110将输出端112的输出电压维持在非常窄的电压设定值的范围内，如+50mV内。此外，微处理器对于规定的持续时间如25μs能够容许最大达到+50mV的过冲。如果电压调节器不能补偿该阶跃电流瞬变，则电源的输出电压可超过微处理器的规格，导致出现长期稳定性问题或对微处理器的永久性破坏。例如，电源输出端上超过微处理器规定范围的高电压可以破坏半导体层，如氧化物层，导致半导体器件的可靠性出现问题。或者，电源输出端上在规定范围以外的高电压可永久地破坏处理器，并导致产生严重故障。从而，在由阶跃卸载运行(step unload operation)导致的瞬变状态期间，必须保护微处理器在精确容限内而不受过电压和欠电压的影响。值得注意的是，上述的过冲问题还发生在微处理器中，如台式电脑和服务器处理机，其维持恒定频率模式和工作电压/电压设定值(注意，这些微处理器可以连续提供规定处理器所希望的/恒定电压设定值的VID输出引脚给电压调节器)。特别是，这些微处理器工作在恒定工作频率和工作电压条件下，但连续在高计算工作负荷和空闲状态之间变化(move)。当这些微处理器变化到空闲状态时，处理器的电流负载减小，导致产生如上所述的相同的电流和电压瞬变。而且，在由阶跃卸载运行导致产生的瞬变状态期间，必须保护这些微处理器在精确容限内而不受过冲条件的影响。使电源110避免在电源输出端112上产生多余电压的一种办法是提供额外的部件，如电容器。这些额外电容器的作用是用来吸收电感器中出现的多余可用能量，抑制在阶跃卸载运行期间出现的瞬变，同时还维持精确的电源输出电压。但是，为了维持精确的电源输出电压，这些额外的电容器需要具有较低的ESR，由此它们的价格很高。该额外的费用相对于整个系统而言表现为很大的成本。高级微处理器如微处理器102还可以通过从当前的工作频率到所希望的工作频率以步进方式(step-wise)改变其频率而避免在电源输出端上出现过电压。换句话说，如上所述，高级微处理器经常提供多个工作频率，每个频率都具有不同的工作电压。用于这些工作频率中的每一个工作电压可以用例如12.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于减小电源输出端上的瞬变电压的调节器，其包括：连接在电源输出端和地之间的开关；以及损耗门电路，该损耗门电路包括连接到电源输出端用于感测输出电压的第一输入端、用于接收参考电压的第二输入端和连接到该开关的输出端，其中，当输出电压超过参考电压时，损耗门电路工作以闭合该开关，并将电源输出端连接到地，从而将电源中的能量旁路接地。

【技术特征摘要】
US 2004-8-17 60/602,246;US 2005-8-17 11/205,7121.一种用于减小电源输出端上的瞬变电压的调节器，其包括连接在电源输出端和地之间的开关；以及损耗门电路，该损耗门电路包括连接到电源输出端用于感测输出电压的第一输入端、用于接收参考电压的第二输入端和连接到该开关的输出端，其中，当输出电压超过参考电压时，损耗门电路工作以闭合该开关，并将电源输出端连接到地，从而将电源中的能量旁路接地。2.如权利要求1的调节器，其中，在输出电压朝参考电压移回时，损耗门电路工作以打开该开关。3.如权利要求2的调节器，其中，在输出电压超过参考电压阈值时，损耗门电路工作以闭合该开关，并且其中，该损耗门电路进一步相对于该阈值进行滞后操作。4.如权利要求3的调节器，其中，电源输出端对微处理器供电，并且其中，该阈值取决于微处理器的电压容限区间。5.如权利要求1的调节器，其中，损耗门电路包括电压比较器，该电压比较器比较输出电压与参考电压，以产生控制该开关的输出。6.如权利要求5的调节器，其中，电压比较器的输出进行滞后转换。7.如权利要求5的调节器，其中，损耗门电路进一步包括在电压比较器的输出端和开关之间的门极驱动器。8.如权利要求7的调节器，其中，该开关是晶体管或MOSFET，具有连接到门极...

【专利技术属性】
技术研发人员：E卢热，
申请(专利权)人：国际整流器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]