电源系统技术方案

本发明专利技术提供一种电源系统，通过在处理器的运算量小时，降低电源控制控制器的时钟频率，能够降低电源控制控制器的损失，延长电子设备的电池的寿命。在电源系统中，具有：处理器（１）；作为向处理器（１）供给电力的开关调节器的电源控制控制器（３１）以及ＶＲ（３５）；使处理器（１）的处理器内核的动作电压和时钟频率可变的电压指令发生器（１１）以及时钟指令发生器（１６）；以及作为开关调节器的输入直流电压源的电池（３４），其中，在处理器（１）的运算量小时，降低电源控制控制器（３１）的时钟频率。由此，能够降低电源控制控制器（３１）的损失，延长电子设备的电池（３４）的寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电源的控制技术，涉及用于个人计算机那样的电子设 备中、特别是应用于在处理器用电源的控制方法中具有特征的电源系 统而有效的技术。
技术介绍
近年来的个人计算机等电子设备中使用的处理器越来越高性能 化，与其相伴处理器的处理速度、功耗也增大，处理器的发热量、驱 动电池的功耗也增大。考虑这些情况，在以往的电子设备中，采用通过改变处理器的时钟频率、内核电压来控制处理器功耗这样的方法。图14是示出相对 本专利技术者研究的本专利技术的比较技术的处理器用电源系统的框图。对于 处理器1，仅记述了与动作电压和时钟频率相关的部分，具体而言具 备处理器内核12、运算量检测器13、计算处理器内核12的时钟频 率而输出指令值以使倍增器15生成期望的时钟频率的时钟指令发生 器16。处理器1与总线控制器2同步地动作，由倍增器15对系统时 钟22的频率进行倍增而生成处理器1的时钟频率。上述的处理器内 核12是在处理器1中组合了命令发生器、运算器等的电路模块，承 担数据处理的作用。通常，个人计算机的系统时钟22的频率使用600MHz到lGHz 左右的频带，倍增器15的输出、即处理器内核12的时钟频率成为 200MHz到3GHz左右。总线控制器2在处理器1与外部存储器23、 HDD 24等外部存储设备、图像处理器(Graphic) 25等输出设备、 BIOS 26等输入输出设备之间对数据进行中继。数据传送路径27是处 理器1与总线控制器 的数据的路径，数据传送路径28是与外部设对于向处理器内核12供给电力的电源，根据处理器内核12的运 算量，从电压指令发生器11向电源控制控制器31发送电压指令值， 经由VR (Voltage Regulator,电压调节器)35向处理器1供给期望 的电压。电源控制控制器31监视VR35的输出电压，进行控制以使 来自电压指令发生器11的目标值与电压反馈38的值一致。作为决定处理器内核12的动作电压的要因有电源3，电源管理 部32根据电源3是AC适配器33还是电池34而使处理器内核12的 动作电压可变。例如，在电源3是电池34的情况下，与AC适配器 33相比，降低处理器内核12的动作电压。其原因为，为了延长电池 的寿命，而通过牺牲处理器1的处理速度来降低功耗。另一方面，在 作为电源3连接了 AC适配器33的情况下，使处理器1的处理速度 优先，将动作电压设定为比电池34高。电力传送路径36表示从电源 3向VR35的电力的传送，电力传送路径37表示从VR35向处理器内 核12的电力的传送。接下来，使用图15说明VR35的结构。在图15中，虚线的内部 相当于VR35，作为结构要素，有输入电容Cin、电源控制控制器31、 驱动器43、高压侧(high side) MOSFET ( QHl)、低压侧(low side) MOSFET (QL1)、输出电感L、输出电容Cout。 MOSFET输入的 直流电源源Vin成为图14的AC适配器33或电池34的输出。与输 出电容Cout并联连接了处理器1。对于VR35的电路动作，与从电源 控制控制器31输出的PWM信号同步地，高压侧MOSFET (QHl) 的栅极GH被驱动，在与其相逆的相位下低压侧MOSFET ( QL1)的 栅极GL被驱动。PWM信号的频率被称为开关频率，其原因在于， 以与PWM信号相同的周期，作为开关元件的高压侧MOSFET(QHl) 与低压侧MOSFET (QL1)进行导通和截止的开关动作。PWM是 Pulse Width Modulation (脉宽调制)的简写，在开关频率为恒定的 情况下使PWM信号的脉冲宽度可变，从而控制输出电压。PWM控 制的缺点在于，在成为负载的处理器的消耗电流小时，与开关相伴而发生的损失大，电源效率降低。作为解决该缺点的方法，公知在处理器的消耗电流小时，从PWM切换为PFM ( Pulse Frequency Modulation,脉冲频率调制)的方法。PFM是在功耗小的区域中降低 开关频率的控制法，能够减小与开关相伴而发生的损失。接下来，使用图16，说明处理器的运算量与(a)内核的动作电 压、(b)内核的时钟频率的关系。在此，将横轴设为运算量，但由 于在内核的运算量大时内核的功耗也大，所以还可以将横轴设为处理 器内核的功耗。如从(a)以及(b)的曲线可知，在处理器内核的运 算量变大时，内核的动作电压和时钟频率变高。其是被称为FV控制 (Frequency-Voltage (频率-电压)控制)的方法，在处理器内核的 运算量增加时，时钟频率和动作电压增加，损失和发热量增加。在将 损失设为P、将时钟频率设为f、将晶体管的所有输出电容设为C、 将动作电压设为V时，能够将损失P表现为P = fxCV2/2，可知在时 钟频率f和动作电压V增加时损失P也增加。相反，在运算量少的情 况下，能够积极地降低处理器内核的动作电压和时钟频率来削减功耗o作为如上所述在处理器的运算量小时，提高电子设备的电力效率 的技术，有如下的两个技术。(1) 为了降低VR的开关损失，在处理器的消耗电流、即VR 的输出电流小时，降低开关频率。(2) 为了降低处理器的损失，在处理器的运算量小时，降低处 理器内核的动作电压和时钟频率。作为处理器的运算量小时的电力效率重要的理由，有移动计算机 等电池驱动的电子设备的寿命。例如，在个人用户的移动计算机中， 由于使用时间的卯％以上是处理器的运算量小的状态，所以降低运算 量小的区域的损失的作法在电池的长寿命化中是有效的。如上所述，在处理器的运算量小的区域中，处理器和VR的损失 变小的结果，电源控制控制器的损失相对变大，而成为决定电池的寿 命的主要要因之一。近年来，作为电源控制控制器的损失变大的其他理由，有电源控制的数字化。以往，电源控制的主流为模拟，但由于要求高性能的数字控制、并且能够廉价地得到数字IC，所以正式地研究着具有许多优点的数字控制。虽然在数字控制的高性能化中时钟的 高频化是有效的，但存在数字控制控制器的损失变大这样的问题。如上所述，相对本专利技术的比较技术的课题在于，由于在处理器的 运算量小的条件下，电源控制控制器的损失大，所以电子设备的电池 的寿命短。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决该课题，并提供一种电源系统，通过在处 理器的运算量小时降低电源控制控制器的时钟频率，能够降低电源控 制控制器的损失，延长电子设备的电池的寿命。及所附的附图将更加明确。在简单地说明本申请公开的专利技术中的代表性的专利技术的概要时，如 下所述。本专利技术为了达成上述目的，适用于一种电源系统，其特征在于，具有处理器；向处理器供给电力的开关调节器；使处理器的处理器 内核的动作电压和时钟频率可变的单元；以及作为开关调节器的输入 直流电压源的电池，在开关调节器中，包括电源控制控制器，根据 包括处理器内核的动作电压的指令值和检测值的至少两个以上的输 入值，生成开关的接通、断开的信号；以及电压调节器，接收上述电 源控制控制器的输出信号，将输入直流电压源变换为恒压，向处理器 供给电力，其中，在处理器的运算量的降低时，降低电源控制控制器 的时钟频率。由此，能够降低电源控制控制器的损失，延长电子设备 的电池的寿命。效果时，如下所述。根据本专利技术，具有通过在处理器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源系统，其特征在于，具有：处理器；向上述处理器供给电力的开关调节器；使上述处理器的处理器内核的动作电压和时钟频率可变的单元；以及作为上述开关调节器的输入直流电压源的电池，　在上述开关调节器中，包括：电源控制控制器，根据包括上述处 理器内核的动作电压的指令值和检测值的至少两个以上的输入值，生成开关的接通、断开的信号；以及电压调节器，接收上述电源控制控制器的输出信号，将上述输入直流电压源变换为恒压，向上述处理器供给电力，其中，　该电源系统包括：运算量检测器，检测上 述处理器内核的运算量；指令发生器，根据上述运算量的检测值，输出上述电源控制控制器的时钟频率的指令值；以及分频器，接收上述指令值，生成上述电源控制控制器的时钟频率，在由上述运算量检测器检测到运算量的降低时，控制上述分频器，降低上述电源控制控制器的时钟频率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥本贵之，白石正树，秋山登，
申请(专利权)人：株式会社瑞萨科技，
类型：发明
国别省市：JP[日本]