具有功率級睡眠模式的電壓調節(jié)器的制造方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及電源調節(jié)器，尤其是電壓調節(jié)器功率管理。
【背景技術】
[0002]電壓調節(jié)器由于其高效和消耗的小量面積/空間被廣泛地在各種各樣應用(比如，用于通訊的計算(服務器和手機)和負載點系統(tǒng)(Point-of-Load System, POL))的現(xiàn)代電子系統(tǒng)中被使用。被廣為接受的電壓調節(jié)器拓撲包括降壓拓撲、升壓拓撲、降壓-升壓拓撲、正向拓撲、反激式(flyback)拓撲、半橋拓撲、全橋拓撲和SEPIC拓撲。多相降壓轉換器特別適合提供高性能集成電路(比如，微處理器、圖形處理器和網絡處理器)所需的低電壓下的高電流。降壓轉換器被實施為具有有源部件和無源部件，該有源部件比如是脈沖寬度調制(PffM)控制器IC(集成電路)、驅動電路、包括功率MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管)的一個或多個相，無源部件比如是電感器、變壓器或耦合電感器、電容器和電阻器。多相(功率級)能夠通過相應的電感器被并聯(lián)的連接至負載，以滿足高的輸出電流需求。
[0003]理想地，電壓調節(jié)器具有在所有負載狀態(tài)下(包括輕負載)的高效率和在該調節(jié)器斷開時的低功率損耗。大功率電壓調節(jié)器通常采用分開的控制器和功率級。例如，大功率電源DC-DC電壓調節(jié)器通常具有單相(功率級)或多相(例如，在多相降壓轉換器的情況下)。電壓調節(jié)器的功率級可以是分立的(分開的驅動器和電源開關封裝)或集成的(一個封裝包括驅動器和電源開關)。集成功率級包括先進的電路，比如內部供應線、自舉(bootstrap)供應器、集成電流檢測、集成溫度檢測等。輕負載狀態(tài)導致該功率級具有很少或沒有活動的時期。多相轉換器通常有能力使相位降低，其中一個或多個相位不主動地轉換和不支持任何另外的電流。此外，對于極輕負載電流，相位可以以脈沖頻率模式運行，其中大量時間在開關周期之間流逝，在該開關周期中功率級未轉換。因此，DC-DC電壓調節(jié)器具有多相運行模式，其中亟需使一個或多個功率級處于睡眠模式，以減少功率損耗。與退出睡眠模式相關聯(lián)的延遲對于功率級是重要的性能參數(shù)，在特定情況下退出延遲是可接受的，但在其他情況下功率級必須立即響應于其輸入上的變化。
[0004]—些常規(guī)DC-DC電壓調節(jié)器放棄了與執(zhí)行功率級睡眠模式相關聯(lián)的復雜性，并因此不提供該特征。對于這些調節(jié)器，一些可被停用的內部電路在該功率級中保持接通，不必要地增加了該電壓調節(jié)器的功率消耗。其他的常規(guī)DC-DC電壓調節(jié)器提供專用引腳，用于表明何時該功率級應該進入睡眠模式。該方法要求該電壓調節(jié)器的控制器和每個功率級(相)具有額外的引腳/信號用于實現(xiàn)該特征，增加了系統(tǒng)大小和成本。并且，電壓調節(jié)器在睡眠模式中通常被停用，這需要高延遲，用于功率級在退出睡眠模式時恢復正常電壓調節(jié)。另外，常規(guī)睡眠模式實施并未優(yōu)化運行中與功率級功率消耗有關的脈沖頻率和相位下降模式。

【發(fā)明內容】

[0005]根據(jù)一種電壓調節(jié)器的功率級的實施例，該功率級包括第一開關、第二開關、驅動電路和功率管理單元，該第一開關可操作為在該功率級的第一開關狀態(tài)中將負載連接至電源電壓，該第二開關可操作為在該功率級的第二開關狀態(tài)中將該負載連接至接地。該驅動電路可操作為設置該功率級在第一開關狀態(tài)、該第二開關狀態(tài)或非開關狀態(tài)中，在該非開關狀態(tài)中兩個開關均響應于該功率級所接收的開關控制信號而斷開。如果該功率級在該非開關狀態(tài)中持續(xù)預定義時間段，該功率管理單元可操作為將該功率級從標稱功率(nominalpower)模式移至第一低功率模式。
[0006]根據(jù)一種電壓調節(jié)器的實施例，該電壓調節(jié)器包括功率級和控制器。該功率級可操作地在第一開關狀態(tài)中將負載連接至電源電壓，在第二開關狀態(tài)中將該負載連接至接地，響應于開關控制信號進入該第一開關狀態(tài)、該第二開關狀態(tài)或非開關狀態(tài)，在處于該非開關狀態(tài)持續(xù)預定義時間段之后從標稱功率模式移至第一低功率模式，以及響應于指示該功率級進入第二低功率模式的控制信號從該第一低功率模式移至該第二低功率模式。該控制器可操作為設置該開關控制信號為指示該非開關狀態(tài)足夠長，以使該功率級從該標稱功率模式移至該第一低功率模式，以及在等待足夠時間以確保該功率級處于該第一低功率模式之后，發(fā)送該控制信號，指示該功率級進入該第二低功率模式。
[0007]根據(jù)一種用于電壓調節(jié)器的控制器的實施例，該控制器包括接口和控制邏輯，該接口可操作為與該電壓調節(jié)器的功率級通訊，該控制邏輯可操作為發(fā)信通知該功率級進入非開關狀態(tài)和從標稱功率模式移至第一低功率模式。在等待足夠時間以確保該功率級處于該第一低功率模式之后，該控制器還可操作為發(fā)信通知該功率級進入第二低功率模式，該在第二低功率模式中該功率級被設計為相較于從該第一低功率模式退出，從該第二低功率模式中退出時消耗較少功率并且具有更多延遲。
[0008]通過閱讀下面的【具體實施方式】和參看附圖，本領域的技術人員將能識別其他的特征和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0009]附圖中的元件相對彼此不一定是按比例的。類似的附圖標記指示對應的類似部分。各種所示實施例的特征能夠結合，除非其彼此排斥。實施例在附圖中被示出，并且在接下來的【具體實施方式】中被詳細說明。
[0010]圖1示出了一種具有不同的功率級睡眠模式的電壓調節(jié)器的實施例的方框圖；
[0011]圖2示出了一種通過電壓調節(jié)器的控制器管理該電壓調節(jié)器功率級的不同電源模式的實施例的流程圖；
[0012]圖3示出了一種通過電壓調節(jié)器的控制器使該電壓調節(jié)器功率級從低功率模式移至更低功率模式的實施例的流程圖；
[0013]圖4示出了一種由電壓調節(jié)器的控制器所生成的PffM控制信號，用于使該電壓調節(jié)器的功率級從低功率模式移至更低功率模式；
[0014]圖5示出了一種具有不同睡眠模式的電壓調節(jié)器功率級的實施例的方框圖。
【具體實施方式】
[0015]本文中所描述的實施例提供了包括控制器和一個或多個功率級(相)的電壓調節(jié)器，該功率級具有睡眠(低功率)模式和深度睡眠(更低功率)模式。該控制器發(fā)信通知進入/退出該睡眠模式和深度睡眠模式。該睡眠模式不具有退出延遲，并且因此每個功率級能夠近乎即刻對其開關控制信號輸入上的變化作出響應。該深度睡眠模式具有退出延遲，但是比睡眠模式消耗更少功率，并且在該對應的功率級重新開始開關之前，該控制器一直等待直至該功率級電路準備好。具有此電壓調節(jié)器設計，功率消耗能夠在電壓調節(jié)器被停用和處于脈沖頻率和相位下降模式中時(即，在此時或在此期間)被減少，因為內部的功率級電路能被關斷。該響應于調節(jié)器的運行模式上的變化的功率級不受影響，因為在睡眠模式中不存在退出延遲，或者在深度睡眠模式中的退出延遲已經被該調節(jié)器系統(tǒng)考慮在內。
[0016]圖1示出了電壓調節(jié)器100的實施例，電壓調節(jié)器100包括多個功率級102和控制器104，控制器104(比如，微控制器、微處理器、ASIC(專用集成電路)等)用于控制功率級102的運行。僅為示例性目的在圖1中三個功率級102被示出，然而電壓調節(jié)器100可包括任何數(shù)量的功率級102，包括單個功率級102 (即，單相調節(jié)器)或不止一個功率級102 (即，多相調節(jié)器)。
[0017]功率級102向負載106提供已調節(jié)的電壓。每個功率級102可操作為穿過一個或多個電感器(L)向負載106遞送相電流，負載106通過該電感器和一個或多個輸出端電容器(Cout)被連接至電壓調節(jié)器100，該一個或多個輸出端電容器與該調節(jié)器輸出端并聯(lián)。負載106可以是高性能集成電路(比如，微處理器、圖形處理器、網絡處理器等)或需要電壓調