[發明專利]具有提高的輕負載效率的開關調節器

有效

• 申請號: 201210332305.3
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN102904424A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: A·巴巴扎德;G·貝爾納基亞;K·A·奧斯特倫;B·唐
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 謝攀;李浩

技術領域

本申請涉及一種開關調節器，尤其是在輕負載狀態下高效的開關調節器。

背景技術

諸如CPU(中央處理單元)、DSP(數字信號處理器)、和微處理器之類的處理器，以及其它電子設備需要準確的電壓供給，其在受到快速瞬變時能夠供應大量電流，并且能夠保持嚴格的電壓調節。多相、高頻降壓轉換器能夠為這樣的電子設備供應高電流、高準確度的功率。功率供應效率，即輸送到負載的輸出功率與由輸入電壓所供應的輸入功率的比值，對于電源組件的能量效率和溫度管理這二者而言都是關鍵的性能參數。通常，系統既關注最大負載處的效率，也關注通常發生在最大負載的約20-50％處的最大效率。

在輕負載狀態下，負載進入低活動狀態，并且電流降低到小于最大負載時的約5％。這種輕負載下的效率顯著低于最大效率，并且隨著負載電流的進一步減小而繼續降低。輕負載狀態下的效率逐漸成為更大的關注點，因為傳統系統不是針對輕負載狀態進行優化的，并且使用模型表明大量計算資源大多數時間是閑置的。這對于服務器(其中數據中心的熱管理在操作成本中是關鍵考慮因素)以及臺式和筆記本計算機及便攜式電子設備(其中電池壽命和安靜操作受到高度重視)這二者而言都是有問題的。

用于功率轉換器的傳統控制器使用這樣的控制方案，其允許開關調節器從CCM(連續電流模式)無縫切換到DCM/PFM(非連續電流模式/脈沖頻率調制)操作。然而，由于支持高電流多相操作所需的大功率組件(如，驅動器和功率晶體管)和低值電感，開關調節器的輕負載效率受到限制。例如，多相高頻降壓轉換器適用于在最大負載狀態下給諸如處理器之類的電子設備供應功率，但是如果保持多相CCM操作，則輕負載時的效率很差。如果使用減相來禁用

(deactivate)除轉換器的單個相外的所有相，多相轉換器在輕負載狀態下能夠以提高的效率操作，并且該相在PFM(脈沖頻率調制)控制下以DCM操作。然而，即使使用單個相，在非常低的負載電流下的PFM的效率也變壞，這是因為功率級組件(如，驅動器和晶體管)通常很大，具有高寄生電容，并且電感太低，不足以支持電子設備的高電流和瞬變需求。

發明內容

根據此處描述的實施例，提供了輔助低功率相。該輔助相是針對輕負載操作而優化，并被設計成使得開關調節器能夠從多相操作無縫切換到輕負載狀態下的輔助相活動的操作。在最大或瞬變負載狀態下，輔助相可以保持活動，或者可以被禁用。

根據開關調節器的一個實施例，調節器包括多相降壓轉換器，其具有多個主相，它們被配置為將電源電壓轉換成較低電壓以施加到不同負載狀態下的電子設備。該開關調節器還包括輔助相，其被配置成在輕負載狀態期間以脈沖頻率調制模式操作，以使得在輕負載狀態期間，至少通過該輔助相為電子設備供應功率。

根據電源電路的一個實施例，該電源電路包括多相轉換器、輔助相和控制器。該多相轉換器具有多個主相，它們耦合到第一電源電壓，并被配置為將第一電源電壓轉換為較低電壓以施加于不同負載狀態下的電子設備。輔助相耦合到比第一電源電壓低的第二電源電壓，并被配置為在輕負載狀態期間以脈沖頻率調制模式操作，以使得在輕負載狀態期間，至少通過該輔助相為電子設備供應功率。控制器可操作以控制多相轉換器和輔助相的操作，控制器和輔助相被集成在相同管芯(die)上，并被耦合到相同的電源電壓。

根據操作開關調節器的方法的一個實施例，該方法包括：控制多相轉換器的多個主相，以使得施加到多個主相的電源電壓被轉換成較低電壓，以施加到不同負載狀態下的電子設備；以及，在輕負載狀態期間以脈沖頻率調制模式操作輔助相，以使得在輕負載狀態期間，至少通過該輔助相為電子設備供應功率。

在閱讀下面的詳細說明的基礎上，以及在參見附圖的基礎上，本領域技術人員將認識到其它的特征和優勢。

附圖說明

附圖的元件不一定互相成比例繪制。相似的參考標記指示相應的類似部件。各種說明的實施例的特征可被結合，除非它們互相排斥。實施例被描述在附圖中并且被詳細描述在隨后的說明書中。

圖1圖示了包括多相降壓轉換器和用于輕負載操作的輔助相的開關調節器的框圖；

圖2圖示了與圖1的輔助相的操作相關聯的狀態圖；

圖3圖示了與圖1的輔助相的操作相關聯的輸出波形圖；

圖4圖示了圖1的輔助相的框圖；

圖5圖示了與圖1的開關調節器的操作相關聯的波形圖。

具體實施方式