[發明專利]被配置為控制輸入電壓的電壓調節器系統

有效

• 申請號: 201780073180.8
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN109997299B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 艾倫·梅爾蓋;阿爾貝托·亞歷桑德羅·安吉洛·普蓋利;托馬斯·李;李志鵬;漢斯·梅瓦特;約翰·克勞斯利;金元英
• 申請（專利權）人: 萊恩半導體股份有限公司
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08;H02M3/158;G05F3/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 王小衡;王天鵬

電壓調節器系統部分地包括調節器，其包括輸入端和輸出端，其中調節器被配置為在輸入端處從適配器接收輸入電壓并在輸出端處提供輸出電壓，其中調節器包括在對應于第一轉換因子的第一轉換模式下進行操作的至少一個開關電容調節器。電壓調節器系統還包括控制器，其被配置為控制調節器的操作，其中控制器被配置為確定調節器的轉換比何時大于第一轉換因子，并且作為響應，向適配器發送請求來減少輸入電壓。

相關申請的交叉引用

本申請要求2016年9月26日提交的美國臨時專利申請號62/399,588的權益，其通過在本文中引用其整體而并入于此。

背景技術

迫切需要減小電子系統的尺寸。尺寸減小在其中空間是奇缺的移動電子器件中是特別期望的，但在大數據中心中放置的服務器中也是期望的，這是因為將盡可能多的服務器擠進尺寸固定的不動產是很重要的。

電子系統中的一些最大組件是電壓調節器(也稱為功率調節器)。電壓調節器通常包括大量龐大的片外組件以向集成芯片(包括處理器、存儲器設備(例如，動態隨機存取存儲器(DRAM))、射頻(RF)芯片、WiFi組合芯片、以及功率放大器)遞送電壓。因此，希望減小電子系統中的電壓調節器的尺寸。

電壓調節器包括半導體芯片，諸如DC-DC調節器芯片，其每個都從電源(例如，電池)向輸出負載遞送功率。輸出負載可以包括電子設備中的各種集成芯片(例如，應用處理器、DRAM、NAND閃存等)。

為了高效地遞送功率，電壓調節器可以使用“降壓(buck)”拓撲。這種調節器可以稱為降壓調節器(也稱為降壓轉換器)。降壓調節器使用電感器將電荷從電源傳輸到輸出負載。降壓調節器可以使用功率開關來快速地將電感器連接到多個電壓/從多個電壓斷開(每次在不同的時間點)，從而提供作為多個電壓的加權平均值的輸出電壓。降壓調節器可以通過控制電感器連接到多個電壓中的每一個的時間量來調節輸出電壓。

不幸的是，降壓調節器不適用于高度集成的電子系統。降壓調節器的轉換效率取決于其電感器的尺寸，特別是當功率轉換比高時以及當其輸出負載所消耗的電流量高時。由于電感器可以占用大面積且體積龐大地集成在裸片(die)上或封裝上，因此現有的降壓調節器通常使用大量的片外電感器組件。該策略通常需要印刷電路板(現有降壓調節器及其對應的片外電感器組件位于其上)上的大面積，這繼而增加了印刷電路板所在的電子設備的尺寸。隨著移動的片上系統(SoC)變得更復雜并且需要由其電壓調節器遞送越來越多數量的電壓域，這一挑戰更加嚴峻。

此外，降壓調節器不太適合于對電池的高速充電。高速充電通常需要使用高輸入電壓。使用高輸入電壓繼而需要降壓調節器提供高電壓轉換比(V_IN/V_OUT)，以將高輸入電壓(V_IN)轉換為適合電池的輸出電壓(V_OUT)。不幸的是，在高電壓轉換比下，當與其它類型的電壓調節器相比時，降壓調節器的效率相對較低，至少部分是因為降壓調節器通過散熱浪費了大量功率。降壓調節器散發的熱量可能會升高電子系統內設備的操作溫度，這可能導致故障。因此，降壓調節器不太適合對電池的高速充電。

代替降壓調節器，高速充電系統可以使用開關電容器調節器來為電池充電。已知開關電容器調節器即使在高電壓轉換比下也是高效的，只要電壓轉換比是整數即可。不幸的是，現有的充電系統不包括用于將開關電容器調節器的轉換比保持在整數的機構，并因此，在操作條件下不能保持開關電容器調節器的高效率。因此，強烈需要提供一種能夠在高輸入比輸出轉換比下保持高效率的充電系統。

發明內容

所公開主題的一些實施例包括電壓調節器系統。電壓調節器系統部分地包括調節器，調節器包括輸入端和輸出端，其中調節器被配置為在輸入端處從適配器接收輸入電壓并在輸出端處提供輸出電壓，其中調節器包括至少一個開關電容器調節器，其被配置為以對應于第一轉換因子的至少第一轉換模式進行操作。電壓調節器系統還包括控制器，其被配置為控制調節器的操作，其中控制器被配置為確定調節器的轉換比何時大于第一轉換因子，并且作為響應，向適配器發送請求來減少輸入電壓。