调压器的非线性控制制造技术

本发明专利技术涉及调压器的非线性控制。描述了一种装置，该装置具有用于管理在调压器的输出处的电源下降的非线性控制设备。所述装置包括：用于耦合到负载的第一电感器；耦合到所述第一电感器、并用于耦合到所述负载的电容器；耦合到所述第一电感器的第一高侧开关；耦合到所述第一电感器的第一低侧开关；用于控制何时接通和断开所述第一高侧开关和所述第一低侧开关的桥控制器；以及非线性控制(NLC)单元，其用于监控所述负载上的输出电压，并且当在所述负载上检测到电压下降时，使得所述桥控制器接通所述第一高侧开关并且断开所述第一低侧开关。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及调压器的非线性控制。描述了一种装置，该装置具有用于管理在调压器的输出处的电源下降的非线性控制设备。所述装置包括：用于耦合到负载的第一电感器；耦合到所述第一电感器、并用于耦合到所述负载的电容器；耦合到所述第一电感器的第一高侧开关；耦合到所述第一电感器的第一低侧开关；用于控制何时接通和断开所述第一高侧开关和所述第一低侧开关的桥控制器；以及非线性控制(NLC)单元，其用于监控所述负载上的输出电压，并且当在所述负载上检测到电压下降时，使得所述桥控制器接通所述第一高侧开关并且断开所述第一低侧开关。【专利说明】调压器的非线性控制优先权主张本申请要求享有2013年5月13日提交的题为“Non-Linear Control For AVoltage Regulator (调压器的非线性控制)”的美国专利申请N0.13/907802的优先权权益，该专利申请要求2013年3月15日提交的题为“Integrated Voltage Regulators (集成调压器)”的美国临时申请61799833和2013年3月31日提交的题为“On-Chip Compensatorfor an Integrated Voltage Regulator (用于集成调压器的片上补偿器)”的美国临时申请61829992的优先权，这些申请的全部内容通过引用在此并入。
技术介绍
当电流突然增大时，S卩，当负载突然需要更多电流时，在DC-DC功率变换器(例如，降压变换器)中的有限电感和有限输出解耦电容可能使得所述变换器的输出电压下降(droop)(例如，200mV)。例如，当处理器核心供应突然需要引起di/dt的更大功率时，电源电平可能下降。对于向低功率产品(例如，智能手机、平板电脑等)提供功率的DC-DC功率变换器而言，目标是较高的轻载效率，其需要较高的电感，而电压下降控制需要较低的电感。 【专利附图】【附图说明】 通过下面给出的【具体实施方式】和本专利技术的各种实施例的附图，可以更充分地理解本专利技术的实施例，然而这不应当被理解为将本专利技术限制为特定的实施例，而是仅用于解释和理解。 图1是根据本专利技术的一个实施例的具有用于电压下降管理的非线性控制(NLC)单元的开关调压器(VR)。 图2A是根据本专利技术的一个实施例的用于输出电压的交电(AC)耦合的NLC单元。 图2B是示出根据本专利技术的一个实施例的用于输出电压的AC耦合的NLC单元的操作的波形图。 图3是根据本专利技术的一个实施例的具有输出电压的差分AC耦合的NLC单元。 图4是根据本专利技术的一个实施例的具有用于电压下降管理的直流(DC)和AC耦合NLC单元以及钳位装置的开关VR。 图5是根据本专利技术的一个实施例的具有输出电压的AC和DC耦合的NLC单元。 图6是根据本专利技术的一个实施例的具有输出电压的差分AC和DC耦合的NLC单元。 图7是根据本专利技术的一个实施例的用于电压下降管理的升压单元。 图8示出了根据本专利技术的一个实施例的升压单元的操作。 图9是根据本专利技术的一个实施例的具有开关VR的智能设备或计算机系统或SoC(片上系统)，所述开关VR具有用于电压下降管理的DC耦合NLC单元和/或AC耦合NLC单元。 【具体实施方式】 实施例围绕
技术介绍
部分中所讨论的基本取舍，并且实现低得多的电压下降和/或功率损耗。在一个实施例中，使用具有快速下降检测器的单独信号路径来实施非线性控制(NLC)，这可以显著地减少电压下降，其中所述单独信号路径用于绕开并且重写主调压器(VR)回路路径(包括读出线、补偿器、脉宽调制器(PWM)，向传动系发送信号等)。此处电压下降是指由VR提供给负载的输出电压的下降。 在一个实施例中，提供单独的传动系(例如，桥控制器和桥)，其用作具有耦合到VR输出的直接低电感的钳位装置，以绕开主电感器从而克服di/dt < (Vin-Vout)/L的限制，其中Vin是VR的输入电压，Vout是VR提供给负载的输出电压，并且L是VR的主电感器的电感。 在一个实施例中，当在VR (其耦合到负载)的输出节点上检测到电压下降时，则绕开主控制回路，并且强制接通高侧开关。在一个实施例中，当绕开主控制回路时，则强制断开所述VR桥的低侧开关。在该实施例中，控制回路被加速。在一个实施例中，由与VR主桥和电感器相比具有较低电感的较小尺寸的桥形成钳位装置。在所述实施例中，当检测到电压下降时则接通所述钳位装置。在所述实施例中，当所述钳位装置断开时，调节VR比较器(其对PWM波和参考电压进行比较以产生用于VR主桥的控制信号)的参考电压以稳定输出电压。在一个实施例中，通过调节指示电压下降的信号的脉冲宽度来调节钳位的持续时间。在一个实施例中，处理器架构能够预测负载电压/电流需求。在所述实施例中，在下降实际发生之前，NLC主动工作以减小下降的影响。 在下面的描述中，讨论了许多细节以提供对本专利技术的实施例的更加深入的解释。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本专利技术的实施例。在其它示例中，以框图的形式、而不是以细节的方式示出公知的结构和设备，以避免使本专利技术的实施例难以理解。 可以注意到，在实施例的相应附图中，采用线来表示信号。一些线可以较粗以表示更多构成的信号路径，和/或在一个或多个端部带有箭头以表示主要信息的流向。这些标记并不是要进行限制。相反，结合一个或多个示例性实施例使用这些线有助于更容易地理解电路或逻辑单元。由设计需要或偏好所决定的任何所表示的信号，可以实际上包括可在任一方向上传送、并且可以用任何适当类型的信号方案来实现的一个或多个信号。 在整个说明书和权利要求书中，术语“连接”表示在没有任何中间设备的情况下在连接的事物之间的直接电连接。术语“耦合”表示在连接的事物之间的直接电连接或通过一个或多个无源或有源中间设备的间接连接。术语“电路”表示一个或多个无源和/或有源部件，其被设置为彼此配合以提供所需的功能。术语“信号”表示至少一个电流信号、电压信号或数据/时钟信号。“一”、“一个”和“该”的含义包括复数的引用。“在……中”的含义包括“在……中”和“在……上”。 术语“缩放”通常是指将设计(原理图和布局)从一种工艺技术转换为另一种工艺技术。术语“缩放”通常还指在相同的技术节点内缩小布局和设备的尺寸。术语“缩放”还可以指相对于另一参数(例如电源电平)来调节(例如，减慢)信号频率。术语“基本上”、“接近”、“近似”、“附近”和“大约”，通常是指在目标值的+/-20%的范围内。 除非另外规定，否则使用序数形容词“第一”、“第二”和“第三”等来描述共同的对象仅仅表示涉及相同对象的不同实例，而不是要暗示所描述的对象必须是在时间上或空间上采用给定的顺序、排序或任何其它的形式。 出于实施例的目的，晶体管是金属氧化物半导体(MOS)晶体管，其包括漏极端子、源极端子、栅极端子和体端子。所述晶体管还包括三栅极晶体管和鳍式场效应晶体管，全包围栅圆柱形晶体管或其它实现晶体管功能的器件，例如碳纳米管或自旋电子器件。源极端子和漏极端子可以是相同的端子，并且在本文中可互换使用。本领域技术人员将意识到，可以在不脱离本专利技术范围的情况下使用其它晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：用于耦合到负载的第一电感器；耦合到所述第一电感器、并用于耦合到所述负载的电容器；耦合到所述第一电感器的第一高侧开关；耦合到所述第一电感器的第一低侧开关；用于控制何时接通和断开所述第一高侧开关和所述第一低侧开关的桥控制器；以及非线性控制(NLC)单元，其用于监控所述负载上的输出电压，并且当在所述负载上检测到电压下降时，使得所述桥控制器接通所述第一高侧开关并且断开所述第一低侧开关。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：E·A·伯顿，G·施罗姆，M·W·罗杰斯，A·利亚霍夫，R·S·文纳姆，J·P·道格拉斯，F·帕耶，J·K·霍奇森，D·W·凯斯林，C·K·唐，N·拉古拉曼，N·纳塔拉詹，S·萨曼，G·L·贾诺普洛斯，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US