DVFS电源系统和DVFS电源控制方法技术方案

公开了一种DVFS电源系统，可以应用于集成电路控制领域。该系统包括：芯片，电源管理单元PMU，电源，第一负载模块；其中，PMU包括第一开关电源，第一变压电路和控制器。电源与第一变压电路的输入端相连，第一变压电路的输出端与第一开关电源的输入端相连，第一开关电源的输出端与第一负载模块相连。第一变压电路用于降低第一开关电源的输入端的电压。控制器用于根据芯片的第一调压指令，改变第一开关电源的状态，以改变第一开关电源对第一负载模块的输出电压。本申请通过降低第一开关电源的输入端的电压，可以提升电源效率。可以提升电源效率。可以提升电源效率。

【技术实现步骤摘要】
DVFS电源系统和DVFS电源控制方法


[0001]本申请涉及集成电路控制领域，尤其涉及动态电压频率调整(dynamic voltage and frequency scaling，DVFS)电源系统和DVFS电源控制方法。

技术介绍

[0002]对于同一芯片，运行的频率越高，需要的电压也越高。DVFS是根据芯片所运行的应用程序对计算能力的不同需要，动态调节芯片的运行频率和电压，从而达到节能的目的。
[0003]在采用DVFS的电源系统中，具体通过改变开关电源中MOS管的状态，来调节开关电源对芯片的输出电压。开关电源包括电感。电感用于与电容组成低通滤波器。在实际应用中，根据开关电源中MOS管的开关频率，可以将开关电源区分为低频开关电源和高频开关电源，低频开关电源包括低频电感，高频开关电源包括高频电感。随着集成度优化的需求越来越强烈，因为高频电感有着更小的体积，高频开关电源对应的高频电源因为具有更好的集成度得到了广泛的研究。
[0004]在采用高频电源的情况下，当前整机电源效率约为80％，即20％为电源效率转换损耗。因此，虽然使用高频电感可以提高集成度，但也带来了电源效率的问题。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种DVFS电源系统和DVFS电源控制方法，可以降低电源转换损耗。
[0006]本申请第一方面提供了一种DVFS电源系统。
[0007]系统包括芯片，电源管理单元(power management unit，PMU)和电源，第一负载模块。其中，PMU包括第一开关电源，第一变压电路和控制器。第一负载模块可以是芯片，或者是芯片中的部分功能模块，例如中央处理器(central processing unit，CPU)，图形处理器(graphics processing unit，GPU)，也可以是其它不属于芯片的负载。电源的输出端与第一变压电路的输入端相连。第一变压电路的输出端与第一开关电源的输入端相连。第一变压电路用于降低第一开关电源的输入端的电压，以使得第一变压电路的输入端的电压大于第一开关电源的输入端的电压。第一开关电源的输出端与第一负载模块相连。芯片根据第一负载模块对功率的需求，确定是否需要调整电压。若需要调整电压，则芯片用于向控制器发送第一调压指令。控制器根据第一调压指令，改变第一开关电源的状态，以改变第一开关电源对第一负载模块的输出电压。
[0008]第一开关电源的输入端的电压越低，电源转换损耗越小。通过增加第一变压电路，降低第一开关电源的输入端的电压，可以降低第一开关电源中的电源转换损耗，提升电源效率。
[0009]基于本申请第一方面，在本申请第一方面的第一种实施方式中，第一变压电路为SC。其中，SC有着较高的电源转换效率。本申请虽然通过降低第一开关电源的输入端的电压，降低了第一开关电源中的电源转换损耗。但是，也增加了第一变压电路，即增加第一变压电路上的电源转换损耗。因此，为了降低整个DVFS电源系统中的电源转换损耗，限定了第
一变压电路为SC，使得第一变压电路上的电源转换损耗与第一开关电源中的电源转换损耗之和小于原先第一开关电源中的电源转换损耗，从而提升电源效率，原先第一开关电源中的电源转换损耗为增加第一变压电路之前第一开关电源中的电源转换损耗。
[0010]基于本申请第一方面的第一种实施方式，在本申请第一方面的第二种实施方式中，PMU还包括第一开关，第一开关的控制端与控制器相连，第一开关的输入端与电源相连，第一开关的第一输出端与SC的输入端相连，第一开关的第二输出端与第一开关电源相连。若通过SC的电流大于第一阈值，则控制器用于导通第一开关的输入端与第一开关的第一输出端的连接，关断第一开关的输入端与第一开关的第二输出端的连接。若通过SC的电流小于或等于第一阈值，则控制器用于关断第一开关的输入端与第一开关的第一输出端的连接，导通第一开关的输入端与第一开关的第二输出端的连接。其中，SC在大电流的情况下转换效率高，在小电流的情况下转换效率低。通过经过SC的电流大小，来控制第一开关电源是否通过SC来连接电源，提升在小电流的情况下，DVFS电源系统的电源效率。因为SC存在降压比，第一开关电源是否通过SC连接电源会影响第一开关电源的输出电压，所以控制器不仅用于改变第一开关的导通和关断，还用于改变第一开关电源的变压比，以使得第一开关电源的输出电压不变。
[0011]基于本申请的第一方面的第二种实施方式，在本申请第一方面的第三种实施方式中，PMU还包括测量模块。测量模块与SC相连，用于测量通过SC的电流。测量模块还与控制器相连，用于向控制器反馈通过SC的电流。其中，一个SC可以与多个开关电源相连，在PMU中，可以通过监控器来监控每一个开关电源的电流。通过监控器获取所有与该SC相连的开关电源的电流之和，便获取了通过该SC的电流。在不同的终端中，一个SC连接的开关电源的数量是不确定的，即通过监控器获取的电流的数量是不确定的。因此，为了降低配置的难度，增加测量模块，直接测量经过SC的电流。
[0012]基于本申请第一方面的第二种实施方式，在本申请第一方面的第四种实施方式中，控制器还用于改变第一开关电源的状态，以使得第一开关电源的模式从DCM进入CCM。若第一开关电源的模式为CCM，则控制器用于导通第一开关的输入端与第一开关的第一输出端的连接，关断第一开关的输入端与第一开关的第二输出端的连接。若第一开关电源的模式为DCM，则控制器用于关断第一开关的输入端与第一开关的第一输出端的连接，导通第一开关的输入端与第一开关的第二输出端的连接。其中，DCM和CCM是第一开关电源不同的输出模式，在CCM下，第一开关电源的输出电流比较大，在DCM下，第一开关电源的输出电流比较小，即在CCM下，经过SC的电流比较大，在DCM下，经过SC的电流比较小。通过第一开关电源的模式来控制第一开关电源是否通过SC来连接电源，可以降低对DVFS电源系统的改动，降低成本。
[0013]基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式至第四种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第一方面的第五种实施方式中，系统还包括：第二负载模块。PMU还包括第二开关电源，第二开关电源的输入端与第一变压电路的输出端相连，第二开关电源的输出端与第二负载模块相连。控制器还用于根据芯片的第二调压指令，改变第二开关电源的状态，以改变第二开关电源对第二负载模块的输出电压。其中，经过第一变压电路的电流越大，第一变压电路的转换效率越高。通过增加与第一开关电源并联的第二开关电源，增大经过第一变压电路的电流，提高电源效率。
[0014]基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式至第五种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第一方面的第六种实施方式中，系统还包括：第三负载模块。PMU还包括第三开关电源和第二变压电路，电源与第二变压电路的输入端相连，第二变压电路的输出端与第三开关电源的输入端相连，第二变压电路用于降低第三开关电源的输入端的电压，第三开关电源的输出端与第三负载模块相连，第二变压电路的降压比与第一变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DVFS电源系统，其特征在于，包括：芯片，电源管理单元PMU，电源，第一负载模块；其中，所述PMU包括第一开关电源，第一变压电路和控制器，所述电源与所述第一变压电路的输入端相连，所述第一变压电路的输出端与所述第一开关电源的输入端相连，所述第一开关电源的输出端与所述第一负载模块相连；所述第一变压电路用于降低所述第一开关电源的输入端的电压；所述控制器用于根据所述芯片的第一调压指令，改变所述第一开关电源的状态，以改变所述第一开关电源对所述第一负载模块的输出电压。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一变压电路为开关电容SC。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述PMU还包括第一开关，所述第一开关的控制端与所述控制器相连，所述第一开关的输入端与所述电源相连，所述第一开关的第一输出端与所述SC的输入端相连，所述第一开关的第二输出端与所述第一开关电源相连；若通过所述SC的电流大于第一阈值，则所述控制器用于导通所述第一开关的输入端与所述第一开关的第一输出端的连接，关断所述第一开关的输入端与所述第一开关的第二输出端的连接；若通过所述SC的电流小于或等于所述第一阈值，则所述控制器用于关断所述第一开关的输入端与所述第一开关的第一输出端的连接，导通所述第一开关的输入端与所述第一开关的第二输出端的连接。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述PMU还包括测量模块，所述测量模块与所述SC相连，用于测量通过所述SC的电流，向所述控制器反馈测量得到的结果。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于改变第一开关电源的状态，以使得所述第一开关电源的模式从非连续导通模式DCM进入连续导通模式CCM；若所述第一开关电源的模式为CCM，则所述控制器用于导通所述第一开关的输入端与所述第一开关的第一输出端的连接，关断所述第一开关的输入端与所述第一开关的第二输出端的连接；若所述第一开关电源的模式为DCM，则所述控制器用于关断所述第一开关的输入端与所述第一开关的第一输出端的连接，导通所述第一开关的输入端与所述第一开关的第二输出端的连接。6.根据权利要求1至5任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第二负载模块；所述PMU还包括第二开关电源，所述第二开关电源的输入端与所述第一变压电路的输出端相连，所述第二开关电源的输出端与所述第二负载模块相连；所述控制器还用于根据所述芯片的第二调压指令，改变所述第二开关电源的状态，以改变所述第二开关电源对所述第二负载模块的输出电压。7.根据权利要求1至6任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第三负载模块；所述PMU还包括第三开关电源和第二变压电路，所述电源与所述第二变压电路的输入端相连，所述第二变压电路的输出端与所述第三开关电源的输入端相连，所述第二变压电路用于降低所述第三开关电源的输入端的电压，所述第三开关电源的输出端与第三负载模
块相连，所述第二变压电路的降压比与所述第一变压电路的降压比不同；所述控制器还用于根据所述芯片的第三调压指令，改变所述第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈剑华，周孟特，范茂斌，夏晓菲，王利强，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：