调节稳压器的操作参数的制作方法
调节稳压器的操作参数的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种稳压器。在电子装置内，稳压器为负载供电。稳压器具有可调节操作参数，其能够在电子装置操作期间被设置。可调节操作参数根据电子装置的状态或具有负载的电子装置的部分被设置或重置，以便优化功率使用。该状态可从至少三种预定状态中选择。操作参数的数值可从多组数值中选择。每组数值对应于预定状态中的至少一个。
【专利说明】调节稳压器的操作参数
【技术领域】【背景技术】
[0001]许多电子装置合并了一个或更多稳压器，以便使系统电源电压电平转换为一个或更多用来在电子装置内使电路偏置的已调节电压。存在着多种不同拓扑结构的稳压器，每种都具有独特的优势和弱点，当对电子装置内给定的应用设计或选择稳压器时，这些优势和弱点通常考虑在内。例如，在电子装置的操作过程期间负载的级别可能有较大差异，因为电子装置的各种功能会在不同时间激活或禁用。在这种情况下，稳压器必须经设计以便响应预期的负载变化，同时使其输出电压保持在特定的限度内。
[0002]稳压器的设计一般包含选择各种参数，这取决于稳压器的类型和预期的负载环境。例如，稳压器可分为使用开关的结合(通常体现为晶体管包含MOSFET、BJT、IGBT, JFET等)的开关稳压器、电感器和/或变压器以及作为用于升压和/或降压电压转换的基础的电容器。一些稳压器的设计参数将会包含用作开关的晶体管的尺寸、电感器的尺寸/电感(或变压器的尺寸/匝数比)、电容器的尺寸/电容、开关打开和关闭所在的频率以及要打开/关闭开关而选择的电压电平，除其他参数以外。包含稳压器的输入电压范围、输出电压范围以及负载范围的附加参数将有助于确定稳压器设计参数。
[0003]稳压器的效率一般在很大程度上取决于每种稳压器设计参数与输入电压范围、输出电压范围以及负载范围的结合，除其他因素以外。然而，既然在电子装置的操作期间负载可能改变，那么不可能在设计阶段就为这些稳压器设计参数选择“固定”值，这将会总是导致稳压器的最高可能的操作效率。结果，既然这些稳压器参数是静态的，那么稳压器几乎肯定会在其最高可能的操作效率以下操作了显著百分比的时间。即使电子装置的最普通的操作功率电平是已知的，并且相应地选择了稳压器的参数，这种情景也会发生。
[0004]在许多典型的情况下，稳压器经设计以便在它们的最高操作功率状态展示它们的最高效率。所以对于较低的功率状态，它们一般是过分保险设计的。换句话说，在这些设计中在较低的功率状态，效率显著地更低。既然通常假设无论何时达到设计的最大额定功率功率损耗都应当最小化，那么效率和功率状态之间的这种关系一般被认为是可接受的。然而，对于为几乎全部电子装置在整个负载范围内而不仅是在最大额定功率特别情况下继续增加整体功耗效率，长期感到存在着需要。然而，到目前为止已经一般地推动了效率的提高，以致其达到这样的水平，在该水平最高功率状态的任一额外的改进都能仅导致相对较小的整体提闻。
[0005]当与在“正常”负载或者甚至是重负载的效率相比较时，一些稳压器在相对较轻的负载条件下具有相当程度地较低的效率。所以许多这种稳压器经设计以便在电子装置内当发生轻负载状态比如睡眠模式时改变其操作特性。不过，无论电子设备是处在轻负载状态还是重/正常负载状态，负载可能仍然有相当大的改变，从而导致稳压器在显著百分比的时间内的效率低下的操作。
[0006]本发明是相对于这些和其他背景考虑而逐步发展的。
【发明内容】
[0007]本发明的一些实施例一般涉及操作稳压器，以便在电子装置的至少一部分内为负载供电。稳压器具有多个可调节的操作参数，其在操作期间能够重复地设置和重置。电子装置的至少一部分的状态例如通过连接至稳压器或其部分的控制器而确定。确定的状态一般地从至少三个预定状态中的一个选择，即超过一个单一的重负载或轻负载状态。依据确定的状态，可调节操作参数设置为预定值，以便在稳压器的操作期间在电子装置的至少部分中优化系统的功率使用。预定值一般可从多组数值中选择，其中每组数值都对应于预定状态的至少一组。
[0008]在更加具体的实施例中，操作多个稳压器以便为多个负载供电。每个稳压器都具有多个可调节的操作参数，它们在操作期间设置，以便依据确定的状态优化系统功率使用。另外，在一些实施例中，可调节的操作参数一般包含开关频率和两个栅极驱动电压。在一些涉及多个稳压器的实施例中，用于至少一个稳压器的可调节操作参数也可以包含输出电压电平。而且，在一些涉及多个稳压器的实施例中，每个稳压器的操作参数都可以独立于其它稳压器设置。
[0009]本公开及其范围的更完整的评价以及它实现上述改善所用的方式能够通过参考当前优选实施例的以下具体描述获得，这些优选的实施例结合在下面简要描绘的附图和所附权利要求做出。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1示出带有并入本发明的实施例的动态可优化系统电源架构的至少一部分电子装置的简化示意图。
[0011]图2示出用于使用在并入本发明的实施例的电子装置中的稳压器的简化示意图。
[0012]图3示出根据本发明的实施例的用于使用在图1所示的系统电源架构和/或图2所不的稳压器内的表格的不例。
[0013]图4示出根据本发明的实施例的可调节的操作参数(例如可选的交换频率)的曲线图的示例，其中该可调节的操作参数作为在生成图3所示的至少一部分表格中使用的负载的函数。
[0014]图5-8示出根据本发明的实施例的效率的曲线图的示例，其中该效率作为在生成图3所示的至少一部分表格中使用的可调节的操作参数(例如电源总线电压电平)的函数。
[0015]图9示出与现有技术的曲线图的示例相比较的用于并入本发明的实施例(例如图1所示的)的至少一部分电子装置的效率相对于负载的示例性曲线图。
[0016]图10示出用于并入本发明的实施例(例如图1所示的)的至少一部分电子装置的由于传导损耗的功率损耗的示例性曲线图和由于开关损耗的功率损耗的示例性曲线图，它们是与现有技术的曲线图的示例相比较的。
[0017]图11示出根据本发明的实施例的用于控制图1所示的动态可优化系统电源架构的示例性处理过程的简化流程图。
【具体实施方式】[0018]图1示出了并入本发明的实施例的电子装置或系统100 (或至少是其一部分)的示例。电子装置100可能是计算机(例如服务器、台式机、笔记本、平板电脑等)、电话(例如手机、智能手机、有线电话等)、游戏控制台(例如手持电脑、机顶盒等)、网络装置(例如调制解调器、路由器、中继器、交换机、集线器等)、音频或视频播放器、电视机或其他适当类型的电子系统。电子装置100的具体示意图经示出仅作为说明的目的，且不必旨在限制本发明的范围，除非在权利要求中有具体要求。因此，除了所示出的以外的组件的结合一般地是在本发明的范围内。例如，在图1中示出为单个方框的一些组件在本发明的一些实施例中可能是多个物理组件，而在图1中示出为多个分开的方框的一些组件可以如所希望的结合或适当地结合，并且仍然保持在本发明的范围内。还有，在一些实施例中可能包含图1中未示出的或本发明中未描述的其他组件，而图1中特别地示出的和/或本发明中特别地描述的一些组件可能是可选的，或未包含在一些实施例中。
[0019]示例性电子装置100 —般包含多个稳压器101、102、103、104、多个负载105、106、107、控制器108以及存储器109，除了其他可能的组件以外。对于电池操作的实施例，示例性电子装置100也可能包含电池110和充电器111。
[0020]负载105-107 —般地代表适用于电子装置100的类型的电路组件。例如，如果电子装置100是笔记本计算机，那么负载105-107可能代表一个或更多内核处理器、图形处理器和/或存储器子系统，除了其他适当的系统组件以外。在另一示例中，如果电子装置100是手机，那么负载105-107可能代表主处理器、无线收发器和/或显示器，除了其他适当的组件以外。对于负载105-107的许多其他变化和示例也在本发明的范围内。
[0021]虽然本发明于此参考具有多个稳压器101-104的电子装置一般地描述，但是应当明白的是本发明不必如此有限。相反，一些实施例可能仅使用单独的稳压器。依据实施例，可以使用任一数量的稳压器。
[0022]稳压器102-104—般代表用于向负载105-107提供在规定的电压电平的功率的任一适当类型的负载点(POL)稳压器。因此POL稳压器102-104可能是任一适当的开关电源、降压开关稳压器、升压型开关稳压器、同步降压稳压器、DC/DC转换器等。每个POL稳压器102-104的具体类型或拓扑结构一般地取决于负载105的需要和整体电子装置100的要求。
[0023]稳压器101 —般代表用于向POL稳压器102-104提供功率的任一适当类型的稳压器。稳压器101—般生产这种在电源总线或轨道(Vbus)112上在所希望的电压的功率。然后，功率作为输入功率供应到POL稳压器102-104。因此稳压器101可能通常被认为是电源总线稳压器。电源总线稳压器101从DC电源接收功率，该DC电源可能是AC/DC转换器、DC/DC转换器、其它稳压器或其他适当的电源。在一些实施例中可能会有稳压器的上游堆叠式层次结构，其使功率供给进电源总线稳压器101，并沿着其供给到POL稳压器102-104(以及可选地供给到充电器111)。
[0024]稳压器101-104具有多个设计参数，其取决于每个稳压器101-104的类型。在一些实施例中，这些设计参数可能包含一对开关晶体管的尺寸、输出电感器的尺寸/电感、输出电容器的尺寸/电容、晶体管打开和关闭所在的频率、为了使晶体管打开/关闭而应用到晶体管栅极的电压的电平、输入电压的电平以及输出电压的电平，除了其他参数以外。这些参数中的一些(例如操作参数，比如晶体管打开和关闭所在的频率、为了使晶体管打开而用来驱动晶体管栅极的电压的电平、输入电压的电平以及输出电压的电平)在电子装置100的操作期间可能会容易地调节。(例如，当稳压器101-104遇到较轻的负载时，可以向开关晶体管供应较低的栅极驱动电压，如果开关晶体管能够正常打开/关闭并且能够恰当地保持转换速率的话)。其他的这些参数(例如开关晶体管的尺寸、输出电感器的尺寸/电感以及输出电容器的尺寸/电容)在电子装置100的操作期间不容易服从调节。然而，既然这些组件中的一些可调或可变版本是已知的，那么在本发明的范围内就有可能包含这样的参数，比如部分可调参数。
[0025]作为本发明所描述的每个不同实施例的结果，电子装置100 —般动态地优化了稳压器101-104的性能，并因此动态地优化了系统效率。这种优化过程一般通过调节操作参数的数值来实现，该操作参数可能在稳压器101-104的操作期间调节，它带有如此高级别的分辨能力以致对于任一给定的应用或情况都是切实可行的。因此，而不是简单地具有对于正常操作的“轻负载”的异常，稳压器101-104能够在如所希望的或所需要的那样多的等级或电平的操作条件中操作，以便优化在POL电平的功率消耗。一些操作参数可以设置到的一些数值示例和其一些有益的影响的示例在下面参考图3-10示出和描述。
[0026]控制器108使电子装置100的基本操作一般地集中起来，该基本操作比如是协调其子组件的功能，例如稳压器101-104的功能。因此，控制器108可以代表执行储存在存储器109中的指令的一个或更多适当的通用可编程嵌入式微处理器，存储器109可以是任一适当的RAM和/或ROM储存组件。除其他可能的编程和数据以外，存储器109 —般地还储存状态查找表113、参数查找表114以及用于监视电子系统100 (或至少其一部分)的状态的程序115，以便为稳压器101-104重复地选择和设置/重置参数。替换地，控制器108可以是一个或更多ASIC (专用集成电路)，其带有用于控制固定嵌入它的电路中的其他子组件的功能(例如程序115等)和数据(例如表格113和114等)。
[0027]控制器108从电子装置100的一些组件接收不同类型的系统数据(例如在系统数据线路116上)。因此系统数据一般地代表不同数据，它们中的至少一些可以与为了控制现有技术的电子装置而通过现有技术的处理过程获得的数据相同或与其类似。在本发明的一些实施例中，系统数据包含指示负载105-107的当前电流或功率消耗的反馈，即电流负载数据，因此控制器108能够对当前负载条件做出反应。
[0028]另外，在一些实施例中，系统数据可能会进一步包含预测性或前瞻性(而不是回应性)的数据，它是关于电子装置100的或者是关于其至少一部分例如负载105-107的即将来临的操作条件的。一些负责电子装置的系统管理的现有技术的控制器已经接收一些类型的功率信息。在一些情况下，这种信息与还没有执行负载(例如负载105-107)的操作条件相关，这意味着在一些实例中，控制器108可能在其实际发生之前就已经知道在至少一部分电子装置100内将会发生负载瞬变现象。
[0029]在一些实施例中，不同控制线路117使控制器108连接到一个或更多稳压器101-104。控制器108为每个如下的稳压器101-104在的控制线路117上一般地产生控制
数据或信号。
[0030]带有当前负载数据和/或预测数据，在程序115的控制下且通过使用状态查找表113，控制器108确定了电子装置100和/或负载105-107的当前和/或即将来临的状态(或至少其一部分)。控制器108 —般通过在状态查找表113中查找状态信息而做出这种决定，它是基于当前负载数据和/或预测数据(该数据落入的数值范围)。对于仅使用当前负载数据的实施例，控制器108能够一般地仅确定当前状态数据。然而，对于使用预测数据代替当前负载数据或添加到当前负载数据的实施例，控制器108能够确定即将来临的状态数据，即电子装置100 (或至少其一部分)和/或负载105-107的状态即将进入。
[0031]接着，随着状态信息，在程序115的控制下和通过使用参数查找表114，控制器108为稳压器101-104确定了用于每个可调节的参数的最佳电平。控制器108 —般通过在参数查找表113中查找用于可调节参数的数值(参数数据)而做出这种决定，它是基于所确定的状态。
[0032]替换地，在一些实施例中，表格113和114结合在单独的状态/参数结合表格中。因此，这些查找任务可以一起做出。在这种情况下，控制器108为每个可调节的参数一般地查找(在结合的表格中)当前和/或即将来临的状态和最佳电平，其基于当前负载数据和/或预测数据(或该数据落入的数值范围)。
[0033]在另一替换方案中，未获得状态数据，并且状态查找表113不是电子装置100的部分。相反，当前负载数据和/或预测数据是用来代表电子装置100 (或至少其一部分)和/或负载105-107的状态，或者用来代替它们。在这种情况下，控制器108为每个可调节的参数一般地查找(在参数查找表114中)最佳电平，这基于当前负载数据和/或预测数据(该数据落入的数值范围)。
[0034]在再一替换方案中，控制器108 —般地查找(在状态查找表113中)当前和/或即将来临的状态，这基于当前负载数据和/或预测数据(该数据落入的数值范围)，但是对于每个可调节的参数不查找最佳电平。相反，参数查找表114 (或其相关部分)储存在每个稳压器101-104中，或者对于它们是可存取的，以致每个稳压器101-104能够基于由控制器108决定的当前和/或即将来临的状态数据为它的可调节参数查找最佳电平。
[0035]在前述实施例中，控制器108用来作为中央集线器，且相关数据聚集在其中，以便确定电子装置100 (或至少其一部分，例如负载105-106)的当前和/或即将来临的状态，并且以便协调设置用于稳压器101-104的可调节参数的最佳电平。然而，在其他替换方案中，确定状态数据不在系统级别(或不在高于单独的负载105-107的任一级别)执行。相反，每个稳压器101-104都接收它自己的本地当前负载数据，并且含有(或有权访问)表格113和114的相关版本(或子集)。因此，通过使用它的状态查找表113的版本，每个稳压器101-104都基于它的当前负载数据(该数据落入的数值范围)确定了它的当前状态。此外，通过使用它的参数查找表114的版本，每个稳压器101-104都基于它的确定的当前状态为它的可调节参数查找了最佳电平。替换地，每个稳压器101-104都为它的可调节参数查找最佳电平，这是基于它的当前负载状态(该数据落入的数值范围)，所以确定它的当前状态是可选的或不必要的。在另一替换方案中，每个稳压器101-104都接收有关它的负载105-107的即将来临的状态的预测数据，所以稳压器101-104能够为它的可调节参数确定最佳电平，这是基于添加到它的负载105-107的当前状态或者代替该当前状态的即将来临的状态。
[0036]基于当前和/或即将来临的状态数据和/或最佳电平，其用于稳压器101-104的可调节参数，控制器108在控制线路117上为每个稳压器101-104彼此独立地生成控制数据或信号。对于控制数据于其中代表用于可调节参数的最佳电平的实施例，每个稳压器101-104都使用这种数据，以便当它的加载条件在其操作期间改变和/或预期会改变时独立地选择和设置/重置它的可调节参数。对于控制数据于其中仅代表电子装置100 (或至少其一部分，例如负载105-106)的当前和/或即将来临的状态的实施例，每个稳压器101-104都使用这种数据，以便内部地确定用于它的可调节参数的最佳电平，如上。每个稳压器101-104接着在它的加载条件在其操作期间改变和/或预期会改变时独立地设置或重置它的可调节参数。对于确定状态数据于其中不在系统级别(或不在高于单独的负载105-107的任一级别)执行的实施例，控制线路117可能没有呈现，并且控制数据可能没有由控制器108产生，这是由于每个稳压器101-104可以基于它的当前负载数据而没有来自控制器108的输入而确定和设置/重置它的可调节参数。
[0037]对于仅使用当前负载数据或当前状态数据的实施例，能够使得稳压器101-104在改变已经发生后以电抗的方式仅响应负载105-107的任一个。然而，对于使用预测数据或即将来临的状态数据的实施例，不管是在系统级别(例如通过控制器108)还是在负载点级另Ij (例如通过单独的POL稳压器102-104)，都能够引起稳压器101-104对它们的可调节参数提前准备做出改变。因此，在状态改变和可调节参数改变之间的任一延隔时间都能够减少或可能消除。
[0038]对于包含电池110和充电器111的实施例，电池110的输出可以直接供给进POL稳压器102-104 (虚线)，或者在供给进POL稳压器102-104之前可以首先通过介于中间的稳压器(实线)。既然电池110的输出电压在电池110充电或放电时可能会改变，那么使用介于中间的稳压器能够更好地控制用于POL稳压器102-104的输入电压电平。(在一些实施例中，用于POL稳压器102-104的输入电压电平可能是在稳压器100的操作期间设置或重置的参数中的一个，即使是在电池模式下。)既然电源总线稳压器101已经供给进POL稳压器102-104，那么电源总线稳压器101可以用来调节来自电池110的电压(如图所示)，但是替换地，分离的稳压器(具有如本发明所描述的可调节参数)可以放置在电池110和POL稳压器102-104之间。而且，充电器111可以是也具有如本发明所描述的可调节参数的稳压器的形式。
[0039]图2示出了并入本发明的实施例的示例性稳压器118。在适当的设计中，稳压器118可以用来作为任一稳压器101-104 (图1)。稳压器118的具体示意图经示出仅作为说明的目的，且不必旨在限制本发明的范围，除非在权利要求中有具体要求。因此，除了所示出的以外的组件的结合一般地是在本发明的范围内。例如，在图2中示出为单个方框的一些组件在本发明的一些实施例中可能是多个物理组件，而在图2中示出为多个分开的方框的一些组件可以如所希望的结合或适当地结合，并且仍然保持在本发明的范围内。还有，在一些实施例中可能包含图2中未示出的或本发明中未描述的其他组件，而图2中特别地示出的和/或本发明中特别地描述的一些组件可能是可选的，或未包含在一些实施例中。
[0040]示例性稳压器118 —般包含高端晶体管119、低端晶体管120、输出电感器121以及输出电容器122和控制器123。控制器123可能是PWM (脉宽调制)控制器或ASIC或其他适当的电路。在控制器123的控制下，组件119、120、121以及122从在线路125上接收的输入电压Vinl25产生在线路124上的调节的输出电压Vout。输出电压Vout对稳压器118的负载供以功率。在POL稳压器102-104 (图1)的情况下，输入电压Vin是在Vbusll2上的电源总线稳压器101的调节的输出电压，并且调节的输出电压Vout供应到负载105-107。在电源总线稳压器101的情况下，输入电压Vin来自上游DC电源，并且调节输出电压Vout供应到在Vbusl 12上的POL稳压器102-104。[0041]控制器123 —般包含微控制器126、PWM (脉冲宽度调制)127、栅极电压驱动器128和存储器129。对于稳压器118于其中控制确定它的负载的状态和/或设置它的可调节参数(例如如上)的一些或全部功能的实施例，存储器129 —般包含状态查找表130、参数查找表131以及为了设置可调节参数用于监视负载的状态的程序132。表格130和131以及程序132 —般地是图1所示的表格113和114以及程序115的稳压器特定的版本。所以它们是为稳压器118的预定的优化要求特别地裁制的，这不同于表格113和114以及程序115，它们是针对基于更广泛的要求的全部不同稳压器101-104所裁制的。然而，对于状态数据于其中在系统级别(例如通过使用状态查找表113的控制器108)确定的实施例，状态查找表130在控制器123中没有呈现。另外，对于可调节参数的最佳电平于其中也在系统级别(例如通过使用状态查找表114的控制器108)确定的实施例，参数查找表131在控制器123中也没有呈现。
[0042]微控制器126可能是通用微处理器、ASIC或其他适当的电路。微控制器126 —般接收在线路133和134上的负载反馈信号，例如从输出电感器121之前和之后。对于状态数据和参数数据两者于其中都不在系统级别(例如通过控制器108)确定的实施例，负载反馈信号可以提供仅有的信息，其中状态数据和参数数据可能会随该信息确定。在这种情况下，能够使得稳压器118在它的负载已经发生了变化之后仅以电抗的方式响应。替换地，微控制器126可能会接收来自它的负载或来自控制器108例如在系统数据线路135上的上述预测数据(或至少其减少的相关部分)。在这种情况下，能够引起稳压器118对它的可调节参数提前准备做出改变，从而减少或可能消除在状态改变和可调节参数改变之间的任一延隔时间。
[0043]对于状态数据和参数数据两者于其中都不在系统级别(例如通过控制器108)确定的实施例，在程序132的控制下，微控制器126使用负载反馈信号来为它的负载确定当前负载数据。微控制器126以当前负载数据在状态查找表130中查找它的负载的当前状态。替换地，微控制器126以预测数据在状态查找表130中查找它的负载的即将来临的状态。微控制器126以当前和/或即将来临的状态数据在参数查找表131中查找用于它的可调节参数的最佳电平。替换地，微控制器126使用当前负载数据和/或预测数据在参数查找表131中为它的可调节参数查找最佳电平，却没有做出状态数据的分开的确定。微控制器126 —般以参数数据来控制栅极电压驱动器128 (例如经由线路136)，以便设置电压电平，栅极电压驱动器128在该电压电平上(即栅极驱动电压)通过线路137和138驱动晶体管119和120。另外，根据参数数据，微控制器126—般地控制PWM127(例如经由线路139)，以便设置开关频率，栅极电压驱动器128在该开关频率上替换驱动晶体管119和120，以便从输入电压Vin产生输出电压Vout。而且,微控制器126 —般以参数数据来控制输出电压Vout的电平，比如通过设置输出电压Vout调节到的参考电压VrefHO (例如在电源总线稳压器101的情况下)。本实施例可以描述为用于稳压器118的自持反应环路。
[0044]对于当前和/或即将来临的状态数据(但不是参数数据)于其中在系统级别(例如通过如上的控制器108)确定的实施例，状态数据例如经由状态/参数控制线路141传输到控制器123，状态/参数控制线路141可能来自图1所示的控制线路117。在程序132的控制下，微控制器126使用状态数据在参数查找表131中为它的可调节参数查找最佳电平。微控制器126以参数数据一般地设置栅极驱动电压、开关频率和输出电压Vout的电平，如上。[0045]对于参数数据于其中在系统级别(例如通过如上的控制器108)确定的实施例，参数数据例如经由状态/参数控制线路141传送到控制器123。在程序132的控制下，微控制器126使用参数数据来设置栅极驱动电压、开关频率和输出电压Vout的电平，如上。
[0046]在一些实施例中，不仅参数数据是在系统级别确定，而且稳压器118不包含用来重置它的可调节参数的内置容量，或者是在设置可调节参数时也需要绕过微控制器126。在这种情况下，控制器108 (图1)使用参数数据为稳压器118生成栅极电压控制信号(例如在线路142上)、Fsw (开关频率)控制信号(例如在线路143上)和输出电压控制信号(例如在线路144上)。(例如，这些信号线路142-144可能会形成图1所示的控制线路117的至少一部分。)栅极电压控制信号设置电压电平，该电压电平是由栅极电压驱动器128生成的，以便驱动晶体管119和120。Fsw控制信号设置开关频率，该开关频率是由PWM127提供的，以便控制栅极电压驱动器128。输出电压控制信号设置参考电压VrefHO的电平，从而设置输出电压Vout所调节到的电平(例如在电源总线稳压器101的情况下)。
[0047]图1所示的电子装置100和图2所示的稳压器118说明本发明的一些特征可以在控制器在108中的系统级别或在控制器123中的POL级别实施，或这两者均可。任一给定的实施可能一般地取决于并入本发明的系统的类型。例如，对于具有充分容量的中央处理器或微控制器(例如控制器108)的电子装置，可能需要在控制器108中具有尽可能多的这些功能。在这种情况下，单独的稳压器101-104可能会尽可能地简单。在另一示例中，如果电子装置不具有这样的中央处理器，或者如果本发明所描述的功能不能轻易地并入其中央处理器(例如必要的数据不可用或无法使用或中央处理器没有足够容量)，那么可能需要使这些功能内置在单独的稳压器中。其他考虑因素也可能影响到相关设计决策。例如，在一些实施例中，如果需要控制电源总线稳压器101的输出电压电平(即POL稳压器102-104的输入电压电平)，那么控制特征可能必须驻留在系统级别(例如在控制器108中)，以便存取所需要的级别的信息。否则，电源总线稳压器101可能经设计带有比在POL稳压器102-104中的那些更强大的控制器，以便操纵优化功能的更高级别的复杂性。
[0048]图3示出了参数查找表145的示例。状态查找表的示例将会使批量的当前和/或即将来临的状态数据值(或其范围)一般地映射到一组编号的状态。接着编号的状态一般地映射或对应到每个稳压器101-104的参数查找表145中多组参数146。在图3所示的示例中，五个示例性状态147-151 (或负载105-107的电平的范围)经示出带有用于稳压器
101-104的示例性参数数据152-156。
[0049]既然参数查找表145示出了用于全部稳压器101-104的参数数据152-156，那么参数查找表145 —般地是图1所示的参数查找表114的示例。另一方面，用于图2所示的参数查找表131的示例，对于使用数据的一个稳压器101-104将可能具有仅用于参数数据152-156的条目。
[0050]示例性参数146经示出包含用于稳压器101-104的高端栅极驱动电压电平(Vgh)、低端栅极驱动电压电平(Vgl)、开关频率(Fsw)和输出电压电平(Vbus )。(如上，也可以包含其他类型的可调节参数)。Vgh参数值是用于由栅极电压驱动器128在线路137上设置电压电平输出，以便驱动高端晶体管119(图2)。Vgl参数值是用于由栅极电压驱动器128在线路138上设置电压电平输出，以便驱动低端晶体管120。Fsw参数值用于设置由PWMl27生成的频率，以便引起栅极电压驱动器128打开和关闭晶体管119和120。Vbus参数经示出仅提供用于电源总线稳压器101。既然负载105-107—般在单独的电压级别操作，那么未示出用于其他的稳压器102-104的输出电压参数值。然而，在一些实施例中，一些负载105-107可能在变量输入电压级别操作。在这种情况下，相应的稳压器102-104可能具有类似于Vbus参数的输出电压参数值。
[0051]在参数查找表145中对于示例性参数数据152-156示出的数字仅出于说明的目的。可以使用其它数值，并且一般取决于任一给定设计方案的要求和能力。
[0052]在参数查找表145中示出的状态147-151的数量也仅用于说明的目的。任一数量的预定状态可以作为是可能的或实用的状态使用，以便为效率优化提供任一所需的间隔尺寸。一般而言，提供了较大数量的功率或具有较大动态负载范围的稳压器可能会具有更多状态，而提供了较少数量的功率或具有较小动态负载范围的稳压器可能会具有更少状态，但不必须是这样。
[0053]虽然参数查找表145对于每个电压稳定器101-104示出了相同数量的状态，但是应当明白的是本发明不必是如此地有限。相反，对于每个稳压器101-104，没有必要具有相同数量的状态。因此，每个稳压器101-104对于任一给定的设计一般都具有所希望的、恰当的或实用的任何数量的状态(并带有相应的最佳可调节参数)。另外，在一些实施例中，一些稳压器101-104可能经提供带有较少的状态，这通过在两个或更多状态中具有相同的参数数据，从而有效地使两个或更多状态合并为一个状态。
[0054]放置在参数查找表114、131或145中的数值一般在电路模拟中或在实验或制造设置中实验性地生成。要执行此操作，每个设计参数可以与稳压器101-104的全部其他设计参数一起迭代地测试，以便为负载电平的预期范围或预期可能操作负载数值确定参数值的最佳配置。因此，所测试的设计参数可以包含本发明所涉及的可调节的和不可调节的参数。作为迭代测试的结果，对于每个参数都生成了作为负载的函数的一组离散的最佳数值，也对于包含在测试中的每个非可调节的参数生成了单一的数值。
[0055]在图4的曲线图157中示出了一组这种最佳参数值相对于负载的示例。用于该示例的参数是开关频率。随着负载的增加，最佳开关频率以离散的步骤增加或减少。于其中发生步骤的负载值可能会用于确定负载范围的开始和结束，这是对于将会在状态查找表113或130中限定的每个预定义状态。在每个步骤内的曲线图157的频率值可用于生成参数查找表114、131或145的开关频率部分。
[0056]对于在最佳开关频率值内的每个步骤(例如5KHz、20KHz、25KHz、IOOKHz等)的可允许或可接受的大小可以确定间隔大小或状态的数量。例如，较小的步骤大小可能会导致更高的间隔大小或较大数量的状态，并且更大步骤的大小可以导致更低的间隔大小或更小数量的状态。
[0057]较小的步骤大小和较大数量的状态状态可能导致电子装置100的整体效率更接近最佳。然而，相对较大数量的状态可能需要控制器108或123的更多处理功率，以便监测状态并设置可调节参数，这可能会对电子装置100的性能、功率使用和整体效率产生不利影响。另外，相对较大数量的状态可能会导致在电子装置100的操作期间调节参数改变得如此之快以致对效率产生负面影响。因此必须在电子装置100的状态总数和整体效率之间做出权衡和妥协。
[0058]作为迭代测试或模拟的结果，可以为其他可调节参数做出最佳参数值相对于负载的其他曲线图，但为简洁起见，此处未示出。因此，在每个这样的曲线图中呈现的最佳参数值可以示出与在曲线图157中示出的类似的步骤。然而，对于每个可调节参数在数据中的这个步骤在相同的负载值可能会或可能不会发生。所以，考虑到用于全部可调节参数的数据中的全部步骤可能需要描绘相对较大数量的状态，这可能是不希望的，如上。然而，为了使用较少状态，可能会相对于最佳位点作出一些妥协方案，参数值在该最佳位点如由迭代测试或模拟所指示的改变。
[0059]为了对每个可调节参数确定最佳参数值，迭代测试或模拟导致使参数值与用于多个负载值的效率(以及操作模式或其他条件)相关的数据设置。例如，曲线图158-169示出了用于在Vbusll2 (图1)上的电压电平参数的这样的数据设置。这些曲线图158-169由电路模拟生成，这通过使用带有不同稳压器和示例性负载的一般地代表性的笔记本计算机系统的电路。
[0060]曲线图159、162、165和168使在Vbusl 12上的电压电平与POL稳压器102-104的结合的效率相关。曲线图158、161、164和167使在Vbusl 12上的电压电平与电源总线稳压器101的效率相关。曲线图160、163、166和169使在Vbusl 12上的电压电平与POL稳压器
102-104和电源总线稳压器101的级联的结合效率相关。
[0061]图5和6的曲线图158-163示出了对于电子装置100由图1所示的DC电源以适配器(即适配器模式中)供电的情景的这些效率。图7和8的曲线图164-169示出了对于电子装置100由电池110 (即在电池模式中)供电的情景的这些效率。
[0062]图5和7的曲线图158-160和164-166示出了在相对较低的负载操作条件或状态的这些效率。在这些条件下，POL稳压器效率曲线图159和165示出了对于Vbusl 12在相对较低的电压电平的更高的效率。然而，与之相反地示出的是电源总线稳压器的效率曲线图158和164，其导向级联的结合的效率曲线图160和166，曲线图160和166示出了对于Vbusl 12的在相对较低的电压电平的最高的整体效率。
[0063]另一方面，图6和8的曲线图161-163和167-169示出了在相对较高的负载操作条件或状态的这些效率。在这些条件下，POL稳压器效率曲线图162和168再次示出了对于Vbusll2在相对较低的电压电平的更高的效率。并且再次与之相反地示出了电源总线稳压器的效率曲线图161和167，然而，级联的结合的效率曲线图163和169示出了对于Vbusl 12在相对较高的电压电平的最大的整体效率。
[0064]对于其他的负载条件或状态，可能绘出在Vbusl 12上的效率相对于电压电平的其他曲线图，但为简洁起见，此处未示出。因此，在Vbusll2上的电压电平的最佳数值可以从由这种曲线图所表示的全部数据确定，其用于电子装置100的一组完整的负载条件或状态，并可以用来产生参数查找表114、131或145的Vbus参数部分。
[0065]另外，可以对用于其他可调节参数的数据做出一组类似的曲线图，但为简洁起见，此处未示出。因此，用于其他可调节参数的最佳数值可以从由这种曲线图所表示的全部数据确定，其用于电子装置100的一组完整的负载条件或状态，并可以用来产生参数查找表114、131或145的其他部分。
[0066]图9示出示例性效率相对于负载的曲线图170(实线)，它是基于并入本发明的实施例的图1所示的电子装置100从示例性电路的模拟生成。该示例性效率相对于负载的曲线图170在示例性现有技术的效率相对于负载的曲线图171 (虚线)的旁边示出。换句话说，曲线图170是从模拟产生的，其中示例性电路的稳压器的参数(如本发明所讨论的)在模拟期间随着负载的改变而调节。并且现有技术的曲线图171是从相同的电路的模拟产生的，其中参数在其模拟的操作期间没有调节。
[0067]虚线172表示负载级别,连续的导电模式(CCM)边界在该负载级别横穿过去。能够在曲线图170和171中在该位点附近看出稍微的不连续性。
[0068]另一虚线173指示负载级别，在该负载级别以下开关损耗占主导地位，并且在其以上传导损耗占主导地位。在虚线173附近，曲线图170和171示出在两个模拟中的效率级别之间的相对紧密的匹配。然而，曲线图170和171进一步从虚线173偏离，以致由本发明的实施例生成的曲线图170示出了比现有技术的曲线图171更高的效率级别。
[0069]图10示出分别由于传导损耗和开关损耗的示例性功率损耗(Ploss)相对于负载的曲线图174和175 (实线)。这些曲线图174和175是基于并入本发明的实施例的图1所示的电子装置100从示例性电路的模拟生成的。示例性Ploss相对于负载的曲线图174和175经示出在由于传导损耗和开关损耗的示例性现有技术的Ploss相对于负载的曲线图176和177 (虚线)的旁边。换句话说，曲线图170是从模拟产生的，其中示例性电路的稳压器的参数(如本发明所讨论的)在模拟期间随着负载的改变而调节，并且现有技术的曲线图176和177是从相同电路的模拟产生的，其中参数在其模拟的操作期间没有调节。
[0070]如图9所示虚线178表示负载级别，在该负载级别横穿了 CCM边界。能够在曲线图174-177中在该位点附近看出稍微的不连续性。
[0071]另外，另一虚线179指示负载级别，在该负载级别以下开关损耗占主导地位，并且在其以上传导损耗占主导地位。在虚线179附近，传导损耗曲线图174和176示出在两个模拟中的效率级别之间的相对紧密的匹配。然而，传导损耗曲线图174和176进一步从虚线179偏离，以致由本发明的实施例生成的曲线图174示出了比现有技术的曲线图176更低的功率损耗级别。另外，开关损耗曲线图175和177的比较揭示了由本发明的实施例生成的曲线图175示出几乎在其整个长度范围内比现有技术的曲线图177更低的功率损耗级别。
[0072]图11示出根据本发明的实施例的示例性过程180的简化的流程图，它是用于控制(例如通过控制器108或123，并有可能连同其他组件一起)电子装置100的至少一部分动态可优化系统的电源架构。应当明白的是过程180仅以说明的目的示出。因此，其他过程或单独的子功能或子功能的顺序可以用来实现与设置/重置一个或更多稳压器101-104的可调节参数的相同或类似的整体功能，并且可以用来优化电子装置100的效率或其至少一部分。
[0073]紧接着开始(在181)，假设在整体电子装置100的启动时，初始数值被分配(在182)到自适应参数。初始参数值可以是基于用于稳压器101-104的已知的启动条件。替换地，既然控制器108或123在这一位点可能还没有运行，那么初始参数值可能会固定地植入稳压器101-104，以便能够启动。另外，其余的过程180可能会延迟，以便允许电子装置100或一个或更多稳压器101-104在动态地调节可调节参数之前完成它的启动程序。
[0074]接着在183读取预测数据。替换地或除了读取预测数据以外，稳压器101-104的输出电压Vout和输出电流1ut (即当前负载数据)还在183取样。如果预测和/或当前负载数据表明电子装置100或负载105-106或任一稳压器101-104不稳定或不在稳定的状态条件下，如在184所确定的，那么可能不能确定使可调节参数设置到的适当的数值。另外，在这个操作条件下改变可调节参数可能也是不需要的。因此，在这种情况下，对可调节参数没有做出改变，即保持了静态操作(例如在185)。
[0075]在电子装置100或稳压器101-104的至少一个负载105-107处在稳定的系统状态之前，如在184所确定的，预测和/或当前负载数据可能必须读取或取样(例如在183-185的回路中)若干次。然而，一旦发生这种稳定性，那么系统或其一部分的状态就会从预测和/或当前负载数据确定(在186)，例如，通过使用状态查找表113或130(图1和2)。如果状态从先前的状态确定中(如在187所确定的)没有变化，那么没有必要进行重置可调节参数的过程180的部分。因此，可能会保持(例如在185)静态操作并从183-187重复过程180，直到在187检测到状态的改变。
[0076]当在187检测到状态的改变(用于电子装置100或其一部分的)时，在参数查找表114、131或145 (图1-3)中查找用于自适应或可调节参数的相应的数值。接着这些数值会分配(在189)到受影响的稳压器101-104的自适应/可调节参数，如上面参考图1和2所描述的。只要电子装置100是可操作的，过程180就会接着返回到183，以便重复。
[0077]如替代方案所示，如果在183接收的预测数据(如果已使用)指示系统(或其一部分)趋于稳定所在的时间和/或它趋于稳定所在的状态，那么控制器108或123能够提前准备，而不是仅在183-185的回路中等待。在这种情况下，可能会进行过程180，以便查找即将来临的状态(类似于186)、确定即将来临的状态是否是变化状态(类似于187)以及紧接着状态趋于稳定(或可选地在其以前)查找用于预期设置参数数值(如在189 )的可调节参数(类似于188)的数值。其他的替换方案从本发明的完整描述中将会是明显的。
[0078]已经以一定程度的特殊性描述了优选地示出的本发明的实施例及其改进方案。这种描述是以优选的示例的方式做出的。然而，应当明白的是所要求的主题的范围是由权利要求所限定的，且不必由以上提出的优选实施例的详细描述所限制。
【权利要求】
1.一种电子装置，其包括: 在所述电子装置的至少部分内的负载； 对所述负载提供功率并且具有能够在操作期间被设置的操作参数的稳压器；以及连接到所述稳压器的控制器，所述控制器重复地确定所述电子装置的至少所述部分的状态，并且响应确定所述状态重复地设置所述稳压器的所述操作参数，以便在所述稳压器的操作期间优化在所述电子装置的至少所述部分中的系统功率使用，所述状态可从至少三种预定状态中选择，所述操作参数的数值可从多组数值中选择，每组数值对应于所述预定状态中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的电子装置，进一步包括: 所述电子装置的至少所述部分内的多个所述负载；以及 对多个所述负载提供功率并且每个具有能够在操作期间被设置的所述操作参数的多个稳压器； 并且其中: 所述控制器连接到所述多个稳压器；以及 所述控制器响应确定所述状态重复地设置所述多个稳压器的所述操作参数，以便在所述稳压器的操作期间优化所述电子装置的至少所述部分中的系统功率使用。
3.根据权利要求2所述的电子装置，其中: 每个所述稳压器的所述操作参数包含开关频率和两个栅极驱动电压；以及 所述稳压器中至少一个的所述操作参数进一步包含输出电压电平。`
4.根据权利要求2所述的电子装置，其中: 每个所述稳压器的所述操作参数独立于其它稳定器被设置。
5.根据权利要求2所述的电子装置，其中: 所述稳压器中的一个以电压电平向其它稳压器提供功率； 所述电压电平是所述一个稳压器的所述操作参数中的一个；以及 所述一个稳压器提供的所述电压电平响应于确定所述状态而被设置。
6.根据权利要求1所述的电子装置，其中: 所述控制器基于所述负载确定所述电子装置的至少所述部分的状态。
7.根据权利要求1所述电子装置，其中: 所述控制器基于预测数据确定所述电子装置的至少所述部分的状态。
8.根据权利要求1所述的电子装置，其中: 所述控制器基于预测数据和所述负载确定所述电子装置的至少所述部分的状态。
9.根据权利要求1所述电子装置，其中: 所述操作参数包含开关频率和两个栅极驱动电压。
10.一种电子装置，其包括: 用于稳定电压的装置，所述电压用于为在所述电子装置的至少一部分内的负载供电；所述稳定装置具有多个可调节的操作参数，其包含开关频率和两个栅极驱动电压； 用于接收与所述负载相关的反馈的装置； 用于接收与所述电子装置的至少所述部分的状态相关的预测数据的装置； 用于存储至少三个预定状态的状态定义的装置，其中所述电子装置的至少所述部分能够在所述三个预定状态操作； 用于储存包含多组用于所述可调节操作参数值的操作参数数据的装置，其中每组数据都对应于至少一种所述预定状态； 用于通过使用与所述负载相关的所接收的反馈和所接收的预测数据，在所述状态定义储存装置中查找所述状态，以确定所述电子装置的至少所述部分的状态的装置； 用于通过查找对应于所确定的状态的所述可调节操作参数的组，选择所述可调节操作参数的装置；以及 用于在稳定装置操作期间设置在所述稳定装置中所选择的所述可调节操作参数的装置。
11.根据权利要求10所述的电子装置，进一步包括: 用于稳定多个电压的多个所述稳定装置，所述电压用于为在所述电子装置的至少所述部分内的多个负载供电，每个稳定装置都具有所述多个可调节操作参数，其包含所述开关频率和所述两个栅极驱动电压，所述稳定装置中的一个在电压电平向其他稳定装置提供功率，所述电压电平是所述稳定装置中的一个的所述多个可调节操作参数中的一个，每个稳定装置的所述可调节操作参数都独立于所述其它稳定装置被设置。
12.—种方法,其包括: 操作稳压器以便为电子装置的至少部分内的负载供电，所述稳压器具有多种可调节操作参数； 确定所述电子装置的至少所述部分的状态，所确定的状态是至少三个预定状态中的一个；以及` 依据所述确定的状态，将所述可调节操作参数设置为预定值，以便在所述稳压器的操作期间优化所述电子装置的至少所述部分中的功率使用，所述预定值可从多组数值中选择，每组数值都对应于所述预定状态中的至少一个。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括: 操作多个稳压器以便为所述电子装置的至少所述部分内的多个负载供电，每个所述稳压器都具有所述多个可调节操作参数；以及 依据所述确定的状态，设置所述多个稳压器的所述可调节操作参数，以便在所述多个稳压器的操作期间优化所述电子装置的至少所述部分中的功率使用。
14.根据权利要求13所述的方法，其中: 用于每个所述稳压器的可调节操作参数包含开关频率和两个栅极驱动电压；以及 用于至少一个所述电压稳压器的可调节操作参数进一步包含输出电压电平。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括: 独立于其它稳定器设置每个稳压器的操作参数。
16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括: 操作所述稳压器中的一个，以便以电压电平向其它稳压器提供功率，所述电压电平是所述一个稳压器的所述多种可调节操作参数中的一个；以及 依据所确定的状态，设置由所述一个稳压器提供的所述电压电平。
17.根据权利要求12所述的方法，进一步包括: 基于所述负载确定所述电子装置的至少所述部分的状态。
18.根据权利要求12所述的方法，进一步包括:基于所述预测数据确定所述电子装置的至少所述部分的状态。
19.根据权利要求12所述的方法，进一步包括:基于预测数据和所述负载确定所述电子装置的至少所述部分的状态。
20.根据权利要求12所述的方法，其中:所述可调节操作参数包含开关频率和两个栅极驱动电压。
【文档编号】G05F1/56GK103513687SQ201310237031
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2012年6月15日
【发明者】S·M·默瑟, R·D·帕特尔 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司
【专利摘要】本发明涉及一种稳压器。在电子装置内，稳压器为负载供电。稳压器具有可调节操作参数，其能够在电子装置操作期间被设置。可调节操作参数根据电子装置的状态或具有负载的电子装置的部分被设置或重置，以便优化功率使用。该状态可从至少三种预定状态中选择。操作参数的数值可从多组数值中选择。每组数值对应于预定状态中的至少一个。
【专利说明】调节稳压器的操作参数
【技术领域】【背景技术】
[0001]许多电子装置合并了一个或更多稳压器，以便使系统电源电压电平转换为一个或更多用来在电子装置内使电路偏置的已调节电压。存在着多种不同拓扑结构的稳压器，每种都具有独特的优势和弱点，当对电子装置内给定的应用设计或选择稳压器时，这些优势和弱点通常考虑在内。例如，在电子装置的操作过程期间负载的级别可能有较大差异，因为电子装置的各种功能会在不同时间激活或禁用。在这种情况下，稳压器必须经设计以便响应预期的负载变化，同时使其输出电压保持在特定的限度内。
[0002]稳压器的设计一般包含选择各种参数，这取决于稳压器的类型和预期的负载环境。例如，稳压器可分为使用开关的结合(通常体现为晶体管包含MOSFET、BJT、IGBT, JFET等)的开关稳压器、电感器和/或变压器以及作为用于升压和/或降压电压转换的基础的电容器。一些稳压器的设计参数将会包含用作开关的晶体管的尺寸、电感器的尺寸/电感(或变压器的尺寸/匝数比)、电容器的尺寸/电容、开关打开和关闭所在的频率以及要打开/关闭开关而选择的电压电平，除其他参数以外。包含稳压器的输入电压范围、输出电压范围以及负载范围的附加参数将有助于确定稳压器设计参数。
[0003]稳压器的效率一般在很大程度上取决于每种稳压器设计参数与输入电压范围、输出电压范围以及负载范围的结合，除其他因素以外。然而，既然在电子装置的操作期间负载可能改变，那么不可能在设计阶段就为这些稳压器设计参数选择“固定”值，这将会总是导致稳压器的最高可能的操作效率。结果，既然这些稳压器参数是静态的，那么稳压器几乎肯定会在其最高可能的操作效率以下操作了显著百分比的时间。即使电子装置的最普通的操作功率电平是已知的，并且相应地选择了稳压器的参数，这种情景也会发生。
[0004]在许多典型的情况下，稳压器经设计以便在它们的最高操作功率状态展示它们的最高效率。所以对于较低的功率状态，它们一般是过分保险设计的。换句话说，在这些设计中在较低的功率状态，效率显著地更低。既然通常假设无论何时达到设计的最大额定功率功率损耗都应当最小化，那么效率和功率状态之间的这种关系一般被认为是可接受的。然而，对于为几乎全部电子装置在整个负载范围内而不仅是在最大额定功率特别情况下继续增加整体功耗效率，长期感到存在着需要。然而，到目前为止已经一般地推动了效率的提高，以致其达到这样的水平，在该水平最高功率状态的任一额外的改进都能仅导致相对较小的整体提闻。
[0005]当与在“正常”负载或者甚至是重负载的效率相比较时，一些稳压器在相对较轻的负载条件下具有相当程度地较低的效率。所以许多这种稳压器经设计以便在电子装置内当发生轻负载状态比如睡眠模式时改变其操作特性。不过，无论电子设备是处在轻负载状态还是重/正常负载状态，负载可能仍然有相当大的改变，从而导致稳压器在显著百分比的时间内的效率低下的操作。
[0006]本发明是相对于这些和其他背景考虑而逐步发展的。
【发明内容】
[0007]本发明的一些实施例一般涉及操作稳压器，以便在电子装置的至少一部分内为负载供电。稳压器具有多个可调节的操作参数，其在操作期间能够重复地设置和重置。电子装置的至少一部分的状态例如通过连接至稳压器或其部分的控制器而确定。确定的状态一般地从至少三个预定状态中的一个选择，即超过一个单一的重负载或轻负载状态。依据确定的状态，可调节操作参数设置为预定值，以便在稳压器的操作期间在电子装置的至少部分中优化系统的功率使用。预定值一般可从多组数值中选择，其中每组数值都对应于预定状态的至少一组。
[0008]在更加具体的实施例中，操作多个稳压器以便为多个负载供电。每个稳压器都具有多个可调节的操作参数，它们在操作期间设置，以便依据确定的状态优化系统功率使用。另外，在一些实施例中，可调节的操作参数一般包含开关频率和两个栅极驱动电压。在一些涉及多个稳压器的实施例中，用于至少一个稳压器的可调节操作参数也可以包含输出电压电平。而且，在一些涉及多个稳压器的实施例中，每个稳压器的操作参数都可以独立于其它稳压器设置。
[0009]本公开及其范围的更完整的评价以及它实现上述改善所用的方式能够通过参考当前优选实施例的以下具体描述获得，这些优选的实施例结合在下面简要描绘的附图和所附权利要求做出。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1示出带有并入本发明的实施例的动态可优化系统电源架构的至少一部分电子装置的简化示意图。
[0011]图2示出用于使用在并入本发明的实施例的电子装置中的稳压器的简化示意图。
[0012]图3示出根据本发明的实施例的用于使用在图1所示的系统电源架构和/或图2所不的稳压器内的表格的不例。
[0013]图4示出根据本发明的实施例的可调节的操作参数(例如可选的交换频率)的曲线图的示例，其中该可调节的操作参数作为在生成图3所示的至少一部分表格中使用的负载的函数。
[0014]图5-8示出根据本发明的实施例的效率的曲线图的示例，其中该效率作为在生成图3所示的至少一部分表格中使用的可调节的操作参数(例如电源总线电压电平)的函数。
[0015]图9示出与现有技术的曲线图的示例相比较的用于并入本发明的实施例(例如图1所示的)的至少一部分电子装置的效率相对于负载的示例性曲线图。
[0016]图10示出用于并入本发明的实施例(例如图1所示的)的至少一部分电子装置的由于传导损耗的功率损耗的示例性曲线图和由于开关损耗的功率损耗的示例性曲线图，它们是与现有技术的曲线图的示例相比较的。
[0017]图11示出根据本发明的实施例的用于控制图1所示的动态可优化系统电源架构的示例性处理过程的简化流程图。
【具体实施方式】[0018]图1示出了并入本发明的实施例的电子装置或系统100 (或至少是其一部分)的示例。电子装置100可能是计算机(例如服务器、台式机、笔记本、平板电脑等)、电话(例如手机、智能手机、有线电话等)、游戏控制台(例如手持电脑、机顶盒等)、网络装置(例如调制解调器、路由器、中继器、交换机、集线器等)、音频或视频播放器、电视机或其他适当类型的电子系统。电子装置100的具体示意图经示出仅作为说明的目的，且不必旨在限制本发明的范围，除非在权利要求中有具体要求。因此，除了所示出的以外的组件的结合一般地是在本发明的范围内。例如，在图1中示出为单个方框的一些组件在本发明的一些实施例中可能是多个物理组件，而在图1中示出为多个分开的方框的一些组件可以如所希望的结合或适当地结合，并且仍然保持在本发明的范围内。还有，在一些实施例中可能包含图1中未示出的或本发明中未描述的其他组件，而图1中特别地示出的和/或本发明中特别地描述的一些组件可能是可选的，或未包含在一些实施例中。
[0019]示例性电子装置100 —般包含多个稳压器101、102、103、104、多个负载105、106、107、控制器108以及存储器109，除了其他可能的组件以外。对于电池操作的实施例，示例性电子装置100也可能包含电池110和充电器111。
[0020]负载105-107 —般地代表适用于电子装置100的类型的电路组件。例如，如果电子装置100是笔记本计算机，那么负载105-107可能代表一个或更多内核处理器、图形处理器和/或存储器子系统，除了其他适当的系统组件以外。在另一示例中，如果电子装置100是手机，那么负载105-107可能代表主处理器、无线收发器和/或显示器，除了其他适当的组件以外。对于负载105-107的许多其他变化和示例也在本发明的范围内。
[0021]虽然本发明于此参考具有多个稳压器101-104的电子装置一般地描述，但是应当明白的是本发明不必如此有限。相反，一些实施例可能仅使用单独的稳压器。依据实施例，可以使用任一数量的稳压器。
[0022]稳压器102-104—般代表用于向负载105-107提供在规定的电压电平的功率的任一适当类型的负载点(POL)稳压器。因此POL稳压器102-104可能是任一适当的开关电源、降压开关稳压器、升压型开关稳压器、同步降压稳压器、DC/DC转换器等。每个POL稳压器102-104的具体类型或拓扑结构一般地取决于负载105的需要和整体电子装置100的要求。
[0023]稳压器101 —般代表用于向POL稳压器102-104提供功率的任一适当类型的稳压器。稳压器101—般生产这种在电源总线或轨道(Vbus)112上在所希望的电压的功率。然后，功率作为输入功率供应到POL稳压器102-104。因此稳压器101可能通常被认为是电源总线稳压器。电源总线稳压器101从DC电源接收功率，该DC电源可能是AC/DC转换器、DC/DC转换器、其它稳压器或其他适当的电源。在一些实施例中可能会有稳压器的上游堆叠式层次结构，其使功率供给进电源总线稳压器101，并沿着其供给到POL稳压器102-104(以及可选地供给到充电器111)。
[0024]稳压器101-104具有多个设计参数，其取决于每个稳压器101-104的类型。在一些实施例中，这些设计参数可能包含一对开关晶体管的尺寸、输出电感器的尺寸/电感、输出电容器的尺寸/电容、晶体管打开和关闭所在的频率、为了使晶体管打开/关闭而应用到晶体管栅极的电压的电平、输入电压的电平以及输出电压的电平，除了其他参数以外。这些参数中的一些(例如操作参数，比如晶体管打开和关闭所在的频率、为了使晶体管打开而用来驱动晶体管栅极的电压的电平、输入电压的电平以及输出电压的电平)在电子装置100的操作期间可能会容易地调节。(例如，当稳压器101-104遇到较轻的负载时，可以向开关晶体管供应较低的栅极驱动电压，如果开关晶体管能够正常打开/关闭并且能够恰当地保持转换速率的话)。其他的这些参数(例如开关晶体管的尺寸、输出电感器的尺寸/电感以及输出电容器的尺寸/电容)在电子装置100的操作期间不容易服从调节。然而，既然这些组件中的一些可调或可变版本是已知的，那么在本发明的范围内就有可能包含这样的参数，比如部分可调参数。
[0025]作为本发明所描述的每个不同实施例的结果，电子装置100 —般动态地优化了稳压器101-104的性能，并因此动态地优化了系统效率。这种优化过程一般通过调节操作参数的数值来实现，该操作参数可能在稳压器101-104的操作期间调节，它带有如此高级别的分辨能力以致对于任一给定的应用或情况都是切实可行的。因此，而不是简单地具有对于正常操作的“轻负载”的异常，稳压器101-104能够在如所希望的或所需要的那样多的等级或电平的操作条件中操作，以便优化在POL电平的功率消耗。一些操作参数可以设置到的一些数值示例和其一些有益的影响的示例在下面参考图3-10示出和描述。
[0026]控制器108使电子装置100的基本操作一般地集中起来，该基本操作比如是协调其子组件的功能，例如稳压器101-104的功能。因此，控制器108可以代表执行储存在存储器109中的指令的一个或更多适当的通用可编程嵌入式微处理器，存储器109可以是任一适当的RAM和/或ROM储存组件。除其他可能的编程和数据以外，存储器109 —般地还储存状态查找表113、参数查找表114以及用于监视电子系统100 (或至少其一部分)的状态的程序115，以便为稳压器101-104重复地选择和设置/重置参数。替换地，控制器108可以是一个或更多ASIC (专用集成电路)，其带有用于控制固定嵌入它的电路中的其他子组件的功能(例如程序115等)和数据(例如表格113和114等)。
[0027]控制器108从电子装置100的一些组件接收不同类型的系统数据(例如在系统数据线路116上)。因此系统数据一般地代表不同数据，它们中的至少一些可以与为了控制现有技术的电子装置而通过现有技术的处理过程获得的数据相同或与其类似。在本发明的一些实施例中，系统数据包含指示负载105-107的当前电流或功率消耗的反馈，即电流负载数据，因此控制器108能够对当前负载条件做出反应。
[0028]另外，在一些实施例中，系统数据可能会进一步包含预测性或前瞻性(而不是回应性)的数据，它是关于电子装置100的或者是关于其至少一部分例如负载105-107的即将来临的操作条件的。一些负责电子装置的系统管理的现有技术的控制器已经接收一些类型的功率信息。在一些情况下，这种信息与还没有执行负载(例如负载105-107)的操作条件相关，这意味着在一些实例中，控制器108可能在其实际发生之前就已经知道在至少一部分电子装置100内将会发生负载瞬变现象。
[0029]在一些实施例中，不同控制线路117使控制器108连接到一个或更多稳压器101-104。控制器108为每个如下的稳压器101-104在的控制线路117上一般地产生控制
数据或信号。
[0030]带有当前负载数据和/或预测数据，在程序115的控制下且通过使用状态查找表113，控制器108确定了电子装置100和/或负载105-107的当前和/或即将来临的状态(或至少其一部分)。控制器108 —般通过在状态查找表113中查找状态信息而做出这种决定，它是基于当前负载数据和/或预测数据(该数据落入的数值范围)。对于仅使用当前负载数据的实施例，控制器108能够一般地仅确定当前状态数据。然而，对于使用预测数据代替当前负载数据或添加到当前负载数据的实施例，控制器108能够确定即将来临的状态数据，即电子装置100 (或至少其一部分)和/或负载105-107的状态即将进入。
[0031]接着，随着状态信息，在程序115的控制下和通过使用参数查找表114，控制器108为稳压器101-104确定了用于每个可调节的参数的最佳电平。控制器108 —般通过在参数查找表113中查找用于可调节参数的数值(参数数据)而做出这种决定，它是基于所确定的状态。
[0032]替换地，在一些实施例中，表格113和114结合在单独的状态/参数结合表格中。因此，这些查找任务可以一起做出。在这种情况下，控制器108为每个可调节的参数一般地查找(在结合的表格中)当前和/或即将来临的状态和最佳电平，其基于当前负载数据和/或预测数据(或该数据落入的数值范围)。
[0033]在另一替换方案中，未获得状态数据，并且状态查找表113不是电子装置100的部分。相反，当前负载数据和/或预测数据是用来代表电子装置100 (或至少其一部分)和/或负载105-107的状态，或者用来代替它们。在这种情况下，控制器108为每个可调节的参数一般地查找(在参数查找表114中)最佳电平，这基于当前负载数据和/或预测数据(该数据落入的数值范围)。
[0034]在再一替换方案中，控制器108 —般地查找(在状态查找表113中)当前和/或即将来临的状态，这基于当前负载数据和/或预测数据(该数据落入的数值范围)，但是对于每个可调节的参数不查找最佳电平。相反，参数查找表114 (或其相关部分)储存在每个稳压器101-104中，或者对于它们是可存取的，以致每个稳压器101-104能够基于由控制器108决定的当前和/或即将来临的状态数据为它的可调节参数查找最佳电平。
[0035]在前述实施例中，控制器108用来作为中央集线器，且相关数据聚集在其中，以便确定电子装置100 (或至少其一部分，例如负载105-106)的当前和/或即将来临的状态，并且以便协调设置用于稳压器101-104的可调节参数的最佳电平。然而，在其他替换方案中，确定状态数据不在系统级别(或不在高于单独的负载105-107的任一级别)执行。相反，每个稳压器101-104都接收它自己的本地当前负载数据，并且含有(或有权访问)表格113和114的相关版本(或子集)。因此，通过使用它的状态查找表113的版本，每个稳压器101-104都基于它的当前负载数据(该数据落入的数值范围)确定了它的当前状态。此外，通过使用它的参数查找表114的版本，每个稳压器101-104都基于它的确定的当前状态为它的可调节参数查找了最佳电平。替换地，每个稳压器101-104都为它的可调节参数查找最佳电平，这是基于它的当前负载状态(该数据落入的数值范围)，所以确定它的当前状态是可选的或不必要的。在另一替换方案中，每个稳压器101-104都接收有关它的负载105-107的即将来临的状态的预测数据，所以稳压器101-104能够为它的可调节参数确定最佳电平，这是基于添加到它的负载105-107的当前状态或者代替该当前状态的即将来临的状态。
[0036]基于当前和/或即将来临的状态数据和/或最佳电平，其用于稳压器101-104的可调节参数，控制器108在控制线路117上为每个稳压器101-104彼此独立地生成控制数据或信号。对于控制数据于其中代表用于可调节参数的最佳电平的实施例，每个稳压器101-104都使用这种数据，以便当它的加载条件在其操作期间改变和/或预期会改变时独立地选择和设置/重置它的可调节参数。对于控制数据于其中仅代表电子装置100 (或至少其一部分，例如负载105-106)的当前和/或即将来临的状态的实施例，每个稳压器101-104都使用这种数据，以便内部地确定用于它的可调节参数的最佳电平，如上。每个稳压器101-104接着在它的加载条件在其操作期间改变和/或预期会改变时独立地设置或重置它的可调节参数。对于确定状态数据于其中不在系统级别(或不在高于单独的负载105-107的任一级别)执行的实施例，控制线路117可能没有呈现，并且控制数据可能没有由控制器108产生，这是由于每个稳压器101-104可以基于它的当前负载数据而没有来自控制器108的输入而确定和设置/重置它的可调节参数。
[0037]对于仅使用当前负载数据或当前状态数据的实施例，能够使得稳压器101-104在改变已经发生后以电抗的方式仅响应负载105-107的任一个。然而，对于使用预测数据或即将来临的状态数据的实施例，不管是在系统级别(例如通过控制器108)还是在负载点级另Ij (例如通过单独的POL稳压器102-104)，都能够引起稳压器101-104对它们的可调节参数提前准备做出改变。因此，在状态改变和可调节参数改变之间的任一延隔时间都能够减少或可能消除。
[0038]对于包含电池110和充电器111的实施例，电池110的输出可以直接供给进POL稳压器102-104 (虚线)，或者在供给进POL稳压器102-104之前可以首先通过介于中间的稳压器(实线)。既然电池110的输出电压在电池110充电或放电时可能会改变，那么使用介于中间的稳压器能够更好地控制用于POL稳压器102-104的输入电压电平。(在一些实施例中，用于POL稳压器102-104的输入电压电平可能是在稳压器100的操作期间设置或重置的参数中的一个，即使是在电池模式下。)既然电源总线稳压器101已经供给进POL稳压器102-104，那么电源总线稳压器101可以用来调节来自电池110的电压(如图所示)，但是替换地，分离的稳压器(具有如本发明所描述的可调节参数)可以放置在电池110和POL稳压器102-104之间。而且，充电器111可以是也具有如本发明所描述的可调节参数的稳压器的形式。
[0039]图2示出了并入本发明的实施例的示例性稳压器118。在适当的设计中，稳压器118可以用来作为任一稳压器101-104 (图1)。稳压器118的具体示意图经示出仅作为说明的目的，且不必旨在限制本发明的范围，除非在权利要求中有具体要求。因此，除了所示出的以外的组件的结合一般地是在本发明的范围内。例如，在图2中示出为单个方框的一些组件在本发明的一些实施例中可能是多个物理组件，而在图2中示出为多个分开的方框的一些组件可以如所希望的结合或适当地结合，并且仍然保持在本发明的范围内。还有，在一些实施例中可能包含图2中未示出的或本发明中未描述的其他组件，而图2中特别地示出的和/或本发明中特别地描述的一些组件可能是可选的，或未包含在一些实施例中。
[0040]示例性稳压器118 —般包含高端晶体管119、低端晶体管120、输出电感器121以及输出电容器122和控制器123。控制器123可能是PWM (脉宽调制)控制器或ASIC或其他适当的电路。在控制器123的控制下，组件119、120、121以及122从在线路125上接收的输入电压Vinl25产生在线路124上的调节的输出电压Vout。输出电压Vout对稳压器118的负载供以功率。在POL稳压器102-104 (图1)的情况下，输入电压Vin是在Vbusll2上的电源总线稳压器101的调节的输出电压，并且调节的输出电压Vout供应到负载105-107。在电源总线稳压器101的情况下，输入电压Vin来自上游DC电源，并且调节输出电压Vout供应到在Vbusl 12上的POL稳压器102-104。[0041]控制器123 —般包含微控制器126、PWM (脉冲宽度调制)127、栅极电压驱动器128和存储器129。对于稳压器118于其中控制确定它的负载的状态和/或设置它的可调节参数(例如如上)的一些或全部功能的实施例，存储器129 —般包含状态查找表130、参数查找表131以及为了设置可调节参数用于监视负载的状态的程序132。表格130和131以及程序132 —般地是图1所示的表格113和114以及程序115的稳压器特定的版本。所以它们是为稳压器118的预定的优化要求特别地裁制的，这不同于表格113和114以及程序115，它们是针对基于更广泛的要求的全部不同稳压器101-104所裁制的。然而，对于状态数据于其中在系统级别(例如通过使用状态查找表113的控制器108)确定的实施例，状态查找表130在控制器123中没有呈现。另外，对于可调节参数的最佳电平于其中也在系统级别(例如通过使用状态查找表114的控制器108)确定的实施例，参数查找表131在控制器123中也没有呈现。
[0042]微控制器126可能是通用微处理器、ASIC或其他适当的电路。微控制器126 —般接收在线路133和134上的负载反馈信号，例如从输出电感器121之前和之后。对于状态数据和参数数据两者于其中都不在系统级别(例如通过控制器108)确定的实施例，负载反馈信号可以提供仅有的信息，其中状态数据和参数数据可能会随该信息确定。在这种情况下，能够使得稳压器118在它的负载已经发生了变化之后仅以电抗的方式响应。替换地，微控制器126可能会接收来自它的负载或来自控制器108例如在系统数据线路135上的上述预测数据(或至少其减少的相关部分)。在这种情况下，能够引起稳压器118对它的可调节参数提前准备做出改变，从而减少或可能消除在状态改变和可调节参数改变之间的任一延隔时间。
[0043]对于状态数据和参数数据两者于其中都不在系统级别(例如通过控制器108)确定的实施例，在程序132的控制下，微控制器126使用负载反馈信号来为它的负载确定当前负载数据。微控制器126以当前负载数据在状态查找表130中查找它的负载的当前状态。替换地，微控制器126以预测数据在状态查找表130中查找它的负载的即将来临的状态。微控制器126以当前和/或即将来临的状态数据在参数查找表131中查找用于它的可调节参数的最佳电平。替换地，微控制器126使用当前负载数据和/或预测数据在参数查找表131中为它的可调节参数查找最佳电平，却没有做出状态数据的分开的确定。微控制器126 —般以参数数据来控制栅极电压驱动器128 (例如经由线路136)，以便设置电压电平，栅极电压驱动器128在该电压电平上(即栅极驱动电压)通过线路137和138驱动晶体管119和120。另外，根据参数数据，微控制器126—般地控制PWM127(例如经由线路139)，以便设置开关频率，栅极电压驱动器128在该开关频率上替换驱动晶体管119和120，以便从输入电压Vin产生输出电压Vout。而且,微控制器126 —般以参数数据来控制输出电压Vout的电平，比如通过设置输出电压Vout调节到的参考电压VrefHO (例如在电源总线稳压器101的情况下)。本实施例可以描述为用于稳压器118的自持反应环路。
[0044]对于当前和/或即将来临的状态数据(但不是参数数据)于其中在系统级别(例如通过如上的控制器108)确定的实施例，状态数据例如经由状态/参数控制线路141传输到控制器123，状态/参数控制线路141可能来自图1所示的控制线路117。在程序132的控制下，微控制器126使用状态数据在参数查找表131中为它的可调节参数查找最佳电平。微控制器126以参数数据一般地设置栅极驱动电压、开关频率和输出电压Vout的电平，如上。[0045]对于参数数据于其中在系统级别(例如通过如上的控制器108)确定的实施例，参数数据例如经由状态/参数控制线路141传送到控制器123。在程序132的控制下，微控制器126使用参数数据来设置栅极驱动电压、开关频率和输出电压Vout的电平，如上。
[0046]在一些实施例中，不仅参数数据是在系统级别确定，而且稳压器118不包含用来重置它的可调节参数的内置容量，或者是在设置可调节参数时也需要绕过微控制器126。在这种情况下，控制器108 (图1)使用参数数据为稳压器118生成栅极电压控制信号(例如在线路142上)、Fsw (开关频率)控制信号(例如在线路143上)和输出电压控制信号(例如在线路144上)。(例如，这些信号线路142-144可能会形成图1所示的控制线路117的至少一部分。)栅极电压控制信号设置电压电平，该电压电平是由栅极电压驱动器128生成的，以便驱动晶体管119和120。Fsw控制信号设置开关频率，该开关频率是由PWM127提供的，以便控制栅极电压驱动器128。输出电压控制信号设置参考电压VrefHO的电平，从而设置输出电压Vout所调节到的电平(例如在电源总线稳压器101的情况下)。
[0047]图1所示的电子装置100和图2所示的稳压器118说明本发明的一些特征可以在控制器在108中的系统级别或在控制器123中的POL级别实施，或这两者均可。任一给定的实施可能一般地取决于并入本发明的系统的类型。例如，对于具有充分容量的中央处理器或微控制器(例如控制器108)的电子装置，可能需要在控制器108中具有尽可能多的这些功能。在这种情况下，单独的稳压器101-104可能会尽可能地简单。在另一示例中，如果电子装置不具有这样的中央处理器，或者如果本发明所描述的功能不能轻易地并入其中央处理器(例如必要的数据不可用或无法使用或中央处理器没有足够容量)，那么可能需要使这些功能内置在单独的稳压器中。其他考虑因素也可能影响到相关设计决策。例如，在一些实施例中，如果需要控制电源总线稳压器101的输出电压电平(即POL稳压器102-104的输入电压电平)，那么控制特征可能必须驻留在系统级别(例如在控制器108中)，以便存取所需要的级别的信息。否则，电源总线稳压器101可能经设计带有比在POL稳压器102-104中的那些更强大的控制器，以便操纵优化功能的更高级别的复杂性。
[0048]图3示出了参数查找表145的示例。状态查找表的示例将会使批量的当前和/或即将来临的状态数据值(或其范围)一般地映射到一组编号的状态。接着编号的状态一般地映射或对应到每个稳压器101-104的参数查找表145中多组参数146。在图3所示的示例中，五个示例性状态147-151 (或负载105-107的电平的范围)经示出带有用于稳压器
101-104的示例性参数数据152-156。
[0049]既然参数查找表145示出了用于全部稳压器101-104的参数数据152-156，那么参数查找表145 —般地是图1所示的参数查找表114的示例。另一方面，用于图2所示的参数查找表131的示例，对于使用数据的一个稳压器101-104将可能具有仅用于参数数据152-156的条目。
[0050]示例性参数146经示出包含用于稳压器101-104的高端栅极驱动电压电平(Vgh)、低端栅极驱动电压电平(Vgl)、开关频率(Fsw)和输出电压电平(Vbus )。(如上，也可以包含其他类型的可调节参数)。Vgh参数值是用于由栅极电压驱动器128在线路137上设置电压电平输出，以便驱动高端晶体管119(图2)。Vgl参数值是用于由栅极电压驱动器128在线路138上设置电压电平输出，以便驱动低端晶体管120。Fsw参数值用于设置由PWMl27生成的频率，以便引起栅极电压驱动器128打开和关闭晶体管119和120。Vbus参数经示出仅提供用于电源总线稳压器101。既然负载105-107—般在单独的电压级别操作，那么未示出用于其他的稳压器102-104的输出电压参数值。然而，在一些实施例中，一些负载105-107可能在变量输入电压级别操作。在这种情况下，相应的稳压器102-104可能具有类似于Vbus参数的输出电压参数值。
[0051]在参数查找表145中对于示例性参数数据152-156示出的数字仅出于说明的目的。可以使用其它数值，并且一般取决于任一给定设计方案的要求和能力。
[0052]在参数查找表145中示出的状态147-151的数量也仅用于说明的目的。任一数量的预定状态可以作为是可能的或实用的状态使用，以便为效率优化提供任一所需的间隔尺寸。一般而言，提供了较大数量的功率或具有较大动态负载范围的稳压器可能会具有更多状态，而提供了较少数量的功率或具有较小动态负载范围的稳压器可能会具有更少状态，但不必须是这样。
[0053]虽然参数查找表145对于每个电压稳定器101-104示出了相同数量的状态，但是应当明白的是本发明不必是如此地有限。相反，对于每个稳压器101-104，没有必要具有相同数量的状态。因此，每个稳压器101-104对于任一给定的设计一般都具有所希望的、恰当的或实用的任何数量的状态(并带有相应的最佳可调节参数)。另外，在一些实施例中，一些稳压器101-104可能经提供带有较少的状态，这通过在两个或更多状态中具有相同的参数数据，从而有效地使两个或更多状态合并为一个状态。
[0054]放置在参数查找表114、131或145中的数值一般在电路模拟中或在实验或制造设置中实验性地生成。要执行此操作，每个设计参数可以与稳压器101-104的全部其他设计参数一起迭代地测试，以便为负载电平的预期范围或预期可能操作负载数值确定参数值的最佳配置。因此，所测试的设计参数可以包含本发明所涉及的可调节的和不可调节的参数。作为迭代测试的结果，对于每个参数都生成了作为负载的函数的一组离散的最佳数值，也对于包含在测试中的每个非可调节的参数生成了单一的数值。
[0055]在图4的曲线图157中示出了一组这种最佳参数值相对于负载的示例。用于该示例的参数是开关频率。随着负载的增加，最佳开关频率以离散的步骤增加或减少。于其中发生步骤的负载值可能会用于确定负载范围的开始和结束，这是对于将会在状态查找表113或130中限定的每个预定义状态。在每个步骤内的曲线图157的频率值可用于生成参数查找表114、131或145的开关频率部分。
[0056]对于在最佳开关频率值内的每个步骤(例如5KHz、20KHz、25KHz、IOOKHz等)的可允许或可接受的大小可以确定间隔大小或状态的数量。例如，较小的步骤大小可能会导致更高的间隔大小或较大数量的状态，并且更大步骤的大小可以导致更低的间隔大小或更小数量的状态。
[0057]较小的步骤大小和较大数量的状态状态可能导致电子装置100的整体效率更接近最佳。然而，相对较大数量的状态可能需要控制器108或123的更多处理功率，以便监测状态并设置可调节参数，这可能会对电子装置100的性能、功率使用和整体效率产生不利影响。另外，相对较大数量的状态可能会导致在电子装置100的操作期间调节参数改变得如此之快以致对效率产生负面影响。因此必须在电子装置100的状态总数和整体效率之间做出权衡和妥协。
[0058]作为迭代测试或模拟的结果，可以为其他可调节参数做出最佳参数值相对于负载的其他曲线图，但为简洁起见，此处未示出。因此，在每个这样的曲线图中呈现的最佳参数值可以示出与在曲线图157中示出的类似的步骤。然而，对于每个可调节参数在数据中的这个步骤在相同的负载值可能会或可能不会发生。所以，考虑到用于全部可调节参数的数据中的全部步骤可能需要描绘相对较大数量的状态，这可能是不希望的，如上。然而，为了使用较少状态，可能会相对于最佳位点作出一些妥协方案，参数值在该最佳位点如由迭代测试或模拟所指示的改变。
[0059]为了对每个可调节参数确定最佳参数值，迭代测试或模拟导致使参数值与用于多个负载值的效率(以及操作模式或其他条件)相关的数据设置。例如，曲线图158-169示出了用于在Vbusll2 (图1)上的电压电平参数的这样的数据设置。这些曲线图158-169由电路模拟生成，这通过使用带有不同稳压器和示例性负载的一般地代表性的笔记本计算机系统的电路。
[0060]曲线图159、162、165和168使在Vbusl 12上的电压电平与POL稳压器102-104的结合的效率相关。曲线图158、161、164和167使在Vbusl 12上的电压电平与电源总线稳压器101的效率相关。曲线图160、163、166和169使在Vbusl 12上的电压电平与POL稳压器
102-104和电源总线稳压器101的级联的结合效率相关。
[0061]图5和6的曲线图158-163示出了对于电子装置100由图1所示的DC电源以适配器(即适配器模式中)供电的情景的这些效率。图7和8的曲线图164-169示出了对于电子装置100由电池110 (即在电池模式中)供电的情景的这些效率。
[0062]图5和7的曲线图158-160和164-166示出了在相对较低的负载操作条件或状态的这些效率。在这些条件下，POL稳压器效率曲线图159和165示出了对于Vbusl 12在相对较低的电压电平的更高的效率。然而，与之相反地示出的是电源总线稳压器的效率曲线图158和164，其导向级联的结合的效率曲线图160和166，曲线图160和166示出了对于Vbusl 12的在相对较低的电压电平的最高的整体效率。
[0063]另一方面，图6和8的曲线图161-163和167-169示出了在相对较高的负载操作条件或状态的这些效率。在这些条件下，POL稳压器效率曲线图162和168再次示出了对于Vbusll2在相对较低的电压电平的更高的效率。并且再次与之相反地示出了电源总线稳压器的效率曲线图161和167，然而，级联的结合的效率曲线图163和169示出了对于Vbusl 12在相对较高的电压电平的最大的整体效率。
[0064]对于其他的负载条件或状态，可能绘出在Vbusl 12上的效率相对于电压电平的其他曲线图，但为简洁起见，此处未示出。因此，在Vbusll2上的电压电平的最佳数值可以从由这种曲线图所表示的全部数据确定，其用于电子装置100的一组完整的负载条件或状态，并可以用来产生参数查找表114、131或145的Vbus参数部分。
[0065]另外，可以对用于其他可调节参数的数据做出一组类似的曲线图，但为简洁起见，此处未示出。因此，用于其他可调节参数的最佳数值可以从由这种曲线图所表示的全部数据确定，其用于电子装置100的一组完整的负载条件或状态，并可以用来产生参数查找表114、131或145的其他部分。
[0066]图9示出示例性效率相对于负载的曲线图170(实线)，它是基于并入本发明的实施例的图1所示的电子装置100从示例性电路的模拟生成。该示例性效率相对于负载的曲线图170在示例性现有技术的效率相对于负载的曲线图171 (虚线)的旁边示出。换句话说，曲线图170是从模拟产生的，其中示例性电路的稳压器的参数(如本发明所讨论的)在模拟期间随着负载的改变而调节。并且现有技术的曲线图171是从相同的电路的模拟产生的，其中参数在其模拟的操作期间没有调节。
[0067]虚线172表示负载级别,连续的导电模式(CCM)边界在该负载级别横穿过去。能够在曲线图170和171中在该位点附近看出稍微的不连续性。
[0068]另一虚线173指示负载级别，在该负载级别以下开关损耗占主导地位，并且在其以上传导损耗占主导地位。在虚线173附近，曲线图170和171示出在两个模拟中的效率级别之间的相对紧密的匹配。然而，曲线图170和171进一步从虚线173偏离，以致由本发明的实施例生成的曲线图170示出了比现有技术的曲线图171更高的效率级别。
[0069]图10示出分别由于传导损耗和开关损耗的示例性功率损耗(Ploss)相对于负载的曲线图174和175 (实线)。这些曲线图174和175是基于并入本发明的实施例的图1所示的电子装置100从示例性电路的模拟生成的。示例性Ploss相对于负载的曲线图174和175经示出在由于传导损耗和开关损耗的示例性现有技术的Ploss相对于负载的曲线图176和177 (虚线)的旁边。换句话说，曲线图170是从模拟产生的，其中示例性电路的稳压器的参数(如本发明所讨论的)在模拟期间随着负载的改变而调节，并且现有技术的曲线图176和177是从相同电路的模拟产生的，其中参数在其模拟的操作期间没有调节。
[0070]如图9所示虚线178表示负载级别，在该负载级别横穿了 CCM边界。能够在曲线图174-177中在该位点附近看出稍微的不连续性。
[0071]另外，另一虚线179指示负载级别，在该负载级别以下开关损耗占主导地位，并且在其以上传导损耗占主导地位。在虚线179附近，传导损耗曲线图174和176示出在两个模拟中的效率级别之间的相对紧密的匹配。然而，传导损耗曲线图174和176进一步从虚线179偏离，以致由本发明的实施例生成的曲线图174示出了比现有技术的曲线图176更低的功率损耗级别。另外，开关损耗曲线图175和177的比较揭示了由本发明的实施例生成的曲线图175示出几乎在其整个长度范围内比现有技术的曲线图177更低的功率损耗级别。
[0072]图11示出根据本发明的实施例的示例性过程180的简化的流程图，它是用于控制(例如通过控制器108或123，并有可能连同其他组件一起)电子装置100的至少一部分动态可优化系统的电源架构。应当明白的是过程180仅以说明的目的示出。因此，其他过程或单独的子功能或子功能的顺序可以用来实现与设置/重置一个或更多稳压器101-104的可调节参数的相同或类似的整体功能，并且可以用来优化电子装置100的效率或其至少一部分。
[0073]紧接着开始(在181)，假设在整体电子装置100的启动时，初始数值被分配(在182)到自适应参数。初始参数值可以是基于用于稳压器101-104的已知的启动条件。替换地，既然控制器108或123在这一位点可能还没有运行，那么初始参数值可能会固定地植入稳压器101-104，以便能够启动。另外，其余的过程180可能会延迟，以便允许电子装置100或一个或更多稳压器101-104在动态地调节可调节参数之前完成它的启动程序。
[0074]接着在183读取预测数据。替换地或除了读取预测数据以外，稳压器101-104的输出电压Vout和输出电流1ut (即当前负载数据)还在183取样。如果预测和/或当前负载数据表明电子装置100或负载105-106或任一稳压器101-104不稳定或不在稳定的状态条件下，如在184所确定的，那么可能不能确定使可调节参数设置到的适当的数值。另外，在这个操作条件下改变可调节参数可能也是不需要的。因此，在这种情况下，对可调节参数没有做出改变，即保持了静态操作(例如在185)。
[0075]在电子装置100或稳压器101-104的至少一个负载105-107处在稳定的系统状态之前，如在184所确定的，预测和/或当前负载数据可能必须读取或取样(例如在183-185的回路中)若干次。然而，一旦发生这种稳定性，那么系统或其一部分的状态就会从预测和/或当前负载数据确定(在186)，例如，通过使用状态查找表113或130(图1和2)。如果状态从先前的状态确定中(如在187所确定的)没有变化，那么没有必要进行重置可调节参数的过程180的部分。因此，可能会保持(例如在185)静态操作并从183-187重复过程180，直到在187检测到状态的改变。
[0076]当在187检测到状态的改变(用于电子装置100或其一部分的)时，在参数查找表114、131或145 (图1-3)中查找用于自适应或可调节参数的相应的数值。接着这些数值会分配(在189)到受影响的稳压器101-104的自适应/可调节参数，如上面参考图1和2所描述的。只要电子装置100是可操作的，过程180就会接着返回到183，以便重复。
[0077]如替代方案所示，如果在183接收的预测数据(如果已使用)指示系统(或其一部分)趋于稳定所在的时间和/或它趋于稳定所在的状态，那么控制器108或123能够提前准备，而不是仅在183-185的回路中等待。在这种情况下，可能会进行过程180，以便查找即将来临的状态(类似于186)、确定即将来临的状态是否是变化状态(类似于187)以及紧接着状态趋于稳定(或可选地在其以前)查找用于预期设置参数数值(如在189 )的可调节参数(类似于188)的数值。其他的替换方案从本发明的完整描述中将会是明显的。
[0078]已经以一定程度的特殊性描述了优选地示出的本发明的实施例及其改进方案。这种描述是以优选的示例的方式做出的。然而，应当明白的是所要求的主题的范围是由权利要求所限定的，且不必由以上提出的优选实施例的详细描述所限制。
【权利要求】
1.一种电子装置，其包括: 在所述电子装置的至少部分内的负载； 对所述负载提供功率并且具有能够在操作期间被设置的操作参数的稳压器；以及连接到所述稳压器的控制器，所述控制器重复地确定所述电子装置的至少所述部分的状态，并且响应确定所述状态重复地设置所述稳压器的所述操作参数，以便在所述稳压器的操作期间优化在所述电子装置的至少所述部分中的系统功率使用，所述状态可从至少三种预定状态中选择，所述操作参数的数值可从多组数值中选择，每组数值对应于所述预定状态中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的电子装置，进一步包括: 所述电子装置的至少所述部分内的多个所述负载；以及 对多个所述负载提供功率并且每个具有能够在操作期间被设置的所述操作参数的多个稳压器； 并且其中: 所述控制器连接到所述多个稳压器；以及 所述控制器响应确定所述状态重复地设置所述多个稳压器的所述操作参数，以便在所述稳压器的操作期间优化所述电子装置的至少所述部分中的系统功率使用。
3.根据权利要求2所述的电子装置，其中: 每个所述稳压器的所述操作参数包含开关频率和两个栅极驱动电压；以及 所述稳压器中至少一个的所述操作参数进一步包含输出电压电平。`
4.根据权利要求2所述的电子装置，其中: 每个所述稳压器的所述操作参数独立于其它稳定器被设置。
5.根据权利要求2所述的电子装置，其中: 所述稳压器中的一个以电压电平向其它稳压器提供功率； 所述电压电平是所述一个稳压器的所述操作参数中的一个；以及 所述一个稳压器提供的所述电压电平响应于确定所述状态而被设置。
6.根据权利要求1所述的电子装置，其中: 所述控制器基于所述负载确定所述电子装置的至少所述部分的状态。
7.根据权利要求1所述电子装置，其中: 所述控制器基于预测数据确定所述电子装置的至少所述部分的状态。
8.根据权利要求1所述的电子装置，其中: 所述控制器基于预测数据和所述负载确定所述电子装置的至少所述部分的状态。
9.根据权利要求1所述电子装置，其中: 所述操作参数包含开关频率和两个栅极驱动电压。
10.一种电子装置，其包括: 用于稳定电压的装置，所述电压用于为在所述电子装置的至少一部分内的负载供电；所述稳定装置具有多个可调节的操作参数，其包含开关频率和两个栅极驱动电压； 用于接收与所述负载相关的反馈的装置； 用于接收与所述电子装置的至少所述部分的状态相关的预测数据的装置； 用于存储至少三个预定状态的状态定义的装置，其中所述电子装置的至少所述部分能够在所述三个预定状态操作； 用于储存包含多组用于所述可调节操作参数值的操作参数数据的装置，其中每组数据都对应于至少一种所述预定状态； 用于通过使用与所述负载相关的所接收的反馈和所接收的预测数据，在所述状态定义储存装置中查找所述状态，以确定所述电子装置的至少所述部分的状态的装置； 用于通过查找对应于所确定的状态的所述可调节操作参数的组，选择所述可调节操作参数的装置；以及 用于在稳定装置操作期间设置在所述稳定装置中所选择的所述可调节操作参数的装置。
11.根据权利要求10所述的电子装置，进一步包括: 用于稳定多个电压的多个所述稳定装置，所述电压用于为在所述电子装置的至少所述部分内的多个负载供电，每个稳定装置都具有所述多个可调节操作参数，其包含所述开关频率和所述两个栅极驱动电压，所述稳定装置中的一个在电压电平向其他稳定装置提供功率，所述电压电平是所述稳定装置中的一个的所述多个可调节操作参数中的一个，每个稳定装置的所述可调节操作参数都独立于所述其它稳定装置被设置。
12.—种方法,其包括: 操作稳压器以便为电子装置的至少部分内的负载供电，所述稳压器具有多种可调节操作参数； 确定所述电子装置的至少所述部分的状态，所确定的状态是至少三个预定状态中的一个；以及` 依据所述确定的状态，将所述可调节操作参数设置为预定值，以便在所述稳压器的操作期间优化所述电子装置的至少所述部分中的功率使用，所述预定值可从多组数值中选择，每组数值都对应于所述预定状态中的至少一个。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括: 操作多个稳压器以便为所述电子装置的至少所述部分内的多个负载供电，每个所述稳压器都具有所述多个可调节操作参数；以及 依据所述确定的状态，设置所述多个稳压器的所述可调节操作参数，以便在所述多个稳压器的操作期间优化所述电子装置的至少所述部分中的功率使用。
14.根据权利要求13所述的方法，其中: 用于每个所述稳压器的可调节操作参数包含开关频率和两个栅极驱动电压；以及 用于至少一个所述电压稳压器的可调节操作参数进一步包含输出电压电平。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括: 独立于其它稳定器设置每个稳压器的操作参数。
16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括: 操作所述稳压器中的一个，以便以电压电平向其它稳压器提供功率，所述电压电平是所述一个稳压器的所述多种可调节操作参数中的一个；以及 依据所确定的状态，设置由所述一个稳压器提供的所述电压电平。
17.根据权利要求12所述的方法，进一步包括: 基于所述负载确定所述电子装置的至少所述部分的状态。
18.根据权利要求12所述的方法，进一步包括:基于所述预测数据确定所述电子装置的至少所述部分的状态。
19.根据权利要求12所述的方法，进一步包括:基于预测数据和所述负载确定所述电子装置的至少所述部分的状态。
20.根据权利要求12所述的方法，其中:所述可调节操作参数包含开关频率和两个栅极驱动电压。
【文档编号】G05F1/56GK103513687SQ201310237031
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2012年6月15日
【发明者】S·M·默瑟, R·D·帕特尔 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司
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