用于非反相高效率降压-升压功率变换器的统一控制方案的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开一般地涉及电子装置的领域。更具体地，实施例涉及一种用于非反相高效率降压-升压(buck-boost)功率变换器的统一控制方案。
【背景技术】
[0002]直流(DC)至DC功率变换器一般地被用在需要按照可以既小于一又大于一的比将输入电压变换为输出电压的功率输送应用中。这样的变换器在电池供电的便携式电子装置中特别有意义，其中电池电压可以大于或小于电子装置的所需工作电压。因此，这样的功率变换器的高效利用对电池供电的设备的适当操作最重要。
【附图说明】
[0003]参考附图提供了具体描述。在图中，附图标记的(一个或多个)最左边的数字标识该附图标记首次出现在其中的图。相同的附图标记在不同图中的使用指示相似或相同的项。
[0004]图1和图10-12图示了可以被利用来实现本文中所讨论的各种实施例的计算系统的实施例的框图。
[0005]图2A、图2B、图4B以及图8图示了根据一些实施例的降压和升压变换器的电路图。
[0006]图3、图4A、图5以及图9图示了根据一些实施例的曲线图。
[0007]图6-7图示了根据一些实施例的数字控制逻辑的框图。
【具体实施方式】
[0008]在以下描述中，许多特定细节被阐述以便提供对各种实施例的彻底理解。然而，可以在没有特定细节的情况下实践各种实施例。在其他实例中，尚未详细地描述众所周知的方法、过程、部件以及电路以便不使特定实施例混淆。进一步地，可以使用各种装置来执行实施例的各种方面，所述各种装置诸如集成半导体电路(“硬件”)、被组织成一个或多个程序的计算机可读指令(“软件”)，或硬件和软件的某种组合。出于本公开的目的，对“逻辑”的参考将意指硬件、软件或其某种组合。
[0009]如上面所讨论的，可以在依靠电池功率的功率输送应用中使用DC至DC功率变换器。一个这样的变换器被称作“降压-升压”功率变换器，其被一般地用在需要按照可以既小于一又大于一的比将输入电压变换为输出电压的功率输送应用中。降压-升压变换器在电池供电的便携式电子装置中特别有意义，其中电池电压例如取决于电池的充电状态可以大于或小于电子装置的所需工作电压。
[0010]一些实施例提供用于非反相高效率降压-升压功率变换器的统一控制方案。例如，可以提供针对降压-升压功率变换器的降压模式和升压模式两者的统一控制方案(例如，经由图1的逻辑140)，以便使得模式改变从控制观点看是无缝的。实施例为功率变换器的整个工作范围提供单个补偿器设计，例如，在提供鲁棒性的同时简化设计。
[0011]此外，可以在包括一个或多个处理器(例如，具有一个或多个处理器核)的计算系统中应用一些实施例，诸如参考图1-12所讨论的那些，包括例如诸如智能电话、平板、UMPC(超移动个人计算机)、膝上型计算机、UltraBook? (超极本?)计算设备、智能手表、智能眼镜、可穿戴设备等的移动计算设备。更特别地，图1图示了根据实施例的计算系统100的框图。系统100可以包括一个或多个处理器102-1至102-N (—般地在本文中被称为“诸处理器102”或“处理器102”)。处理器102可以经由互连或总线104进行通信。每个处理器可以包括各种部件，其中的一些为了清楚仅参考处理器102-1被讨论。因此，剩余的处理器102-2至102-N中的每一个可以包括参考处理器102-1所讨论的相同或相似的部件。
[0012]在实施例中，处理器102-1可以包括一个或多个处理器核106-1至106_M(在本文中被称为“诸核106”或“核106”)、高速缓存108和/或路由器110。处理器核106可以被实现在单个集成电路(IC)芯片上。此外，芯片可以包括一个或多个共享和/或专用高速缓存(诸如高速缓存108)、总线或互连(诸如总线或互连112)、图形和/或存储器控制器(诸如参考图10-12所讨论的那些)，或其他部件。
[0013]在一个实施例中，路由器110可以被用来在处理器102-1和/或系统100的各种部件之间进行通信。此外，处理器102-1可以包括多于一个路由器110。此外，多个路由器110可以通信以使得能实现在处理器102-1外部或内部的各种部件之间的数据路由。
[0014]高速缓存108可以存储被处理器102-1的一个或多个部件(诸如核106)利用的数据(例如，包括指令)。例如，高速缓存108可以在本地缓存存储在存储器114中的数据以得到通过处理器102的部件的更快存取(例如，通过核106的更快存取)。如图1中所示，存储器114可以经由互连104与处理器102进行通信。在实施例中，高速缓存108 (其可以被共享)可以是中级高速缓存(MLC)、末级高速缓存(LLC)等。并且，核106中的每一个可以包括第I级(LI)高速缓存(116-1)(—般地在本文中被称为“LI高速缓存116”)或其他级别的高速缓存，诸如第2级(L2)高速缓存。此外，处理器102-1的各种部件可以通过总线(例如，总线112)和/或存储器或集线器直接地与高速缓存108进行通信。
[0015]系统100还可以包括平台电源120 (例如，直流(DC)电源或交流(AC)电源)以将功率提供给系统100的一个或多个部件。电源120能够包括PV (光生伏打)面板、风力发电机、火力发电机、水/水力涡轮机等。在一些实施例中，电源120可以包括一个或多个电池组(例如，由PV面板、风力发电机、火力发电机、水/水力涡轮机、插入电源(例如，被耦合到AC电网)等中的一个或多个充电)和/或插入电源。电源120可以通过电压调节器(VR)130耦合到系统100的部件。此外，即使图1图示了一个电源120和一个电压调节器130，也可以利用附加的电源和/或电压调节器。例如，处理器102中的一个或多个可以具有对应的(一个或多个)电压调节器和/或电源。并且，(一个或多个)电压调节器130可以经由单个电源平面(例如，将功率供应给所有核106)或多个电源平面(例如，在每个电源平面可以将功率供应给不同的核或一组核的情况下)耦合到处理器102。
[0016]附加地，虽然图1将电源120和电压调节器130图示为单独的部件，但是可以将电源120和电压调节器130并入到系统100的其他部件中。例如，可以将VR 130中的全部或部分并入到电源120和/或处理器102中。
[0017]如图1中所示，处理器102可以进一步包括功率控制逻辑140以控制功率到处理器102的部件(例如，核106)的供应。在实施例中，逻辑140可以提供用于非反相高效率降压-升压功率变换器的统一控制方案。逻辑140可以能够访问本文中所讨论的一个或多个存储设备(诸如系统100中的高速缓存108、L1高速缓存116、存储器114或另一存储器)以存储涉及诸如像这里所讨论的那样与系统100的各种部件进行通信的信息之类的逻辑140的操作的信息。如所示，逻辑140可以被耦合到VR 130和/或系统100的诸如核106和/或电源120之类的其他部件。
[0018]附加地，逻辑140可以被耦合成接收用来指示一个或多个传感器150的状态的信息(例如，形式为一个或多个比特或信号)。可以接近于系统100(或例如诸如参考包括10-12的其他图所讨论的那些之类的本文中所讨论的其他计算系统)的部件提供(一个或多个)传感器150，所述部件诸如核106、互连104或112、在处理器102外部的部件等，以感测影响系统/平台的功率/热行为的各种因素中的变化，所述各种因素诸如温度、工作频率、工作电压、功率消耗和/或核间通信活动等。
[0019]逻辑140可以进而指示系统100的VR 130、电源120和/或单独部件(诸如核106)修改它们的操作。例如，逻辑140可以向VR 130和/或电源120 (或PSU)指示要调节它们的输出。在一些实施例中，逻辑140可以请求核106修改它们的工作频率、功率消耗等。并且，即使部件140和部件150被示出为被包括在处理器102-1中，也可以在系统100中别处提供这些部件。例如，功率控制逻辑140可以被提供在VR 130中、在电源120中、直接地耦合到互连104、在处理器102中的一个或多个(或可替换地全部)内、在计算设备/系统外部(例如，作为独立设备)、耦合到电源120 (或与其集成在一起)等。此外，如图1中所示，电源120和/或电压调节器130可以与功率控制逻辑140进行通信并且报告它们的功率规格。因此，在实施例中，逻辑140是具有电压转化、欠功率和过电压保护的智能功率控制器。
[0020]图2A和2B分别图示了根据一些实施例的单开关式降压-升压调节器的降压模式和升压模式的电路图。更特别地，用来实现降压-升压操作的一个高效能拓扑牵涉LC滤波器(其中“L”指代电感器并且“C”指代电容器)。在图2A和图2B中，项202和项204完全接通(静态的)并且项206和项208被循环(或控制)，然而剩余的电路元件完全断开(或静态的)。LC滤波器彼此独立地使用降压和升压模式功率开关(在同一电感器情况下)。当功率传递需要具有降低变换比时，电感器的输入侧像在降压变换器中那样循环工作(其中输出端总是被连接)。
[0021]对于过单位比，电感器的输出侧在输入端总是被连接情况下排他性地循环工作。这种变换器在本文中被称为“单开关式”降压-升压变换器。如果替代地所有四个FET (场效应晶体管)被转换，则变换器被称为“双开关式”降压-升压变换器。需要用于这样的降压-升压拓扑的控制技术(其中电感器的仅一端在给定切换循环内循环工作)稳定地控制降压模式和升压模式两者。因为降压模式和升压模式具有不同的传递函数，所以控制机制往往被实现为具有可以通过可以为启发式的模式切换机制来管理的降压模式与升压模式之间的转变的两个单独的补偿器。可替换地，可以例如通过在不太高效能的降压-升压拓扑中切换电感器的两侧在排他性的降压和升压模式之间引入小双