具有功率级睡眠模式的电压调节器的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及电源调节器，尤其是电压调节器功率管理。
【背景技术】
[0002]电压调节器由于其高效和消耗的小量面积/空间被广泛地在各种各样应用(比如，用于通讯的计算(服务器和手机)和负载点系统(Point-of-Load System, POL))的现代电子系统中被使用。被广为接受的电压调节器拓扑包括降压拓扑、升压拓扑、降压-升压拓扑、正向拓扑、反激式(flyback)拓扑、半桥拓扑、全桥拓扑和SEPIC拓扑。多相降压转换器特别适合提供高性能集成电路(比如，微处理器、图形处理器和网络处理器)所需的低电压下的高电流。降压转换器被实施为具有有源部件和无源部件，该有源部件比如是脉冲宽度调制(PffM)控制器IC(集成电路)、驱动电路、包括功率MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)的一个或多个相，无源部件比如是电感器、变压器或耦合电感器、电容器和电阻器。多相(功率级)能够通过相应的电感器被并联的连接至负载，以满足高的输出电流需求。
[0003]理想地，电压调节器具有在所有负载状态下(包括轻负载)的高效率和在该调节器断开时的低功率损耗。大功率电压调节器通常采用分开的控制器和功率级。例如，大功率电源DC-DC电压调节器通常具有单相(功率级)或多相(例如，在多相降压转换器的情况下)。电压调节器的功率级可以是分立的(分开的驱动器和电源开关封装)或集成的(一个封装包括驱动器和电源开关)。集成功率级包括先进的电路，比如内部供应线、自举(bootstrap)供应器、集成电流检测、集成温度检测等。轻负载状态导致该功率级具有很少或没有活动的时期。多相转换器通常有能力使相位降低，其中一个或多个相位不主动地转换和不支持任何另外的电流。此外，对于极轻负载电流，相位可以以脉冲频率模式运行，其中大量时间在开关周期之间流逝，在该开关周期中功率级未转换。因此，DC-DC电压调节器具有多相运行模式，其中亟需使一个或多个功率级处于睡眠模式，以减少功率损耗。与退出睡眠模式相关联的延迟对于功率级是重要的性能参数，在特定情况下退出延迟是可接受的，但在其他情况下功率级必须立即响应于其输入上的变化。
[0004]—些常规DC-DC电压调节器放弃了与执行功率级睡眠模式相关联的复杂性，并因此不提供该特征。对于这些调节器，一些可被停用的内部电路在该功率级中保持接通，不必要地增加了该电压调节器的功率消耗。其他的常规DC-DC电压调节器提供专用引脚，用于表明何时该功率级应该进入睡眠模式。该方法要求该电压调节器的控制器和每个功率级(相)具有额外的引脚/信号用于实现该特征，增加了系统大小和成本。并且，电压调节器在睡眠模式中通常被停用，这需要高延迟，用于功率级在退出睡眠模式时恢复正常电压调节。另外，常规睡眠模式实施并未优化运行中与功率级功率消耗有关的脉冲频率和相位下降模式。
【发明内容】
[0005]根据一种电压调节器的功率级的实施例，该功率级包括第一开关、第二开关、驱动电路和功率管理单元，该第一开关可操作为在该功率级的第一开关状态中将负载连接至电源电压，该第二开关可操作为在该功率级的第二开关状态中将该负载连接至接地。该驱动电路可操作为设置该功率级在第一开关状态、该第二开关状态或非开关状态中，在该非开关状态中两个开关均响应于该功率级所接收的开关控制信号而断开。如果该功率级在该非开关状态中持续预定义时间段，该功率管理单元可操作为将该功率级从标称功率(nominalpower)模式移至第一低功率模式。
[0006]根据一种电压调节器的实施例，该电压调节器包括功率级和控制器。该功率级可操作地在第一开关状态中将负载连接至电源电压，在第二开关状态中将该负载连接至接地，响应于开关控制信号进入该第一开关状态、该第二开关状态或非开关状态，在处于该非开关状态持续预定义时间段之后从标称功率模式移至第一低功率模式，以及响应于指示该功率级进入第二低功率模式的控制信号从该第一低功率模式移至该第二低功率模式。该控制器可操作为设置该开关控制信号为指示该非开关状态足够长，以使该功率级从该标称功率模式移至该第一低功率模式，以及在等待足够时间以确保该功率级处于该第一低功率模式之后，发送该控制信号，指示该功率级进入该第二低功率模式。
[0007]根据一种用于电压调节器的控制器的实施例，该控制器包括接口和控制逻辑，该接口可操作为与该电压调节器的功率级通讯，该控制逻辑可操作为发信通知该功率级进入非开关状态和从标称功率模式移至第一低功率模式。在等待足够时间以确保该功率级处于该第一低功率模式之后，该控制器还可操作为发信通知该功率级进入第二低功率模式，该在第二低功率模式中该功率级被设计为相较于从该第一低功率模式退出，从该第二低功率模式中退出时消耗较少功率并且具有更多延迟。
[0008]通过阅读下面的【具体实施方式】和参看附图，本领域的技术人员将能识别其他的特征和优点。
【附图说明】
[0009]附图中的元件相对彼此不一定是按比例的。类似的附图标记指示对应的类似部分。各种所示实施例的特征能够结合，除非其彼此排斥。实施例在附图中被示出，并且在接下来的【具体实施方式】中被详细说明。
[0010]图1示出了一种具有不同的功率级睡眠模式的电压调节器的实施例的方框图；
[0011]图2示出了一种通过电压调节器的控制器管理该电压调节器功率级的不同电源模式的实施例的流程图；
[0012]图3示出了一种通过电压调节器的控制器使该电压调节器功率级从低功率模式移至更低功率模式的实施例的流程图；
[0013]图4示出了一种由电压调节器的控制器所生成的PffM控制信号，用于使该电压调节器的功率级从低功率模式移至更低功率模式；
[0014]图5示出了一种具有不同睡眠模式的电压调节器功率级的实施例的方框图。
【具体实施方式】
[0015]本文中所描述的实施例提供了包括控制器和一个或多个功率级(相)的电压调节器，该功率级具有睡眠(低功率)模式和深度睡眠(更低功率)模式。该控制器发信通知进入/退出该睡眠模式和深度睡眠模式。该睡眠模式不具有退出延迟，并且因此每个功率级能够近乎即刻对其开关控制信号输入上的变化作出响应。该深度睡眠模式具有退出延迟，但是比睡眠模式消耗更少功率，并且在该对应的功率级重新开始开关之前，该控制器一直等待直至该功率级电路准备好。具有此电压调节器设计，功率消耗能够在电压调节器被停用和处于脉冲频率和相位下降模式中时(即，在此时或在此期间)被减少，因为内部的功率级电路能被关断。该响应于调节器的运行模式上的变化的功率级不受影响，因为在睡眠模式中不存在退出延迟，或者在深度睡眠模式中的退出延迟已经被该调节器系统考虑在内。
[0016]图1示出了电压调节器100的实施例，电压调节器100包括多个功率级102和控制器104，控制器104(比如，微控制器、微处理器、ASIC(专用集成电路)等)用于控制功率级102的运行。仅为示例性目的在图1中三个功率级102被示出，然而电压调节器100可包括任何数量的功率级102，包括单个功率级102 (即，单相调节器)或不止一个功率级102 (即，多相调节器)。
[0017]功率级102向负载106提供已调节的电压。每个功率级102可操作为穿过一个或多个电感器(L)向负载106递送相电流，负载106通过该电感器和一个或多个输出端电容器(Cout)被连接至电压调节器100，该一个或多个输出端电容器与该调节器输出端并联。负载106可以是高性能集成电路(比如，微处理器、图形处理器、网络处理器等)或需要电压调