具有省电模式的中间电压总线转换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及中间DC/DC电压总线转换器，特别涉及通过中间DC/DC电压总线转换器进入和退出省电模式。
【背景技术】
[0002]在数据中心和其他数据密集的应用中为了省电，通常12V的DC分布总线可以由更高的电压总线(例如通常额定48V)替代。在主板上，该更高的分布电压在一个或多个级中逐步降低到CPU (中央处理单元)、存储器和包括在系统中的诸如存储器、图形逻辑、I/O (输入/输出)等的其他电子部件所需的低DC电压。例如，单个DC/DC转换器常规地产生馈送到所有较低电压转换器级的中间总线电压。中间总线电压通常在5V-12V之间并且因此可以使用高可扩展的现有的基础架构。在另一示例中，CPU具有专用的转换器(例如48V到IV)，该转换器可以是单个转换级或串联的两个转换器级以实现电压降低。其他电压轨(例如存储器、图形逻辑等)是由公共中间总线馈送。在又一示例中，所有的电压轨由48V分布总线直接馈送。在这种情况下，可扩展性受到限制并且现有的基础架构的使用不是一种选择。其他架构采用多个中间总线电压以馈送不同的电压轨，对于CPU和一些其他电压轨使用直接转换，利用中间总线给其余的部件供电，或一些它们的组合。
[0003]在每种情况下，给CPU供电的DC/DC转换器的最终转换级是众所周知的电压调节器。电压调节器将例如12V的中间电压转换成例如IV的CPU电压。CPU使用用于状态、保护和系统优化的协议与电压调节器通信。优化的一部分包括:当CPU进入低功率状态时，指示电压调节器进入操作的省电模式以增加轻负载效率。然而，对于诸如48V系统的更高电压的分布系统，当将高分布总线电压转换成中间总线电压的转换器级对在CPU和电压调节器之间的通信不知情时会出现问题，所述电压调节器在中间总线电压和负载电压之间进行转换。例如在48V的系统中，48V到12V转换器级监测它的输出电流并且相应地调整它的操作点(例如活跃的相、脉冲频率调制(PFM)模式等)。然而，如果电压调节器仍然处于最活跃的功率状态，但是48V到12V转换器进入了低功耗模式，则当瞬变发生时，48V到12V转换器级的慢响应可以馈送到CPU电压轨。这种情况会导致CPU挂起，这在高可靠性是必须的服务器中是被禁止的。
[0004]这个问题已经通过增加将高分布总线电压转换成中间总线电压的转换器级的信息而解决。例如，该中间转换器级可以测量它的输出电压和输出电流，并且基于那些测量做出进入省电状态的决定。瞬变事件的检测可能引起中间转换器级通过增加相离开省电状态(如果适用)或者离开脉冲频率调制(PFM)模式并且进入PffM(脉冲宽度调制)模式。然而，为了维持高效率，在诸如48V总线的更高电压分布总线上的转换器比馈送CPU的下游的更低电压调节器通常以更低的频率开关。进一步地，这些更高电压转换器级的滤波器电感以超出一个数量级地显著地大于下游电压调节器的电感。因为这样，它们的响应显著更慢。
[0005]在最大功率状态下的低电流间隔期间，电压调节器脱离相以节省电量是可能的。多相、高开关频率以及低电感提升快速反应时间以允许电压调节器快速地响应负载瞬变而使CPU电压不经受下冲。然而，上游的更高电压转换器级的响应明显比电压调节器的慢。因此，如果将高分布总线电压转换成中间总线电压的转换器级进入了省电状态而CPU仍然处于最大功率状态，则该中间转换器级的慢响应在中间电压输入到电压调节器上产生下跌，这又传播并且体现为在CPU处的下冲。
【发明内容】
[0006]根据DC/DC电压转换器的实施例，DC/DC电压转换器包括可操作成将第一 DC电压轨转换成与第一 DC电压轨不同的第二 DC电压轨的第一级以及可操作成将第二 DC电压轨转换成比第二 DC电压轨低的第三DC电压轨并且向在第三DC电压轨处的负载传递电流的第二级，传递到负载的电流的量与第二级的操作设定点对应。第二级可操作成响应于从负载接收的命令改变它的操作设定点，使得传递到负载的电流的量降低。第一级可操作为响应于由负载发出的命令改变它的操作设定点，使得传递到第二级的电流的量降低。
[0007]根据服务器的实施例，服务器包括中央处理单元(CPU)、耦合到CPU的存储器、用于给CPU和存储器供电的DC/DC电压转换器、用于将CPU耦合到存储器和DC/DC电压转换器的通信总线以及耦合到DC/DC电压转换器的DC电压分布总线。DC/DC电压转换器包括可操作成将由DC电压分布总线提供的第一 DC电压轨转换成与第一 DC电压轨不同的第二 DC电压轨的第一级以及可操作成将第二 DC电压轨转换成比第二 DC电压轨低的第三DC电压轨并且将电流传递到在第三DC电压轨处的CPU的第二级，传递到CPU的电流的量与第二级的操作设定点对应。第二级可操作成响应于从CPU接收的命令改变它的操作设定点，使得传递到CPU的电流的量降低。第一级可操作成响应于由CPU发出的命令改变它的操作设定点，使得传递到第二级的电流的量降低。
[0008]本领域技术人员在阅读了以下的详细描述并且查看了附图之后将会认识到附加的特征和优点。
【附图说明】
[0009]附图的元件不一定相对于彼此成比例。相同的附图标记指示对应的相似部分。各个图示的实施例的特征可以组合除非它们相互排斥。实施例被描绘在附图中并且在接下来的描述中详细描述。
[0010]图1图示了 DC/DC转换器的实施例的框图，该DC/DC转换器包括用于将高总线电压转换成中间总线电压的第一级和用于将中间总线电压转换成给负载供电的低总线电压的第二级。
[0011]图2图示了图1中示出的DC/DC转换器的更详细的框图。
[0012]图3图示了不同的操作设定点改变的示例，图1和图2中示出的DC/DC转换器的第一级可以响应于由负载发出的命令而做出改变，该命令指示在负载处的功率需求的改变。
[0013]图4到图6图示了影响图3中示出的每个操作点变量的不同变量。
[0014]图7图示了服务器的实施例的框图，该服务器包括具有用于将高总线电压转换成中间总线电压的第一级和用于将中间总线电压转换成给负载供电的低总线电压的第二级的DC/DC转换器。
【具体实施方式】
[0015]本文中描述的实施例涉及DC/DC转换器，该转换器包括用于将高总线电压转换成中间总线电压的第一级和用于将中间总线电压转换成给诸如CPU的负载供电的低总线电压的第二级。负载使用用于状态、保护和系统优化的协议与DC/DC转换器通信。优化流程的一部分包括:负载指示第二级改变它的操作设定点使得当负载进入低功率状态时，第二级的轻负载效率可以增加。第一级例如通过监测负载和第二级之间的通信或通过直接从负载接收通信而察觉到负载的省电意图。作为响应，第一级改变它的操作设定点使得传递给第二级的电流的量降低。以这种方式，第一级实施与仅仅依赖于诸如总线电压、输出电流等地系统参数的观测的反应方案相反的预期省电方案。因此，DC/DC转换器的第一级不大可能妨碍第二级的操作并且因此妨碍负载性能。
[0016]图1图示了 DC/DC转换器100的实施例。DC/DC电压转换器100包括用于将第一 DC电压轨(VRl)转换成与第一 DC电压轨的不同的第二 DC电压轨(VR2)的第一级102。第二DC电压轨VR2的电平可以比第一 DC电压轨VRl更低或更高。例如，48V是VRl可以从35V变化到75V的系统的额定电压。因此，在一个实施例中，VRl是48V(但是可以是35V-75V)并且VR2是12V。在另外的实施例，VRl还是48V但是第二轨VR2可以是54V。通常，第二DC电压轨VR2与第一 DC电压轨VRl不同。
[0017]DC/DC电压转换器100进一步包括用于将第二 DC电压轨VR2转换成比第二 DC电压轨VR2低的第三DC电压轨(VR3)的第二级104。第二级104将电流传递到在第三DC电压轨VR3处的诸如CPU的负载106，并且第二级104的操作设定点又与负载106需求的电流的量对应。
[0018]DC/DC转换器100的第二级104可以响应于从由DC/DC转换器100供电的负载106接收的命令而改变它的操作设定点，使得传递到负载106的电流的量降低。例如，在CPU负载的情况下，CPU使用用于状态、保护和系统优化的协议通过通信总线108与第二级104通信。优化流程的一部分包括:CPU指示第二级104改变它的操作设定点使得当CPU进入低功率状态时，第二级104的轻负载效率增加。这可以包括但不限于:相脱离(phase-shedding)，其中第二级去激活或者脱离(丢弃)一个或多个之前活跃的相、第二级104的输出电压的动态降低、将第二级104从PffM操作转变成PFM操作等。负载106可以使用任何标准的通信协议以将命令传达给DC/DC转换器100的第二级104，该命令导致第二级104改变它的