专利名称：电压调节器的制作方法
电压调节器
背景技术：
电压调节器典型地使用参考电压和电源电压将已调节的电压提供给负载。电压调 节器操作以提供处于尽可能恒定的电压电平的已调节电压，而不管所述负载所汲取的电流 的量或所述负载的工作频率。依赖于电压调节器的设计，调节器的功率效率对于负载的所 有工作条件而言可能不是最优的。所期望的是针对负载的各种工作条件能够以最优的功率 效率来操作电压调节器。
图1是示出具有效率跟踪功能的电压调节器的一个实施例的框图。图2是示出用于操作具有效率跟踪功能的电压调节器的方法的一个实施例的流 程图。图3是示出包括具有效率跟踪功能的电压调节器的处理系统的一个实施例的框 图。
具体实施例方式在下面的详细描述中，参照构成其一部分的附图，并且在附图中通过图示示出了 其中可以实践公开的主题的特定实施例。应当理解，也可以使用其他实施例，并且可以进行 结构的或逻辑的改变而不脱离本公开的范围。因此，下面的详细描述不应当在有限的意义 下被理解，并且本公开的范围是由所附权利要求定义的。图1是示出具有效率跟踪功能的电压调节器100的一个实施例的框图。电压调节 器100包括调节器控制电路102、晶体管104、电流感测电路106、电流控制电路108、振荡器 控制电路110和压控振荡器(VCO) 112。电压调节器100使用参考电压(Vkef)和电源电压(Vdd)将已调节的电压信号 114(Vout)提供给负载130。电压调节器100操作从而以尽可能恒定的输出电压提供已调节 的电压信号114，而不管负载130汲取的电流的量或负载130的工作频率。电压调节器100实施效率跟踪功能，从而使得电压调节器100的功率效率最大化。 如本文所使用的术语功率效率是指由电压调节器100输出到负载130的功率的量与电压 调节器100在生成并提供输出电压和输出电流到负载130的过程中所汲取的功率的量之 比。电压调节器100的功率效率响应于用于生成已调节的电压信号114的时钟信号118的 频率和提供给所述负载的电流的量而变化。因此，电压调节器100跟踪由负载130所汲取 的电流负荷(current load)并且修改提供给调节器控制电路102的时钟信号118的工作 频率以针对所述电流负荷最优化调节器100的效率。电压调节器100使用反馈信号生成已 调节的电压信号114，该反馈信号与时钟信号118分离并且对应于输出电压。在电压调节器100中，调节器控制电路102在REF输入端接收参考电压、在REG输 入端接收反馈信号(即，图1的实施例中的已调节的电压信号114)、在时钟(CLOCK)输入 端接收时钟信号118以及在过电流(OVER CURRENT)输入端接收过电流信号116。调节器控制电路102包括数字组合逻辑电路，该数字组合逻辑电路由时钟信号118驱动以响应于 所述参考电压、所述反馈信号和过电流信号116而生成控制信号120。调节器控制电路102 生成控制信号120以使得调节器输出信号114上的输出电压通过晶体管104而被调节并且 保持在期望的恒定输出电压电平。调节器控制电路102在控制(CONTROL)输出端输出控制 信号120。调节器控制电路102在生成控制信号120的过程中的功率效率响应于时钟信号 118的频率和提供给所述负载的电流的量而变化。因此，调节器控制电路102的功率效率可 以通过调节时钟信号118的频率而被调节。提供给调节器控制电路102的REG输入端的反馈信号对应于已调节的电压信号 114上的输出电压，并且与时钟信号118分离且独立于时钟信号118。在一个实施例中，所 述反馈信号是信号114上的模拟输出电压。在其他实施例中，所述反馈信号根据信号114 上的模拟输出电压以其他方式确定或导出，并且可以在被提供给调节器控制电路102之前 被转换为数字输入。晶体管104是MOSFET或其他被配置为在源极端子处接收电源电压(Vdd)且在栅 极端子处接收控制信号120的适当的晶体管。晶体管104响应于电源电压和控制信号120 在漏极端子处生成已调节的电压信号114并且将已调节的电压信号114输出到负载130。 在其他实施例中，晶体管104可以具有其他适当的配置以用于响应于电源电压和控制信号 120生成已调节的电压信号114。电流感测电路106接收已调节的电压信号114并且检测由电压调节器100提供给 负载130的电流的量(即，电流负荷)。电流感测电路106将识别所述电流负荷的至少一个 输出信号提供给电流控制电路108和振荡器控制电路110。电流感测电路106可以确定所 述电流负荷并且连续地、周期性地或响应于控制输入(未示出)而提供所述输出信号。电 流感测电路106包括被配置为确定所述电流负荷并提供所述输出信号的任何适当的模拟 或数字电路。电流控制电路108响应于从电流感测电路106接收的识别负载130所汲取的电流 负荷的一个或多个信号而将过电流信号116提供给调节器控制电路102。过电流信号116 指示负载130所汲取的电流的量是否超过阈值电流水平。电流控制电路108可以连续地、 周期性地或响应于控制输入(未示出)生成和提供过电流信号116。电流控制电路108包 括被配置为实施传递函数(transfer function)的任何合适的模拟或数字电路，所述传递 函数输出过电流信号116以向调节器控制电路102指示负载130所汲取的电流的量是否超 过阈值电流水平。振荡器控制电路110响应于从电流感测电路106接收的识别负载130所汲取的电 流负荷的所述一个或多个信号而将一个或多个电压控制信号提供给VCO 112。所述一个或 多个电压控制信号被配置为通过控制VCO 112用以生成时钟信号118的电压来调节时钟信 号118的频率。振荡器控制电路110可以连续地、周期性地或响应于控制输入(未示出) 生成和提供所述一个或多个电压控制信号。振荡器控制电路110包括被配置为实施传递函 数的任何合适的模拟或数字电路，所述传递函数输出处于对应于负载130的电流负荷的电 压电平的一个或多个电压控制信号。所述传递函数可以使用存储的信息来操作，所述存储 的信息例如针对每个电流负荷或电流负荷范围提供电压控制信号电平的表。由振荡器控制电路110实现的传递函数被设计为将时钟信号118的频率设置在其中对于由电流感测电路 106检测到的电流负荷而言电压调节器100的功率效率处于最大值的点处。VCO 112以依赖于从振荡器控制电路110接收的一个或多个电压控制信号而变化 的频率生成并输出具有恒定占空比(即，在每个频率处的固定的脉宽)的时钟信号118。时 钟信号118的占空比可以是50%或另一个合适的恒定占空比。VCO 112将时钟信号118提 供给调节器控制电路102。负载130表示被配置为以恒定的输入电压工作并汲取负载电流的任何合适的电 子设备或设备组。负载130在图1中用虚线示出以指示其与电压调节器100分离。负载 130可以从电压调节器100汲取随时间推移相对恒定的量或变化的量的电流。图2是示出用于操作电压调节器以实现效率跟踪功能的方法的一个实施例的流 程图。图2的方法将参照图1的电压调节器100的实施例来描述。在图2的实施例中，电压调节器100检测提供给负载的负载电流，如方框202中所 示。如上所述，在一个实施例中电流感测电路106被配置为执行该功能。电压调节器100响应于所述负载电流调节来自VCO的用于生成已调节的电压的时 钟信号的频率，如方框204所示。振荡器控制电路110响应于由电流感测电路106检测的 电流负荷来调节时钟信号118的频率。调节器控制电路102使用时钟信号118来生成控制 信号120，其控制晶体管104的操作以输出所述已调节的电压。图3是示出包括具有效率跟踪功能的电压调节器100(图1中所示)的处理系统 300的一个实施例的框图。处理系统300包括电压调节器100、一个或多个处理器302、一个 或多个控制器304、一个或多个存储器设备306、一个或多个外围设备308、一个或多个网络 设备310和电源312。处理系统300可以形成被配置用于一般目的或特定目的的任何合适的处理设备。 处理系统300的示例包括服务器、个人计算机、膝上型计算机、平板计算机、个人数字助理 (PDA)、移动电话和音频/视频设备。电压调节器100、处理器302、控制器304、存储器设备 306、外围设备308、网络设备310和电源312可以被包含在共同的外壳(未示出)中或包含 在单独的外壳(未示出)中，并且可以使用有线和/或无线连接的任何适当的组合进行互 连。电压调节器100向处理器302、控制器304、存储器设备306、外围设备308和/或 网络设备310中的一个或多个提供已调节的电压(Vom)。在其他实施例中，附加的电压调节 器100可以包含在处理系统300中以向处理器302、控制器304、存储器设备306、外围设备 308和/或网络设备310的其他集合提供已调节的电压。如上面参照图1和2所描述的，电 压调节器100实施效率跟踪功能，从而使得电压调节器100的功率效率最大化。因此，当与 其他电压调节器相比时，电压调节器100可以增加处理系统300的功率效率。电源312是被配置为向电压调节器100提供参考电压(Vkef)和电源电压(Vdd)的 任何适当的AC和/或DC功率源。处理器302被配置为使用控制器304访问并执行存储在存储器设备306中的指 令。所述指令可以包括基本输入输出系统(BIOS)、固件、向应用程序提供函数库的操作系统 和/或应用程序。每个处理器302可以结合外围设备308和/或网络设备310或响应于所 述外围设备308和/或网络设备310来执行所述指令。
控制器304包括被配置为结合处理器302控制存储器设备306、外围设备308和/ 或网络设备310的操作的任何适当类型和/或数量的控制器。控制器304还操作以在处理 器302与存储器设备306、外围设备308和网络设备310之间传递信息。存储器设备306包括被配置为存储指令和其他信息的任何适当类型和/或数量的 易失性或非易失性存储设备。处理器302、控制器304、外围设备308和网络设备310可以 将信息存储到存储器设备306或可以从存储器设备306检索信息。外围设备308包括被配置为与处理系统300中的一个或多个其他设备一起操作的 任何适当类型和/或数量的外围设备。外围设备308可以包括输入/输出设备或被配置为 执行指定处理功能的其他设备。网络设备310包括被配置为允许处理系统300经过一个或多个外部网络(未示 出)进行通信的任何适当类型和/或数量的网络设备。网络设备310可以根据任何适当的 联网协议和/或配置操作以允许信息经过网络从处理系统300被传递或从网络传递到处理 系统300。尽管为了描述实施例的目的，本文已经图示并描述了特定实施例，但是本领域普 通技术人员应当理解，种类繁多的可替代和/或等价实现方式可以代替所示出和描述的特 定实施例，而不脱离本公开的范围。本领域技术人员将容易理解，本公开可以实现在种类繁 多的实施例中。本申请旨在覆盖本文讨论的所公开的实施例的任何改变或变形。因此，显 然，本公开的范围意欲由权利要求及其等价物来限定。
权利要求
一种电压调节器，包括电流感测电路，其被配置为检测提供给负载的电流的量；压控振荡器，其被配置为以依赖于由电流感测电路检测的电流的量而变化的频率输出具有恒定占空比的时钟信号；以及调节器电路，其被配置为使用所述时钟信号将已调节的电压提供给所述负载。
2.权利要求1的电压调节器，其中所述调节器电路被配置为使用与所述时钟信号分离 的反馈信号生成已调节的电压。
3.权利要求1的电压调节器，进一步包括振荡器控制电路，其被配置为响应于由所述电流感测电路检测的电流的量控制所述压 控振荡器所输出的时钟信号的频率。
4.权利要求3的电压调节器，其中所述振荡器控制电路被配置为连续地控制所述时钟 信号的频率。
5.权利要求3的电压调节器，其中所述振荡器控制电路被配置为周期性地控制所述时 钟信号的频率。
6.权利要求3的电压调节器，其中所述振荡器控制电路被配置为使用存储的信息调节 所述时钟信号的频率。
7.权利要求1的电压调节器，其中所述调节器电路的功率效率响应于所述时钟信号的 频率和提供给所述负载的电流的量而变化。
8.权利要求1的电压调节器，其中所述调节器电路包括调节器控制电路和晶体管，其 中所述调节器控制电路被配置为向所述晶体管提供控制信号，并且其中所述晶体管被配置 为根据所述控制信号输出已调节的电压。
9.权利要求8的电压调节器，其中所述调节器控制电路被配置为使用所述时钟信号和 对应于所述已调节的电压的反馈信号生成所述控制信号。
10.权利要求8的电压调节器，进一步包括电流控制电路，其被配置为响应于检测到所述电流的量超过阈值电流水平而向所述调 节器控制电路提供过电流信号。
11.一种方法，包括检测从电压调节器提供给负载的电流的量；根据所述负载调节固定脉宽时钟信号的频率；以及响应于所述时钟信号在电压调节器中生成已调节的电压。
12.权利要求11的方法，进一步包括使用对应于所述已调节的电压并且与所述时钟信号分离的反馈信号生成所述已调节 的电压。
13.权利要求11的方法，进一步包括连续地检测从所述电压调节器提供给所述负载的电流的量；以及根据所述负载连续地调节所述固定脉宽时钟信号的频率。
14.权利要求11的方法，进一步包括周期性地检测从所述电压调节器提供给所述负载的电流的量；以及根据所述负载周期性地调节所述固定脉宽时钟信号的频率。
15.权利要求11的方法，还包括使用所述时钟信号和对应于所述已调节的电压的反馈信号生成控制信号；以及 将所述控制信号提供给被配置为生成所述已调节的电压的晶体管。
16.一种系统，包括 设备；电压调节器，其被配置为向所述设备提供已调节的电压；以及 电源，其被配置为向所述电压调节器提供功率；其中所述电压调节器被配置为检测提供给所述设备的电流的量，根据所述电流的量调 节由压控振荡器生成的恒定占空比时钟信号的频率，以及使用所述时钟信号生成所述已调 节的电压。
17.权利要求16的系统，其中所述电压调节器被配置为使用与所述时钟信号分离的反 馈信号生成所述已调节的电压。
18.权利要求16的系统，其中所述电压调节器被配置为连续地调节所述时钟信号的频率。
19.权利要求16的系统，其中所述电压调节器被配置为周期性地调节所述时钟信号的频率。
20.权利要求16的系统，其中所述电压调节器的功率效率响应于所述时钟信号的频率 和提供给所述设备的电流的量而变化。
全文摘要
提供一种电压调节器，其包括电流感测电路，被配置为检测提供给负载的电流的量；压控振荡器，配置为以依赖于由电流感测电路检测的电流的量而变化的频率输出具有恒定占空比的时钟信号；以及调节器电路，被配置为使用时钟信号将已调节的电压提供给所述负载。
文档编号G05F1/10GK101999105SQ200880128517
公开日2011年3月30日 申请日期2008年4月8日 优先权日2008年4月8日
发明者M·K·贝尼迪特, R·M·巴楚斯 申请人:惠普开发有限公司