專利名稱：電壓調(diào)節(jié)器的制作方法
電壓調(diào)節(jié)器
背景技術(shù)：
電壓調(diào)節(jié)器典型地使用參考電壓和電源電壓將已調(diào)節(jié)的電壓提供給負(fù)載。電壓調(diào) 節(jié)器操作以提供處于盡可能恒定的電壓電平的已調(diào)節(jié)電壓，而不管所述負(fù)載所汲取的電流 的量或所述負(fù)載的工作頻率。依賴于電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)器的功率效率對(duì)于負(fù)載的所 有工作條件而言可能不是最優(yōu)的。所期望的是針對(duì)負(fù)載的各種工作條件能夠以最優(yōu)的功率 效率來操作電壓調(diào)節(jié)器。


圖1是示出具有效率跟蹤功能的電壓調(diào)節(jié)器的一個(gè)實(shí)施例的框圖。圖2是示出用于操作具有效率跟蹤功能的電壓調(diào)節(jié)器的方法的一個(gè)實(shí)施例的流 程圖。圖3是示出包括具有效率跟蹤功能的電壓調(diào)節(jié)器的處理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的框 圖。
具體實(shí)施例方式在下面的詳細(xì)描述中，參照構(gòu)成其一部分的附圖，并且在附圖中通過圖示示出了 其中可以實(shí)踐公開的主題的特定實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，也可以使用其他實(shí)施例，并且可以進(jìn)行 結(jié)構(gòu)的或邏輯的改變而不脫離本公開的范圍。因此，下面的詳細(xì)描述不應(yīng)當(dāng)在有限的意義 下被理解，并且本公開的范圍是由所附權(quán)利要求定義的。圖1是示出具有效率跟蹤功能的電壓調(diào)節(jié)器100的一個(gè)實(shí)施例的框圖。電壓調(diào)節(jié) 器100包括調(diào)節(jié)器控制電路102、晶體管104、電流感測電路106、電流控制電路108、振蕩器 控制電路110和壓控振蕩器(VCO) 112。電壓調(diào)節(jié)器100使用參考電壓(Vkef)和電源電壓(Vdd)將已調(diào)節(jié)的電壓信號(hào) 114(Vout)提供給負(fù)載130。電壓調(diào)節(jié)器100操作從而以盡可能恒定的輸出電壓提供已調(diào)節(jié) 的電壓信號(hào)114，而不管負(fù)載130汲取的電流的量或負(fù)載130的工作頻率。電壓調(diào)節(jié)器100實(shí)施效率跟蹤功能，從而使得電壓調(diào)節(jié)器100的功率效率最大化。 如本文所使用的術(shù)語功率效率是指由電壓調(diào)節(jié)器100輸出到負(fù)載130的功率的量與電壓 調(diào)節(jié)器100在生成并提供輸出電壓和輸出電流到負(fù)載130的過程中所汲取的功率的量之 比。電壓調(diào)節(jié)器100的功率效率響應(yīng)于用于生成已調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)114的時(shí)鐘信號(hào)118的 頻率和提供給所述負(fù)載的電流的量而變化。因此，電壓調(diào)節(jié)器100跟蹤由負(fù)載130所汲取 的電流負(fù)荷(current load)并且修改提供給調(diào)節(jié)器控制電路102的時(shí)鐘信號(hào)118的工作 頻率以針對(duì)所述電流負(fù)荷最優(yōu)化調(diào)節(jié)器100的效率。電壓調(diào)節(jié)器100使用反饋信號(hào)生成已 調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)114，該反饋信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)118分離并且對(duì)應(yīng)于輸出電壓。在電壓調(diào)節(jié)器100中，調(diào)節(jié)器控制電路102在REF輸入端接收參考電壓、在REG輸 入端接收反饋信號(hào)(即，圖1的實(shí)施例中的已調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)114)、在時(shí)鐘(CLOCK)輸入 端接收時(shí)鐘信號(hào)118以及在過電流(OVER CURRENT)輸入端接收過電流信號(hào)116。調(diào)節(jié)器控制電路102包括數(shù)字組合邏輯電路，該數(shù)字組合邏輯電路由時(shí)鐘信號(hào)118驅(qū)動(dòng)以響應(yīng)于 所述參考電壓、所述反饋信號(hào)和過電流信號(hào)116而生成控制信號(hào)120。調(diào)節(jié)器控制電路102 生成控制信號(hào)120以使得調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)114上的輸出電壓通過晶體管104而被調(diào)節(jié)并且 保持在期望的恒定輸出電壓電平。調(diào)節(jié)器控制電路102在控制(CONTROL)輸出端輸出控制 信號(hào)120。調(diào)節(jié)器控制電路102在生成控制信號(hào)120的過程中的功率效率響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào) 118的頻率和提供給所述負(fù)載的電流的量而變化。因此，調(diào)節(jié)器控制電路102的功率效率可 以通過調(diào)節(jié)時(shí)鐘信號(hào)118的頻率而被調(diào)節(jié)。提供給調(diào)節(jié)器控制電路102的REG輸入端的反饋信號(hào)對(duì)應(yīng)于已調(diào)節(jié)的電壓信號(hào) 114上的輸出電壓，并且與時(shí)鐘信號(hào)118分離且獨(dú)立于時(shí)鐘信號(hào)118。在一個(gè)實(shí)施例中，所 述反饋信號(hào)是信號(hào)114上的模擬輸出電壓。在其他實(shí)施例中，所述反饋信號(hào)根據(jù)信號(hào)114 上的模擬輸出電壓以其他方式確定或?qū)С觯⑶铱梢栽诒惶峁┙o調(diào)節(jié)器控制電路102之前 被轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸入。晶體管104是MOSFET或其他被配置為在源極端子處接收電源電壓(Vdd)且在柵 極端子處接收控制信號(hào)120的適當(dāng)?shù)木w管。晶體管104響應(yīng)于電源電壓和控制信號(hào)120 在漏極端子處生成已調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)114并且將已調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)114輸出到負(fù)載130。 在其他實(shí)施例中，晶體管104可以具有其他適當(dāng)?shù)呐渲靡杂糜陧憫?yīng)于電源電壓和控制信號(hào) 120生成已調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)114。電流感測電路106接收已調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)114并且檢測由電壓調(diào)節(jié)器100提供給 負(fù)載130的電流的量(即，電流負(fù)荷)。電流感測電路106將識(shí)別所述電流負(fù)荷的至少一個(gè) 輸出信號(hào)提供給電流控制電路108和振蕩器控制電路110。電流感測電路106可以確定所 述電流負(fù)荷并且連續(xù)地、周期性地或響應(yīng)于控制輸入(未示出)而提供所述輸出信號(hào)。電 流感測電路106包括被配置為確定所述電流負(fù)荷并提供所述輸出信號(hào)的任何適當(dāng)?shù)哪M 或數(shù)字電路。電流控制電路108響應(yīng)于從電流感測電路106接收的識(shí)別負(fù)載130所汲取的電流 負(fù)荷的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)而將過電流信號(hào)116提供給調(diào)節(jié)器控制電路102。過電流信號(hào)116 指示負(fù)載130所汲取的電流的量是否超過閾值電流水平。電流控制電路108可以連續(xù)地、 周期性地或響應(yīng)于控制輸入(未示出)生成和提供過電流信號(hào)116。電流控制電路108包 括被配置為實(shí)施傳遞函數(shù)(transfer function)的任何合適的模擬或數(shù)字電路，所述傳遞 函數(shù)輸出過電流信號(hào)116以向調(diào)節(jié)器控制電路102指示負(fù)載130所汲取的電流的量是否超 過閾值電流水平。振蕩器控制電路110響應(yīng)于從電流感測電路106接收的識(shí)別負(fù)載130所汲取的電 流負(fù)荷的所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)而將一個(gè)或多個(gè)電壓控制信號(hào)提供給VCO 112。所述一個(gè)或 多個(gè)電壓控制信號(hào)被配置為通過控制VCO 112用以生成時(shí)鐘信號(hào)118的電壓來調(diào)節(jié)時(shí)鐘信 號(hào)118的頻率。振蕩器控制電路110可以連續(xù)地、周期性地或響應(yīng)于控制輸入(未示出) 生成和提供所述一個(gè)或多個(gè)電壓控制信號(hào)。振蕩器控制電路110包括被配置為實(shí)施傳遞函 數(shù)的任何合適的模擬或數(shù)字電路，所述傳遞函數(shù)輸出處于對(duì)應(yīng)于負(fù)載130的電流負(fù)荷的電 壓電平的一個(gè)或多個(gè)電壓控制信號(hào)。所述傳遞函數(shù)可以使用存儲(chǔ)的信息來操作，所述存儲(chǔ) 的信息例如針對(duì)每個(gè)電流負(fù)荷或電流負(fù)荷范圍提供電壓控制信號(hào)電平的表。由振蕩器控制電路110實(shí)現(xiàn)的傳遞函數(shù)被設(shè)計(jì)為將時(shí)鐘信號(hào)118的頻率設(shè)置在其中對(duì)于由電流感測電路 106檢測到的電流負(fù)荷而言電壓調(diào)節(jié)器100的功率效率處于最大值的點(diǎn)處。VCO 112以依賴于從振蕩器控制電路110接收的一個(gè)或多個(gè)電壓控制信號(hào)而變化 的頻率生成并輸出具有恒定占空比(即，在每個(gè)頻率處的固定的脈寬)的時(shí)鐘信號(hào)118。時(shí) 鐘信號(hào)118的占空比可以是50%或另一個(gè)合適的恒定占空比。VCO 112將時(shí)鐘信號(hào)118提 供給調(diào)節(jié)器控制電路102。負(fù)載130表示被配置為以恒定的輸入電壓工作并汲取負(fù)載電流的任何合適的電 子設(shè)備或設(shè)備組。負(fù)載130在圖1中用虛線示出以指示其與電壓調(diào)節(jié)器100分離。負(fù)載 130可以從電壓調(diào)節(jié)器100汲取隨時(shí)間推移相對(duì)恒定的量或變化的量的電流。圖2是示出用于操作電壓調(diào)節(jié)器以實(shí)現(xiàn)效率跟蹤功能的方法的一個(gè)實(shí)施例的流 程圖。圖2的方法將參照?qǐng)D1的電壓調(diào)節(jié)器100的實(shí)施例來描述。在圖2的實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器100檢測提供給負(fù)載的負(fù)載電流，如方框202中所 示。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中電流感測電路106被配置為執(zhí)行該功能。電壓調(diào)節(jié)器100響應(yīng)于所述負(fù)載電流調(diào)節(jié)來自VCO的用于生成已調(diào)節(jié)的電壓的時(shí) 鐘信號(hào)的頻率，如方框204所示。振蕩器控制電路110響應(yīng)于由電流感測電路106檢測的 電流負(fù)荷來調(diào)節(jié)時(shí)鐘信號(hào)118的頻率。調(diào)節(jié)器控制電路102使用時(shí)鐘信號(hào)118來生成控制 信號(hào)120，其控制晶體管104的操作以輸出所述已調(diào)節(jié)的電壓。圖3是示出包括具有效率跟蹤功能的電壓調(diào)節(jié)器100(圖1中所示)的處理系統(tǒng) 300的一個(gè)實(shí)施例的框圖。處理系統(tǒng)300包括電壓調(diào)節(jié)器100、一個(gè)或多個(gè)處理器302、一個(gè) 或多個(gè)控制器304、一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備306、一個(gè)或多個(gè)外圍設(shè)備308、一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備310和電源312。處理系統(tǒng)300可以形成被配置用于一般目的或特定目的的任何合適的處理設(shè)備。 處理系統(tǒng)300的示例包括服務(wù)器、個(gè)人計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理 (PDA)、移動(dòng)電話和音頻/視頻設(shè)備。電壓調(diào)節(jié)器100、處理器302、控制器304、存儲(chǔ)器設(shè)備 306、外圍設(shè)備308、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備310和電源312可以被包含在共同的外殼(未示出)中或包含 在單獨(dú)的外殼(未示出)中，并且可以使用有線和/或無線連接的任何適當(dāng)?shù)慕M合進(jìn)行互 連。電壓調(diào)節(jié)器100向處理器302、控制器304、存儲(chǔ)器設(shè)備306、外圍設(shè)備308和/或 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備310中的一個(gè)或多個(gè)提供已調(diào)節(jié)的電壓(Vom)。在其他實(shí)施例中，附加的電壓調(diào)節(jié) 器100可以包含在處理系統(tǒng)300中以向處理器302、控制器304、存儲(chǔ)器設(shè)備306、外圍設(shè)備 308和/或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備310的其他集合提供已調(diào)節(jié)的電壓。如上面參照?qǐng)D1和2所描述的，電 壓調(diào)節(jié)器100實(shí)施效率跟蹤功能，從而使得電壓調(diào)節(jié)器100的功率效率最大化。因此，當(dāng)與 其他電壓調(diào)節(jié)器相比時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器100可以增加處理系統(tǒng)300的功率效率。電源312是被配置為向電壓調(diào)節(jié)器100提供參考電壓(Vkef)和電源電壓(Vdd)的 任何適當(dāng)?shù)腁C和/或DC功率源。處理器302被配置為使用控制器304訪問并執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器設(shè)備306中的指 令。所述指令可以包括基本輸入輸出系統(tǒng)(BIOS)、固件、向應(yīng)用程序提供函數(shù)庫的操作系統(tǒng) 和/或應(yīng)用程序。每個(gè)處理器302可以結(jié)合外圍設(shè)備308和/或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備310或響應(yīng)于所 述外圍設(shè)備308和/或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備310來執(zhí)行所述指令。
控制器304包括被配置為結(jié)合處理器302控制存儲(chǔ)器設(shè)備306、外圍設(shè)備308和/ 或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備310的操作的任何適當(dāng)類型和/或數(shù)量的控制器。控制器304還操作以在處理 器302與存儲(chǔ)器設(shè)備306、外圍設(shè)備308和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備310之間傳遞信息。存儲(chǔ)器設(shè)備306包括被配置為存儲(chǔ)指令和其他信息的任何適當(dāng)類型和/或數(shù)量的 易失性或非易失性存儲(chǔ)設(shè)備。處理器302、控制器304、外圍設(shè)備308和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備310可以 將信息存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器設(shè)備306或可以從存儲(chǔ)器設(shè)備306檢索信息。外圍設(shè)備308包括被配置為與處理系統(tǒng)300中的一個(gè)或多個(gè)其他設(shè)備一起操作的 任何適當(dāng)類型和/或數(shù)量的外圍設(shè)備。外圍設(shè)備308可以包括輸入/輸出設(shè)備或被配置為 執(zhí)行指定處理功能的其他設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備310包括被配置為允許處理系統(tǒng)300經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)外部網(wǎng)絡(luò)(未示 出)進(jìn)行通信的任何適當(dāng)類型和/或數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備310可以根據(jù)任何適當(dāng)?shù)?聯(lián)網(wǎng)協(xié)議和/或配置操作以允許信息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)從處理系統(tǒng)300被傳遞或從網(wǎng)絡(luò)傳遞到處理 系統(tǒng)300。盡管為了描述實(shí)施例的目的，本文已經(jīng)圖示并描述了特定實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，種類繁多的可替代和/或等價(jià)實(shí)現(xiàn)方式可以代替所示出和描述的特 定實(shí)施例，而不脫離本公開的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，本公開可以實(shí)現(xiàn)在種類繁 多的實(shí)施例中。本申請(qǐng)旨在覆蓋本文討論的所公開的實(shí)施例的任何改變或變形。因此，顯 然，本公開的范圍意欲由權(quán)利要求及其等價(jià)物來限定。
權(quán)利要求
一種電壓調(diào)節(jié)器，包括電流感測電路，其被配置為檢測提供給負(fù)載的電流的量；壓控振蕩器，其被配置為以依賴于由電流感測電路檢測的電流的量而變化的頻率輸出具有恒定占空比的時(shí)鐘信號(hào)；以及調(diào)節(jié)器電路，其被配置為使用所述時(shí)鐘信號(hào)將已調(diào)節(jié)的電壓提供給所述負(fù)載。
2.權(quán)利要求1的電壓調(diào)節(jié)器，其中所述調(diào)節(jié)器電路被配置為使用與所述時(shí)鐘信號(hào)分離 的反饋信號(hào)生成已調(diào)節(jié)的電壓。
3.權(quán)利要求1的電壓調(diào)節(jié)器，進(jìn)一步包括振蕩器控制電路，其被配置為響應(yīng)于由所述電流感測電路檢測的電流的量控制所述壓 控振蕩器所輸出的時(shí)鐘信號(hào)的頻率。
4.權(quán)利要求3的電壓調(diào)節(jié)器，其中所述振蕩器控制電路被配置為連續(xù)地控制所述時(shí)鐘 信號(hào)的頻率。
5.權(quán)利要求3的電壓調(diào)節(jié)器，其中所述振蕩器控制電路被配置為周期性地控制所述時(shí) 鐘信號(hào)的頻率。
6.權(quán)利要求3的電壓調(diào)節(jié)器，其中所述振蕩器控制電路被配置為使用存儲(chǔ)的信息調(diào)節(jié) 所述時(shí)鐘信號(hào)的頻率。
7.權(quán)利要求1的電壓調(diào)節(jié)器，其中所述調(diào)節(jié)器電路的功率效率響應(yīng)于所述時(shí)鐘信號(hào)的 頻率和提供給所述負(fù)載的電流的量而變化。
8.權(quán)利要求1的電壓調(diào)節(jié)器，其中所述調(diào)節(jié)器電路包括調(diào)節(jié)器控制電路和晶體管，其 中所述調(diào)節(jié)器控制電路被配置為向所述晶體管提供控制信號(hào)，并且其中所述晶體管被配置 為根據(jù)所述控制信號(hào)輸出已調(diào)節(jié)的電壓。
9.權(quán)利要求8的電壓調(diào)節(jié)器，其中所述調(diào)節(jié)器控制電路被配置為使用所述時(shí)鐘信號(hào)和 對(duì)應(yīng)于所述已調(diào)節(jié)的電壓的反饋信號(hào)生成所述控制信號(hào)。
10.權(quán)利要求8的電壓調(diào)節(jié)器，進(jìn)一步包括電流控制電路，其被配置為響應(yīng)于檢測到所述電流的量超過閾值電流水平而向所述調(diào) 節(jié)器控制電路提供過電流信號(hào)。
11.一種方法，包括檢測從電壓調(diào)節(jié)器提供給負(fù)載的電流的量；根據(jù)所述負(fù)載調(diào)節(jié)固定脈寬時(shí)鐘信號(hào)的頻率；以及響應(yīng)于所述時(shí)鐘信號(hào)在電壓調(diào)節(jié)器中生成已調(diào)節(jié)的電壓。
12.權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括使用對(duì)應(yīng)于所述已調(diào)節(jié)的電壓并且與所述時(shí)鐘信號(hào)分離的反饋信號(hào)生成所述已調(diào)節(jié) 的電壓。
13.權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括連續(xù)地檢測從所述電壓調(diào)節(jié)器提供給所述負(fù)載的電流的量；以及根據(jù)所述負(fù)載連續(xù)地調(diào)節(jié)所述固定脈寬時(shí)鐘信號(hào)的頻率。
14.權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括周期性地檢測從所述電壓調(diào)節(jié)器提供給所述負(fù)載的電流的量；以及根據(jù)所述負(fù)載周期性地調(diào)節(jié)所述固定脈寬時(shí)鐘信號(hào)的頻率。
15.權(quán)利要求11的方法，還包括使用所述時(shí)鐘信號(hào)和對(duì)應(yīng)于所述已調(diào)節(jié)的電壓的反饋信號(hào)生成控制信號(hào)；以及 將所述控制信號(hào)提供給被配置為生成所述已調(diào)節(jié)的電壓的晶體管。
16.一種系統(tǒng)，包括 設(shè)備；電壓調(diào)節(jié)器，其被配置為向所述設(shè)備提供已調(diào)節(jié)的電壓；以及 電源，其被配置為向所述電壓調(diào)節(jié)器提供功率；其中所述電壓調(diào)節(jié)器被配置為檢測提供給所述設(shè)備的電流的量，根據(jù)所述電流的量調(diào) 節(jié)由壓控振蕩器生成的恒定占空比時(shí)鐘信號(hào)的頻率，以及使用所述時(shí)鐘信號(hào)生成所述已調(diào) 節(jié)的電壓。
17.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述電壓調(diào)節(jié)器被配置為使用與所述時(shí)鐘信號(hào)分離的反 饋信號(hào)生成所述已調(diào)節(jié)的電壓。
18.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述電壓調(diào)節(jié)器被配置為連續(xù)地調(diào)節(jié)所述時(shí)鐘信號(hào)的頻率。
19.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述電壓調(diào)節(jié)器被配置為周期性地調(diào)節(jié)所述時(shí)鐘信號(hào)的頻率。
20.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述電壓調(diào)節(jié)器的功率效率響應(yīng)于所述時(shí)鐘信號(hào)的頻率 和提供給所述設(shè)備的電流的量而變化。
全文摘要
提供一種電壓調(diào)節(jié)器，其包括電流感測電路，被配置為檢測提供給負(fù)載的電流的量；壓控振蕩器，配置為以依賴于由電流感測電路檢測的電流的量而變化的頻率輸出具有恒定占空比的時(shí)鐘信號(hào)；以及調(diào)節(jié)器電路，被配置為使用時(shí)鐘信號(hào)將已調(diào)節(jié)的電壓提供給所述負(fù)載。
文檔編號(hào)G05F1/10GK101999105SQ200880128517
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者M·K·貝尼迪特, R·M·巴楚斯 申請(qǐng)人:惠普開發(fā)有限公司