[发明专利]使相位中断平滑的脉冲增加系统

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求于2007年5月4日提交的美国临时专利申请序列号60/916，168的权利，通过引用将其所有意图与目的并入。 

技术领域

本发明涉及脉冲宽度调制器驱动的多相位功率调节器，并且更具体地涉及在轻负载情况下改进效率的控制系统以及相关结构。

背景技术

当负载电流太高而不能由单相位调节器轻易维持时，多相位电压调节器提供一种有经济效益的电源解决方案。在多相位调节器系统中，每个通道的接通一般被定时为与其它各个通道异相对称。惯用的多相位调节器包括多个并联耦合的相位电路或者调节器，每个皆包括脉冲宽度调制(PWM)的调制器。尽管多相位电压调节器在重负载下能够实现相对较高的功率效率，然而在轻负载情况下由于在整个输出功率下较高的切换比、栅极电荷、以及电感铁心损失，其效率明显降低。

某些微处理器或者中央处理单元(CPUs)包括用来充当外部触发信号以请求低功耗模式的模式选择信号。当需要正常电流或者相对较高的负载电流时，微处理器会在正常运行期间中指定模式选择信号到第一状态。微处理器指定模式选择信号到指示低功耗模式的第二状态以降低负载电流，并因而减少功耗。某些微处理器支持英特尔公司的VR11电源规格(例如，VR11.1)，其中微处理器会指定模式选择引脚PSI#(电 源状态指示器)或者其相似者，用以指示正常或轻负载情况。信号名称所附的“#”符号表示负逻辑，其中就正常运行而言，PSI#＝逻辑1(指定为高态)，而就轻负载情况而言，PSI#＝逻辑0(指定为低态)。如果微处理器或者CPU不提供模式选择引脚或信号或者其相似者，则可配置其它的负载装置(例如，系统功耗管理控制器、调节器控制器等等)来执行相似的功能。在另一种装置中，通过电流传感器或其相似物简单地测量负载电流，并且当电流下降到低于预定阈值一预定的时段时指定一模式选择信号。

有数种已知的系统可用来改进多相位电压调节器的功率效率。其中一种系统称为相位中断(droping)，其中当如同前述般请求或者感测到低负载情况时，便简单地将一个或者多个相位“中断”。图1为时序图，绘出六相位电压调节器的PSI#信号对PWM信号PWM1-PWM6的图形，其示出轻负载情况的相位中断。在t0时刻，将PSI#信号初始指定为指示正常运行的高态，其中按顺序在PWM1-PWM6上指定异相的脉冲，以确保每个脉冲会对负载电流有所贡献。当在其后的t1时刻上指定PSI#为低态时，便将PWM2-PWM6的信号截止或者使其成为三态，藉以中断或者关掉相位2-6，同时第一相位1在轻负载情况期间保持运行。当在其后的t2时刻PSI再次指定为高态以指示正常或重负载情况时，电压调节器便会返回其正常运行模式，其中恢复PWM2-PWM6信号以驱动负载电流。

在相位中断以及已中断的相位恢复的期间中，需要维持输出电压于规格之内。图1所示的数个相位会立即中断以及恢复的系统可能会导致在正常与低功耗模式之间转变的同时所不希望得到的毛刺或者输出电压急剧的改变。有数种其它的一进入轻负载情况即中断相位以维持输出电压在规格内的已知方式。在另一种装置中，直到流经相位的输出电感器的电 流降低至零或者某其它的预定的低电平后，将不关掉此相位。在轻负载下，通过缓慢地中断相位，调节器的控制器便能够缓慢地增加保留的其它相位中的电流，产生相对较为平滑的转变。然而，在此种装置中，要使用多个切换周期来中断其相位，这导致所要中断的相位更多的PWM切换周期、栅极电荷、以及电感铁心损失。如果系统以高重复率进出于轻负载情况，诸如用于一般的CPU应用，此种缓慢的转变系统可能会导致明显较低的功率效率。

需要提供一种多相位电压调整器的控制器结构与相关的控制方法，其在低负载电流下，甚至在切换的高重复模式下提供改进的功率效率。

发明内容

呈现以下的说明以使本领域内的技术人员能够在特定的应用及需求中如所述的使用本发明。然而，本领域内的技术人员可以显见对较佳实施例的各种修改，并且在此所定义的通用原理可以应用于其它的实施例。因此，本发明并不旨在受限于在此所示出及描述的特定实施例，而是符合与在此所公开的原理和新颖特征一致的最广泛的范围。