[发明专利]具有功率级睡眠模式的电压调节器

说明书

一种电压调节器的功率级包括第一开关、第二开关和驱动电路，该第一开关用于在该功率级的第一开关状态中将负载连接至电源电压，该第二开关用于在该功率级的第二开关状态中将该负载连接至接地，该驱动电路用于设置该功率级进入该第一开关状态、该第二开关状态或非开关状态，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。如果该功率级处于该非开关状态中持续预定义时长，功率管理单元将该功率级从标称功率模式移至第一低功率模式。

技术领域

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

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(PWM)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。

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。

一些常规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

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。