[发明专利]集成功率调节器和方法

说明书

一种集成功率调节器包括并联连接在电源的正极和负极之间的多个功率转换模块。所述多个功率转换模块中的每个功率转换模块包括多个并联连接在所述电源的正极与负极之间的功率转换单元。所述多个功率转换单元的第一功率转换单元和第二功率转换单元配置为在两个不同的运行阶段中运行。所述多个功率转换单元的第三功率转换单元和第四功率转换单元配置为在同一运行阶段中运行。

技术领域

本申请涉及一种集成功率调节器和方法，并且特别地，涉及一种用于在大电流应用中转换能量的M×N相集成功率调节器。

背景技术

随着技术的进一步发展，人工智能(artificial intelligence，AI)已经成为进一步提高计算技术能力的有效替换方案。基于AI的计算机展示了人类的智慧，例如感知、学习、推理和解决问题。

图形处理单元(graphical processing units，GPU)可以基于AI的计算机器来实现。图形处理单元通过并行计算提高性能。随着图形处理单元的计算能力增加，对电力的需求持续上升。

为了有效地为低压、大电流负载(例如，图形处理单元)供电，采用了直接到芯片的电源架构。例如，直接到芯片的电源架构的输入是48v配电总线。直接到芯片的电源架构的输出是低至0.45V的IC电压。通过直接到芯片的电源架构的电流高达1000A。在直接到芯片的电源架构中，电感必须承受大电流应力。

集成功率调节器可以实现高效率的大电流应用。典型的集成功率调节器包括多个运行在不同相位的降压功率转换器，从而实现快速瞬态响应、精确的电压调节和更小的输出电压纹波。在轻负载运行下，集成功率调节器的效率会因大量开关元件以高开关频率工作而产生的开关损耗而显着下降。

在诸如便携式设备(例如，智能电话和笔记本电脑)的一些应用中，轻负载效率非常重要。因此，需要能够在各种操作条件下实现高效率的集成调节器。

发明内容

通过本公开的优选实施例，这些和其他问题通常得到解决或规避，并通常获得技术优势，该实施例提供了用于提高轻负载效率的集成功率调节器。

根据实施例，设备包括多个并联连接在电源的正极和负极之间的功率转换模块。多个功率转换模块中的每个功率转换模块包括多个并联连接于所述电源的正极与负极之间的功率转换单元。所述多个功率转换单元的第一功率转换单元和第二功率转换单元配置为在两个不同的运行阶段运行。所述多个功率转换单元的第三功率转换单元和第四功率转换单元配置为在同一运行阶段运行。

在一些实施例中，多个功率转换模块被配置为以交错方式在不同的运行阶段运行，并且同一功率转换模块的多个功率转换单元由相同的栅极驱动信号控制。在备选实施例中，多个功率转换模块配置为在同一运行阶段运行，且同一功率转换模块的多个功率转换单元配置为以交错方式运行。

在一些实施例中，第一功率转换模块和第二功率转换模块配置为以交错方式在两个不同的运行阶段中运行，所述第一功率转换单元和第二功率转换单元分别位于第一功率转换模块和第二功率转换模块中。第三功率转换单元和第四功率转换单元位于同一功率转换模块中。

在一些实施例中，第一功率转换单元和第二功率转换单元位于同一功率转换模块中，该模块具有多个在多个运行阶段中运行的功率转换单元。所述第一功率转换模块和所述第二功率转换模块配置为在同一运行阶段运行，所述第三功率转换单元和第四功率转换单元分别位于第一功率转换模块和第二功率转换模块中。

在一些实施例中，多个功率转换单元的至少两个电感器相互磁耦合。在备选实施例中，多个功率转换单元的所有电感器相互磁耦合。

根据另一实施例，一种方法包括配置功率调节器的M×N功率转换单元以在N个运行阶段中运行。N和M是大于或等于2的预设整数。在轻负载运行期间，关闭多个功率转换单元以减少开关损耗，同时保持纹波减少。