[发明专利]用于可重配置的DICKSON STAR开关式电容器电压调节器的装置、系统和方法

说明书

公开了用于可重配置的DICKSON STAR开关式电容器电压调节器的装置、系统和方法，其可以通过在各种模式之间进行重新配置来支持多个转换比。可重配置的Dickson Star SC调节器被设计为通过跨多个操作模式(跨多个转换比)重用电容器和开关来减少冗余电容器的数量。本公开还示出了混合(例如，两级)电压调节器。

本申请是申请号为“201780037808.9”，申请日为“2017年4月14日”，发明名称为“用于可重配置的DICKSON STAR开关式电容器电压调节器的装置、系统和方法”的中国发明申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

母案申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2016年4月18日提交的题为“RECONFIGURABLE DICKSON STAR SWITCHED CAPACITOR VOLTAGE REGULATOR”的美国临时申请号62/324,091的较早提交日期的权益，所述申请通过引用以其整体而被并入本文。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

此发明是在国家科学基金会(NSF)授予的1353640和1519788的政府支持下完成的。政府拥有本发明中的某些权利。

技术领域

本公开涉及用于提供可重配置的Dickson Star开关式电容器电压调节器和/或提供混合(例如，两级)电压调节器的装置、系统和方法。

背景技术

存在对于减小电子系统的尺寸的强烈需求。尺寸减小在空间宝贵的电子产品中是特别期望的，而在被置于大数据中心中的服务器中也是期望的，因为在固定的空间资产中挤入尽可能多的服务器是重要的。

电子系统中最大组件中的一个包括电压调节器(也称为功率调节器)。功率调节器通常包括用于将电压递送到集成芯片的大量庞大的片外组件，包括处理器、存储器设备(例如，动态读取存取存储器(DRAM))、射频(RF)芯片、WiFi组合芯片和功率放大器。因此，期望的是减小电子系统中的电压调节器的尺寸。

功率调节器包括半导体芯片，诸如DC-DC调节器芯片，其将功率从功率源(例如，电池)递送到输出负载。输出负载可以包括电子设备中的各种集成芯片(例如，应用处理器、DRAM、NAND闪存)。为了高效地递送功率，电压调节器可以使用“降压(buck)”拓扑。这样的调节器被称为降压调节器。降压调节器使用电感器将电荷从功率源传递至输出负载。降压调节器可以使用功率开关以将电感器与多个电压中的一个连接/断开，从而提供作为多个电压的加权平均的输出电压。降压调节器可以通过控制电感器耦合到多个电压中的一个的时间量来调整输出电压。

不幸地，降压调节器不适用于高度集成的电子系统。特别是在功率转换比高时并且在输出负载消耗的电流量高时，降压调节器的转换效率取决于电感器的尺寸。因为电感器可占据大面积且庞大而无法集成在芯片上或封装上，所以现有的降压调节器通常使用大量片外电感器组件。此策略通常需要印刷电路板上的大面积，这转而增加了电子设备的尺寸。随着移动片上系统(SoC)变得更加复杂并且需要由电压调节器递送越来越大量的电压域，挑战加剧。

发明内容