CN102460885B - 电源电路和供电方法 - Google Patents

Abstract

提供一种电源电路，其中要输入到集成电路装置的电源电压可以抑制为低。电源电路(10)控制对具有内置IC芯片(31)的集成电路装置(30)的供电。电源电路(10)获取在集成电路装置中流动的电流的值，并且根据获取的电流值，电源电路改变要输入到集成电路装置(30)的电源电压。

Description

电源电路和供电方法

技术领域

本发明涉及用于提供电力到集成电路装置的电源电路和供电方法。

背景技术

操作诸如中央处理单元(CPU)的集成电路装置的电源是必需的。一般地，在集成电路装置中，对于每个类型或每个独立装置指定用于其操作的要输入的电压(装置要求电压)，并且电源电路执行这样的控制，使得输入根据装置要求电压的电源电压到集成电路装置。

发明内容

通常，在集成电路装置的封装内部，由于从外部对其输入电源电压的输入端子、和实际执行计算及其他操作的IC芯片之间的布线电阻，或者由于IC芯片内的电阻，出现电压降。基于这种假设的电压降，集成电路装置的装置要求电压因此设置为高于对于IC芯片的操作实际要求的电压(IC操作电压)。假设在集成电路装置中可能流动的最大消耗电流(最大电流)，计算在该情况下的电压降。然而，在集成电路装置中流动的电流在操作期间波动，并且集成电路装置不总是用最大电流操作。当集成电路装置用小电流操作时，与用最大电流相比上述电压降减少，因此IC芯片施加有高于其操作要求的IC操作电压的电压。换句话说，在其中小于最大电流的电流在集成电路装置中流动的时段中，高于必需的电压的电源电压输入到集成电路装置，作为结果，在集成电路装置中出现过度功耗或内部温度升高。注意，集成电路装置中的温度升高对于集成电路装置中增加的漏电流负有责任，并且导致进一步增加的功耗。

已经鉴于上述情况做出本发明，并且本发明的目的之一是提供一种电源电路和供电方法，其能够将要输入到集成电路装置的电源电压抑制到低电平。

根据本发明，提供一种用于控制对具有内置IC芯片的集成电路装置的供电的电源电路，包括：电流值获取部分，用于获取在集成电路装置中流动的电流的值；以及电压控制部分，用于根据电流的获取值改变要输入到集成电路装置的电源电压。

在上述电源电路中，电压控制部分可以基于关于预设为意图输入到集成电路装置的电源电压的电压、以及在集成电路装置中流动的最大电流的信息，确定关于电流值的时间改变的电源电压的改变量。

此外，在上述电源电路中，电压控制部分可以取决于电流的获取值是否已经随着时间增加或者减少，以不同形式改变电源电压。

此外，在上述电源电路中，当电流的获取值已经随着时间减少时，电压控制部分可以以比电流的获取值已经随着时间增加时慢的改变率，改变电源电压。

此外，根据本发明，提供一种对具有内置IC芯片的集成电路装置供电的供电方法，包括以下步骤：获取在集成电路装置中流动的电流的值；以及根据电流的获取值改变要输入到集成电路装置的电源电压。

附图说明

图1是包括根据本发明实施例的电源电路的电子装置的示意性配置图。

图2是图示控制单元的功能的功能框图。

图3是图示由根据本发明实施例的电源电路执行的处理流程的示例的流程图。

图4是图示用于电压控制的表格的示例的图。

图5是图示在集成电路装置中流动的电流和目标电压的时间改变的示例的曲线图。

图6是图5的部分放大曲线图。

图7是图示由根据本发明实施例的电源电路执行的处理流程的另一示例的流程图。

具体实施方式

下文中，参照附图详细描述本发明的实施例。

图1是图示包括根据本发明实施例的电源电路10的电子装置的示意性电路配置的配置图。该实施例的电源电路10例如是用作开关调节器(switchingregulator)的电源IC，并且如图1所示，包括控制单元11和场效应晶体管(FET)12a和12b。此外，二次电池20连接到电源电路10的初级侧，并且集成电路装置30经由电感器13和电容器14连接到其次级侧。

电源电路10、电感器13和电容器14作为整体形成DC/DC转换器。换句话说，控制单元11执行控制以周期性地切换FET 12a和12b的导通/截至，并且电感器13和电容器14平滑从电源电路10输出的电压，从而将从二次电池20输入的电压转换为预设的目标电压Vtg，该目标电压输入到集成电路装置30。

注意，二次电池20在此用作电源，但是用于电源电路10的电源不限于此，并且可以例如是从电子装置外部输入的商业AC电源。在该情况下，AC电源通过布置在电源电路10的初级侧的整流器电路等转换为DC电源。稍后描述用于输入目标电压Vtg到集成电路装置30的、由控制单元11执行的控制的细节。

集成电路装置30是由IC芯片31和并入IC芯片31的封装构成的电子元件。以下描述示例集成电路装置30是CPU的情况，但是集成电路装置30不限于此。

下文中，描述在该实施例中要由电源电路10中包括的控制单元11执行的控制。如图2所示，控制单元11功能上包括电源电压控制部分11a、电流值获取部分11b和目标电压设置部分11c。

电源电压控制部分11a经由布线15a控制FET 12a和12b的导通/截止，从而将输入到集成电路装置30的电源电压Vpw控制为目标电压Vtg。具体地，电源电压控制部分11a经由布线15b，获取输入到集成电路装置30的电源电压Vpw的值。电源电压控制部分11a然后执行切换FET 12a和12b的导通/截止的控制，使得获取的电源电压Vpw的值可以近似目标电压Vtg。由电源电压控制部分11a执行的控制可以是这样类型的控制，使得其通常在开关调节器中执行。

电流值获取部分11b获取通过电源电路10、从二次电池20流到集成电路装置30的电流Iic的值。电流Iic根据集成电路装置30的操作状态在其操作期间波动。例如，电流Iic在集成电路装置30正在执行高负载算术处理的时段中增加，并且电流Iic在用于等待来自用户的输入的待机时段期间、或在其它类似情况下减少。因此，电流值获取部分11b在集成电路装置30的操作期间(即，在对集成电路装置30的供电期间)，以短周期规则地重复电流值的获取，从而监视在集成电路装置30中流动的电流Iic的时间改变。

具体地，电流值获取部分11b经由布线15c和15d获取跨越FET 12a的各个电压值。然后，计算两个获取的电压值之间的差(即，跨越FET 12a的电势差)。此外，从FET 12a的预先存储的特性曲线，计算对应于计算的电势差的FET 12a的电流值。通过连续执行上述处理以执行计算的电流值的时间积分，可以计算每单位时间在集成电路装置30中流动的电流Iic的值。注意，如在此使用的用于电流值的获取方法仅仅是示例，并且电流值获取部分11b可以通过另一方法，获取在集成电路装置30中流动的电流Iic的值。此外，电流值获取部分11b可以在不同于FET 12a的点的电源路径上的另一点，获取电流值作为电流Iic的值。作为具体示例，电流值获取部分11b可以通过测量流过电感器13的电流的量值，获取电流Iic的值。

目标电压设置部分11c使用由电流值获取部分11b获取的电流Iic的值，以设置电源电压控制部分11a使用的目标电压Vtg的值。具体地，目标电压设置部分11c根据在集成电路装置30中流动的电流Iic的时间改变，来改变目标电压Vtg的值。通过该控制，根据在集成电路装置30中流动的电流Iic的时间改变，调整要输入到集成电路装置30的电源电压Vpw。

具体地，当集成电路装置30开始其操作时，目标电压设置部分11c首先经由布线15e从集成电路装置30，获取与装置要求电压Vpk、IC操作电压Vic和最大电流Imax有关的信息。这里，IC操作电压Vic是集成电路装置30中包括的IC芯片31实际要求以操作的电压。另一方面，装置要求电压Vpk是规定为意图输入到集成电路装置30的电源电压Vpw的电压，并且设置为通过将电压降的量添加到IC操作电压Vic确定的值，假定该电压降在集成电路装置30中出现。此外，最大电流值Imax是假定为在集成电路装置30中流动的最大消耗电流的值。注意，如上所述，装置要求电压Vpk是通过将电压降的量添加到IC操作电压Vic确定的值，该电压降在最大电流Imax在集成电路装置30中流动时出现。

注意，Vpk、Vic和Imax的值可以是取决于根据标准的集成电路装置30的类型确定的值，或者可以是考虑装置个体差别为每个个别的集成电路装置30测量、并且在出货之前预先写入集成电路装置30的值。此外，装置要求电压Vpk和最大电流Imax可以是这样的值，其根据作为CPU的集成电路装置30的操作频率而改变。例如，在集成电路装置30是根据要执行的程序等、以多个操作频率的任一操作的CPU的情况下，当CPU以高频率操作时最大电流Imax增加，并且装置要求电压Vpk也相应地增加。另一方面，当CPU以相对低频率操作时，最大电流Imax以及装置要求电压Vpk减少。

这里，假定对导致集成电路装置30内部的电压降负责的内部电阻由R表示。具体地，电阻R是从电源电压Vpw输入到的输入端子到IC芯片31的布线32a的电阻、IC芯片31内部到要提供有IC操作电压Vic的电路元件的布线32b的电阻等。使用电阻R，考虑在Vpk和Vic之间建立以下关系：

Vpk＝Vic+R·Imax

因此，从Vpk、Vic和Imax的获取值，可以通过以下计算公式计算电阻R的值：

R＝(Vpk-Vic)/Imax

在由电流值获取部分11b获取的电流Iic的值低于最大电流Imax的时段中，由电阻R导致的电压降变得小于R·Imax。得出仅必需输入小于Vpk的电源电压Vpw到集成电路装置30，用于提供IC操作电压Vic到IC芯片31中电路元件。因此，目标电压设置部分11c根据由电流值获取部分11b获取的电流Iic的值，设置目标电压Vtg低于集成电路装置30实际要求的装置要求电压Vpk。使用该设置，可以抑制由集成电路装置30的浪费的功耗或发热。

作为具体示例，通过以下计算公式计算要设置的目标电压Vtg。

Vtg＝Vic+Iic·R

这里，Iic假定为在从0到Imax的范围内波动，因此目标电压Vtg设置在具有Vic的下限和Vpk的上限的范围中。此外，目标电压Vtg计算为Iic的线性函数，其中基于关于Vpk、Vic和Imax的信息确定的电阻R的值是比例常数。换句话说，电阻R的值指示关于电流Iic的时间改变的目标电压Vtg的改变量。

此外，目标电压Vtg可以是通过进一步添加预定校正值α确定的值，该预定校正值α添加到通过上述计算公式计算的值。在该情况下，通过以下计算公式计算目标电压Vtg。

Vtg＝Vic+Iic·R+α

该示例中的校正值α是考虑电流Iic的测量误差确定的值。电流值获取部分11b获取的电流Iic的值可以包含测量误差。那么，如果电流Iic的实际测量值由于这样的测量误差变得小于真实值，存在目标电压Vtg计算为小于正常操作IC芯片31必需的电压的担心。因此，在该示例中，校正值α添加到目标电压Vtg，以便目标电压Vtg可以是足以操作IC芯片31的电压，即使电流Iic的测量值偏离真实值。具体地，校正值α例如可以是通过将电压降值Vdrop乘以预定比率计算的值。可替代地，校正值α可以是考虑电流检测的分辨率或检测的电流的过冲，基于电阻R计算的值。此外，校正值α可以是通过组合由这样各种类型的方法计算的数值所获得的值。

接下来，参照图3的流程图描述该实施例中由控制单元11执行的处理流程的示例。

当用户接通通电按钮等以外部地输入操作开始的控制指令时，电源电压控制部分11a首先开始对集成电路装置30的供电，其中预先指定的初始值设为目标电压Vtg(S1)。随后，目标电压设置部分11c从集成电路装置30获取关于装置要求电压Vpk、IC操作电压Vic和最大电流Imax的信息(S2)，并且将目标电压Vtg的值改变为获取的装置要求电压Vpk(S3)。响应于该改变，电源电压控制部分11a首先执行控制，以输入装置要求电压Vpk到集成电路装置30。随后，目标电压设置部分11c使用在S2中获取的信息，以基于上述计算公式计算电阻R的值(S4)。

此后，开始根据电流Iic的值的控制。换句话说，电流值获取部分11b获取在集成电路装置30中流动的电流Iic的值(S5)，并且目标电压设置部分11c使用获取的电流Iic和在S4中计算的电阻R的值，以更新目标电压Vtg的值(S6)。然后，确定是否已经输入用以断电的控制指令(S7)。当在S7中确定还没有输入断电的控制指令时，处理返回S5并且重复。

注意，在该图的流程的示例中，在通电的定时执行根据电流值用于电压控制的S2到S4中的初始化处理，但是该定时不限于此，并且如果需要，还可以在集成电路装置30的操作期间执行类似的初始化处理。例如，在集成电路装置30是如上所述以多个操作频率的任一操作的CPU的情况下，集成电路装置30常常根据应用程序等的执行请求，在操作中间改变其自身的操作模式。在该情况下，集成电路装置30输出对应于新的操作模式的装置要求电压Vpk和最大电流Iic的值。响应于此，目标电压设置部分11c可以重新计算电阻R，并且基于新计算的电阻R的值，执行随后的电压控制。

根据上述该实施例，电源电路10根据集成电路装置30中流动的电流Iic的值，改变输入到集成电路装置30的电源电压Vpw，因此在电流Iic小于最大电流Imax的时段中，电源电压Vpw可以被抑制为低于装置要求电压Vpk，因此抑制不需要的功耗和发热。

注意，目标电压设置部分11c可以通过下述方法替代上述方法，来计算目标电压Vtg。也就是说，当获取最大电流Imax的值时，从0到Imax的Iic的可能数值范围预先划分为多个数值范围。然后，通过上述计算公式，计算根据每个数值范围的上限电流值要输入的目标电压Vtg的值。在电源电路10的存储器区域存储指示对应关系的表格，该对应关系是如此获得的Iic的数值范围和要设置的目标电压Vtg之间的关系。在该情况下，根据(Vpk-Vic)的值的量值、以及根据电路配置可以控制的目标电压Vtg的分辨率的程度，可以确定电流Iic的可能值的范围划分为多少个数值范围。例如，在集成电路装置30以高操作频率操作的模式的情况下，Vpk的值也增加，因此电流Iic的值的可能范围可以更精细地划分。

图4是图示这样的表格的示例的图。该图图示在Vic＝1.10V、Vpk＝1.20V、最大电流Imax＝1A、以及电阻R＝0.1Ω的情况下，电流Iic的值的可能范围划分为10个的情况的示例。然后，在集成电路装置30的操作开始之后，每次电流值获取部分11b获取电流Iic的新值时，目标电压设置部分11c将对应于Iic的获取值所属的数值范围的电压值，设置为目标电压Vtg的新值。

此外，目标电压设置部分11c取决于电流Iic是否已经随着时间增加或减少，可以以不同形式改变目标电压Vtg。例如，当电流Iic已经随着时间增加时，集成电路装置30内部的电压降也相应地增加，因此必需立即升高电源电压Vpw以便提供IC操作电压Vic到IC芯片31中。另一方面，当电流Iic已经减少时，考虑仅仅小电流Iic瞬间流动的情况，可以优选在给定时间段之后减少目标电压Vtg，而不是立即减少电源电压Vpw。因此，例如，在电流Iic的值在给定时间段或更长时间段，包括在上述多个数值范围中的、低于对应于当前目标电压Vtg的数值范围的数值范围中的情况下，目标电压设置部分11c可以将目标电压Vtg改变为对应于较低数值范围的电压值。

图5是示意性图示在执行上述控制的情况下，电流Iic的时间改变和目标电压Vtg的时间改变之间的对应关系的曲线图，根据电流Iic的时间改变由目标电压设置部分11c设置该目标电压Vtg。在图5中，上部的曲线图图示电流Iic的时间改变，并且下部的曲线图图示目标电压Vtg的时间改变，在两者中水平轴对应于时间。在该图的示例中，当电流Iic已经增加时，目标电压Vtg也立即升高，但是当电流Iic已经减少时，目标电压Vtg在预定时间段t之后减少。

此外，当电流Iic已经随着时间减少时，目标电压设置部分11c可以以这样的改变率改变目标电压Vtg，该改变率比用于当电流Iic已经增加时的目标电压Vtg的改变率更低。如果目标电压Vtg瞬时改变，则电流Iic大幅波动并且容易出现过冲。因此，存在变得难以精确测量电流Iic的担心，除非电源电压Vpw在目标电压Vtg的改变之后变得稳定。作为对策，电源电路10逐渐改变目标电压Vtg，从而避免电流Iic的这种突然波动。具体地，例如在减少目标电压Vtg的情况下，目标电压设置部分11c可以在每个预定单位时间t2(如2ms)，将目标电压Vtg减少预定单位量vu(如10mV)。重复该控制，直到目标电压Vtg最终变为使用电流Iic的测量值由上述计算公式计算的值。如在此使用的单位量vu可以是对应于目标电压Vtg的最小步幅的值，利用该目标电压Vtg的最小步幅电源电压控制部分11a是可控的。注意，即使在该控制期间，电源电路10也重复执行电流Iic的测量，并且当结果显示电流Iic的值已经升高时，电源电路10通过使用电流Iic的上升值重新计算目标电压Vtg。然后，在升高目标电压Vtg的情况下，不同于减少的情况，目标电压Vtg立即改变为重新计算的值。根据该控制，当电流Iic已经减少时，提供到集成电路装置30的电源电压Vpw的改变率，变得慢于当电流Iic已经增加时的改变率。

图6是图示目标电压Vtg的这种控制的示例的曲线图，其放大由图5的虚线椭圆指示的部分。在该图中，在检测到电流Iic已经降低之后，目标电压设置部分11c首先维持目标电压Vtg没有任何改变，直到已经过去预定时间t。此后，目标电压设置部分11c在每次已经过去单位时间t2时，将目标电压Vtg降低单位量vu。

注意，在上面的描述中，电源电路10从集成电路装置30获取关于装置要求电压Vpk、IC操作电压Vic和最大电流Imax的信息，并且从那些值计算电阻R的值，但是本发明的实施例不限于此。例如，只要集成电路装置30保持电阻R的值，电源电路10就可以直接从集成电路装置30获取电阻R的值，在该情况下，关于装置要求电压Vpk和最大电流Imax的信息不总是必需的。此外，装置要求电压Vpk、IC操作电压Vic、最大电流Imax和电阻R中的一些或所有可以预先存储在电源电路10中。

此外，电源电路10可以从集成电路装置30获取不同于上述参数的参数，并且基于获取的参数控制目标电压Vtg。作为具体示例，替代IC操作电压Vic，电源电路10可以从集成电路装置30获取电压降值Vdrop，该电压降值指示当最大电流Imax流动时在集成电路装置30中出现的电压降。如在此使用的电压降值Vdrop表示装置要求电压Vpk和IC操作电压Vic之间的差。也就是说，建立以下关系：

Vpk-Vdrop＝Vic

参照图7的流程图描述在该情况下控制单元11执行的处理流程的示例。

在图7的流程中，目标电压设置部分11c首先从集成电路装置30获取关于装置要求电压Vpk、电压降值Vdrop和电阻R的信息(S11)。接下来，电源电压控制部分11a将目标电压Vtg设置为在S11中获取的装置要求电压Vpk(S12)，并且开始用目标电压Vtg为集成电路装置30供电(S13)。

此后，通过与图3的流程中从S5到S7相同的过程，执行根据电流Iic的值的控制。换句话说，电流值获取部分11b获取在集成电路装置30中流动的电流Iic的值(S14)，并且目标电压设置部分11c使用获取的电流Iic、以及在S11中获取的各个参数的值，以更新目标电压Vtg的值(S15)。然后，确定是否已经输入用以断电的控制指令(S16)。当在S16中确定还没有输入用于断电的控制指令时，流程返回到S14并且重复处理。

然而，在图7的流程中，在S15中，通过与图3的情况不同的计算公式确定目标电压Vtg的值。具体地，基于在S11中获取的装置要求电压Vpk、电压降值Vdrop和电阻R，通过以下计算公式计算Vtg。

Vtg＝Vpk-Vdrop+R·Iic+α

其中α是与上述示例中相同的校正值。

注意，类似于图3的流程的示例，电源电路10可以获取最大电流Imax的值替代电阻R。在该情况下，可以通过以下计算公式计算电阻R：

R＝Vdrop/Imax

此外，在图7的流程的示例中，类似于装置要求电压Vpk等也从集成电路装置30获取电阻R，但是如果由于集成电路装置30的个体差异存在电阻R的小的波动，电阻R的值可以作为固定值预先写入电源电路10。

Claims (3)

1.一种用于控制对具有内置IC芯片的集成电路装置的供电的电源电路，包括：

电流值获取部分，用于获取在所述集成电路装置中流动的电流的值；以及

电压控制部分，用于根据所述电流的获取值，改变要输入到所述集成电路装置的电源电压；

其中，当所述电流的获取值已经随着时间减少时，所述电压控制部分以比所述电流的获取值已经随着时间增加时慢的改变率，改变所述电源电压，

其中，在所述电流的获取值已经随着时间减少的情况下，所述电压控制部分在每个预定单位时间将所述电源电压减少预定单位量，并且在所述电流的获取值已经随着时间增加的情况下，所述电压控制部分将所述电源电压立即增加为根据电流上升值重新计算的值。

2.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述电压控制部分，基于关于预设为意图输入到所述集成电路装置的电源电压的电压、以及在所述集成电路装置中流动的最大电流的信息，确定关于电流值的时间改变的所述电源电压的改变量。

3.一种对具有内置IC芯片的集成电路装置供电的供电方法，包括以下步骤：

获取在所述集成电路装置中流动的电流的值；以及

根据所述电流的获取值，改变要输入到所述集成电路装置的电源电压，

其中，当所述电流的获取值已经随着时间减少时，以比所述电流的获取值已经随着时间增加时慢的改变率，改变所述电源电压，

其中，在所述电流的获取值已经随着时间减少的情况下，所述电压控制部分在每个预定单位时间将所述电源电压减少预定单位量，并且在所述电流的获取值已经随着时间增加的情况下，所述电压控制部分将所述电源电压立即增加为根据电流上升值重新计算的值。