CN103580099A

CN103580099A - 电源管理

Info

Publication number: CN103580099A
Application number: CN201310319573.6A
Authority: CN
Inventors: C·B·格林伯林; M·赫尔佐克
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH; Texas Instruments Inc
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2014-02-12
Also published as: US20140032938A1

Abstract

本发明涉及电源管理。一种系统，其包括电源系统、电源管理系统和模块。模块将指示该模块的功率使用率的变量参数传递到电源管理系统，并且电源管理系统响应于来自模块的传递而改变电源系统的操作范围。

Description

电源管理

技术领域

背景技术

复杂的电子系统可以包括许多不同的模块、电路块、逻辑分区或者功能单元，并非是任何时侯都需要所有这些。虽然一些模块可能全面运行，但是其他模块可能被断电，或者处于待机模式，或者以低功耗模式运行。系统和各模块的功率需求可能随时间动态地变化。一般来说，总体系统功率效率对于最小化功率使用、减小热量、提升稳定性以及降低运行成本都是重要的。对于电池供电的系统来说，最大化运行时间而不必更换电池或者对电池充电是重要的。持续需要对电源管理进行改进。

发明内容

附图说明

图1是图示电源的示例实施例的框图。

图2是图示系统的示例实施例的框图。

图3是图示消息的示例实施例的框图。

图4是图示方法的示例实施例的框图。

具体实施方式

一般来说，系统的电源需要能够提供最差情况下的系统电流负载。一般来说，电源自身需要某些开销功率，例如切换损耗、导电损耗等。一个特定的电源示例为低压差（LDO）稳压器。低压差稳压器是在输入电压和输出电压之间具有传输晶体管的线性稳压器，传输晶体管两端的电压降可以非常低。LDO稳压器具有某些静态电流（输入电流与输出电流之间的差），这些静态电流即使在没有负载时仍流经稳压器内芯。当负载电流较低时，静态电流成为重要的因素。例如，在通常处于低功耗模式的电池供电的系统中，静态电流可能是电池寿命的主要限制因素。通常，传输晶体管具有偏置电流，该偏置电流使传输晶体管能够传导某个最大量的负载电流。偏置电流确定大部分的静态电流。

图1图示简化的LDO稳压器100。在图1的示例实施例中，传输晶体管102由反馈放大器104控制。反馈放大器将输出电压V_OUT的一部分（由R1和R2确定）与基准电压V_REF进行比较，以控制传输晶体管提供恒定输出电压。此外，传输晶体管由偏置电流源106偏置。在图1的示例实施例中，通过控制电路108接收N位数字控制信号S_N来控制偏置电流源106。图1的LDO稳压器不是以固定偏置电流进行操作来使能最大系统负载电流，而是可以具有多个操作范围，其中对操作参数进行优化，以最大化每一个相对窄的操作范围内的效率。图1中所示的LDO是简化的，并且一般地，控制电路108可以并不仅仅修改单个偏置电流源。

替换地，电源系统可以具有多个稳压器，每一个稳压器针对操作范围进行优化，并且可以根据电源系统需要的功率输出来选择一个稳压器。具体地，对于带有多个LDO稳压器的系统，单独的稳压器可以在最低功耗模式使用。该单独的稳压器可以被优化为非常低的功耗。作为替换示例，对于高功率系统，可以并行操作多个晶体管开关，并且可以调整并联晶体管开关的数目以符合系统的电流需求并且优化效率。替换地，可以并行操作整个电源，并且可以调整并行操作的电源的数量以符合系统的电流需求并且优化效率。

图2图示系统200的示例实施例，其中模块（202，204，206）被配置为将有关功率使用率（power usage）的数字消息发送到电源管理系统216。电源管理系统进而控制电源系统218。电源系统218具有多个操作范围，并且电源管理系统216基于来自模块的功率使用率消息来控制电源系统的操作范围。图1中的LDO稳压器是带有多个操作范围的电源系统的一个示例。如上所述，其他示例包括多个电源（从其中选择一个）、数个并联的晶体管（从其中选择数个有效的晶体管），或者数个并联的电源（从其中选择数个有效的电源）。

在最简单的示例实施例中，每一个有效（active）模块将二进制“1”发送到电源管理系统，用于指示该有效模块已被供电。在该最简单的示例实施例中，电源系统具有两个操作范围。当有效模块的数目低于固定阈值时，电源管理系统控制电源系统操作在第一操作范围中，并且当有效模块的数目超过该固定阈值时，电源管理系统控制电源系统操作在第二操作范围中。

替换地，电源系统可以具有多于两个操作范围，并且电源管理系统可以具有多于一个阈值，使得当有效模块的数目超过特定的阈值时，电源管理系统控制电源系统切换到适于该数目的有效模块的功率使用率的操作范围。

上述最简单的示例实施例假定所有模块具有大致相同的功率使用率，使得电源管理系统需要的唯一信息仅是有效模块的数目。在一个替换示例实施例中，加权因子（210，212，214）可以被用于指示模块的相对功率需求。例如，每一个加权因子可以指示多个基本功率需求。例如，假定模块A需要标准量的功率，模块B需要标准模块两倍的功率。那么加权因子W_A（210）可以为1.0，而加权因子W_B（212）可以为2.0。在此示例中，电源管理系统可以确定所有的有效模块的功率使用率的加权总和，并且当该加权总和超过多个固定阈值中的一个阈值时，电源管理系统控制电源系统切换到适于有效模块的功率使用率的操作范围。

在图2的示例实施例中，加权因子（210，212，214）被示为分离的逻辑。替换地，加权因子可以被实现在模块内或者在电源管理模块内。例如，模块不是仅传递它们是否有效，而是可以传递它们相对的功率使用率。例如，当模块A有效时，模块A可以将值1.0发送到电源管理系统，而当模块B有效时，模块B可以将值2.0发送到电源管理系统。

大多数数字电路使用时钟信号，并且功率使用率可以随时钟频率而变化。可以通过改变频率可调的时钟，或者通过在两个或者更多个频率固定的时钟之中选择时钟，以此来改变数字电路的时钟频率。通过在降低的时钟频率下进行操作，数字电路可以在降低的功率模式或待机模式下操作。替换地，通过在高于正常时钟频率下进行操作，数字电路可以在增强的性能模式下操作。此外，时钟使用可以被用作功率需求的度量。在图2的示例实施例中，时钟模块208将时钟信号提供给所有模块。该时钟信号可以是变化的。在替换的示例实施例中，时钟模块208将有关正在使用的时钟信号的信息发送到电源管理系统。此时钟信号信息可以是二进制值（例如，可操作模式或者待机模式），或者指示多个时钟频率中的一个时钟频率的数，或者可以是实际的时钟频率。然后，电源管理系统可以使用此时钟信息来调整这些模块的功率使用率。

替换地，有效模块可以将说明时钟使用率的消息发送到电源管理系统。例如，模块可以发送详细说明其正在使用哪一个时钟的消息，或者替换地可以发送指示其时钟频率的消息。

替换地，电源管理系统可以已知每一个模块类型的功率需求。例如，部分消息可以指示模块类型，并且电源管理系统可以获知每一个类型的功率使用率。因此，电源管理系统将基于所有的有效模块的总功率使用率来确定整体功率使用率。

替换地，电源管理系统可以已知每一个模块的功率需求与时钟频率的关系。因此，电源管理系统将基于所有有效模块的按每一个模块使用的时钟频率修改的总功率使用率来确定整体功率使用率。

可选地，如果使用了加权因子，则模块可以改变对应的加权因子。例如，类型“Y”的模块可以具有多个操作状态，或者可以被配置为操作于增压（turbo）模式或者升压（boost）模式，并且该模块可能需要能够调整其加权因子，以向电源管理系统指示该模块不是标准类型的“Y”模块。

图3图示了示例数字消息200，可以将该数字消息200从一个模块发送到电源管理系统。在图3的示例中，该消息具有许多可选的部分，并且实际消息可以包括这些可选的部分的某些子集。还应注意到，图3的方框是示例性的，用于进行说明。消息的内容和消息内容的次序可以与图3中所示的不同。对于电源管理系统来说，唯一的要求是接收足够的信息，以使得能够根据模块功率使用率来对电源范围进行调整。方框302描述指示模块是有效还是无效的二进制值。如上所述，消息可以仅包含方框302。方框304描述消息内的加权因子。如上所述，加权因子可以被分开实现，并且模块可以可选地修改其自身的加权因子。方框306描述模块的相对功率使用率。方框308描述指定模块所使用的时钟频率的变量。如上所述，时钟频率消息可以由产生时钟信号的时钟模块发送，或者由使用时钟信号的模块发送。指定时钟频率的变量可以是频率，或者仅是特定时钟的标识。方框310描述模块类型，对于具体模块类型来说，功率管理系统将模块类型与功率需求关联。

图4图示电源管理的方法的示例实施例400。在步骤402处，模块发送指示模块的功率使用率的信息。在步骤404处，电源管理系统接收来自模块的信息。在步骤406处，电源管理系统响应于来自模块的信息而修改电源系统的操作范围。

Claims

1.一种系统，其包括：

电源系统，所述电源系统具有至少两个操作范围；

电源管理系统，其被配置为控制所述电源系统正在使用哪一个操作范围；

至少一个模块，所述模块被配置为将指示所述模块的功率使用率的变量参数传递到所述电源管理系统；以及

所述电源管理系统被配置为响应于来自所述模块的传递而改变所述电源系统的操作范围。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

加权因子，其中所述变量参数在被传递到所述电源管理系统之前乘以所述加权因子。

3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括：

所述电源管理系统被配置为响应于变量参数的加权总和而改变所述电源系统的操作范围。

4.根据权利要求2所述的系统，进一步包括：

所述模块被配置为修改所述加权因子。

5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

所述变量参数包括指示有效和无效中的一个的二进制状态。

6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

所述变量参数包括加权因子。

7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

所述变量参数指示所述模块的相对功率需求。

8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

所述变量参数指示所述模块使用的时钟频率。

9.根据权利要求8所述的系统，进一步包括：

所述变量参数指示时钟模块发送的时钟频率。

10.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

所述变量参数包括模块类型的标识。

11.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

所述电源管理系统被配置为修改所述电源系统中的电源中的偏置电流。

12.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

所述功率管理系统被配置为选择所述电源系统中的多个电源中的一个电源。

13.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

所述电源管理系统被配置为选择所述电源系统中的电源中的数个并联晶体管。

14.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

所述电源管理系统被配置为选择所述电源系统中的数个并联电源。

15.一种系统，其包括：

电源系统；

电源管理系统，其被配置为选择所述电源系统的至少一个操作范围；

接收时钟信号的至少一个模块，所述模块被配置为将所述时钟信号确定的变量参数传递到所述电源管理系统；以及

16.一种方法，其包括：

由模块发送指示所述模块的功率使用率的信息；

由电源管理系统接收来自所述模块的信息；以及

由所述电源管理系统基于来自所述模块的信息来修改电源系统的操作范围。

17.根据权利要求16所述的方法，修改步骤进一步包括：

修改所述电源系统中的电源中的偏置电流。

18.根据权利要求16所述的方法，修改步骤进一步包括：

选择所述电源系统中的多个电源中的一个电源。

19.根据权利要求16所述的方法，修改步骤进一步包括：

选择所述电源系统中的电源中的数个并联晶体管。

20.根据权利要求16所述的方法，修改步骤进一步包括：

选择所述电源系统中的电源中的数个并联电源。