CN113872417B - Dvfs电源系统和dvfs电源控制方法 - Google Patents

Dvfs电源系统和dvfs电源控制方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种DVFS电源系统，可以应用于集成电路控制领域。该系统包括：芯片，电源管理单元PMU，电源，第一负载模块；其中，PMU包括第一开关电源，第一变压电路和控制器。电源与第一变压电路的输入端相连，第一变压电路的输出端与第一开关电源的输入端相连，第一开关电源的输出端与第一负载模块相连。第一变压电路用于降低第一开关电源的输入端的电压。控制器用于根据芯片的第一调压指令，改变第一开关电源的状态，以改变第一开关电源对第一负载模块的输出电压。本申请通过降低第一开关电源的输入端的电压，可以提升电源效率。

Description

DVFS电源系统和DVFS电源控制方法
技术领域
本申请涉及集成电路控制领域，尤其涉及动态电压频率调整(dynamic voltageand frequency scaling，DVFS)电源系统和DVFS电源控制方法。
背景技术
对于同一芯片，运行的频率越高，需要的电压也越高。DVFS是根据芯片所运行的应用程序对计算能力的不同需要，动态调节芯片的运行频率和电压，从而达到节能的目的。
在采用DVFS的电源系统中，具体通过改变开关电源中MOS管的状态，来调节开关电源对芯片的输出电压。开关电源包括电感。电感用于与电容组成低通滤波器。在实际应用中，根据开关电源中MOS管的开关频率，可以将开关电源区分为低频开关电源和高频开关电源，低频开关电源包括低频电感，高频开关电源包括高频电感。随着集成度优化的需求越来越强烈，因为高频电感有着更小的体积，高频开关电源对应的高频电源因为具有更好的集成度得到了广泛的研究。
在采用高频电源的情况下，当前整机电源效率约为80％，即20％为电源效率转换损耗。因此，虽然使用高频电感可以提高集成度，但也带来了电源效率的问题。
发明内容
本申请提供了一种DVFS电源系统和DVFS电源控制方法，可以降低电源转换损耗。
本申请第一方面提供了一种DVFS电源系统。
系统包括芯片，电源管理单元(power management unit，PMU)和电源，第一负载模块。其中，PMU包括第一开关电源，第一变压电路和控制器。第一负载模块可以是芯片，或者是芯片中的部分功能模块，例如中央处理器(central processing unit，CPU)，图形处理器(graphics processing unit，GPU)，也可以是其它不属于芯片的负载。电源的输出端与第一变压电路的输入端相连。第一变压电路的输出端与第一开关电源的输入端相连。第一变压电路用于降低第一开关电源的输入端的电压，以使得第一变压电路的输入端的电压大于第一开关电源的输入端的电压。第一开关电源的输出端与第一负载模块相连。芯片根据第一负载模块对功率的需求，确定是否需要调整电压。若需要调整电压，则芯片用于向控制器发送第一调压指令。控制器根据第一调压指令，改变第一开关电源的状态，以改变第一开关电源对第一负载模块的输出电压。
第一开关电源的输入端的电压越低，电源转换损耗越小。通过增加第一变压电路，降低第一开关电源的输入端的电压，可以降低第一开关电源中的电源转换损耗，提升电源效率。
基于本申请第一方面，在本申请第一方面的第一种实施方式中，第一变压电路为SC。其中，SC有着较高的电源转换效率。本申请虽然通过降低第一开关电源的输入端的电压，降低了第一开关电源中的电源转换损耗。但是，也增加了第一变压电路，即增加第一变压电路上的电源转换损耗。因此，为了降低整个DVFS电源系统中的电源转换损耗，限定了第一变压电路为SC，使得第一变压电路上的电源转换损耗与第一开关电源中的电源转换损耗之和小于原先第一开关电源中的电源转换损耗，从而提升电源效率，原先第一开关电源中的电源转换损耗为增加第一变压电路之前第一开关电源中的电源转换损耗。
基于本申请第一方面的第一种实施方式，在本申请第一方面的第二种实施方式中，PMU还包括第一开关，第一开关的控制端与控制器相连，第一开关的输入端与电源相连，第一开关的第一输出端与SC的输入端相连，第一开关的第二输出端与第一开关电源相连。若通过SC的电流大于第一阈值，则控制器用于导通第一开关的输入端与第一开关的第一输出端的连接，关断第一开关的输入端与第一开关的第二输出端的连接。若通过SC的电流小于或等于第一阈值，则控制器用于关断第一开关的输入端与第一开关的第一输出端的连接，导通第一开关的输入端与第一开关的第二输出端的连接。其中，SC在大电流的情况下转换效率高，在小电流的情况下转换效率低。通过经过SC的电流大小，来控制第一开关电源是否通过SC来连接电源，提升在小电流的情况下，DVFS电源系统的电源效率。因为SC存在降压比，第一开关电源是否通过SC连接电源会影响第一开关电源的输出电压，所以控制器不仅用于改变第一开关的导通和关断，还用于改变第一开关电源的变压比，以使得第一开关电源的输出电压不变。
基于本申请的第一方面的第二种实施方式，在本申请第一方面的第三种实施方式中，PMU还包括测量模块。测量模块与SC相连，用于测量通过SC的电流。测量模块还与控制器相连，用于向控制器反馈通过SC的电流。其中，一个SC可以与多个开关电源相连，在PMU中，可以通过监控器来监控每一个开关电源的电流。通过监控器获取所有与该SC相连的开关电源的电流之和，便获取了通过该SC的电流。在不同的终端中，一个SC连接的开关电源的数量是不确定的，即通过监控器获取的电流的数量是不确定的。因此，为了降低配置的难度，增加测量模块，直接测量经过SC的电流。
基于本申请第一方面的第二种实施方式，在本申请第一方面的第四种实施方式中，控制器还用于改变第一开关电源的状态，以使得第一开关电源的模式从DCM进入CCM。若第一开关电源的模式为CCM，则控制器用于导通第一开关的输入端与第一开关的第一输出端的连接，关断第一开关的输入端与第一开关的第二输出端的连接。若第一开关电源的模式为DCM，则控制器用于关断第一开关的输入端与第一开关的第一输出端的连接，导通第一开关的输入端与第一开关的第二输出端的连接。其中，DCM和CCM是第一开关电源不同的输出模式，在CCM下，第一开关电源的输出电流比较大，在DCM下，第一开关电源的输出电流比较小，即在CCM下，经过SC的电流比较大，在DCM下，经过SC的电流比较小。通过第一开关电源的模式来控制第一开关电源是否通过SC来连接电源，可以降低对DVFS电源系统的改动，降低成本。
基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式至第四种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第一方面的第五种实施方式中，系统还包括：第二负载模块。PMU还包括第二开关电源，第二开关电源的输入端与第一变压电路的输出端相连，第二开关电源的输出端与第二负载模块相连。控制器还用于根据芯片的第二调压指令，改变第二开关电源的状态，以改变第二开关电源对第二负载模块的输出电压。其中，经过第一变压电路的电流越大，第一变压电路的转换效率越高。通过增加与第一开关电源并联的第二开关电源，增大经过第一变压电路的电流，提高电源效率。
基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式至第五种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第一方面的第六种实施方式中，系统还包括：第三负载模块。PMU还包括第三开关电源和第二变压电路，电源与第二变压电路的输入端相连，第二变压电路的输出端与第三开关电源的输入端相连，第二变压电路用于降低第三开关电源的输入端的电压，第三开关电源的输出端与第三负载模块相连，第二变压电路的降压比与第一变压电路的降压比不同。控制器还用于根据芯片的第三调压指令，改变第三开关电源的状态，以改变第三开关电源对第三负载模块的输出电压。其中，电源的输出电压相同，第二变压电路的降压比与第一变压电路的降压比不同。DVFS电源系统中，电源需要对负载模块提供多个档位的电压输出。通过增加与第一变压电路并联的第二变压电路，为开关电源提供不同电压输入，减轻开关电源的变压负担，并为进一步提升电源效率做准备。
本申请第二方面提供了一种DVFS电源控制方法。
若通过第一变压电路的电流大于第一阈值，则PMU的控制器导通第一开关的输入端与第一开关的第一输出端的连接，关断第一开关的输入端与第一开关的第二输出端的连接。其中，第一变压电路的输出端与第一开关电源的输入端相连，第一开关电源的输出端与第一负载模块相连，第一开关的控制端与控制器相连，第一开关的输入端与电源相连，第一开关的第一输出端与第一变压电路的输入端相连，第一开关的第二输出端与第一开关电源相连。控制器接收芯片的第一调压指令。控制器根据第一调压指令，改变第一开关电源的状态，以改变第一开关电源的对第一负载模块的输出电压。
其中，第一变压电路为降压电路，第一开关电源的输入端的电压越低，电源转换损耗越小。通过增加第一变压电路，降低第一开关电源的输入端的电压，可以降低第一开关电源中的电源转换损耗，提升电源效率。
基于本申请第二方面，在本申请第二方面的第一种实施方式中，第一变压电路为SC。
基于本申请第二方面，或第二方面的第一种实施方式，在第二方面的第二种实施方式中，控制器改变第一开关电源的状态，以使得第一开关电源的模式从非连续导通模式DCM进入连续导通模式CCM。
若第一开关电源的模式为CCM，则控制器导通第一开关的输入端与第一开关的第一输出端的连接，关断第一开关的输入端与第一开关的第二输出端的连接。
若第一开关电源的模式为DCM，则控制器关断第一开关的输入端与第一开关的第一输出端的连接，导通第一开关的输入端与第一开关的第二输出端的连接。
基于本申请第二方面，或第二方面的第一种实施方式至第二种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第二方面的第三种实施方式中，PMU还包括测量模块。
方法还包括：控制器接收测量模块反馈的通过第一变压电路的电流。
基于本申请第二方面，或第二方面的第一种实施方式至第三种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第二方面的第四种实施方式中，PMU还包括第二开关电源，第二开关电源的输入端与第一变压电路的输出端相连，第二开关电源的输出端与第二负载模块相连。
方法还包括：控制器接收芯片的第二调压指令。控制器根据二调压指令，改变第二开关电源的状态，以改变第二开关电源的对第二负载模块的输出电压。
基于本申请第二方面，或第二方面的第一种实施方式至第四种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第二方面的第五种实施方式中，PMU还包括第三开关电源和第二变压电路，电源与第二变压电路的输入端相连，第二变压电路的输出端与第三开关电源的输入端相连，第三开关电源的输出端与第三负载模块相连，第二变压电路的降压比与第一变压电路的降压比不同。
方法还包括：控制器接收芯片的第三调压指令。控制器根据三调压指令，改变第二开关电源的状态，以改变第二开关电源的对第二负载模块的输出电压。
关于对本申请第二方面的有益效果的描述，可以参考对前述第一方面的DVFS电源系统的有益效果的描述。
本申请第三方面提供了一种终端，其特征在于，终端包括前述第一方面，或第一方面中任意一种实施方式所描述的DVFS电源系统。
附图说明
图1为DVFS电源系统的结构示意图；
图2为BUCK电路的一个结构示意图；
图3为本申请实施例中DVFS电源系统的一个结构示意图；
图4为本申请实施例中DVFS电源系统的另一个结构示意图；
图5为本申请实施例中DVFS电源系统的第一相电源的电路结构示意图；
图6为本申请实施例中DVFS电源系统包括低频开关电源的一个结构示意图；
图7为终端在不同电流下的功耗示意图；
图8为本申请实施例中DVFS电源控制方法的一个流程示意图；
图9为本申请实施例中终端的一个结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种DVFS电源系统和DVFS电源控制方法，应用于集成电路控制领域，可以提升电源效率。
为了方便理解本申请中的技术方案，下面对技术方案中的相关背景技术进行描述。
DVFS，目前，由于终端的芯片对于供电电池的寿命和功耗有严格的要求，因此需要通过DVFS技术，根据芯片的实时负载需求，动态调整芯片的工作频率和工作电压，从而达到有效降低芯片的功耗的目的。请参阅图1，图1为终端的DVFS电源系统的结构示意图。DVFS电源系统包括芯片105，PMU102，负载模块106，电源101。其中，PMU102包括控制器103，开关电源104。负载模块106可以是芯片105，或者是芯片105中的部分功能模块，例如CPU，GPU，也可以是其它不属于芯片105的负载。当负载模块106是芯片101时，DVFS的系统流程如下：芯片105采集与芯片105有关的信号。根据有关的信号，芯片105预测在下一时间段，芯片105需要的性能。芯片105将预测的性能转换成需要的频率，从而调整芯片105的时钟设置，改变芯片105的运算频率，根据新的运算频率计算相应的电压。芯片105通知PMU102关于芯片105需要的电压。PMU102控制开关电源104的状态，用以调整对芯片105的输出电压。
PMU102是一种高度集成的、针对便携式应用的电源管理方案，即将传统分立的若干类电源管理器件整合在单个的封装之内，这样可实现更高的电源转换效率和更低功耗,及更少的组件数以适应缩小的板级空间。本申请中，PMU102是一种相对宽泛的概念，即对于PMU102是否包括某个电路或结构并不需要非常明确的定义。例如，在图1中，也可以认为电源属于PMU102的结构。
电源效率优化和集成度优化是DVFS电源系统中两个最重要的方向。随着集成度优化的需求越来越强烈，高频电源因为具有更好的集成度得到了更广泛的研究。在终端领域采用高频电源成了必然的趋势。但是相比于低频电源，高频电源的电源效率较低。若采用高频电源，将会导致电源效率恶化。当采用高频电源时，终端整机的电源效率约80％，也即20％为电源效率转换损耗。
为了降低DVFS电源系统中的电源效率转换损耗，就需要确定损耗的来源。通过实验可以确定，损耗的主要来源为开关电源104。开关电源104可以是BUCK电路(也称降压型电路)，BOOST电路(也称升压型电路)，或BUCK-BOOST电路(也称升降压型电路)。如图2所示，图2为BUCK电路的一个结构示意图。BUCK电路包括开关201，开关202，电感203，电容204，负载L205。电感203和电容204组成低通滤波器。其中，负载L205可以理解为前述的负载模块106。开关201和开关202可以是高频开关管，开关202还可以是二级管。开关201和开关202的导通，截止状态相反。通过导通或截止开关201，使得电感203的电流大小，方向发生变化。当开关电源为BUCK电路时，负载L上的电压UL小于开关电源的输入电压Vin。当开关电源为BOOST电路时，负载L上的电压UL大于开关电源的输入电压Vin。开关电源104的电压输入端与终端的电源相连。
根据开关201的导通频率，可以确定开关201是高频开关或低频开关。低频和高频的划分界限并不是非常明确，一般将导通频率大于5MHz的开关称为高频开关，将导通频率小于5MHz的开关称为高频开关。采用高频开关的开关电源称为高频开关电源，采用低频开关的开关电源称为低频开关电源。每个开关电源对应一相电源输出，若该相电源输出对应的开关电源为高频开关电源，则称该相电源输出为高频电源。
下面结合图2，以BUCK电路为例，阐述电源效率转换损耗的具体来源。BUCK电路中的损耗包括导通损耗，开关损耗，反向续流损耗，IV交替损耗和Gate驱动损耗。其中，导通损耗是工作导通过程中开关201和开关202的阻抗带来的损耗。
导通损耗S1＝Ib×(D×R1+(1-D)×R2)，Ib是流过电感203的平均电流。D是占空比，即在一个开关周期内，开关201的导通时长。R1是开关201的电阻，R2是开关202的电阻。
开关损耗S2＝Qoss×Vin×Fsw，Qoss是开关201和开关202的开关动作带来的等效的电荷，Vin是电源对BUCK电路的输入电压，Fs是开关201开关频率。
反向续流损耗S3＝Qrr×Vin×Fsw，Qrr是开关202等效的电荷，Vin是电源对BUCK电路的输入电压，Fs是开关202开关频率。
IV交替损耗是开关201和开关2020在开关过程中存在电压和电流交替过程，IV交替损耗Tr是开关201的导通时间，Tf是开关201的截止时间，ΔV是输入电压Vin与电压UL，UL为模块L上的电压，L是电感203的感值，DT是D×T,D是占空比，T是开关201的一个开关周期时长。
Gate驱动损耗S5＝Qp×Vin×Fsw+Qn×Vin×Fsw，Qp是开关201导通时的Gate端的充电电荷，Qn是开关202导通时的Gate端的充电电荷。
通过上述损耗公式可知，导通损耗S1，开关损耗S2，反向续流损耗S3，IV交替损耗S4和Gate驱动损耗S5都与BUCK电路的输入电压Vin有关，且输入电压Vin越大，各种损耗越大。因此，本申请提出一种DVFS电源系统，在开关电源前增加一个变压电路。通过变压电路降低开关电源的输入电压Vin，从而降低开关电源中的电源效率转换损耗。下面将结合附图对本申请中的DVFS电源系统进行详细描述。为了方便阐述，本申请中以开关电源为BUCK电路为例进行阐述。
请参阅图3，图3为本申请实施例中DVFS电源系统的一个结构示意图。
DVFS电源系统包括芯片305，PMU302，第一负载模块306，电源301。其中，PMU302包括控制器303，第一开关电源304，第一变压电路307。电源301的输出端与第一变压电路307的输入端相连。第一变压电路307的输出端与第一开关电源304的输入端相连。第一变压电路307用于降低第一开关电源304的输入端的电压，以使得第一变压电路307的输入端的电压大于第一开关电源304的输入端的电压。第一开关电源304的输出端与第一负载模块306相连。芯片305用于根据第一负载模块306对功率的需求，确定是否需要调整电压。若需要调整电压，则芯片305还用于向控制器303发送第一调压指令。控制器303根据第一调压指令，改变第一开关电源304的状态，以改变第一开关电源304对第一负载模块的输出电压。
在图3的基础上，DVFS电源系统还可以包括其它的结构或其它的功能，下面进行相应描述。请参阅图4，图4为本申请实施例中DVFS电源系统的另一个结构示意图。
可选地，PMU602还包括第一开关408，第一开关408的控制端与控制器403相连，第一开关408的输入端与电源401相连，第一开关408的第一输出端与第一变压电路407的输入端相连，第一开关408的第二输出端与第一开关电源404相连。若通过第一变压电路407的电流大于第一阈值，则控制器403用于导通第一开关408的输入端与第一开关408的第一输出端的连接，关断第一开关408的输入端与第一开关408的第二输出端的连接。若通过第一变压电路407的电流小于或等于第一阈值，则控制器403用于关断第一开关408的输入端与第一开关408的第一输出端的连接，导通第一开关408的输入端与第一开关408的第二输出端的连接。其中，当第一变压电路407为SC时，SC在大电流的情况下转换效率高，在小电流的情况下转换效率低。通过经过第一变压电路407的电流大小，来控制第一开关电源404是否通过第一变压电路407来连接电源，提升在小电流的情况下，DVFS电源系统的电源效率。
在较大电流下，SC的效率可以到98％，且因为第一开关电源404的输入电压变低，第一开关电源404的效率明显提升，可以达到90％，两者乘积后效率达到88％，而在只使用高频电源的DVFS电源系统中，DVFS电源系统的电源效率约为80％。
下面为经过第一变压电路407的电流大小做相关阐述。经过第一变压电路407的电流大小应当理解为正在经过第一变压电路407的电流大小或预期经过第一变压电路407的电流大小。预期经过第一变压电路407的电流大小是指未经过第一变压电路407，但是如果使其经过第一变压电路407时的电流大小。根据上面的描述可知，第一开关电源404可以不经过第一变压电路407与电源401相连。在这种状态下，经过第一变压电路407的电流应当为0，满足前述通过第一变压电路407的电流小于或等于第一阈值的条件，使得第一开关电源404通过第一变压电路407与电源401相连。但是，若此时测得正在经过第一变压电路407的电流1小于或等于第一阈值，则陷入了循环，第一开关408失去了意义。因此，在改变第一开关408的状态前，应当用电流1作为判断条件，电流1即为预期经过第一变压电路407的电流大小。为了方便理解，此处忽略了第一变压电路407的电阻。
特别地，因为第一变压电路407存在降压比，第一开关电源404是否通过第一变压电路407连接电源401会影响第一开关电源404的输出电压，所以控制器403不仅用于改变第一开关408的导通和关断，还用于改变第一开关电源404的变压比，以使得第一开关电源404的输出电压不变。例如，电源401的输出电压为6V，第一变压电路407的降压比为2，第一开关电源404的降压比为2。若第一开关电源404通过第一变压电路407连接电源401，则第一开关电源404的输出电压为1.5V。若第一开关电源404不通过第一变压电路407连接电源401，则第一开关电源404的输出电压为3V。因此，控制器403还用于改变第一开关电源404的变压比，使其的降压比变为4，使得第一开关电源404的输出电压为1.5V。应当确定的是，此处描述的输出电压不变不包括由于芯片的调压指令导致的调压。
可选地，控制器403还用于改变第一开关电源404的状态，以使得第一开关电源404的模式从DCM进入CCM。若第一开关电源404的模式为CCM，则控制器403用于导通第一开关408的输入端与第一开关408的第一输出端的连接，关断第一开关408的输入端与第一开关408的第二输出端的连接。若第一开关电源404的模式为DCM，则控制器403用于关断第一开关408的输入端与第一开关408的第一输出端的连接，导通第一开关408的输入端与第一开关408的第二输出端的连接。
可选地，PMU402还包括测量模块409。测量模块409与第一变压电路407相连，用于测量通过第一变压电路407的电流。测量模块409还与控制器403相连，用于向控制器403反馈通过第一变压电路407的电流。其中，第一变压电路407可以与多个开关电源相连，在PMU602中，可以通过监控器来监控每一个开关电源的电流。通过监控器获取所有与第一变压电路407相连的开关电源的电流之和，便获取了通过第一变压电路407的电流。在不同的终端中，第一变压电路407连接的开关电源的数量是不确定的，即通过监控器获取的电流的数量是不确定的。因此，为了降低配置的难度，增加测量模块409，直接测量将要经过第一变压电路407的电流。
通过增加第一开关408和/或测量模块409，可以在图3的基础上产生相应的效果。下面结合电路图为包括第一开关408和测量模块409的第一相电源410做详细描述。请参阅图5，图5为本申请实施例中DVFS电源系统的第一相电源的电路结构示意图。
可选地，第一开关408包括开关502和开关510。开关502的导通或截止状态与开关510的导通或截止状态相反。通过控制开关502的导通或截止，控制第一开关电源504是否通过第一变压电路507连接电源501。
可选地，第一变压电路507为SC。SC包括开关511，开关512，开关513，开关514，电容C1和电容C2。开关511和开关512等4个开关的控制端与控制器503相连。开关511的输入端与第一开关508的开关510相连。第一变压电路507的输出端，即开关512的输出端与测量模块509相连。电容C2与开关512的输出端，电源501的负极相连。电容C1与开关511的输出端，开关514的输出端相连。当开关511和开关513闭合，此时开关512和开关514截止，电源501给电容C1充电，同时电容C1给电容C2充电。当开关512和开关514闭合，此时开关511和开关513开路，此时电容C1给电容C2充电。按一定频率重复上述打开和关闭开关的操作，以使得电容C2上保持稳定的电压和电流输出。
第一开关电源504为BUCK电路，BUCK电路的原理在前文中有相关的描述。下面介绍下BUCK电路与其它结构或电路的连接关系。开关515，开关516的控制端与控制器503相连，开关515的输入端与测量模块509相连。
请参阅图4，上面介绍了DVFS电源系统中的第一相电源410，DVFS电源系统可以包括多个开关电源，对应多相电源。除第一开关电源404以外，其它开关电源可以与第一变压电路407相连，也可以与其它变压电路相连。下面分别做描述。
其它开关电源与第一变压电路407相连的情况。DVFS电源系统还包括：第二负载模块412。PMU402还包括第二开关电源411，第二开关电源411的输入端与第一变压电路407的输出端相连，第二开关电源411的输出端与第二负载模块412相连。控制器403还用于根据芯片405的第二调压指令，改变第二开关电源411的状态，以改变第二开关电源411对第二负载模块412的输出电压。其中，当第一变压电路407为SC时，经过第一变压电路407的电流越大，第一变压电路407的转换效率越高。通过增加与第一开关电源404并联的第二开关电源411，增大经过第一变压电路407的电流，提高电源效率。其中，第二负载模块412与第一负载模块406可以是同一个负载。通过多个开关电源为一个负载模块提供多相的电源输出，可以提供更强的供电能力。例如第二负载模块412和第一负载模块406是芯片405中的GPU。
其它开关电源与其它变压电路相连的情况。DVFS电源系统还包括：第三负载模块414。PMU402还包括第三开关电源413和第二变压电路415，电源401与第二变压电路415的输入端相连，第二变压电路415的输出端与第三开关电源413的输入端相连，第二变压电路415用于降低第三开关电源413的输入端的电压，第三开关电源413的输出端与第三负载模块414相连，第二变压电路415的降压比与第一变压电路407的降压比不同。控制器403还用于根据芯片405的第三调压指令，改变第三开关电源413的状态，以改变第三开关电源413对第三负载模块414的输出电压。其中，电源401的输出电压相同，第二变压电路415的降压比与第一变压电路407的降压比不同。DVFS电源系统中，电源401需要对负载模块提供多个档位的电压输出。通过增加与第一变压电路407并联的第二变压电路415，为开关电源提供不同电压输入，减轻开关电源的变压负担，并为进一步提升电源效率做准备。减轻开关电源的变压负担是指可以降低变压电路的变压范围。为进一步提升电源效率做准备是指，相比于单个变压电路输出Vn的电压，两个不同减压比的变压电路可以输出Vn和Vm的电压，为了满足DVFS电源系统的电压输出要求，Vn大于Vm。因此，进一步降低了其中一个开关电源的输入电压，进一步提升了电源效率。其中，第三负载模块414与第一负载模块406或第二负载模块412可以是同一个负载，或第三负载模块414，第一负载模块406和第二负载模块412是同一个负载。
在本申请实施例中，可选地，第一开关电源，第二开关电源等开关电源都属于高频开关电源。上面对包括高频开关电源的DVFS电源系统进行了相应描述。在实际应用中，高频开关电源与低频开关电源可以结合使用，下面做相关描述。
请参阅图6，图6为本申请实施例中DVFS电源系统包括低频开关电源的一个结构示意图。
在图3的基础上，DVFS电源系统还包括低频开关电源608。低频开关电源608因为本身的电源转换效率比较高，因此不通过变压电路与电源601相连。低频开关电源608的控制端与控制器603相连。低频开关电源608的输出端与第一负载模块606相连。控制器603还用于根据芯片605的第四调压指令，改变低频开关电源608的状态，以改变低频开关电源608对第一负载模块606的输出电压。
DVFS电源系统可以提供多相的电源输出，当提供输出的电源的相越多，供电能力更强，即输出的电流越大。假设DVFS电源系统包括两相电源输出，分别为第一相电源和第四相电源。第四相电源对应图6中的低频开关电源608，第一相电源对应第一开关电源604。通过对终端模型的研究发现，终端日常使用的90％以上的功耗集中在中轻载。如图7所示，图7为终端在不同电流下的功耗示意图。通过图7可知，终端90％以上的功耗集中在中轻载(电流2.0A以下)。在图6的DVFS电源系统中，在终端中轻载情况下，DVFS电源系统用第四相电源供电，在重载的情况下(电流2.0A以上)，同时用第一相电源和第四相电源供电。
因为终端日常使用的90％以上的功耗集中在中轻载，在中轻载的情况下通过第四相电源供电，保证了在中轻载的情况下的电源效率。在重载的情况下通过第一相电源和第四相电源供电，因为第一电源包括第一变压电路，也能保证重载情况下的电源效率。因此，本申请实施例提供的低频开关电源和高频开关电源的组合方案，相比于只用低频开关电源的方案，有集成度的优势；相比于只用高频开关电源的方案，因为低频开关电源的成本低于高频开关电源的成本，有成本的优势。
上面对本申请实施例中DVFS电源系统进行了描述，下面对本申请实施例中DVFS电源控制方法进行描述。
请参阅图8，图8为本申请实施例中DVFS电源控制方法的一个流程示意图。
在步骤801中，若通过第一变压电路的电流大于第一阈值，则PMU的控制器导通第一开关的输入端与第一开关的第一输出端的连接，关断第一开关的输入端与第一开关的第二输出端的连接。
在步骤802中，控制器接收芯片的第一调压指令。
在步骤803中，控制器根据第一调压指令，改变第一开关电源的状态，以改变第一开关电源的对第一负载模块的输出电压。
其中，第一变压电路为降压电路，第一开关电源的输入端的电压越低，电源转换损耗越小。通过增加第一变压电路，降低第一开关电源的输入端的电压，可以降低第一开关电源中的电源转换损耗，提升电源效率。
可选地，第一变压电路为SC。
可选地，控制器改变第一开关电源的状态，以使得第一开关电源的模式从非连续导通模式DCM进入连续导通模式CCM。若第一开关电源的模式为CCM，则控制器导通第一开关的输入端与第一开关的第一输出端的连接，关断第一开关的输入端与第一开关的第二输出端的连接。若第一开关电源的模式为DCM，则控制器关断第一开关的输入端与第一开关的第一输出端的连接，导通第一开关的输入端与第一开关的第二输出端的连接。
可选地，PMU还包括测量模块。
方法还包括：控制器接收测量模块反馈的通过第一变压电路的电流。
可选地，PMU还包括第二开关电源，第二开关电源的输入端与第一变压电路的输出端相连，第二开关电源的输出端与第二负载模块相连。方法还包括：控制器接收芯片的第二调压指令。控制器根据二调压指令，改变第二开关电源的状态，以改变第二开关电源的对第二负载模块的输出电压。
可选地，PMU还包括第三开关电源和第二变压电路，电源与第二变压电路的输入端相连，第二变压电路的输出端与第三开关电源的输入端相连，第三开关电源的输出端与第三负载模块相连，第二变压电路的降压比与第一变压电路的降压比不同。方法还包括：控制器接收芯片的第三调压指令。控制器根据三调压指令，改变第二开关电源的状态，以改变第二开关电源的对第二负载模块的输出电压。
关于对本申请实施中DVFS电源控制方法的描述，可以参考前面对DVFS电源系统的描述。
上面对本申请实施例中DVFS电源控制方法进行了描述，下面对本申请实施例中终端进行描述。
请参阅图9，图9为本申请实施例中终端的一个结构示意图。
如图9所示，终端900包括芯片910，PMU930，电池940，与所述芯片910耦接的收发器920。芯片910可以是CPU，网络处理器(network processor，NP)，或者CPU和NP的组合。处理器还可以是专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(field-programmable gate array，FPGA)，通用阵列逻辑(generic array logic,GAL)或其任意组合。芯片910可以是指一个处理器，也可以包括多个处理器。
收发器920用于与其它终端或基站等设备进行通信。电池940用于对PMU930进行供电。
芯片910用于根据运行频率确定是否需要调整电压，若需要，则向PMU930发送第一调压指令。
PMU930用于接收芯片910发送的第一调压指令，第一调压指令与第一电压对应。调压指令与第一电压对应是指调压指令包括第一电压，或包括与第一电压相对应的标识。则PMU930用于改变PMU930中第一开关电源的状态，以改变第一开关电源的对第一负载模块的输出电压。
可选地终端900还包括存储器，存储器可以包括易失性存储器(volatilememory)，例如随机存取存储器(random-access memory，RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如只读存储器(read-only memory，ROM)，快闪存储器(flash memory)，硬盘(hard disk drive，HDD)或固态硬盘(solid-state drive，SSD)；存储器还可以包括上述种类的存储器的组合。
此外，PMU930或芯片910执行存储器中的计算机可读指令后，可以按照所述计算机可读指令的指示，执行PMU930或芯片910可以执行的全部操作，例如PMU或芯片在与图3-图6对应的实施例中执行的操作。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：闪存盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (12)

1.一种动态电压频率调整DVFS电源系统，其特征在于，包括：
芯片，电源管理单元PMU，电源，第一负载模块；
其中，所述PMU包括第一开关电源，第一变压电路和控制器，所述电源与所述第一变压电路的输入端相连，所述第一变压电路的输出端与所述第一开关电源的输入端相连，所述第一开关电源的输出端与所述第一负载模块相连，所述第一变压电路为开关电容SC；
所述第一变压电路用于降低所述第一开关电源的输入端的电压；
所述控制器用于根据所述芯片的第一调压指令，改变所述第一开关电源的状态，以改变所述第一开关电源对所述第一负载模块的输出电压；
所述PMU还包括第一开关，所述第一开关的控制端与所述控制器相连，所述第一开关的输入端与所述电源相连，所述第一开关的第一输出端与所述第一变压电路的输入端相连，所述第一开关的第二输出端与所述第一开关电源相连；
若通过所述第一变压电路的电流大于第一阈值，则所述控制器用于导通所述第一开关的输入端与所述第一开关的第一输出端的连接，关断所述第一开关的输入端与所述第一开关的第二输出端的连接；
若通过所述第一变压电路的电流小于或等于所述第一阈值，则所述控制器用于关断所述第一开关的输入端与所述第一开关的第一输出端的连接，导通所述第一开关的输入端与所述第一开关的第二输出端的连接；
所述控制器还用于改变所述第一开关电源的变压比。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PMU还包括测量模块，所述测量模块与所述SC相连，用于测量通过所述SC的电流，向所述控制器反馈测量得到的结果。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于改变第一开关电源的状态，以使得所述第一开关电源的模式从非连续导通模式DCM进入连续导通模式CCM；
若所述第一开关电源的模式为CCM，则所述控制器用于导通所述第一开关的输入端与所述第一开关的第一输出端的连接，关断所述第一开关的输入端与所述第一开关的第二输出端的连接；
若所述第一开关电源的模式为DCM，则所述控制器用于关断所述第一开关的输入端与所述第一开关的第一输出端的连接，导通所述第一开关的输入端与所述第一开关的第二输出端的连接。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
第二负载模块；
所述PMU还包括第二开关电源，所述第二开关电源的输入端与所述第一变压电路的输出端相连，所述第二开关电源的输出端与所述第二负载模块相连；
所述控制器还用于根据所述芯片的第二调压指令，改变所述第二开关电源的状态，以改变所述第二开关电源对所述第二负载模块的输出电压。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第三负载模块；
所述PMU还包括第三开关电源和第二变压电路，所述电源与所述第二变压电路的输入端相连，所述第二变压电路的输出端与所述第三开关电源的输入端相连，所述第二变压电路用于降低所述第三开关电源的输入端的电压，所述第三开关电源的输出端与第三负载模块相连，所述第二变压电路的降压比与所述第一变压电路的降压比不同；
所述控制器还用于根据所述芯片的第三调压指令，改变所述第三开关电源的状态，以改变所述第三开关电源对所述第三负载模块的输出电压。
6.一种DVFS电源控制方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1至5任意一项所述的系统，所述方法包括：
若通过第一变压电路的电流大于第一阈值，则PMU的控制器导通第一开关的输入端与所述第一开关的第一输出端的连接，关断所述第一开关的输入端与所述第一开关的第二输出端的连接，若通过所述第一变压电路的电流小于或等于所述第一阈值，则所述控制器关断所述第一开关的输入端与所述第一开关的第一输出端的连接，导通所述第一开关的输入端与所述第一开关的第二输出端的连接；其中，所述第一变压电路的输出端与第一开关电源的输入端相连，所述第一开关电源的输出端与第一负载模块相连，所述第一开关的控制端与所述控制器相连，所述第一开关的输入端与所述电源相连，所述第一开关的第一输出端与所述第一变压电路的输入端相连，所述第一开关的第二输出端与所述第一开关电源相连；
所述控制器改变所述第一开关电源的变压比；
所述控制器接收芯片的第一调压指令；
所述控制器根据所述第一调压指令，改变所述第一开关电源的状态，以改变所述第一开关电源的对所述第一负载模块的输出电压。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一变压电路为开关电容SC。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述控制器改变第一开关电源的状态，以使得所述第一开关电源的模式从非连续导通模式DCM进入连续导通模式CCM；
所述若通过第一变压电路的电流大于第一阈值，则PMU的控制器导通第一开关的输入端与所述第一开关的第一输出端的连接，关断所述第一开关的输入端与所述第一开关的第二输出端的连接包括：
若所述第一开关电源的模式为CCM，则所述控制器导通所述第一开关的输入端与所述第一开关的第一输出端的连接，关断所述第一开关的输入端与所述第一开关的第二输出端的连接；
若所述第一开关电源的模式为DCM，则所述控制器关断所述第一开关的输入端与所述第一开关的第一输出端的连接，导通所述第一开关的输入端与所述第一开关的第二输出端的连接。
9.根据权利要求6至7任意一项所述的方法，其特征在于，所述PMU还包括测量模块；
所述方法还包括：
所述控制器接收所述测量模块反馈的所述通过第一变压电路的电流。
10.根据权利要求6至7任意一项所述的方法，其特征在于，所述PMU还包括第二开关电源，所述第二开关电源的输入端与所述第一变压电路的输出端相连，所述第二开关电源的输出端与第二负载模块相连；
所述方法还包括：
所述控制器接收芯片的第二调压指令；
所述控制器根据所述第二调压指令，改变所述第二开关电源的状态，以改变所述第二开关电源的对所述第二负载模块的输出电压。
11.根据权利要求6至7任意一项所述的方法，其特征在于，所述PMU还包括第三开关电源和第二变压电路，所述电源与所述第二变压电路的输入端相连，所述第二变压电路的输出端与所述第三开关电源的输入端相连，所述第三开关电源的输出端与第三负载模块相连，所述第二变压电路的降压比与所述第一变压电路的降压比不同；
所述方法还包括：
所述控制器接收芯片的第三调压指令；
所述控制器根据所述第三调压指令，改变所述第三开关电源的状态，以改变所述第三开关电源的对所述第三负载模块的输出电压。
12.一种终端，其特征在于，所述终端包括前述权利要求1至5中任意一项所述的动态电压频率调整DVFS电源系统。
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