CN115133753A - 电源监视和切换频率控制 - Google Patents

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Abstract

本申请的实施例涉及电源监视和切换频率控制。诸如电源电路的装置包括输入、信号发生器和频率选择器。输入接收指示由电压转换器的输出电压供应给负载的电流的幅值的信号。基于接收到的信号所指示的、供应给负载的电流的幅值，信号发生器产生频率选择信号。频率选择器通过频率选择信号来选择控制电压转换器中的开关的切换频率以产生输出电压。根据一种配置，在检测到电流的幅值变化之后，信号发生器和频率选择器延迟将切换频率从第一切换频率设置增加到第二切换频率设置。

Description

电源监视和切换频率控制
技术领域
本申请涉及电源监视和切换频率控制领域，特别是涉及一种装置、方法、计算机可读存储介质、系统及其制造方法。
背景技术
一种类型的传统功率转换器是降压转换器。通常，为了将输出电压保持在期望范围内，降压转换器中的控制器将产生的输出电压的幅值与设定点参考电压进行比较。基于相应的误差电压，控制器修改与激活降压转换器中的高侧开关电路系统和低侧开关电路系统相关联的相应切换频率和/或脉宽调制。
在某些情况下，控制器基于由产生的输出电压供应给负载的输出电流的量来控制降压转换器的操作和输出电压的产生。例如，传统技术包括从负载、例如由输出电压供电的处理器接收所谓的VID(电压识别)。VID指示设定点电压，在该设定点电压中产生输出电压来为负载供电。基于从接收的VID值导出的目标设定点电压，电源的控制器调节供应给负载的输出电压的幅值。
为防止电源电感因电流过大而饱和、或避免发生功率级雪崩情况，可配置电压调节器(VR)控制器以通过斩断断PWM的脉冲宽度来限制通过电源电感的峰值电流用于控制开关产生输出电压的信号。然而，由于PWM脉冲截断，相应产生的输出电压(例如Vout)可能会下降到相应负载不再可操作的最小阈值电平以下。
将输出电压保持在最小阈值水平以上的一种常规方式是：i)实现具有更高饱和电流的电感器，ii)实现具有较高VDS能力的功率级，和/或iii)增加电源的总输出电容器。这些实现的缺点是：i)具有较高饱和电流(例如较低电感值)的电感器会引入较高的纹波电流、或需要较高的工作切换频率，从而导致较低的电压转换效率，ii)具有高VDS能力的功率级较昂贵，特别是如果要保持相同的Rdson，并且iii)添加更多的输出电容器会增加电源的尺寸和相应的成本。
发明内容
实现清洁能源(或绿色技术)对于减少人类对环境的影响非常重要。一般来说，清洁能源包括用于减少能源消耗对环境的总体毒性的任何不断发展的方法和材料。
本公开包括观察到(诸如从绿色能源或非绿色能源接收的)原始能源通常需要被转换成适当形式(诸如期望的AC电压、DC电压等)，才能用于为诸如服务器、计算机、移动通信设备、无线基站等终端设备供电。在某些情况下，能量存储在相应的一个或多个电池资源中。替代地，从电压发生器或电压源来接收能量。
无论能源是来自绿色能源还是非绿色能源，都希望最有效地利用由这样的来源提供的原始能源(诸如存储和后续分配)以减少我们对环境的影响。本公开有助于通过更高效的能源转换来减少我们的碳足迹并且更好地利用能源。
本公开还包括观察到可以提高常规电源的功率转换效率。例如，为此，本文中的实施例包括通过实施切换频率控制来提供改进的功率转换性能的新颖方式。
本文的实施例包括控制用于经由电源产生输出电压的切换频率的新颖方式。
更具体地，本文的实施例包括诸如电源的装置和频率控制器，该频率控制器包括输入、信号发生器和频率选择器。输入接收指示由电压转换器的输出电压供应给负载的电流的幅值的信号。基于接收到的信号所指示的、供应给负载的电流的幅值，信号发生器产生频率选择信号。频率选择器通过频率选择信号来选择控制电压转换器中的开关的切换频率以产生输出电压。
如本文所讨论的电源的进一步示例实施例包括开关控制器。开关控制器基于选定的切换频率来控制开关的切换，以将输入电压转换为输出电压。
在操作期间，频率选择器控制切换频率从第一切换频率到第二切换频率的切换。在一个实施例中，频率选择器在检测到电流或输出电压的幅值变化之后延迟将切换频率从第一切换频率设置增加到第二切换频率设置。在这样的实施例中，输出电压的幅值变化足够大，以使监视输出电压的检测器检测到输出电压幅值的变化。
如本文进一步讨论的，电源的开关操作和从第一切换频率到第二切换频率的开关控制防止输出电压下降为动态负载供电所需的最小阈值电平。因此，转变到第二切换频率(例如较高频率)防止动态负载由于低功率条件而被重置。
在进一步的示例实施例中，信号发生器包括比较器，该比较器将信号(指示输送到动态负载的电感器电流的幅值)与峰值电流阈值(电流限制值)进行比较。在一个实施例中，开关控制器响应于检测到信号等于峰值电流阈值来调整控制电压转换器中的开关的状态。更具体地，频率选择器响应于检测到针对多个控制周期(例如选定数量的控制周期/时段)电感器电流的幅值等于峰值电流阈值，增加控制电压转换器中的开关的切换频率。
在进一步的示例实施例中，频率选择器响应于检测到的条件增加控制电压转换器中的开关的切换频率，在该条件下，针对控制开关的预定数量控制周期，电感器电流的幅值等于电流限制值。.
在进一步的示例实施例中，频率选择器在检测到电流的幅值变化之前将电压转换器的切换频率设置为第一频率设置；频率选择器在检测到电流或输出电压的幅值变化后延迟将切换频率调整到第二频率设置。在延迟窗期间，输出电压的幅值以第一速率变化；响应于第二切换频率的选择，输出电压的幅值以第二速率变化。换言之，当通过第二切换频率控制开关的操作时，输出电压的幅值以第二速率变化。
本文中的又一示例实施例包括，通过频率选择器，在检测到电流的幅值变化之前将切换频率设置为第一设置；在检测到电流的幅值变化的第一时刻与检测到触发事件的第二时刻之间的第一时间窗中，将切换频率设置为第一设置。在一个实施例中，触发事件是这样一种情况，在该情况下，针对在第一时间窗中监视电流幅值的多个控制周期，电流的幅值等于峰值电流限制值。频率选择器在第一时间窗之后的第二时间窗中将切换频率设置为第二设置，第二切换频率大于第一切换频率。
这些和其他更具体的实施例在下面更详细地公开。
注意，尽管本文讨论的实施例适用于功率转换器，但本文公开的概念可以有利地应用于任何其他合适的拓扑以及一般电源控制应用。
注意，本文讨论的任何资源可以包括一个或多个计算机化设备、移动通信设备、服务器、基站、无线通信设备、通信管理系统、工作站、用户设备、手持或膝上型计算机等以执行和/或支持本文公开的任何或所有方法操作。换言之，一个或多个计算机化设备或处理器可以被编程和/或配置为如本文所解释的那样操作以执行如本文所描述的不同实施例。
本文中的其他实施例包括用于执行上面概括的和下面详细公开的步骤和操作的软件程序。一个这样的实施例包括一种计算机程序产品，其包括非暂态计算机可读存储介质(即，任何计算机可读硬件存储介质)，在该非暂态计算机可读存储介质上编码有软件指令以供后续执行。该指令当在具有处理器的计算机化设备(硬件)中执行时，编程和/或引起处理器(硬件)执行本文中公开的操作。这样的布置通常被提供作为软件、代码、指令和/或其他数据(例如，数据结构)，该软件、代码、指令和/或数据被布置或编码在诸如光学介质(例如，CD-ROM)、软盘、硬盘、记忆棒、存储器设备等非暂态计算机可读存储介质上、或其他介质，诸如一个或多个ROM、RAM、PROM等中的固件，或者这样的布置通常被提供作为专用集成电路(ASIC)等。软件或固件或者其他这样的配置可以安装到计算机化设备上以引起计算机化设备执行本文中解释的技术。
因此，本文的实施例针对支持如本文所讨论的操作的方法、系统、计算机程序产品等。
本文的一个实施例包括一种计算机可读存储介质和/或系统，具有存储在其上的指令。当由计算机处理器硬件执行时，这些指令使计算机处理器硬件(例如一个或多个位于同一位置或位于不同位置的处理器设备)：接收指示电流幅值的信号，由电压转换器产生的输出电压供应该电流以向负载供电；基于接收到的信号所指示的、供应给负载的电流的幅值，产生频率选择信号；并通过频率选择信号选择控制电压转换器中的开关的切换频率以产生输出电压。
为清楚起见，添加了上述步骤的顺序。注意，本文中讨论的任何处理步骤都可以以任何合适的顺序执行。
本公开的其他实施例包括软件程序和/或相应硬件，以执行上面概述和下面详细公开的方法实施例步骤和操作中的任何一个。
应当理解，如本文中讨论的系统、方法、装置、计算机可读存储介质上的指令等也可以严格地体现为软件程序、固件、软件、硬件和/或固件的混合体、或单独的硬件，诸如在处理器(硬件或软件)内，或者在操作系统内或者在软件应用内。
如本文所讨论的，本文的技术非常适合在实施一个或多个电压转换器以将电流输送到负载的领域中使用。然而，应当注意，这里的实施例不限于在这样的应用中使用，并且这里讨论的技术也非常适合于其他应用。
此外，注意，尽管本文中的每个不同特征、技术、配置等都可能在本公开的不同地方讨论，但意图在于，在合适的情况下，每个概念可以可选地彼此独立地执行或彼此相结合。因此，如本文中描述的一个或多个本发明可以以很多不同方式体现和观察。
此外，注意，本文中对实施例的初步讨论(“发明内容”)并未特意指定本公开或(多个)要求保护的发明的每个实施例和/或增加的新颖方面。相反，该简要描述仅呈现一般实施例和相对于常规技术的对应新颖点。对于(多个)本发明的附加细节和/或可能的观点(排列)，读者可以参考“具体实施方式”部分(其是进一步的实施例概述)和本公开的对应附图，如下面进一步讨论的。
附图说明
图1是根据本文实施例的通过开关电源的电感向动态负载供应电流的电源的示例性总图。
图2是示出根据本文实施例的功率转换器在选定的信号发生器频率下的操作和输出电压的产生的示例图。
图3是示出根据本文实施例的频率选择和频率控制的示例图。
图4是示出根据本文实施例的频率调整和对应的输出电压控制的示例时序图。
图5是示出根据本文实施例的频率调整控制的实现的示例时序图。
图6是示出执行根据本文实施例的方法的计算机处理器硬件和相关软件指令的示例图。
图7是示出根据本文实施例的方法的示例图。
图8是示出根据本文实施例的电路组装的示例图。
本发明的实施例的前述和其他目的、特征和优点将从对本文优选实施例的以下更具体的描述中变得明显，如附图所示，在附图中，相同的附图标记在不同的视图中表示相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是重点放在说明实施例、原理、概念等上。
具体实施方式
本文的实施例包括一种用于控制操作电压转换器中的开关的频率以产生输出电压的装置。在一个实施例中，该装置包括信号发生器和频率选择器。信号发生器的输入接收来自电流监视器的信号。来自电流监视器的信号指示由电压转换器的输出电压供应的、为负载供电的电流的幅值。基于接收到的信号所指示的、供应给负载的电流的幅值，信号发生器产生频率选择信号。频率选择器通过频率选择信号选择控制电压转换器中的开关的切换频率以产生输出电压。
根据一种配置，在输出电流或输出电压的幅值发生变化的时间前后，信号发生器和频率选择器延迟将切换频率从第一切换频率设置增加到第二切换频率设置。如本文所讨论的延迟为诸如负载或监视输出电压或电流的其他合适实体的其他电路系统提供足够的时间，以检测其中输出电压由于增加的电流消耗而下降的相应瞬态条件。
在进一步的非限制性示例实施例中，由输出电压供电的负载控制输出电压的幅值和负载的电流消耗。在一个实施例中，瞬态负载条件(例如输出电压幅值的下降)的检测导致负载在内部降低其功耗。
现在，更具体地，图1是根据本文实施例的电源和相应组件的示例性总图。
在该示例实施例中，电源100包括功率转换器135、电流监视器150、选择信号发生器155和频率选择器141。
功率转换器135包括控制器140和电压转换器165。电压转换器165包括开关125和一个或多个电感装置144。在操作期间，通过开关125的控制，电压转换器165将输入电压121转换成输出电压123。输出电压123和相应产生的输出电流122(即ILOAD)向负载118供电。
如进一步所示，电流监视器150接收一个或多个信号，例如与电压转换器165相关的反馈信号132。通过一个或多个信号132，在一个实施例中，输出电流测量150物理测量或估计输出电流122，该输出通过电感器144被供应给电容器136和动态负载118的组合。
基于反馈信号132，电流监视器150产生电流感测信号152(即，电感器输出电流信息)，指示由输入电压123通过电感器144供应给负载和电容器136的输出电流122的幅值。
注意，电流监视器150(例如输出电流测量资源)包括任何合适的电路系统以监视通过电感器144的电流量。例如，在一个实施例中，电流监视器150是或包括一个或多个模数转换器，以测量电感器输出电流122流过的功率转换器中的电阻元件(例如电感器144本身中固有的电阻元件或单独的组件中的电阻元件)两端的电压。
作为另一非限制性示例实施例，电流监视器可以被配置为包括一个或多个模数转换器和/或产生输出电流122的实际样本测量值的相应电路系统。这可以包括的技术诸如测量相应电压转换器165的电感器144两端的电压以及实施所谓的DCR测量以检测输出电流122。
可替代地，如所提及，本文的实施例包括监视电阻元件的电压，电阻元件例如是RDSON(漏极与源极节点之间的高侧开关电路系统和/或低侧开关电路系统的电阻)，当低侧开关电路系统导通时，输出电流122流过该电阻元件。
又一些实施例包括通过电流镜像技术确定输出电流122的幅值。
因此，可以实施任何合适类型的物理测量来检测通过电感器144的输出电流122的幅值或幅值变化。
电流监视器150将信号152(指示通过电感器144的输出电流122的幅值)供应给选择信号发生器155的输入101。因此，通过输入101，选择信号发生器155接收指示输出电流122的幅值的电流测量信号152，该输出电流由电压转换器165的输出电压123供应以向动态负载118供电。
如进一步所示，信号发生器155基于接收到的信号152所指示的供应给负载118的电流122的幅值来产生频率选择信号147。经由频率选择信号147(即，控制信号)，频率选择器141选择电压转换器165中的控制开关125的适当切换频率FSW以产生输出电压123。
如进一步所示，本文讨论的电源100包括开关控制器140。开关控制器140控制开关125的切换，以基于选定的切换频率FSW将输入电压转换成输出电压123。
图2中示出了在电源100中实现和控制开关125的更详细的非限制性示例实施例。
图2是示出根据本文实施例的功率转换器在选定的信号发生器频率下的操作以及输出电压的产生的示例图。
在该非限制性示例实施例中，电压转换器165-1被配置为包括电压源220(提供输入电压121)、开关Q1、开关Q2、电感器144和输出电容器136(例如一个或多个电容器)的降压转换器。
注意，电源100包括任何数量的电压转换器165(例如电压转换器165-1、电压转换器165-2等)，它们并联设置以产生输出电压123。每个电压转换器、例如电压转换器165-2所示的转换器以与电压转换器165-1类似的方式操作。
尽管图2中的电压转换器165-1被示为降压转换器配置，再次注意的是，电压转换器165可以被实例化为任何合适类型的电压转换器并且包括任何数量的相，从而提供如本文所述的相应输出电压123的调节。
如该示例实施例中进一步所示，电压转换器165-1的开关Q1与开关Q2串联连接在输入电压121和对应的接地参考之间。
例如，开关Q1的漏极节点(D)连接到电压源220以接收输入电压121。开关控制器140利用控制信号105-1驱动开关Q1的栅极节点(G)。
开关Q1的源极节点(S)在节点296处连接到开关Q2的漏极节点(D)。开关控制器140用控制信号105-2驱动开关Q2的栅极节点(G)。开关Q2的源极节点(S)接地。
如前所述，电压转换器165还包括电感器144。电感器144从节点296延伸到输出电容器136和动态负载118。
经由分别经由控制信号105-1(施加到开关Q1的栅极G)和控制信号105-2(施加到开关Q2的栅极G)来切换开关Q1和Q2，将开关Q1的源极(S)节点与开关Q2的漏极(D)节点耦合的节点296提供通过电感器144的输出电流122，从而产生输出电压123和相应的为负载118供电并激励电容器136的输出电流ILOAD。
通常，电流ILOAD的幅值等于通过电感器144的输出电流122的幅值。
在一个实施例中，控制器140基于一个或多个反馈参数控制开关Q1和Q2的切换。例如，控制器140可以被配置为接收输出电压反馈信号123-1，该输出电压反馈信号源自向负载118供电的输出电压123，如先前在图1中讨论的。输出电压反馈信号123-1可以是输出电压123本身，也可以是其使用电阻分压器的比例导数值。
再次参考图2，通过比较器250，控制器140将输出电压反馈信号123-1(例如输出电压123本身或导数或比例信号)与参考电压设定点235进行比较。
如前所述，参考电压235是在由电源100实施的负载线调节期间控制输出电压123的幅值的期望设定点。此外如前所述，在负载线调节期间，参考电压235可以取决于电感器输出电流122的幅值而变化。
在一个实施例中，动态负载118中的或与动态负载相关联的监视器118-M提供指示期望设定点235的反馈。另外或可替代地，参考电压235可以是静态值。
在进一步的示例实施例中，比较器250基于输出电压反馈信号123-1与参考电压235之间的差产生相应的误差电压255。由比较器250产生的误差电压255的幅值根据输出电压123的幅值处于或偏离调节状态(相对于参考电压设定点235)的程度而变化。
如进一步所示，控制器140的PWM(脉冲宽度调制)控制器260基于误差电压255的幅值来控制开关Q1和Q2的切换操作。例如，如果误差电压255指示(电压转换器165-1的)输出电压123变得小于参考电压设定点235的幅值，PWM控制器260在相应的开关控制周期中增加激活高侧开关Q1的占空比或频率(从而降低激活低侧开关Q2的占空比)。
相反，如果误差电压255指示(电压转换器165-1的)输出电压123变得大于参考电压设定点235的幅值，则PWM控制器260在相应的开关控制周期中降低激活高侧开关Q1的占空比或频率(从而增加激活低侧开关Q2的占空比)。
如本领域已知的，控制器140在不同时间控制开关Q1和Q2中的每一个的导通和截止，以防止输入电压121对接地参考电压的短路。例如，对于控制周期的第一部分，当开关Q1被激活到导通状态时，开关Q2被去激活到截止状态。相反，当开关Q1被去激活到截止状态时，开关Q2被激活到导通状态。
注意，控制器140(通过PWM控制器260)在状态导通-截止与截止-导通状态转换之间实现死区时间(开关Q1和Q2都OFF)，以防止输入电压121对接地参考短路。
通过控制相应开关Q1和Q2的脉宽调制(和/或频率调制)中的变化，控制器140控制输出电压123的产生，使得输出电压123保持在相对于参考电压设定点235的期望电压范围内。
下图说明了不同控制信号的实施方式和电感器输出电流122随时间的幅值。
例如，脉宽调制控制器260使用频率选择器141供应的切换频率FSW产生控制信号105(控制信号105-1和控制信号105-2)。如前所述，监视器150确定通过电感器144的输出电流122的幅值并产生指示该幅值的信号152。顾名思义，选择信号发生器155在供应给控制器140的一个或多个频率中进行选择。
当高侧开关Q1(例如一个或多个场效应晶体管或其他合适的组件)导通且低侧开关Q2(例如一个或多个场效应晶体管或其他合适的组件)截止时，通过电感器144的电流122的幅值增大；当高侧开关Q1截止并且Q2导通时，通过电感器144的电流122的幅值减小。
图3是示出根据本文实施例的频率选择的示例图。
在该示例实施例中，频率控制器340包括信号发生器155和频率选择器141。频率选择信号发生器155包括输入101、比较器305、触发器307、计数器310、触发器FF1、FF2、…、FFN和门逻辑315(例如OR门)。选择信号发生器315可以包括任何数量的触发器来存储和延迟信号396。
频率选择器141包括多路复用器320。
如前所述，电流监视器150监视由电感器144传送到负载118的相应输出电流122。电流监视器150产生指示输出电流122的幅值的信号152，并将其输入到选择信号发生器155的输入101。
选择信号发生器155实施比较器305以确定通过电感器144的输出电流122的幅值何时等于或超过相应的峰值电流阈值399(例如最大电流限制值)。比较器305输出指示输出电流122的幅值是否等于或超过峰值电流阈值399的信号357。触发器307通过切换频率FSW(或其他合适的频率)来计时，并且存储针对每个相应周期的信号357的值，该值指示输出电流122的幅值是否等于或大于在先前对应的控制周期期间的任何时间的峰值电流阈值399。
触发器307向计数器310输出信号P2CL(逻辑高电平表示输出电流122上升到峰值电流限制值399)。
在一个实施例中，如本文进一步讨论的，大于或等于峰值电流阈值399的输出电流122的检测引起控制器140停止激活高侧开关电路系统Q1(在图2中)。这防止了输出电流122的幅值超过峰值电流阈值399的过冲。
此外，在该示例实施例中，如前所述，触发器307存储信号P2CL，其中相应的逻辑低(重置计数器310)指示通过电感器144的电流122的幅值低于阈值。相反，在信号152大于峰值电流阈值399的情况下，存储的信号P2CL为逻辑高。
输出电流122的幅值大于峰值电流阈值399的切换频率FSW的每个时段，计数器310中的计数值319增加一。如果信号P2CL变低，则计数器310被复位。
在一个实施例中，计数器310的输出信号396(例如信号TC)为逻辑低，直到计数值319等于设定点跳闸值＝4或更大。当信号396变为逻辑高时，门逻辑315的输出信号147也切换到逻辑高。输出信号147控制多路复用器320，使得切换频率FSW被设置为FSW2而不是切换频率FSW1。
在一个实施例中，电源100的编程器设置两个或更多个切换频率。例如，当检测到通过电感器144的输出电流122多次达到电流限制值、诸如峰值电流阈值399时，编程器将切换频率FSW1设置为基础切换频率，并将切换频率FSW2(较高切换频率)设置为辅助切换频率，以操作控制器140。
针对信号P2CL再次变为逻辑低电平后的切换频率FSW的N个时段，一系列延迟触发器FF1、FF2、……、FFN从计数器310接收信号396并确保逻辑门315的输出信号147保持逻辑高电平(确保持续选择切换频率FSW2)。因此，即使当信号396再次变低时，开关FSW2仍然可以被选择。
如本文进一步讨论的，当电感器峰值电流122等于或超过脉冲至峰值电流阈值399(例如脉冲电流限制阈值或P2CL)时，响应于检测到针对在切换频率FSW1的4个(因为跳闸(trip)＝4，这是信号396变高的次数)切换时段达到电流限制值的多个周期，选择信号发生器155增加切换频率FSW的幅值。例如，当信号147从逻辑低变为逻辑高时，多路复用器320从选择切换频率FSW1切换到选择切换频率FSW2。
在这种情况下，增加的切换频率(FSW2)导致电感器144传递总幅值较高的输出电流122，以对输出电容器136和功率负载118充电。由于切换频率增加，输出电压123的压摆率下降。在一个实施例中，这允许动态负载118(例如处理器或CPU)在输出电压123下降到最小阈值电平以下之前降低其功耗。
因此，在一个实施例中，频率选择器141响应于检测到的条件增加控制电压转换器165中的开关125的开关频率FSW，在该条件下，针对控制开关125的预定数量控制周期(例如4个或其他合适的值)，通过电感器144的电流122的幅值等于电流限制值(例如峰值电流阈值399)。
注意，由于增加了切换频率，本文中的实施例不需要改变电感器144(的电感)、功率级、或输出电容器136(的电容)的大小来防止输出电压下降到低于最小阈值。
在一个实施例中，切换频率FSW1提供的将输入电压121转换为输出电压123的转换效率比在第二切换频率FSW2操作开关125将输入电压121转换为输出电压123更好(更高百分比)。然而，如上所述，在第二切换频率FSW2针对短暂的时间窗操作开关125，防止输出电压123下降到最小阈值以下。
图3中电路系统的实现的附加细节和频率选择将在下面讨论。
图4是示出根据本文实施例的频率调整和对应的输出电压控制的示例时序图。
输出电流122包括取决于选定的切换频率而变化的一些纹波R1或R2。
例如，当输出电流122最终达到ILIMIT时，控制器140在时间T1与时间T1-1之间的控制周期的第一部分激活高压侧开关电路125-1。如图所示，当开关125-1被激活为导通时，输出电流122的幅值增加。针对在时间T1-1与时间T2之间的控制周期的第二部分，控制器140停用高侧开关125-1并激活低侧开关电路系统125-2，在该第二部分期间输出电流122的幅值减小。
以此方式，当选择切换频率FSW1时，控制器140产生输出电流122，其中包含纹波电流R1。如下所述，当选择切换频率FSW2时，输出电流控制器140产生输出电流122，包括纹波电流R2
通常，当针对在控制器310中编程的多个切换周期、例如跳闸值4，通过电感器144的输出电流122达到如峰值电流阈值399所指示的量值时，电源100切换到切换频率FSW2，直到P2CL针对例如由触发器FF1、FF2、...、FFN控制施加信号396的多个延迟切换频率周期不被触发。
更具体地，在操作期间，频率选择器141控制切换频率FSW从第一切换频率FSW1到第二切换频率FSW2的切换。在一个实施例中，在检测到或简单地经历输出电流122的幅值变化之后，本文讨论的频率选择器141延迟(延迟时间TDS到时间T5)将切换频率FSW从第一切换频率FSW1设置增加到第二切换频率FSW2设置。例如，负载118消耗的电流ILOAD的变化增加并且在时间T0发生。这导致输出电压123的幅值下降410。监视器150在时间T0到T1或其前后检测输出电流122的幅值的变化(增加)和/或输出电压123的下降。在时间T0到时间T1，频率选择器141不会立即切换到以较高的切换频率FSW2操作。相反，图3中的计数器310要求输出电流122以第一切换频率FSW1针对预定计数数量达到电流限制值399，如通过时间TDS和时间T4之间的相应延迟所测量的。如下文进一步讨论的，控制器最终在时间T5前后切换到第二切换频率的选择。
在一个实施例中，如前所述，信号发生器155包括比较器305，该比较器将信号152(指示传递到动态负载118的电感器电流122的幅值)与峰值电流阈值399进行比较。响应于检测到针对多个控制周期信号152等于峰值电流阈值399，开关控制器140调整控制电压转换器165中的开关125的状态。更具体地，响应于检测到针对在时间T5前后控制开关(信号396变为逻辑高电平)的多个控制周期电感器电流122的幅值等于峰值电流阈值399，频率选择器141增加控制电压转换器中的开关125的切换频率FSW。
在这样的实施例中，输出电压123的幅值在时间T0和T4之间改变了足够的量，使得检测器118-M(例如在动态负载118中或与动态负载相关联)或其他监视接收到的输出电压123的合适的实体检测输出电压123或输出电流122的幅值变化。如果需要，动态负载118中的检测器或监视器118-M可以调整动态负载118的操作以减少ILOAD的电流消耗以防止低于阈值456的欠压条件。
如本文进一步讨论的，在诸如时间T5前后的频率切换时，频率选择器141切换电源100的操作，并且从第一切换频率FSW1切换控制到第二切换频率FSW2，防止输出电压123降到为动态负载118供电所需的最小阈值水平(例如负载-最小输出电压456)以下。因此，在时间T5或T6或其前后从第一切换频率FSW1到第二切换频率FSW2(例如FSW2是比FSW1高的频率)的转变防止动态负载118由于低于阈值电压值456的低功率条件而被重置(关闭)。输出电压123的外推(Extrapolation)475继续以切换频率FSW1操作，其指示输出电压123否则将低于阈值456，而并不切换到第二切换频率FSW2。
如进一步所示，注意输出电压123的幅值在时间TDS和时间T4之间的延迟期间以第一速率(RATE1)改变(减小)；输出电压123的幅值响应于第二切换频率FSW2的选择以第二速率(RATE2)改变。换言之，当通过第二切换频率FSW2控制开关125的操作时，输出电压123的幅值以第二速率(RATE2)变化。
本文中的又一示例实施例包括，通过频率选择器141，在电流122的幅值在时间T0前后发生变化之前，将切换频率设置为第一设置FSW1；并且在检测到或经历电流122的幅值变化(和/或输出电压的变化123)的第一时刻(例如时间TDS)与检测到触发事件的第二时刻T5之间的第一时间窗(DELAY)中，继续将开关频率FSW设置为第一设置FSW1。在一个实施例中，改变切换频率的触发事件是一个条件，在该条件下，针对在时间T1和时间T5之间的第一时间窗中监视电流幅值的多个控制周期(时段)，输出电流122的幅值等于或重复达到峰值电流限制值399。频率选择器141在第一时间窗(TDS到T5)之后的至少第二时间窗(例如在时间T5和时间T13之间)将切换频率FSW设置为第二设置FW2。
注意，以较高切换FSW2的操作以及供应直到峰值输出电流限制值(峰值电流阈值399)的输出电流122导致向动态负载118提供更高量的功率。例如，当控制器140在时间T1和T5之间以第一切换频率FSW1控制开关125时，输出电流122反复达到峰值电流阈值399(电流限制值)并且具有平均电流AVE-CURR#1。
以较高切换频率FSW2的操作引起平均输出电流122增加，并且防止输出电压123的幅值下降到低于最小阈值以下。例如，当控制器140在时间T5和T13之间以第二切换频率FSW2控制开关125时，输出电流122反复达到峰值电流阈值399(电流限制值)，并且具有平均电流AVE-CURR#2。平均电流AVE-CURR#2大于AVE-CURR#1，使得在时间T5和T13之间的第二时间窗期间输出电压123向动态负载118传递更高水平的功率。
在一个实施例中，平均电流AVE-CURR#1＝ILIMIT-(R1/2)，其中R1表示当以第一切换频率FSW1操作时与输出电压123相关联的纹波电压的幅值，并且ILIMIT＝峰值电流阈值价值399。
平均电流AVE-CURR#2＝ILIMIT-(R2/2)，其中R2表示当以第二切换频率FSW2操作时与输出电压123相关联的纹波电压的幅值，并且ILIMIT＝峰值电流阈值399。
再次注意，本文所讨论的功率转换器可以被实施为包括与图1中所示的相类似的任何数量的相(例如NPH)。2.在这种情况下，来自多个相中的每一相的额外电流为NPH*(R1-R2)/2，其中NPH等于贡献相应电感器电流以产生输出电压123的相的总数。
图5是示出根据本文实施例的频率调整控制的示例时序图。
在如图500所示的该示例实施例中，不同的切换频率FSW1和FSW2彼此同步。然而，即使在时间T2和T5之间检测到峰值电流，并且输出电压123显着下降，到更高切换频率的切换也以如前所述的方式被延迟。
例如，进一步参考图3和图5，直到4次检测到输出电流122达到峰值电流阈值399所指示的电流限制，输出信号396才变为逻辑高(信号147)。如信号S1、S2和S3所示(其中N＝3，SN＝S3)，触发器FF1、FF2、......、FFN延迟切换回第一切换频率FSW1直到时间T13和其之后。
图6是根据本文实施例的用于实现本文所讨论的任何操作的计算机设备的示例框图。
如图所示，本示例的计算机系统600(例如由诸如控制器140、电流监视器150、信号发生器155、频率选择器141、频率控制器340等的一个或多个资源中的任一个来实现)包括互连611，其将例如其中可以存储和检索数字信息的非暂时性类型的介质(或硬件存储介质)的计算机可读存储介质612、处理器613(例如，计算机处理器硬件，诸如一个或多个处理器设备)、I/O接口614和通信接口617耦合。
I/O接口614提供到任何合适电路系统、例如一个或多个电压转换器165的连接。
计算机可读存储介质612可以是任何硬件存储资源或设备，例如存储器、光存储、硬盘驱动器、软盘等。在一个实施例中，计算机可读存储介质612存储由频率控制器应用程序340-1使用的指令和/或数据以执行本文所述的任何操作。
此外，在该示例实施例中，通信接口617使计算机系统600和处理器613能够通过诸如网络190的资源进行通信，以从远程源检索信息并与其他计算机通信。
如图所示，计算机可读存储介质612被编码有由处理器613执行的频率控制应用程序340-1(例如，软件、固件等)。频率控制应用程序340-1可以被配置为包括用于实现如本文所述的任何操作的指令。
在一个实施例的操作期间，处理器613通过使用互连611访问计算机可读存储介质612，以便启动、运行、执行、解释或以其他方式执行存储在计算机可读存储介质612上的频率控制应用程序340-1中的指令。
频率控制应用程序340-1的执行产生处理功能，例如处理器613中的频率控制过程340-2。换句话说，与处理器613相关联的频率控制过程340-2代表在计算机系统600中的处理器613内部或之上执行频率控制应用程序340-1的一个或多个方面。
根据不同的实施例，注意计算机系统600可以是微控制器设备、逻辑、硬件处理器、混合模拟/数字电路系统等，被配置为控制电源并执行本文所述的任何操作。
现在将通过图7中的流程图讨论不同资源支持的功能。请注意，以下流程图中的步骤可以按任何合适的顺序执行。
图7是示出根据本文实施例的控制功率转换器的方法的示例图。
在处理操作710中，频率控制器340接收信号152，该信号指示由电压转换器165产生的输出电压123供应的、以向负载118供电的电流122的幅值。
在处理操作720中，频率控制器340基于如接收到的信号152所指示的供应给负载118的电流122的幅值来产生频率选择信号147。
在处理操作730中，通过频率选择信号147，频率控制器340选择控制电压转换器165中的开关125的切换频率FSW以产生输出电压123。
在处理操作740中，在检测到电流122的幅值变化之后，频率控制器340延迟将切换频率FW从第一切换频率设置FW1增加到第二切换频率设置FSW2。
图8是示出根据本文实施例的电路板上的功率转换器电路的组装的示例图。
在该示例实施例中，组装器840接纳基板810(例如电路板)。
组装器840将控制器140和电压转换器165(以及与功率转换器135相关联的相应组件)固定(耦合)到基板810。制造器840还将频率控制器340和相应组件(监视器150、选择信号发生器155、频率选择器141)固定到基板810。
经由电路路径820(例如一个或多个迹线、电导体、电缆、电线等)，组装器840将频率控制器340耦合到功率转换器135。
通过电路路径821(例如一个或多个迹线、电导体、电缆、电线等)，组装器840将控制器140耦合到电压转换器165。注意，诸如控制器140、电压转换器165和与功率转换器135相关联的诸如频率控制器340等的相应部件可以以任何合适的方式固定或耦合到基板810。例如，电源100中的一个或多个组件可以焊接到基板、插入设置在基板810上的插座等。
进一步注意，基板810是可选的。电路路径820、821、822等可以设置在提供功率转换器135和负载118之间的连接性的电缆中。
在一个非限制性示例实施例中，动态负载118设置在其身基板上，与基板810无关；动态负载118的基板直接或间接连接到基板810。控制器140或功率转换器135的任何部分可以设置在插入基板810的插座的独立小板上。
在进一步的示例实施例中，经由一个或多个电路路径822(例如一个或多个迹线、电缆、连接器、电线、导体、导电路径等)，组装器840将电压转换器165耦合到负载118。在一个实施例中，电路路径822将从电压转换器165产生的输出电压123(和输出电流122)传送到负载118。
因此，本文的实施例包括一种系统，该系统包括：基板810(例如电路板、独立板、母板、旨在耦合到母板的独立板、主机等)；电压转换器165，包括如本文所述的相应组件；以及动态负载118。如前所述，动态负载118基于通过一个或多个电路路径822从电压转换器165传送到动态负载118的输出电压123和相应电流122的传送来供电。
注意，动态负载118可以是任何合适的电路或硬件，例如一个或多个CPU(中央处理单元)、GPU(图形处理单元)和ASIC(专用集成电路，例如包括一个或多个人工智能加速器的专用集成电路)，其可以位于基板810上或设置在远程位置。
再次注意，本文的技术非常适合用于电路应用，例如那些实现功率转换的应用。然而，应当注意，本文的实施例不限于在这样的应用中使用，并且这里讨论的技术也非常适合于其他应用。
基于在此阐述的描述，已经阐述了许多具体细节以提供对要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，要求保护的主题可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，普通技术人员已知的方法、设备、系统等没有被详细描述，以免混淆要求保护的主题。详细描述的某些部分已经按照算法或对存储在诸如计算机存储器之类的计算系统存储器中的数据位或二进制数字信号的操作的符号表示进行了呈现。这些算法描述或表示是数据处理领域的普通技术人员用于向本领域的其他技术人员传达其工作内容的技术的示例。本文所描述的算法通常被认为是自洽操作序列或导致期望结果的类似处理。在这种情况下，操作或处理涉及物理量的物理操作。通常，尽管不是必须的，这些量可以采取能够被存储、传输、组合、比较或以其他方式操纵的电或磁信号的形式。有时，主要出于常用的原因，将信号称为位、数据、值、元素、符号、字符、术语、数字、数字等是很方便的。然而，应该理解的是，所有这些和类似的术语都与适当的物理量相关联并且仅仅是方便的标签。除非另有明确说明，如从以下讨论中显而易见的，应理解贯穿本说明书的讨论使用诸如“处理”、“估算”、“计算”、“确定”等术语是指计算的动作或过程平台，例如计算机或类似的电子计算设备，它在计算平台的存储器、寄存器或其他信息存储设备、传输设备或显示设备中操纵或转换表示为物理电子或磁量的数据。
虽然本发明已经参照其优选实施例进行了具体展示和描述，但本领域技术人员将理解，在不背离所定义的本申请的精神和范围的情况下，可以对其中的形式和细节进行各种改变根据所附权利要求。这种变化旨在被本申请的范围所涵盖。因此，本申请的实施例的前述描述不旨在限制。相反，对本发明的任何限制都在以下权利要求中提出。

Claims (27)

1.一种装置，包括：
输入，可操作以接收信号，所述信号指示由电压转换器的输出电压供应给负载的电流的幅值；
信号发生器，可操作以基于接收到的所述信号所指示的供应给所述负载的所述电流的幅值来产生频率选择信号；以及
频率选择器，可操作以通过所述频率选择信号来选择控制所述电压转换器中的开关的切换频率以产生所述输出电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述信号发生器包括比较器，所述比较器可操作，以将所述信号与峰值电流阈值进行比较。
3.根据权利要求2所述的装置，还包括：
开关控制器，可操作以响应于检测到信号等于所述峰值电流阈值而调整控制所述开关的状态。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述频率选择器可操作，以响应于检测到针对控制所述开关的多个控制周期所述电流的幅值等于所述峰值电流阈值，增加控制所述开关的切换频率。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述频率选择器可操作，以响应于检测到的条件而增加控制所述电压转换器中的所述开关的切换频率，在所述条件下，针对控制所述开关的预定数量控制周期，所述电流的幅值等于电流限制值。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述频率选择器可操作，以在检测到所述电流的幅值变化之前，将所述切换频率设置为第一频率设置；以及
其中所述频率选择器可操作，以在检测到所述电流的幅值变化之后，将所述切换频率的调整延迟到第二频率设置。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述输出电压的幅值在所述延迟期间以第一速率变化；以及
其中所述输出电压的幅值响应于所述第二切换频率的选择以第二速率变化。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述频率选择器可操作，以在检测到所述电流的幅值变化之前，将所述切换频率设置为第一设置；以及
其中所述频率选择器可操作以在检测到所述电流的幅值变化的第一时刻与检测到触发事件的第二时刻之间的第一时间窗中将所述切换频率设置为第一设置。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述触发事件是一条件：在该条件下，针对在所述第一时间窗中监视所述电流幅值的多个控制周期，所述电流的幅值等于峰值电流限制值。
10.根据权利要求8所述的装置，其中所述频率选择器可操作，以在所述第一时间窗之后的第二时间窗中，将所述切换频率设置为第二切换频率，所述第二切换频率大于所述第一切换频率。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述频率选择器可操作，以在检测到所述电流的幅值变化之后，延迟将所述切换频率从第一切换频率设置增加到第二切换频率设置。
12.根据权利要求11所述的装置，还包括：
控制器，可操作以控制所述开关的切换，以基于选定的所述切换频率将输入电压转换为所述输出电压。
13.一种方法，包括：
接收指示电流的幅值的信号，由电压转换器产生的输出电压供应所述电流以向负载供电；
基于接收到的所述信号所指示的、供应给所述负载的所述电流的幅值，产生频率选择信号；以及
通过所述频率选择信号，选择控制所述电压转换器中的开关的切换频率以产生输出电压。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
通过比较器，将所述信号与峰值电流阈值进行比较。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
通过开关控制器，响应于检测到所述信号等于所述峰值电流阈值，调整控制所述开关的状态。
16.根据权利要求14所述的方法，其中选择所述切换频率包括：
响应于检测到针对控制所述开关的多个控制周期所述电流的幅值等于所述峰值电流阈值，增加控制所述开关的所述切换频率。
17.根据权利要求13所述的方法，其中选择所述切换频率包括：
响应于检测到的条件，增加控制所述电压转换器中的所述开关的所述切换频率，在该条件下，针对控制所述开关的预定数量控制周期，所述电流的幅值等于电流限制值。
18.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在检测到所述电流的幅值变化之前，将所述切换频率设置为第一频率设置；以及
在检测到所述电流的幅值变化之后，将所述切换频率的调整延迟到第二频率设置。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述输出电压的幅值在所述延迟期间以第一速率变化；以及
其中所述输出电压的幅值响应于所述第二切换频率的选择以第二速率变化。
20.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在检测到所述电流的幅值变化之前，将所述切换频率设置为第一设置；以及
在检测到所述电流的幅值变化的第一时刻与检测到触发事件的第二时刻之间的第一时间窗中，将所述切换频率设置为第一设置。
21.根据权利要求20所述的方法，其中检测所述触发事件包括检测一条件，在该条件下，针对在所述第一时间窗中监视所述电流幅值的多个控制周期，所述电流的幅值等于峰值电流限制值。
22.根据权利要求20所述的方法，还包括：
在所述第一时间窗之后的第二时间窗中，将所述切换频率设置为第二设置，第二切换频率大于所述第一切换频率。
23.根据权利要求13所述的方法，其中选择所述切换频率包括：在检测到所述电流的幅值变化之后，延迟将所述切换频率从第一切换频率设置增加到第二切换频率设置。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括：
通过开关控制器，控制所述开关的切换，以基于选定的所述切换频率将输入电压转换为所述输出电压。
25.一种计算机可读存储介质，其上存储有指令，所述指令在由计算机处理器硬件执行时引起所述计算机处理器硬件：
接收指示电流幅值的信号，由电压转换器产生的输出电压供应所述电流以向负载供电；
基于接收到的所述信号所指示的、供应给所述负载的所述电流的幅值，产生频率选择信号；以及
通过所述频率选择信号，选择控制所述电压转换器中的开关的切换频率以产生输出电压。
26.一种系统，包括：
电路基板；
根据权利要求1所述的装置，所述装置耦合到所述电路基板；以及
其中所述负载耦合到所述基板。
27.一种方法，包括：
接纳电路基板；以及
将权利要求1所述的装置耦合到所述电路基板。
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