DE102012106866A1 - Schaltregler mit erhöhter Schwachlasteffizienz - Google Patents

Schaltregler mit erhöhter Schwachlasteffizienz Download PDF

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Giuseppe Bernacchia
Kenneth Ostrom
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Abstract

Ein Schaltregler (100) weist einen Mehrphasenwandler (120) auf, der mehrere Hauptphasen (122, 124, 126) aufweist, die dazu eingerichtet sind, eine Leistungsversorgungsspannung (Vdd2) in eine niedrigere Spannung zum Anlegen an eine elektronische Vorrichtung unter verschiedenen Lastbedingungen umzuwandeln. Der Schaltregler (100) weist auch eine Hilfsphase (130) auf, die dazu eingerichtet ist, während einer Schwachlastbedingung in einem Impulsfrequenzmodulationsmodus zu arbeiten, so dass Leistung zur elektronischen Vorrichtung durch mindestens die Hilfsphase (130) während der Schwachlastbedingung zugeführt wird.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Schaltregler, insbesondere Schaltregler, die unter Schwachlastbedingungen effizient sind.
  • Prozessoren wie z.B. CPUs (Zentraleinheiten), DSPs (Digitalsignalprozessoren) und Mikroprozessoren sowie andere elektronische Vorrichtungen erfordern genaue Spannungsversorgungen, die in der Lage sind, große Mengen an Strom zu liefern und eine enge Spannungsregulierung aufrechtzuerhalten, wenn sie sehr schnellen Übergängen ausgesetzt sind. Mehrphasen-Hochfrequenz-Abwärtswandler sind in der Lage, eine Leistung mit hohem Strom und hoher Genauigkeit zu solchen elektronischen Vorrichtungen zuzuführen. Die Leistungsversorgungseffizienz, d.h. das Verhältnis der Ausgangsleistung, die der Last zugeführt wird, und der Eingangsleistung, die durch die Eingangsspannung zugeführt wird, ist ein kritischer Arbeitsparameter sowohl für die Energieeffizienz als auch das Wärmemanagement von Leistungsversorgungskomponenten. Typischerweise konzentrieren sich Systeme sowohl auf die Effizienz bei maximaler Last als auch die maximale Effizienz, die typischerweise bei etwa 20–50 % maximaler Last auftritt.
  • Unter Schwachlastbedingungen tritt die Last in einen Zustand mit niedriger Aktivität ein und der Strom fällt auf weniger als etwa 5 % der maximalen Last ab. Die Effizienz unter solchen Schwachlasten liegt signifikant unter der maximalen Effizienz und nimmt weiterhin ab, wenn der Laststrom weiter verringert wird. Die Effizienz unter Schwachlastbedingungen wird zunehmend zu einem größeren Problem, da herkömmliche Systeme nicht für die Effizienz unter Schwachlastbedingungen optimiert sind und Verwendungsmodelle angeben, dass eine signifikante Menge an Rechenressourcen die meiste Zeit inaktiv sind. Dies ist für sowohl Server, bei denen das Wärmemanagement von Datenzentren eine Schlüsselerwägung bei den Betriebskosten ist, als auch für Tisch- und Notebookcomputer und tragbare elektronische Vorrichtungen, bei denen die Batterielebensdauer und der leise Betrieb hoch geschätzt sind, problematisch.
  • Herkömmliche Steuereinheiten für Leistungswandler verwenden Steuerschemata, die ermöglichen, dass der Schaltregler nahtlos vom CCM (Dauerstrommodus) auf den DCM/PFM-(diskontinuierlicher Strommodus/Impulsfrequenzmodulation)Betrieb umschaltet. Die Schwachlasteffizienz des Schaltreglers ist jedoch aufgrund der großen Leistungskomponenten (z.B. Treiber und Leistungstransistoren) und niederwertigen Induktivitäten, die erforderlich sind, um den Mehrphasenbetrieb mit hohem Strom zu unterstützen, begrenzt. Mehrphasen-Hochfrequenz-Abwärtswandler sind beispielsweise zum Zuführen von Leistung zu elektronischen Vorrichtungen wie z.B. Prozessoren unter Bedingungen mit maximaler Last geeignet, aber die Effizienz bei Schwachlast ist schlecht, wenn ein Mehrphasen-CCM-Betrieb aufrechterhalten wird. Mehrphasen-Wandler können mit verbesserter Effizienz unter Schwachlastbedingungen arbeiten, wenn eine Phasenverringerung verwendet wird, um alle, bis auf eine einzige Phase des Wandlers zu deaktivieren, und diese Phase im DCM mit PFM-Steuerung (Impulsfrequenzmodulationssteuerung) betrieben wird. Selbst mit einer einzelnen Phase leidet jedoch die PFM-Effizienz bei sehr niedrigen Lastströmen, da die Leistungsstufenkomponenten (z.B. Treiber und Transistoren) typischerweise ziemlich groß mit hoher parasitärer Kapazität sind und die Induktivität niedrig ist, um den hohen Strom und die Übergangsanforderungen der elektronischen Vorrichtung zu unterstützen.
  • Gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen wird eine leistungsarme Hilfsphase geschaffen. Die Hilfsphase wird für den Schwachlastbetrieb optimiert und derart ausgelegt, dass der Schaltregler nahtlos vom Mehrphasenbetrieb auf einen Betrieb, bei dem die Hilfsphase unter Schwachlastbedingungen aktiv ist, umschalten kann. Die Hilfsphase kann unter maximalen oder vorübergehenden Lastbedingungen aktiv bleiben oder kann deaktiviert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform eines Schaltreglers umfasst der Regler einen Mehrphasen-Abwärtswandler, der mehrere Hauptphasen aufweist, die derart eingerichtet sind, eine Leistungsversorgungsspannung in eine niedrigere Spannung für das Anlegen an eine elektronische Vorrichtung unter verschiedenen Lastbedingungen umzuwandeln. Der Schaltregler umfasst auch eine Hilfsphase, die derart eingerichtet ist, während einer Schwachlastbedingung in einem Impulsfrequenzmodulationsmodus zu arbeiten, so dass Leistung zur elektronischen Vorrichtung durch mindestens die Hilfsphase während der Schwachlastbedingung zugeführt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform einer Leistungsversorgungsschaltung umfasst die Leistungsversorgungsschaltung einen Mehrphasenwandler, eine Hilfsphase und eine Steuereinheit. Der Mehrphasenwandler weist mehrere Hauptphasen auf, die mit einer ersten Leistungsversorgungsspannung gekoppelt sind und derart eingerichtet sind, die erste Leistungsversorgungsspannung in eine niedrigere Spannung für das Anlegen an eine elektronische Vorrichtung unter verschiedenen Lastbedingungen umzuwandeln. Die Hilfsphase ist mit einer zweiten Leistungsversorgungsspannung gekoppelt, die niedriger ist als die erste Leistungsversorgungsspannung, und derart eingerichtet, während einer Schwachlastbedingung in einem Impulsfrequenzmodulationsmodus zu arbeiten, so dass Leistung zur elektronischen Vorrichtung durch mindestens die Hilfsphase während der Schwachlastbedingung zugeführt wird. Die Steuereinheit ist betreibbar, um den Betrieb des Mehrphasenwandlers und der Hilfsphase zu steuern, wobei die Steuereinheit und die Hilfsphase auf demselben Chip integriert sind und mit derselben Leistungsversorgungsspannung gekoppelt sind.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Schaltregler bereitgestellt, der Folgendes aufweist: einen Mehrphasen-Abwärtswandler mit mehreren Hauptphasen, die dazu eingerichtet sind, eine Leistungsversorgungsspannung in eine niedrigere Spannung für das Anlegen an eine elektronische Vorrichtung unter verschiedenen Lastbedingungen umzuwandeln; und eine Hilfsphase, die dazu eingerichtet ist, in einem Impulsfrequenzmodulationsmodus während einer Schwachlastbedingung zu arbeiten, so dass Leistung zur elektronischen Vorrichtung durch mindestens die Hilfsphase während der Schwachlastbedingung zugeführt wird.
  • In einer Ausgestaltung können die Hilfsphase und die mehreren Hauptphasen des Mehrphasen-Abwärtswandlers Feldeffekttransistoren mit jeweils einer Gateansteuerspannung und einer Gate-Kapazität aufweisen und die Hilfsphase kann eine niedrigere Gateansteuerspannung und eine niedrigere Gate-Kapazität aufweisen als die mehreren Hauptphasen des Mehrphasen-Abwärtswandlers.
  • In noch einer Ausgestaltung kann die Hilfsphase und jede der mehreren Hauptphasen des Mehrphasen-Abwärtswandlers einen Ausgang aufweisen, der mit einem Induktor gekoppelt ist, und wobei der mit dem Ausgang der Hilfsphase gekoppelte Induktor eine größere Induktivität und einen niedrigeren Sättigungsstrom aufweist als die mit dem Ausgang der Hauptphasen gekoppelten Induktoren.
  • In noch einer Ausgestaltung kann der Schaltregler ferner eine Steuereinheit aufweisen, die betreibbar ist, um den Mehrphasen-Abwärtswandler und die Hilfsphase zu steuern, wobei die Steuereinheit mit einer Leistungsversorgungsspannung gekoppelt ist, die niedriger ist als die Leistungsversorgungsspannung, die mit den mehreren Hauptphasen des Mehrphasen-Abwärtswandlers gekoppelt ist, und die Hilfsphase mit derselben Leistungsversorgungsspannung wie die Steuereinheit gekoppelt ist.
  • In noch einer Ausgestaltung können die Steuereinheit und die Hilfsphase auf demselben Chip integriert sein.
  • In noch einer Ausgestaltung kann während der Schwachlastbedingung eine einzelne Hauptphase des Mehrphasen-Abwärtswandlers in einem Dauerstrommodus oder einem diskontinuierlichen Strommodus aktiviert werden und die anderen Hauptphasen deaktiviert werden.
  • In noch einer Ausgestaltung kann die einzelne Hauptphase des Mehrphasen-Abwärtswandlers dazu eingerichtet sein, in Reaktion auf eine Verringerung der Lastbedingung vom Dauerstrommodus auf den diskontinuierlichen Strommodus überzugehen, und die Hilfsphase kann im Impulsfrequenzmodulationsmodus betriebsfähig bleiben.
  • In noch einer Ausgestaltung kann die Hilfsphase so eingerichtet sein, dass sie in Reaktion auf einen Befehl von der elektronischen Vorrichtung deaktiviert wird, der angibt, dass die Hilfsphase deaktiviert werden soll.
  • In noch einer Ausgestaltung kann die Hilfsphase so eingerichtet sein, dass sie in Reaktion auf eine Erhöhung der Lastbedingung deaktiviert wird.
  • In noch einer Ausgestaltung kann die Hilfsphase dazu eingerichtet sein, im Impulsfrequenzmodulationsmodus ungeachtet dessen, wie viele Hauptphasen des Mehrphasen-Abwärtswandlers aktiviert sind, betriebsfähig zu bleiben.
  • In noch einer Ausgestaltung können Impulsfrequenzmodulationsimpulse an die Hilfsphase in Reaktion darauf, dass der Laststrom oder die Lastspannung unter einen Schwellenwert fällt, angelegt werden.
  • In noch einer Ausgestaltung können die Impulsfrequenzmodulationsimpulse für eine erste Zeitdauer eingeschaltet sein und für eine zweite Zeitdauer ausgeschaltet sein, so dass ein Strom in einem Induktor, der mit dem Ausgang der Hilfsphase gekoppelt ist, bis zum Ende der zweiten Zeitdauer null erreicht.
  • In noch einer Ausgestaltung können Impulsfrequenzmodulationsimpulse an nur eine einzelne Hauptphase des Mehrphasen-Abwärtswandlers in Reaktion darauf, dass der Laststrom oder die Lastspannung unter den Schwellenwert fällt, angelegt werden, wobei der Schwellenwert, bei dem die Impulsfrequenzmodulationsimpulse an die Hilfsphase angelegt werden, höher ist als der Schwellenwert, bei dem die Impulsfrequenzmodulationsimpulse an die einzelne Hauptphase des Mehrphasen-Abwärtswandlers angelegt werden.
  • In noch einer Ausgestaltung kann die Hilfsphase einen Hochseiten-Schalter und einen Niederseiten-Schalter aufweisen und beide Schalter können so eingerichtet sein, dass sie in einem Aus-Zustand mit hoher Impedanz bleiben, nachdem der Laststrom oder die Lastspannung unter den entsprechenden Schwellenwert fällt, bis zumindest ein Strom in einem Induktor, der mit dem Ausgang der Hilfsphase gekoppelt ist, null erreicht, bevor der Hochseiten-Schalter eingeschaltet wird.
  • In noch einer Ausgestaltung können die Schwellenwerte Spannungsschwellenwerte sein.
  • In noch einer Ausgestaltung kann der Schaltregler ferner eine Überwachungsvorrichtung aufweisen, die betriebsfähig ist, um festzustellen, ob die Ausgabe der Hilfsphase im Impulsfrequenzmodulationsmodus ein Lastkriterium über ein vordefiniertes Intervall verletzt, und wenn ja, ein Signal zu erzeugen, das angibt, dass eine oder mehrere vorher deaktivierte der Hauptphasen des Mehrphasen-Abwärtswandlers aktiviert werden sollen.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Leistungsversorgungsschaltung bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Mehrphasenwandler mit mehreren Hauptphasen, die mit einer ersten Leistungsversorgungsspannung gekoppelt sind und dazu eingerichtet sind, die erste Leistungsversorgungsspannung in eine niedrigere Spannung zum Anlegen an eine elektronische Vorrichtung unter verschiedenen Lastbedingungen umzuwandeln; eine Hilfsphase, die mit einer zweiten Leistungsversorgungsspannung gekoppelt ist, die niedriger ist als die erste Leistungsversorgungsspannung, und dazu eingerichtet ist, während einer Schwachlastbedingung zu arbeiten, so dass Leistung zur elektronischen Vorrichtung durch mindestens die Hilfsphase während der Schwachlastbedingung zugeführt wird; und eine Steuereinheit, die betriebsfähig ist, um den Betrieb des Mehrphasenwandlers und der Hilfsphase zu steuern, wobei die Steuereinheit und die Hilfsphase auf demselben Chip integriert sind.
  • In einer Ausgestaltung kann die Hilfsphase dazu eingerichtet sein, während der Schwachlastbedingung in einem Impulsfrequenzmodulationsmodus zu arbeiten.
  • In noch einer Ausgestaltung können die Hilfsphase und die Steuereinheit mit derselben Leistungsversorgungsspannung gekoppelt sein.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltreglers bereitgestellt. Das Verfahren kann Folgendes aufweisen: Steuern von mehreren Hauptphasen eines Mehrphasenwandlers, so dass eine Leistungsversorgungsspannung, die an die mehreren Hauptphasen angelegt wird, in eine niedrigere Spannung zum Anlegen an eine elektronische Vorrichtung unter verschiedenen Lastbedingungen umgewandelt wird; und Betreiben einer Hilfsphase in einem Impulsfrequenzmodulationsmodus während einer Schwachlastbedingung, so dass Leistung zur elektronischen Vorrichtung durch mindestens die Hilfsphase während der Schwachlastbedingung zugeführt wird.
  • In einer Ausgestaltung kann das Verfahren das Aktivieren einer einzelnen Hauptphase des Mehrphasenwandlers in einem Dauerstrommodus oder einem diskontinuierlichen Strommodus und das Deaktivieren der anderen Hauptphasen während der Schwachlastbedingung aufweisen.
  • In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren das Umschalten der einzelnen Hauptphase des Mehrphasenwandlers vom Dauerstrommodus auf den diskontinuierlichen Strommodus in Reaktion auf eine Verringerung der Lastbedingung aufweisen, während die Hilfsphase im Impulsfrequenzmodulationsmodus gehalten wird.
  • In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren das Deaktivieren der Hilfsphase in Reaktion auf einen Befehl von der elektronischen Vorrichtung, der angibt, dass die Hilfsphase deaktiviert werden soll, aufweisen.
  • In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren das Deaktivieren der Hilfsphase in Reaktion auf eine Erhöhung der Lastbedingung aufweisen.
  • In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren das Halten der Hilfsphase im Impulsfrequenzmodulationsmodus ungeachtet dessen, wie viele Hauptphasen des Mehrphasenwandlers aktiviert sind, aufweisen.
  • In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren das Anlegen von Impulsfrequenzmodulationsimpulsen an die Hilfsphase in Reaktion darauf, dass der Laststrom oder die Lastspannung unter einen Schwellenwert fällt, aufweisen.
  • In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren das Anlegen von Impulsfrequenzmodulationsimpulsen an nur eine einzelne Hauptphase des Mehrphasen-Abwärtswandlers in Reaktion darauf, dass der Laststrom oder die Lastspannung unter den Schwellenwert fällt, aufweisen, und der Schwellenwert, bei dem die Impulsfrequenzmodulationsimpulse an die Hilfsphase angelegt werden, kann höher sein als der Schwellenwert, bei dem die Impulsfrequenzmodulationsimpulse an die einzelne Hauptphase des Mehrphasen-Abwärtswandlers angelegt werden.
  • In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren das Halten eines Hochseiten-Schalters und eines Niederseiten-Schalters der Hilfsphase in einem Aus-Zustand mit hoher Impedanz, nachdem der Laststrom oder die Lastspannung unter den Schwellenwert fällt, aufweisen, bis zumindest ein Strom in einem Induktor, der mit dem Ausgang der Hilfsphase gekoppelt ist, null erreicht, bevor der Hochseiten-Schalter eingeschaltet wird.
  • In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner das Feststellen, ob die Ausgabe der Hilfsphase im Impulsfrequenzmodulationsmodus ein Lastkriterium über ein vordefiniertes Intervall verletzt, und wenn ja, das Aktivieren von einer oder mehreren vorher deaktivierten der Hauptphasen des Mehrphasenwandlers aufweisen.
  • Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt zusätzliche Merkmale und Vorteile beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und beim Betrachten der begleitenden Zeichnungen.
  • Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht notwendigerweise maßstäblich. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile. Die Merkmale der verschiedenen dargestellten Ausführungsformen können kombiniert werden, wenn sie einander nicht ausschließen. Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der Beschreibung, die folgt, ausführlich erläutert.
  • 1 stellt ein Blockdiagramm eines Schaltreglers dar, der einen Mehrphasen-Abwärtswandler und eine Hilfsphase für einen Schwachlastbetrieb aufweist.
  • 2 stellt ein Zustandsdiagramm dar, das zum Betrieb der Hilfsphase von 1 gehört.
  • 3 stellt ein Ausgangswellenformdiagramm dar, das zum Betrieb der Hilfsphase von 1 gehört.
  • 4 stellt ein Blockdiagramm der Hilfsphase von 1 dar.
  • 5 stellt Wellenformdiagramme dar, die zum Betrieb des Schaltreglers von 1 gehören.
  • 1 stellt eine Ausführungsform eines Schaltreglers 100 dar. Der Schaltregler 100 umfasst eine Steuereinheit 110, einen Mehrphasen-Abwärtswandler 120 und eine leistungsarme 130. Die Steuereinheit 110 steuert den Betrieb des Mehrphasenwandlers 120 und der Hilfsphase 130. Der Mehrphasen-Abwärtswandler 120 umfasst mehrere Hauptphasen 122, 124, 126, die dazu eingerichtet sind, eine Eingangsspannung Vdd2 in eine niedrigere Spannung für das Anlegen an eine elektronische Vorrichtung unter verschiedenen Lastbedingungen umzuwandeln. Die elektronische Vorrichtung ist in 1 schematisch als kapazitive Last dargestellt. Der Mehrphasen-Abwärtswandler 120 ist mit drei Hauptphasen 122, 124, 126 zur einfacheren Darstellung gezeigt, kann jedoch eine beliebige Anzahl von Hauptphasen umfassen. Die Hilfsphase 130 arbeitet im Impulsfrequenzmodulationsmodus (PFM-Modus), um eine kleine Menge an Ausgangsstrom zur elektronischen Vorrichtung unter Schwachlastbedingungen zuzuführen (z.B. bei Ausgangsströmen typischerweise unter 1 A), und erhöht dabei die Schwachlasteffizienz des Schaltreglers 100 unter Schwachlastbedingungen. In dieser Weise wird Leistung zur elektronischen Vorrichtung durch mindestens die Hilfsphase 130 unter Schwachlastbedingungen zugeführt.
  • Die leistungsarme Hilfsphase 130 ist mit dem Betrieb des Mehrphasenwandlers 120 in irgendeinem Regulierungsmodus kompatibel, wie z.B. PWM (Impulsbreitenmodulation), PFM, variable Frequenz, Hysterese, Spannungsmodus, Strommodus usw. Die Hilfsphase 130 kann beispielsweise parallel (unabhängig) mit einem PWM-(CCM) oder PFM-(DCM)Betrieb von einer oder mehreren Hauptphasen 122, 124, 126 des Mehrphasen-Abwärtswandlers 120 arbeiten. Die Hilfsphase 130 ist aufgrund ihres PFM-Betriebsmodus strombegrenzt. Die Hilfsphase 130 weist aufgrund einer hohen Ausgangsinduktivität LAP, einer hohen Ausgangskapazität und eines niedrigen Ausgangsstroms eine geringe Welligkeit auf. Der Schaltregler 100 arbeitet unter Schwachlastbedingungen aufgrund der Hilfsphase 130 effizient.
  • Der Schaltregler 100 weist zwei verschiedene Typen von Leistungsstufen auf. Der erste Typ von Leistungsstufe umfasst die Leistungsstufen 123, 125, 127, die den entsprechenden Hauptphasen 122, 124, 126 des Mehrphasen-Abwärtswandlers 120 zugeordnet sind, die mit einer relativ hohen Spannung Vdd2, z.B. 9 bis 21 V, arbeiten. Jede Abwärtswandler-Leistungsstufe 123/125/127 wird durch eine entsprechende Treiberstufe 133/135/137 unter der Steuerung der Steuereinheit 100 angesteuert. Die Abwärtswandler-Leistungsstufen 123, 125, 127 können in irgendeinem CCM- oder DCM-Modus durch entsprechendes Ansteuern der jeweiligen Gate-Eingangssignale GHn/GLn für die entsprechende Leistungsstufe betrieben werden.
  • Der zweite Typ von Leistungsstufe umfasst die Leistungsstufe 132, die der leistungsarmen Hilfsphase 130 zugeordnet ist. Die Hilfsphasen-Leistungsstufe 132 weist eine niedrigere Eingangsspannung Vdd1, z.B. 3,3 bis 5 V, als die Hauptleistungsstufen 123, 125, 127 auf. Die Hilfsphasen-Leistungsstufe 132 minimiert Leistungsverluste unter Schwachlastbedingungen. In einer Ausführungsform umfasst die Hilfsphasen-Leistungsstufe 132 einen Hochseiten-FET (Feldeffekttransistor) HSAP, der mit der niedrigeren Versorgungsspannung Vdd1 gekoppelt ist, und einen Niederseiten-FET LSAP, der mit Masse oder einem anderen niedrigen Potential gekoppelt ist.
  • Die in der Hilfsphasen-Leistungsstufe 132 enthaltenen FETs sind FETs mit niedrigerer Spannung, die eine kleinere physikalische Fläche belegen als die FETs HSn/LSn mit höherer Spannung, die in den Leistungsstufen 123, 125, 127 enthalten sind, die den Hauptphasen 122, 124, 126 des Mehrphasen-Abwärtswandlers 120 zugeordnet sind. Die Hilfsphasen-FETs HSAP/LSAP weisen auch eine höhere Gütezahl mit niedrigem RDSon (Drain-Source-Einschaltwiderstand), niedriger Qg (Gatekapazität) und niedriger Qd (Drain-Kapazität) auf, was zu niedrigen Leit- und Schaltverlusten und zu höherer Effizienz führt. Außerdem verbraucht der mit dem Ausgang der Hilfsphase 130 gekoppelte Induktor LAP weniger physikalische Fläche als die Induktoren LMPn, die mit dem Ausgang der Abwärtswandler-Hauptphasen 122, 124, 126 gekoppelt sind, da LAP einen signifikant kleineren Sättigungsstromwert z.B. in der Größenordnung von 10-Mal kleiner aufweist. Der Hilfsphaseninduktor LAP weist auch eine höhere Induktivität als die Induktoren LMPn der Abwärtswandler-Hauptphasen 122, 124, 126 auf. Die Hauptphaseninduktoren LMPn können beispielsweise im pH-Bereich liegen und der Hilfsphaseninduktor LAP kann im nH-Bereich liegen. In einer Ausführungsform sind die Steuereinheit 110 und die Hilfsphasen-Leistungsstufe 132 auf demselben Chip integriert und mit derselben Leistungsversorgungsspannung (z.B. Vdd1) gekoppelt. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Steuereinheitsleistungsversorgung verwendet, um niedrigeres dI/dt zu erzeugen und die Verwendung eines physikalisch kleineren Induktors LAP mit niedrigerem Wert am Ausgang der Hilfsphase 130 im Vergleich zu den Induktoren LMPn der Abwärtswandler-Hauptphasen 122, 124, 126 zu ermöglichen.
  • Während des Betriebs kann der Mehrphasen-Abwärtswandler 120 in verschiedenen Modi betrieben werden. Während maximaler oder vorübergehender Lastbedingungen können alle Hauptphasen 122, 124, 126 des Mehrphasenwandlers 120 im CCM-Modus betrieben werden, um effizient volle Leistung zur elektronischen Vorrichtung durch entsprechendes Steuern der entsprechenden Gateeingänge GHn/GLn zuzuführen. Wenn die Lastleistung abnimmt, können die Hauptphasen nacheinander deaktiviert oder sonst parallel deaktiviert werden, bis nur eine einzelne Hauptphase des Mehrphasen-Abwärtswandlers 120 aktiv ist und im CCM-Modus arbeitet, z.B. die dritte Hauptphase 126, die in 1 gezeigt ist. Eine weitere Verringerung der Lastbedingung kann bewirken, dass die Steuereinheit 110 die einzelne aktive Hauptphase 126 vom CCM- auf den PFM-Modus (DCM) überführt. Die Hilfsphase 130 ist während der Schwachlastbedingungen auch aktiv und führt eine begrenzte Menge an Strom zur Last im PFM-Modus zu. Wenn die Hilfsphase 130 in der Lage ist, den gesamten Ausgangsstrom zur Last zuzuführen, können alle Hauptphasen 122, 124, 126 des Mehrphasen-Abwärtswandlers 120 deaktiviert werden, um die Effizienz des Schaltreglers 100 weiter zu erhöhen. Die Schwellenwerte, die verwendet werden, um die verschiedenen Phasen des Mehrphasen-Abwärtswandlers 120 und die Hilfsphase 130 zu aktivieren/deaktivieren, können auf der erfassten Lastspannung oder dem erfassten Laststrom basieren. In jedem Fall wird die Hilfsphase 130 im PFM-Modus betrieben.
  • 2 stellt ein Zustandsdiagramm dar, das die verschiedenen Betriebszustände der leistungsarmen Hilfsphase 130 im PFM-Modus darstellt. PFM ist ein Steuerverfahren zum Stabilisieren einer Ausgangsspannung durch Modulieren der Schaltimpulsausgangsfrequenz, während die Impulsbreite relativ konstant gehalten wird, wie in 3 gezeigt. Ein neuer PFM-Impuls wird für die Hilfsphase 130 eingeleitet, wenn die Ausgangsspannung (oder der Ausgangsstrom), die an die Last angelegt wird, unter eine vordefinierte Schwellenspannung (oder einen vordefinierten Schwellenstrom) fällt. Für jeden neuen erzeugten PFM-Impuls wird im ersten Zustand 200 der Hochseiten-Schalter HSAP der Hilfsphase 130 zuerst eingeschaltet und der Niederseiten-Schalter LSAP bleibt für eine Zeitdauer t(HS) ausgeschaltet. Im zweiten Zustand 210 wird der Hochseiten-Schalter HSAP ausgeschaltet und der Niederseiten-Schalter LSAP wird für eine zweite Zeitdauer t(LS) eingeschaltet. Beide Schalter HSAP und LSAP werden im dritten Zustand 220 ausgeschaltet, so dass die Hilfsphase 130 in einen HiZ-Impedanzausgangszustand für eine dritte Zeitdauer t(HiZ) eintritt. Eine solche PFM-Steuerung verursacht, dass der Strom im Hilfsphaseninduktor LAP von null auf einen Maximalwert (iMAX) ansteigt, dann zurück auf null abfällt und bei null bleibt, bis ein neuer PFM-Impuls erzeugt wird.
  • Eine große Ausgangskapazität und ein niedriger Induktorstrom (ILAP) für die Hilfsphase 130 begrenzen die Ausgangsspannungswelligkeit, wie in 3 gezeigt. So genannte "tote Zonen" treten auf, wenn der Schaltregler 100 die Last nicht mit einer Versorgungsspannung koppelt (d.h. wenn der HS-Schalter ausgeschaltet ist und der LS-Schalter eingeschaltet ist). Solche tote Zonen entstehen, wenn ein PFM-Impuls eine Welligkeit in der Ausgangsspannung (Vout) verursacht, die über dem vordefinierten Schwellenwert für das Erzeugen eines neuen PFM-Impulses liegt. Die Welligkeit klingt anschließend auf den Schwellenwert ab, der dann das Auftreten eines neuen PFM-Impulses auslöst, d.h. so genannte "Talsteuerung". Die Hilfsphase 130 kann für einen maximalen Spitzenstrom (iMAX) und maximale Effizienz im PFM-Modus ausgelegt sein, um die Ausgangsspannungswelligkeit zu begrenzen. In einer Ausführungsform ist die Menge an Zeit t(HS), die der Hochseiten-Schalter HSAP eingeschaltet ist (und der Niederseiten-Schalter LSAP ausgeschaltet ist), nach einem PFM-Impuls gegeben durch:
    Figure 00150001
    wobei LAP die Induktivität des Induktors ist, der mit dem Ausgang der Hilfsphase 130 gekoppelt ist, Vin die Hilfsphasen-Eingangsspannung (z.B. Vdd1 in 1) ist und Vout die Hilfsphasen-Ausgangsspannung ist, die an die Last angelegt wird.
  • Die Menge an Zeit t(LS), die der Niederseiten-Schalter LSAP eingeschaltet ist, nachdem der Hochseiten-Schalter HSAP ausgeschaltet ist, wird berechnet, wie gegeben durch:
    Figure 00150002
  • Die Menge an Zeit t(HiZ), die die Hochseiten- und Niederseiten-Schalter LSAP und HSAP im HiZ-Impedanzzustand bleiben, bevor dem Hochseiten-Schalter HSAP ermöglicht wird, in Reaktion auf einen neuen PFM-Impuls wieder einzuschalten, wird bestimmt, indem das Spannungswelligkeitstal gleich der Schwellenspannung (Vthresh) gesetzt wird und der Ausgang so reguliert wird, dass der Ausgangsstrom (iout) der Hilfsphase 130 gleich dem Laststrom (iload) ist, wie gegeben durch:
    Figure 00150003
  • Ein neuer PFM-Impuls wird erzeugt, wenn Vout unter Vthresh fällt. Der Hochseiten-Schalter HSAP geht jedoch nicht vom HiZ-Impedanzzustand 220 in den Ein-Zustand 200 über, bis eine minimale Zeitdauer THIZ_min erfüllt ist, wobei beide Schalter HSAP und LSAP ungeachtet dessen, ob ein neuer PFM-Impuls erzeugt wurde, im HiZ-Zustand bleiben. Dies stellt einen korrekten PFM-Betrieb der Hilfsphase 130 sicher.
  • Die Einschaltzeit t(HS) und die Ausschaltzeit t(LS) der Hilfsphase 130 können auf der Basis der Eingangs- und Ausgangsspannungen und des Hilfsphasen-Induktivitätswerts berechnet werden, wie durch die Gleichungen (1–3) gegeben, so dass der maximale Spitzenstrom (iMAX) im Induktor LAP fest ist. Das Setzen der Schwellenspannung (oder des Schwellenstroms) der Hilfsphase 130 geringfügig höher als jene des Mehrphasen-Abwärtswandlers 120 stellt sicher, dass die Hilfsphase 130 den Ausgangsstrom der elektronischen Vorrichtung bei ausreichend niedrigen Lastwerten vollständig unterstützt. Der Mehrphasenwandler 120 kann bei solchen niedrigen Lastwerten deaktiviert werden, um die Reglereffizienz weiter zu erhöhen, die unter diesen Bedingungen nur von der Hilfsphase 130 abhängt. Alternativ kann eine oder können mehrere Hauptphasen 122, 124, 126 des Mehrphasenwandlers 120 unter Schwachlastbedingungen aktiv bleiben.
  • 4 stellt eine Ausführungsform der leistungsarmen Hilfsphase 130 dar. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Hilfsphase 130 eine Treiberstufe 140, die entsprechende Treiber 142, 144 zum Ansteuern der Hochseiten- und Niederseiten-Schalter HSAP und LSAP der Hilfsphasen-Leistungsstufe 132 aufweist. Die Hilfsphase 130 umfasst auch einen Komparator 150 und eine PFM-Steuereinheit 160, die den PFM-Betrieb der Hilfsphase 130 steuert. Der Komparator 150 und/oder die PFM-Steuereinheit 160 können auf demselben Chip integriert sein wie die Hauptsteuereinheit 110 des Schaltreglers 100 oder können auf einem oder mehreren separaten Chips vorgesehen sein.
  • Der Komparator 150 stellt fest, ob die erfasste Ausgangsspannung (Vsen) unter den vordefinierten Schwellenwert (Vthresh) fällt, und wenn ja, erzeugt er einen PFM-Steuerimpuls an seinem Ausgang. Die PFM-Steuereinheit 160 umfasst eine Zustandsmaschine 162, die das Zustandsdiagramm von 2 in Reaktion auf einen neuen PFM-Steuerimpuls implementiert, der am Ausgang des Komparators 150 erzeugt wird. Die PFM-Steuereinheit 160 umfasst auch einen Zähler 164 zum Sicherstellen, dass die Zeitdauer t(HS) für den ersten Zustand 200, die Zeitdauer t(LS) für den zweiten Zustand 210 und die Zeitdauer t(HiZ) für den dritten Zustand 220 in 2 korrekt eingehalten werden. Die PFM-Steuereinheit 160 umfasst ferner eine Überwachungsvorrichtung 166 zum Feststellen, ob die Ausgabe (Vsen) der Hilfsphase 130 im PFM-Modus ein spezielles Lastkriterium über ein vordefiniertes Intervall verletzt, und wenn ja, ein Signal (Überwachung) erzeugt, das angibt, dass eine oder mehrere vorher deaktivierte der Hauptphasen 122, 124, 126 des Mehrphasen-Abwärtswandlers 120 aktiviert werden sollen, um die Hilfsphase 130 zu unterstützen. Das heißt, die Überwachungsvorrichtung 166 stellt fest, ob die Hilfsphase 130 im PFM-Modus den Laststrom über ein gewisses Intervall aufrechterhalten kann. In einer Ausführungsform überwacht die Überwachungsvorrichtung 166 die Zeitdauer t(HiZ), die angibt, wie lange die Hochseiten- und Niederseiten-Schalter HSAP und LSAP im HiZ-Zustand 220 bleiben sollen, und stellt fest, ob die minimale Zeitdauer THIZ_min erfüllt ist, bevor dem Hochseiten-Schalter HSAP ermöglicht wird, in den Ein-Zustand 200 einzutreten, ungeachtet dessen, ob ein neuer PFM-Impuls erzeugt wurde.
  • Die verschiedenen Parameter, die dem Betrieb der Hilfsphase 130 zugeordnet sind, wie z. B. Vthresh, t(HS), t(LS), t(HiZ), THIZ_min usw., können programmierbar sein, z.B. durch die Hauptsteuereinheit 110 des Schaltreglers 100 oder eine andere Vorrichtung wie z.B. einen Prozessor, wie durch den CONFIG-Eingang in die PFM-Steuereinheit 160 angegeben. Die PFM-Steuereinheit 160 kann auch durch irgendeine andere Vorrichtung, z.B. die Lastvorrichtung, angewiesen werden, wenn die Hilfsphase 130 aktiv sein sollte. Prozessoren weisen beispielsweise typischerweise den Regler 100 hinsichtlich verschiedener Leistungsmodi des Prozessors an. Der Regler 100 reagiert durch Einstellen des Ausgangsleistungspegels dementsprechend, wie vorher hier beschrieben. An sich kann die Hilfsphase 130 im PFM-Modus in Reaktion auf eine Eingabe, die von einer anderen Vorrichtung wie z.B. einem Prozessor empfangen wird, ungeachtet der aktuellen Lastbedingungen aktiviert und/oder deaktiviert werden.
  • In einer Ausführungsform weist die PFM-Steuereinheit 160 oder die Hauptsteuereinheit 110 des Schaltreglers 100 einen Leistungszustandsmanager 170 auf, der den vorliegenden Betriebszustand der Hilfsphase 130 bestimmt. Dies kann in Reaktion auf das Signal (Überwachung), das von der Überwachungsvorrichtung 166 der PFM-Steuereinheit 160 ausgegeben wird, oder auf der Basis eines externen Leistungssteuerbefehls (PS), der durch den Leistungszustandsmanager 170 z.B. von einem Prozessor empfangen wird, bestimmt werden. In Reaktion sendet der Leistungszustandsmanager 170 Modusinformationen (Modus) zur PFM-Steuereinheit 160, die den Betriebsmodus der Hilfsphase 130 bestimmen, wie vorher hier beschrieben. Die PFM-Steuereinheit 160 oder die Hauptsteuereinheit 110 des Schaltreglers 100 kann auch ein Fehlersteuerprogramm 172 zum Handhaben von Reglerfehlern und/oder eine Telemetrieeinheit 174 für die Fernmessung und Meldung von Informationen über den Schaltregler 100 aufweisen. Die Konfigurationsinformationen (CONFIG), die von der PFM-Steuereinheit 160 verwendet werden, können in einem Speicher 180 gespeichert werden, der im Schaltregler 100 enthalten ist oder zu diesem gehört.
  • 5 stellt die Ausgangsspannung des Schaltreglers 100 und die Phasenströme des Mehrphasen-Abwärtswandlers 120 und der Hilfsphase 130 gemäß einer Ausführungsform dar. 5 umfasst einen oberen Graphen, der mit "Ausgangsspannung" bezeichnet ist, der die Ausgangsspannung des Schaltreglers 100 zeigt, und einen unteren Graphen, der mit "Phasenströme" bezeichnet ist, der den Ausgangsstrom I(P1) von einer Hauptphase des Abwärtswandlers 120 und den Ausgangsstrom I(Aux) der Hilfsphase 130 unter verschiedenen Lastbedingungen zeigt. Gemäß dieser Ausführungsform werden alle Phasen 122, 124, 126 des Mehrphasen-Abwärtswandlers 120 während einer maximalen Lastbedingung im PWM-CCM betrieben. Dieser Betriebsmodus entspricht dem ganz linken Bereich, der mit "PWM" bezeichnet ist, im oberen Graphen von 5, und dem mit "L1" bezeichneten Bereich im unteren Graphen von 5. Die Hilfsphase 130 kann in diesem Zustand aktiv sein oder deaktiviert sein, wie im Bereich "L1" des unteren Graphen von 5 gezeigt.
  • In Reaktion auf eine Verringerung des Laststroms werden verschiedene der Abwärtswandler-Hauptphasen 122, 124, 126 deaktiviert, bis eine einzelne der Hauptphasen 122/124/126 aktiv bleibt. Der abnehmende Laststrom ist durch einen Abfall in I(P1) vom Bereich "L1" zum Bereich "L2" im unteren Graphen von 5 dargestellt. Die Hilfsphase ist im PFM-Modus im Bereich "L2" auch aktiv, wie durch die Spitzen in I(AuX) angegeben. Wenn der Laststrom niedrig genug wird, arbeitet die restliche einzelne aktive Phase des Abwärtswandlers 120 im PFM-DCM anstatt im PWM-CCM. Unter der Schwachlastbedingung, die durch den Bereich "L2" im unteren Graphen von 5 dargestellt ist, liefern die einzelne Hauptphase des Mehrphasen-Abwärtswandlers 120 und die Hilfsphase 130 beide Strom zur Last im PFM-Modus. Dieser Betriebsmodus entspricht dem mit "PFM" bezeichneten Bereich im oberen Graphen von 5.
  • In Reaktion auf eine weitere Abnahme der Lastbedingung, wie durch den mit "L3" bezeichneten Bereich im unteren Graphen von 5 angegeben, sind die jeweiligen PFM-Impulse, die an die einzelne aktive Hauptphase des Abwärtswandlers 120 und an die Hilfsphase 130 angelegt werden, weiter beabstandet, um dem abnehmenden Laststrom Rechnung zu tragen. Im Allgemeinen wird ein PFM-Impuls an die Hilfsphase 130 in Reaktion darauf, dass der Laststrom oder die Lastspannung unter einen vordefinierten Schwellenwert fällt, angelegt, wie vorher hier beschrieben. Der Schwellenwert, bei dem ein neuer PFM-Impuls für die Hilfsphase 130 erzeugt wird, ist höher als der Schwellenwert, der erforderlich ist, um einen neuen PFM-Impuls für die restliche aktive Hauptphase des Abwärtswandlers 120 zu erzeugen, was einen nahtlosen Übergang zwischen verschiedenen Lastbedingungen sicherstellt.
  • Der Laststrom kann auf einen solchen niedrigen Wert abnehmen, dass nur die Hilfsphase 130 aktiv bleibt, um den Laststrom zuzuführen, wie durch die mit "L4" bis "L6" bezeichneten Bereiche im unteren Graphen von 5 angegeben. Unter solchen Schwachlastbedingungen kann die letzte restliche aktive Hauptphase des Abwärtswandlers 120 deaktiviert werden, was im unteren Graphen von 5 durch I(P1) gleich null in den Bereichen "L4" bis "L6" dargestellt ist. Die an die Hilfsphase 130 angelegten PFM-Impulse sind während dieser Schwachlastbedingungen noch weiter beabstandet, was einen entsprechenden weiteren Abstand in den Stromimpulsen von I(Aux) verursacht. Jeder anschließende PFM-Impuls wird erzeugt, wenn die Ausgangsspannung, wie im oberen Graphen von 5 gezeigt, unter den Schwellenwert fällt, wie vorher hier beschrieben. Die Hilfsphase 130 kann deaktiviert werden, wenn der Laststrom für eine ausreichende Zeitdauer auf null fällt, z.B. wenn die Ausgangsspannung während einer Schwachlastbedingung nicht unter den Schwellenwert fällt.
  • Der Laststrom nimmt schließlich aufgrund einer gewissen Aktivität an der Last zu, wie durch den mit "L7" bezeichneten Bereich im unteren Graphen von 5 angegeben. Dies verursacht wiederum, dass eine oder mehrere der Abwärtswandler-Hauptphasen 122, 124, 126 z.B. im PWM-Modus reaktiviert werden, wie durch den ganz rechten Bereich im oberen Graphen von 5 angegeben. Der untere Graph von 5 zeigt, dass die Hilfsphase 130 in diesem PFM-Abwärtswandlermodus betriebsfähig (aktiv) bleiben kann, was nur eine kleine Menge an Strom zum gesamten Laststrom beisteuert. Wahlweise kann die Hilfsphase 130 deaktiviert werden, wenn die Last nicht unter einer Schwachlastbedingung arbeitet. In einer Ausführungsform wird die Hilfsphase 130 in Reaktion auf einen Befehl von der elektronischen Vorrichtung wie z. B. einem Prozessor deaktiviert, der angibt, dass die Hilfsphase 130 deaktiviert werden soll. In einer anderen Ausführungsform wird die Hilfsphase 130 in Reaktion auf eine Erhöhung der Lastbedingung deaktiviert, wie durch den Übergang vom Bereich "L6" auf "L7" im unteren Graphen von 5 dargestellt.
  • Begriffe wie z. B. "erster", "zweiter" und dergleichen werden verwendet, um verschiedene Elemente, Bereiche, Abschnitte usw. zu beschreiben, und sind auch nicht als Begrenzung vorgesehen. Gleiche Begriffe beziehen sich in der ganzen Beschreibung auf gleiche Elemente.
  • Wie hier verwendet, sind die Begriffe "mit", "enthaltend", "einschließlich", "umfassend" und dergleichen offene Begriffe, die die Anwesenheit von angegebenen Elementen oder Merkmalen angeben, aber keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale ausschließen. Die Artikel "ein", "eine" und "das" sollen den Plural sowie den Singular umfassen, wenn der Zusammenhang nicht deutlich anderes angibt.
  • Selbstverständlich können die Merkmale der hier beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, wenn nicht spezifisch anders angegeben.
  • Obwohl hier spezifische Ausführungsformen erläutert und beschrieben wurden, wird vom Fachmann auf dem Gebiet erkannt, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen gegen eine Vielfalt von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen ausgetauscht werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier erörterten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher ist vorgesehen, dass diese Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims (29)

  1. Schaltregler (100), der Folgendes aufweist: • einen Mehrphasen-Abwärtswandler (120) mit mehreren Hauptphasen (122, 124, 126), die dazu eingerichtet sind, eine Leistungsversorgungsspannung (Vdd2) in eine niedrigere Spannung für das Anlegen an eine elektronische Vorrichtung unter verschiedenen Lastbedingungen umzuwandeln; und • eine Hilfsphase (130), die dazu eingerichtet ist, in einem Impulsfrequenzmodulationsmodus während einer Schwachlastbedingung zu arbeiten, so dass Leistung zur elektronischen Vorrichtung durch mindestens die Hilfsphase (130) während der Schwachlastbedingung zugeführt wird.
  2. Schaltregler (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Hilfsphase (130) und die mehreren Hauptphasen (122, 124, 126) des Mehrphasen-Abwärtswandlers (120) Feldeffekttransistoren mit jeweils einer Gateansteuerspannung und einer Gate-Kapazität aufweisen und wobei die Hilfsphase (130) eine niedrigere Gateansteuerspannung und eine niedrigere Gate-Kapazität aufweist als die mehreren Hauptphasen (122, 124, 126) des Mehrphasen-Abwärtswandlers (120).
  3. Schaltregler (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Hilfsphase (130) und jede der mehreren Hauptphasen (122, 124, 126) des Mehrphasen-Abwärtswandlers (120) einen Ausgang aufweisen, der mit einem Induktor gekoppelt ist, und wobei der mit dem Ausgang der Hilfsphase (130) gekoppelte Induktor eine größere Induktivität und einen niedrigeren Sättigungsstrom aufweist als die mit dem Ausgang der Hauptphasen (122, 124, 126) gekoppelten Induktoren.
  4. Schaltregler (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner eine Steuereinheit (110) aufweist, die betriebsfähig ist, um den Mehrphasen-Abwärtswandler (120) und die Hilfsphase (130) zu steuern, wobei die Steuereinheit (110) mit einer Leistungsversorgungsspannung (Vdd1) gekoppelt ist, die niedriger ist als die Leistungsversorgungsspannung (Vdd2), die mit den mehreren Hauptphasen (122, 124, 126) des Mehrphasen-Abwärtswandlers (120) gekoppelt ist, und die Hilfsphase (130) mit derselben Leistungsversorgungsspannung (Vdd1) wie die Steuereinheit (110) gekoppelt ist.
  5. Schaltregler (100) gemäß Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (110) und die Hilfsphase (130) auf demselben Chip integriert sind.
  6. Schaltregler (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei während der Schwachlastbedingung eine einzelne Hauptphase (122, 124, 126) des Mehrphasen-Abwärtswandlers (120) in einem Dauerstrommodus oder einem diskontinuierlichen Strommodus aktiviert wird und die anderen Hauptphasen (122, 124, 126) deaktiviert werden.
  7. Schaltregler (100) gemäß Anspruch 6, wobei die einzelne Hauptphase (122, 124, 126) des Mehrphasen-Abwärtswandlers (120) dazu eingerichtet ist, in Reaktion auf eine Verringerung der Lastbedingung vom Dauerstrommodus auf den diskontinuierlichen Strommodus überzugehen, und die Hilfsphase (130) im Impulsfrequenzmodulationsmodus betriebsfähig bleibt.
  8. Schaltregler (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Hilfsphase (130) so eingerichtet ist, dass sie in Reaktion auf einen Befehl von der elektronischen Vorrichtung deaktiviert wird, der angibt, dass die Hilfsphase (130) deaktiviert werden soll.
  9. Schaltregler (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Hilfsphase (130) so eingerichtet ist, dass sie in Reaktion auf eine Erhöhung der Lastbedingung deaktiviert wird.
  10. Schaltregler (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Hilfsphase (130) dazu eingerichtet ist, im Impulsfrequenzmodulationsmodus ungeachtet dessen, wie viele Hauptphasen (122, 124, 126) des Mehrphasen-Abwärtswandlers (120) aktiviert sind, betriebsfähig zu bleiben.
  11. Schaltregler (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei Impulsfrequenzmodulationsimpulse an die Hilfsphase (130) in Reaktion darauf, dass der Laststrom oder die Lastspannung unter einen Schwellenwert fällt, angelegt werden.
  12. Schaltregler (100) gemäß Anspruch 11, wobei die Impulsfrequenzmodulationsimpulse für eine erste Zeitdauer eingeschaltet sind und für eine zweite Zeitdauer ausgeschaltet sind, so dass ein Strom in einem Induktor, der mit dem Ausgang der Hilfsphase (130) gekoppelt ist, bis zum Ende der zweiten Zeitdauer null erreicht.
  13. Schaltregler (100) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei Impulsfrequenzmodulationsimpulse an nur eine einzelne Hauptphase (122, 124, 126) des Mehrphasen-Abwärtswandlers (120) in Reaktion darauf, dass der Laststrom oder die Lastspannung unter den Schwellenwert fällt, angelegt werden, und wobei der Schwellenwert, bei dem die Impulsfrequenzmodulationsimpulse an die Hilfsphase (130) angelegt werden, höher ist als der Schwellenwert, bei dem die Impulsfrequenzmodulationsimpulse an die einzelne Hauptphase (122, 124, 126) des Mehrphasen-Abwärtswandlers (120) angelegt werden.
  14. Schaltregler (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Hilfsphase (130) einen Hochseiten-Schalter (HSAP) und einen Niederseiten-Schalter (LSAP) aufweist und wobei beide Schalter (HSAP, SAP) so konfiguriert sind, dass sie in einem Aus-Zustand mit hoher Impedanz bleiben, nachdem der Laststrom oder die Lastspannung unter den entsprechenden Schwellenwert fällt, bis zumindest ein Strom in einem Induktor, der mit dem Ausgang der Hilfsphase (130) gekoppelt ist, null erreicht, bevor der Hochseiten-Schalter (HSAP) eingeschaltet wird.
  15. Schaltregler (100) gemäß Anspruch 14, wobei die Schwellenwerte Spannungsschwellenwerte sind.
  16. Schaltregler (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, der ferner eine Überwachungsvorrichtung aufweist, die betriebsfähig ist, um festzustellen, ob die Ausgabe der Hilfsphase (130) im Impulsfrequenzmodulationsmodus ein Lastkriterium über ein vordefiniertes Intervall verletzt, und wenn ja, ein Signal zu erzeugen, das angibt, dass eine oder mehrere vorher deaktivierte der Hauptphasen (122, 124, 126) des Mehrphasen-Abwärtswandlers (120) aktiviert werden sollen.
  17. Leistungsversorgungsschaltung, die Folgendes aufweist: • einen Mehrphasenwandler (120) mit mehreren Hauptphasen (122, 124, 126), die mit einer ersten Leistungsversorgungsspannung (Vdd2) gekoppelt sind und dazu eingerichtet sind, die erste Leistungsversorgungsspannung (Vdd2) in eine niedrigere Spannung zum Anlegen an eine elektronische Vorrichtung unter verschiedenen Lastbedingungen umzuwandeln; • eine Hilfsphase (130), die mit einer zweiten Leistungsversorgungsspannung (Vdd1) gekoppelt ist, die niedriger ist als die erste Leistungsversorgungsspannung (Vdd2), und dazu eingerichtet ist, während einer Schwachlastbedingung zu arbeiten, so dass Leistung zur elektronischen Vorrichtung durch mindestens die Hilfsphase (130) während der Schwachlastbedingung zugeführt wird; und • eine Steuereinheit (110), die betriebsfähig ist, um den Betrieb des Mehrphasenwandlers (120) und der Hilfsphase (130) zu steuern, wobei die Steuereinheit (110) und die Hilfsphase (130) auf demselben Chip integriert sind.
  18. Leistungsversorgungsschaltung gemäß Anspruch 17, wobei die Hilfsphase (130) dazu eingerichtet ist, während der Schwachlastbedingung in einem Impulsfrequenzmodulationsmodus zu arbeiten.
  19. Leistungsversorgungsschaltung gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei die Hilfsphase (130) und die Steuereinheit (110) mit derselben Leistungsversorgungsspannung (Vdd1) gekoppelt sind.
  20. Verfahren zum Betreiben eines Schaltreglers (100), das Folgendes aufweist: • Steuern von mehreren Hauptphasen (122, 124, 126) eines Mehrphasenwandlers (120), so dass eine Leistungsversorgungsspannung (Vdd2), die an die mehreren Hauptphasen (122, 124, 126) angelegt wird, in eine niedrigere Spannung zum Anlegen an eine elektronische Vorrichtung unter verschiedenen Lastbedingungen umgewandelt wird; und • Betreiben einer Hilfsphase (130) in einem Impulsfrequenzmodulationsmodus während einer Schwachlastbedingung, so dass Leistung zur elektronischen Vorrichtung durch mindestens die Hilfsphase (130) während der Schwachlastbedingung zugeführt wird.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 20, das das Aktivieren einer einzelnen Hauptphase (122, 124, 126) des Mehrphasenwandlers (120) in einem Dauerstrommodus oder einem diskontinuierlichen Strommodus und das Deaktivieren der anderen Hauptphasen (122, 124, 126) während der Schwachlastbedingung aufweist.
  22. Verfahren gemäß Anspruch 21, das das Umschalten der einzelnen Hauptphase (122, 124, 126) des Mehrphasenwandlers (120) vom Dauerstrommodus auf den diskontinuierlichen Strommodus in Reaktion auf eine Verringerung der Lastbedingung aufweist, während die Hilfsphase (130) im Impulsfrequenzmodulationsmodus gehalten wird.
  23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, das das Deaktivieren der Hilfsphase (130) in Reaktion auf einen Befehl von der elektronischen Vorrichtung, der angibt, dass die Hilfsphase (130) deaktiviert werden soll, aufweist.
  24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23, das das Deaktivieren der Hilfsphase (130) in Reaktion auf eine Erhöhung der Lastbedingung aufweist.
  25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, das das Halten der Hilfsphase (130) im Impulsfrequenzmodulationsmodus ungeachtet dessen, wie viele Hauptphasen (122, 124, 126) des Mehrphasenwandlers (120) aktiviert sind, aufweist.
  26. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 25, das das Anlegen von Impulsfrequenzmodulationsimpulsen an die Hilfsphase (130) in Reaktion darauf, dass der Laststrom oder die Lastspannung unter einen Schwellenwert fällt, aufweist.
  27. Verfahren gemäß Anspruch 26, das das Anlegen von Impulsfrequenzmodulationsimpulsen an nur eine einzelne Hauptphase (122, 124, 126) des Mehrphasen-Abwärtswandlers (120) in Reaktion darauf, dass der Laststrom oder die Lastspannung unter den Schwellenwert fällt, aufweist, und wobei der Schwellenwert, bei dem die Impulsfrequenzmodulationsimpulse an die Hilfsphase (130) angelegt werden, höher ist als der Schwellenwert, bei dem die Impulsfrequenzmodulationsimpulse an die einzelne Hauptphase (122, 124, 126) des Mehrphasen-Abwärtswandlers (120) angelegt werden.
  28. Verfahren gemäß Anspruch 26 oder 27, das das Halten eines Hochseiten-Schalters (HSAP) und eines Niederseiten-Schalters (LSAP) der Hilfsphase (130) in einem Aus-Zustand mit hoher Impedanz, nachdem der Laststrom oder die Lastspannung unter den Schwellenwert fällt, aufweist, bis zumindest ein Strom in einem Induktor, der mit dem Ausgang der Hilfsphase (130) gekoppelt ist, null erreicht, bevor der Hochseiten-Schalter (HSAP) eingeschaltet wird.
  29. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 28, das ferner das Feststellen, ob die Ausgabe der Hilfsphase (130) im Impulsfrequenzmodulationsmodus ein Lastkriterium über ein vordefiniertes Intervall verletzt, und wenn ja, das Aktivieren von einer oder mehreren vorher deaktivierten der Hauptphasen (122, 124, 126) des Mehrphasenwandlers (120) aufweist.
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