DE102013219807A1 - Mehrstufen-Energieversorgung mit schneller transienter Antwort - Google Patents

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Abstract

Ausführungsformen sind offenbart, welche ein elektrische-Energie-Konversions-Gerät und Verfahren zum Steuern des Betriebs davon betreffen. Eine offenbarte Ausführungsform stellt ein Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät bereit, welches eine erste Regulator-Stufe, welche ein erstes Stufe-Energie-Speichergerät umfasst, und eine zweite Regulator-Stufe umfasst, welche ein zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät umfasst, wobei das zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät operativ zwischen dem erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und der Last gekoppelt ist. Das Gerät umfasst ferner einen Steuermechanismus, welcher operativ ist, um (i) eine erste-Stufe-Ausgabe-Spannung auf einem Knoten zwischen dem erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät zu steuern und (ii) eine zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung auf einem Knoten zwischen dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und der Last zu steuern.

Description

  • HINTERGRUND
  • Energieversorgungen spielen eine wichtige Rolle in der Performance von Mikroprozessoren und anderen elektronischen Geräten. Energieversorgungen müssen eine geeignete Menge von Strom und Spannung über einen Bereich von Betriebsbedingungen bereitstellen. Strom und Spannung müssen in einer effizienten und stabilen Weise in einem stabilen Zustand zugeführt werden und, wenn sich Bedingungen ändern, muss die Energieversorgung schnell auf transiente Bedürfnisse (demands) antworten, wie etwa eine Erhöhung oder Erniedrigung in der Menge von Strom, welcher von einer Last gezogen wird. Wenn Komponenten „online” kommen, können z. B. Strom-Bedürfnisse dramatisch ansteigen und ein Bedarf wird wiederum signifikant abnehmen, wenn Komponenten „offline” gehen. Eine Grafik-Verarbeitungs-Einheit („GPU”) kann z. B. die meiste Zeit eine kleine Menge von Strom benutzen, kann jedoch auch eine substantielle Erhöhung im Strom erfordern, wenn ein neuer Frame bzw. Bild erzeugt ist und die geeigneten Komponenten in Betrieb gebracht werden. Wenn solch ein Bedarf auftritt und genügende Energie nicht verfügbar ist, kann die Spannung, welche an die Komponenten bereitgestellt ist, unterhalb einer kritischen Spannung abfallen, so dass möglicherweise eine ungewünschte Operation bewirkt ist. Als solche können typische elektrische-Energie-Konversions-Geräte (z. B. Spannungs-Regulatoren) ein oder mehr Energie-Speichergeräte benutzen, wie etwa Kondensatoren und Induktoren, um sicherzustellen, dass genügend Energie verfügbar ist, um den gewünschten Strom bereitzustellen. Wenn sich die Speichergeräte jedoch in der Größe erhöhen, ist die Fähigkeit, schnell zu antworten, proportional vermindert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 illustriert schematisch ein typisches elektrische-Energie-Konversions-Gerät.
  • 2 illustriert schematisch ein Beispiel eines elektrische-Energie-Konversions-Gerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 3 illustriert schematisch ein Beispiel-elektronisches-Gerät, welches ein elektrische-Energie-Konversions-Gerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst.
  • 4 illustriert einen Prozessfluss, welcher ein Beispiel-Verfahren zum Betreiben eines elektrische-Energie-Konversions-Gerätes zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Schaltungen und andere elektronische Geräte können konfiguriert sein, elektrische Energie von einer oder mehreren elektrischen Energie-Versorgungen zu erhalten. Zum Beispiel können mobile Rechengeräte konfiguriert sein, elektrische Energie von einer Batterie und/oder von einem Hauptenergie-System (main power system) (d. h. „Leitungsenergie”) zu erhalten, während andere Geräte konfiguriert sein können, elektrische Energie von einer oder mehreren anderen Quellen (z. B. Generator, Solarpanele, etc.) zu erhalten. Unabhängig von der Quelle der elektrischen Energie wird die elektrische Energie typischerweise bei einer bestimmten Spannung und Frequenz geliefert und wird typischerweise entweder als Wechselstrom „AC” oder Gleichstrom „DC” geliefert. Eine oder mehrere Komponenten eines gegebenen elektronischen Geräts brauchen jedoch nicht konfiguriert zu sein, direkt die bereitgestellte elektrische Energie zu benutzen. Obwohl z. B. Hauptnetz-Elektrizität (main electricity) in den Vereinigten Staaten typischerweise als 120 V von Wechselstrom bei 60 Hz geliefert wird, kann ein bestimmtes elektrisches Gerät konfiguriert sein, 12 V DC Energie zu benutzen. Daher wird die Energie mittels verschiedener Mechanismen oder einer Kombination von Mechanismen konvertiert (z. B. wird die Spannung gleichgerichtet und herabgestuft), bevor sie mittels des elektronischen Geräts benutzt wird. Demgemäß existieren verschiedene Zugangsweisen, welche eine Verschiedenheit von elektrischen oder elektronischen Komponenten benutzen, um solch eine Energie-Konversion bereitzustellen.
  • Um eine gewünschte Ausgabe (z. B. gewünschte Frequenz, Spannung, Strom, Phase, etc.) bereitzustellen, sind typische elektrische-Energie-Konversions-Geräte konfiguriert, über einen Bereich von Betriebsbedingungen zu operieren. Zum Beispiel kann Elektrizität, welche von einem Hoch-Performance-elektronischen-Gerät angefragt wird, wie etwa eine CPU oder GPU, mit der Zeit fluktuieren. Insbesondere wenn verschiedene Komponenten solcher Geräte online kommen (z. B. auf ein Rendern eines neuen Frames in einer GPU hin, auf ein Neustarten eines logischen Blocks nach einem Anhalten, auf den Start einer großen Berechnung hin, etc.), kann es einen rapiden Anstieg in dem Strombedarf geben. Wenn ähnlich eine oder mehrere Komponenten offline gehen (z. B. auf ein Eintreten in einen Niedrig-Energie-Modus hin) kann es einen rapiden Abfall in dem Strombedarf geben. Als solches sind typische elektrische-Energie-Konversions-Geräte derart konfiguriert, dass der Spannungs-Pegel während beider dieser Instanzen innerhalb eines gewünschten Schwellwerts ist.
  • Hinwendend nun auf 1 ist ein typisches Energie-Konversionsgerät 100 gezeigt. Gerät 100 ist konfiguriert, eine gewünschte Ausgabe (z. B. 1 V DC) an eine Last 102 (z. B. Logik-”Blöcke”, etc.) und Kondensator 103 dadurch bereitzustellen, dass Energie, welche von einer elektrischen Energiequelle 104 (z. B. Batterie, Hauptnetz-Energie, etc.) empfangen ist, konvertiert wird. Mittels eines Modellierens z. B. des relativen Einschaltfaktors (duty factor) von Steuersignalen 106 und 108 (z. B. PWM-Signale, PFM-Signale, etc.) ist die Steuerung 110 konfiguriert, selektiv Transistoren 112 bzw. 114 zu aktivieren. Um dynamische Modulation der Steuersignale bereitzustellen, kann die Steuerung 110 konfiguriert sein, eine oder mehr Charakteristiken (z. B. Knoten-Spannung, Verzweigungs-Strom, etc.) von Gerät 100 zu überwachen und kann somit solche Informationen (z. B. Rückkopplungs-Signale) in eine oder mehr Steuerschleifen oder andere Logik inkorporieren, um solch eine Modulation zu bewirken. Zum Beispiel kann die Steuerung 110 konfiguriert sein, Rückkopplungs-Signale 105 und 107 zu erhalten, welche einer Spannung bei einem Eingabe-Knoten (z. B. Knoten, welcher mit der elektrischen Energiequelle 104 gekoppelt ist) bzw. einer Spannung bei Last 102 entsprechen. In anderen Ausführungsformen kann die Steuerung 110 konfiguriert sein, andere und/oder zusätzliche Charakteristiken von Gerät 100 zu überwachen.
  • Durch bzw. beim Modulieren der Steuersignale ist Steuerung 110 in der Lage, den mittleren Strom, welcher durch den Induktor 116 fließt, zu steuern. Insbesondere wird mittels eines Aktivierens des Transistors 112 der instantane Strom, welcher durch den Induktor 116 fließt, erhöht, während der instantane Strom mittels eines Aktivierens von Transistor 114 vermindert wird. Die Ausgabe-Spannung bzw. Ausgangs-Spannung, welche an die Last 102 bereitgestellt ist, ist mittels eines Steuerns des Stroms durch den Induktor 116 gesteuert.
  • Der Induktor in 1 widersteht bzw. widersetzt sich Änderungen im Strom, um dadurch zu verhindern, dass die in dem Induktor 116 gespeicherte Energie vollständig in einem Mal (z. B. an Last 102) freigegeben wird, wenn sich der Laststrom ändert. Diese Eigenschaft von Induktoren, zusammen mit der Speicherkapazität von Kondensator 103 ermöglicht eine Ausgabe-Spannung bei Last 102, welche während einer stabilen-Zustand-Operation genügend stabil ist. Nichtsdestotrotz gibt es einige „Welligkeit” („ripple”) in der Spannung bei Last 102, welche von der Größe von Induktor 116, der Größe von Kondensator 103 und/oder der Schaltfrequenz der Steuerung 110 unter anderen Faktoren abhängt. Allgemein gesagt, nimmt die Ausgabewelligkeit bzw. Ausgabe-Ripple bei einem stabilen Zustand proportional ab, wenn sich die Größe von Induktor 116 erhöht. Demgemäß kann der Induktor 116 groß genug dimensioniert sein, um eine Ausgangs-Spannung bereitzustellen, welche nicht außerhalb eines gewünschten Spannungsbereiches fluktuiert. Es wird jedoch geschätzt werden, dass die Neigung von Induktor 116, einer Änderung im Strom entgegenzuwirken, die Fähigkeit von Gerät 100 berühren kann, auf einen rapiden Anstieg oder Abfall im Strom zu antworten (bezeichnet als „Transiente”), welcher von der Last 102 angefragt bzw. benötigt ist. Wenn sich mit anderen Worten der Induktor 116 in der Größe erhöht, um die gewünschte Spannung zu handhaben und „Ripple” zu verkleinern, verkleinert sich die Fähigkeit von Gerät 100, um auf Strom-Transiente bzw. auf Strom-Störungen zu antworten. Gerät 100 kann daher in seiner Fähigkeit begrenzt sein, prompt transiente Bedürfnisse zu befriedigen.
  • Eine Beispiel-Konfiguration von Gerät 100 (z. B. typische 30 A-Regulator-Phase) ist wie folgt. Induktor 116 ist 0,5 μH, elektrische Energiequelle 104 stellt 12 V DV bereit und die gewünschte Ausgabe an Last 102 ist 1 V DC. Wenn der Spannungsabfall über dem Transistor 112 (z. B. aufgrund eines kleinen Kanal-Widerstands) und andere Nicht-Idealitäten ignoriert werden, ist der Spannungsabfall über dem Induktor 116 11 V. Als solches ist die maximale (ideale) Stromantwort von dem Induktor 116, definiert als die Spannung dividiert durch die Induktanz, 22 A/μs. Demgemäß wird ein Bereitstellen von zusätzlichen 10 A von Strom an Last 102 zumindest 500 ns brauchen, selbst wenn andere Nichtidealitäten (Zeit, um Steuersignale 106 und 108 an neue Bedürfnisse zu synchronisieren) ignoriert werden. Während der mittels des Geräts 100 bereitgestellte Strom geringer ist als der von der Last 102 nachgefragte Strom, wird die bei der Last 102 gesehene Spannung abfallen, da Kondensator 103 mittels der Stromdifferenz entladen wird. Wenn die Spannung zu weit abfällt, kann Last 102 inkorrekt arbeiten. Somit wird geschätzt werden, dass solch eine Performance in einigen Hoch-Performance-elektronischen-Geräten unbefriedigend sein kann.
  • Wenn gewünschte Spannungs-Charakteristiken nicht befriedigt werden können, kann Last 102 konfiguriert sein, verschiedene Techniken einzusetzen, um mit der bereitgestellten Spannung umzugehen bzw. fertig zu werden (deal). Zum Beispiel kann Last 102 (z. B. ein Rechengerät) konfiguriert sein, Performance auf ein Detektieren einer Spannung, welche außerhalb, oder nahe einem Extremum von dem gewünschten Spannungs-Bereich ist, hin zu „drosseln”. Drosseln kann z. B. umfassen Anhalten von anhängigen Operationen, Vermindern einer Taktfrequenz, um größere Zeit für Kanten-Übergänge zu erlauben und/oder anderenfalls Vermindern von Durchsatz.
  • Die in 1 gezeigte Konfiguration wird typischerweise als ein „Abwärts”-(„buck”)-Konverter bezeichnet. Während die vorliegende Erfindung im Kontext dieses Abwärts-Konverters beschrieben ist, wird ein gewöhnlicher Fachmann in der Technik verstehen, dass diese Erfindung auf andere „Switch-Mode”-Energie-Konversions-Schaltungen angewendet werden kann, einschließlich aber nicht darauf begrenzt, ein Verstärkungs-Konverter (boost converter), ein Vorwärts-Konverter (forward converter), ein Halbbrücke-Konverter (half-bridge converter), ein Voll-Brücke-Konverter (full-bridge converter), ein Flyback-Konverter und/oder Varianten davon.
  • 2 zeigt eine Ausführungsform eines Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Gerät 200 ist konfiguriert, eine gewünschte Ausgabe bei Knoten 102 (z. B. bei Last 204 und Kondensator 206) dadurch bereitzustellen, dass Energie, welche von der elektrischen Energiequelle 208 (z. B. Batterie, Hauptnetz-Energie, etc.) empfangen ist, konvertiert wird. Obwohl die Beispiel-Operation von Gerät 200 im größeren Detail unten diskutiert wird, umfasst allgemein gesagt Gerät 200 ein erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät (z. B. Kondensator 226 und/oder Induktor 212) und ein zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät (z. B. zweiter Kondensator 206 und/oder zweiter Induktor 236). Gerät 200 umfasst ferner einen erste-Stufe-Schaltmechanismus 210, einen zweite-Stufe-Schaltmechanismus 234 und Strom-Park-Schaltmechanismus 238. Wie im größeren Detail unten erläutert wird, ist der Strom-Park-Schaltmechanismus (current parking switching mechanism) optional, aber kann wenn eingesetzt die transiente Antwort von Gerät 200 verbessern.
  • Jeder der vorangehenden Schaltmechanismen (switching mechanisms) umfasst einen oder mehrere Schalter (z. B. Dioden, Transistoren, etc.), welche konfiguriert sind, die Spannung und/oder Strom bei einem Stromabwärts-Ende des Mechanismus zu variieren. Zum Beispiel umfasst der erste-Stufe-Schaltmechanismus 210 einen ersten Schalter 216 und einen zweiten Schalter 218; der zweite-Stufe-Schaltmechanismus 234 umfasst einen dritten Schalter 240 und einen vierten Schalter 242; und der Strom-Park-Schaltmechanismus 238 umfasst einen fünften Schalter 252 und einen sechsten Schalter 254. Obwohl die Schalter in 2 jeweils als ein einzelner Feldeffekt-Transistor („FET”) gezeigt sind, wird es verstanden werden, dass irgendein anderes Verfahren/Apparat eingesetzt werden kann, um Schalten durchzuführen, einschließlich der Benutzung von mehreren Geräten in paralleler Weise, um eine Stromkapazität zu erhöhen, Leitungsverluste zu vermindern, etc.
  • Um Kontrolle bzw. Steuerung über die Schalter bereitzustellen, umfasst das beispielhafte Gerät 200 ferner eine Steuerung 220, welche konfiguriert ist, ein oder mehrere Steuersignale an jeden der Schaltmechanismen anzulegen. Mit z. B. Bezug auf den erste-Stufe-Schaltmechanismus 210 kann die Steuerung 220 konfiguriert sein, ein erstes Steuersignal 222 und ein zweites Steuersignal 224 an Schalter 216 bzw. 218 bereitzustellen. Ähnlich kann die Steuerung 220 konfiguriert sein, Steuersignale 244 und 246 an den zwei-Stufe-Schaltmechanismus 234 bereitzustellen und Steuersignale 256 und 258 an Strom-Park-Schaltmechanismus 238 bereitzustellen. Zeitweise können in dieser Diskussion die Schalter 216, 218, 240, 242, 252, 254 und die Steuerung 220 kollektiv als ein „Steuermechanismus” bezeichnet werden.
  • Obwohl hierin als ein „Satz” von Steuersignalen beschrieben, welche an jeden „Satz” von Schaltern (z. B. Schalter eines bestimmten Schaltmechanismus) bereitgestellt sind, wird geschätzt werden, dass diese Bezeichnung nicht beabsichtigt ist, eine bestimmte Zahl oder Konfiguration von Steuersignalen oder Schaltern zu suggerieren. Stattdessen wird es geschätzt sein, dass die Steuerung 220 konfiguriert sein kann, irgendeine geeignete Zahl von Steuersignalen an jeden Schaltmechanismus bereitzustellen und dass jeder Schaltmechanismus irgendeine geeignete Zahl von Schaltern umfassen kann, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Die Steuersignale können z. B. PWM („Puls-Breite-Modulation”) oder PFM(„Puls-Frequenz-Modulation”)-Signale oder eine Kombination von PWM- und PFM-Signalen und/oder andere Steuersignale umfassen, um selektiv die Schalter zu aktivieren (enable). Unabhängig von den Besonderheiten der Steuersignale wird Steuerung typischerweise so implementiert, dass jeder Satz von Schaltern Schalter umfasst, welche in komplementären Zuständen gehalten sind. Zum Beispiel ist Steuerung 220 typischerweise konfiguriert, Steuersignale 222 und 224 an den erste-Stufe-Schaltmechanismus 210 bereitzustellen, so dass beide Schalter 216 und 218 nicht gleichzeitig aktiviert sind. Ein Szenario, in welchem beide Schalter aktiviert sind, könnte zu einem im Wesentlichen Null-Widerstands-Pfad zwischen der Versorgung von elektrischer Energiequelle 208 und Masse führen, wodurch möglicherweise Gerät 200 geschädigt wird und/oder wodurch es zu einer ungeeigneten Hochleistungs-Verwendung führt. Steuerung 220 kann die Steuersignale (z. B. über PWM, PFM, etc.) so bereitstellen, um Umschalten (toggling) der Schalter mit einem bestimmten (relativen) Anschaltfaktor (duty factor) zu bewirken. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Sätze von Steuersignalen synchron mit einem oder mehreren Steuersignal-Sätzen moduliert werden, während in anderen Ausführungsformen jeder Steuersignal-Satz asynchron moduliert werden kann. Spezifische Operation des Geräts 200 wird nun im größeren Detail beschrieben.
  • Der erste-Stufe-Schaltmechanismus 210 ist zwischen der elektrischen Energiequelle 208 und einem Stromaufwärtsende des ersten Induktors 212 (L1) gekoppelt und ist daher operabel, alternativ das Stromaufwärtsende von Induktor 212 mit der elektrischen Energiequelle 208 oder mit Masse (ground) zu koppeln. Mit anderen Worten sind die Schalter 216 und 218 konfiguriert, die Ausgabe der elektrischen Energiequelle 208 (z. B. 12 V in einigen Szenarien) zu „schalten”. Demgemäß können die Schalter 216 und 218 z. B. jeweils einen oder mehrere parallel verbundene Leistungs-MOSFETs umfassen, welche befähigt sind, solch eine Ausgabe zu schalten. Typische DMOS-Leistungs-MOSFETs können niedrigere Schalt-Geschwindigkeit bereitstellen und können größere Schalt-Verluste erfahren als „planare” MOSFETs.
  • Der erste-Stufe-Schaltmechanismus 210, der erste Induktor 212, und der erste Kondensator 226 operieren, um eine erste Regulator-Stufe 228 des Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversion-Geräts 200 bereitzustellen. Erste Stufe 228 ist konfiguriert, eine erste-Stufe-Ausgabe-Spannung bei einem erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230 bereitzustellen. Mittels eines alternativen Koppelns des Induktors 212 mit der elektrischen Energiequelle 208 oder mit Masse wird insbesondere eine erste-Stufe-Ausgabe-Spannung bei dem Ausgabe-Knoten 230 bereitgestellt (z. B. mittels eines Akkumulierens von Ladung auf dem Kondensator 226). In anderen Worten kann die erste Stufe 228 effektiv eine gewünschte Spannung bei dem erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230 mittels eines Umschaltens der Schalter 216 und 218 erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Spannung bei dem erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230 geringer sein als eine Ausgabe-Spannung bei Knoten 202 (manchmal hierin als „zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung” bezeichnet), kann größer sein als die Ausgabe-Spannung, oder im Wesentlichen äquivalent zu der Ausgabe-Spannung sein. Zum Beispiel kann die erste-Stufe-Ausgangs-Spannung bei Knoten 230 auf einen Wert gesetzt werden, welcher höher ist als eine mittlere Betriebs-Spannung bei Ausgabe-Knoten 202. Solch eine Konfiguration kann die transiente Antwort von Gerät 200 verbessern, die im größeren Detail unten beschrieben wird.
  • Allgemein gesagt, ist die erste-Stufe-Ausgabe-Spannung (V1) bei dem erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230 bezogen auf die Eingangs-Spannung (Vin), welche mittels der elektrischen Energiequelle 208 bereitgestellt ist, und den Anschaltfaktor (duty factor) (D1) des ersten Schalters 216, wie folgt: V1 = D1 × Vin. Obwohl eine bestimmte von der Last 204 gewünschte Spannung mittels der ersten Stufe allein erreicht werden kann, kann die erste Stufe aufgrund der relativ großen Größe von Induktor 212, neben anderen Faktoren, langsam sein, auf Strom-Störungen (current transients) zu antworten.
  • Um die transiente Antwort von Gerät 200 zu verbessern, umfasst somit das Gerät 200 ferner eine zweite Regulator-Stufe 232, welche zwischen dem erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230 und der Last 204 gekoppelt ist. Solch eine zweistufige Konfiguration kann eine oder mehrere Charakteristiken bereitstellen, welche in größerem Detail unten beschrieben werden, welche das Gerät 200 in die Lage versetzen, auf Strom-Störungen bei Last 204 schneller zu antworten als typischer einstufige Geräte (z. B. Gerät 100).
  • Wie dargestellt ist, umfasst die zweite Stufe 232 einen zweite-Stufe-Schaltmechanismus 234, welcher zwischen dem erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230 und dem Stromaufwärtsende des zweiten Induktors 236 gekoppelt ist. Die zweite Stufe umfasst auch Strom-Park-Schaltmechanismus 238, welcher zwischen dem Stromabwärtsende des zweiten Induktors 236 und der Last 204 gekoppelt ist. Wenn Stufe 232 als ein „Herabstufen”-Konverter (z. B. „Abwärts”-Konverter) betrieben wird, kann z. B. Schaltmechanimus 238 ausgelassen sein. Wenn die zweite Stufe als ein „Heraufstufen” („step-up”)-Konverter (z. B. „Boost”-Konverter) betrieben wird, kann z. B. Schaltmechanismus 234 ausgelassen sein. Es kann jedoch wünschenswert sein, beide Schaltmechanismen 234 und 238 zu umfassen, um Antwort auf Strom-Störungen zu verbessern, wie im größeren Detail unten beschrieben wird.
  • Zwei-Stufe-Schaltmechanimus 234 ist operabel, alternativ das Stromaufwärtsende des zweiten Induktors 236 mit dem erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230 und mit Masse zu koppeln. Ähnlich zu dem erste-Stufe-Schaltmechanismus 210 ist die Ausgabe-Spannung (V0) bei Knoten 202, bezogen auf die erste-Stufe-Ausgabe-Spannung (V1) bei dem erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230 und den Anschaltfaktor (D4) des vierten Schalters 242 des zweiten Schaltmechanismus 234. Wenn z. B. das Stromabwärtsende von Induktor 236 mit der Last 204 gekoppelt ist (z. B. wo die zweite Stufe 232 nicht den Strom-Park-Schaltmechanismus 238 umfasst und/oder wo der sechste Schalter 254 aktiviert bleibt), kann eine Beziehung wie folgt definiert sein: V0 = D4 × V1. Die Größe der erste-Stufe-Ausgabe-Spannung ist jedoch typischerweise im Wesentlichen (substantially) geringer als die Größe der Eingangs-Spannung, welche mittels der elektrischen Energie-Versorgung 208 bereitgestellt ist. Somit schalten die Schalter 240 und 242 geringere Spannungen als die Schalter 216 und 218, und können daher von niedrigere-Spannung-Geräten konstruiert sein, wie etwa „planare” MOSFETs. Solche Schalter können schneller sein als die Schalter 216 und 218 und können daher die Fähigkeit von Mehrstufe-Gerät 200 erhöhen, auf Strom-Störungen zu antworten und/oder Schalt-Verluste zu vermindern.
  • Ferner können solche Schalter auf eine integrierte Schaltung, welche Last 204 umfasst, oder in einen separaten Die auf demselben Paket wie Last 204 inkorporiert sein, um dadurch möglicherweise Raum zu vermindern, welcher benutzt wird, wodurch parasitäre Induktanz vermindert ist und/oder Kosten aufgrund des Fehlens von diskreten Komponenten vermindert sind. Die Schalter können als Standard-Spannung „Kern”-Transistoren in einem typischen digitalen integrierte-Schaltung-Prozess realisiert sein oder die Mechanismen können als höhere-Spannung-Dick-Oxid-Eingabe-Ausgabe-Transistoren in einem typischen digitale-integrierte-Schaltung-Prozess realisiert werden. Es wird verstanden werden, dass diese Schalter zu Beispielzwecken präsentiert sind und nicht beabsichtigt sind, in irgendeiner Weise zu begrenzen.
  • Wie zuvor erwähnt wurde, kann die zweite Stufe 232 ferner Strom-Park-Schaltmechanismus 238 in einigen Ausführungsformen umfassen. Wenn bereitgestellt, ist Mechanismus 238 operabel, um zu steuern, wie viel von Induktor-Strom 248 in dem zweiten Induktor 236 über Versorgungs-Strom 249 (Isupply) an Kondensator 206 geliefert wird, und somit an Last 204. Mit anderen Worten kann Strom-Park-Schaltmechanismus 238 konfiguriert sein, nichts von dem Induktor-Strom 248, im Wesentlichen alles von Induktor-Strom 248 (z. B. weniger Strom, der in den zweiten Kondensator 206 fließt, Leck-Strömen, etc.) und/oder irgendeine gewünschte intermediäre Menge von Induktor-Strom 248 an Knoten 202 bereitstellen. Wie im größeren Detail unten diskutiert wird, kann solch eine Konfiguration ermöglichen, dass der Induktor-Strom 248 erhöht wird, ohne den Strom, welcher an die Last geliefert wird, zu erhöhen, um dadurch den Induktor-Strom zu „parken” zum Antworten auf Strom-Störungen, während ein gewünschtes Last-Strom-Niveau aufrechterhalten wird.
  • Zum Beispiel kann die Steuerung 220 konfiguriert sein, selektiv den fünften Schalter 252 zu aktivieren und den sechsten Schalter 254 zu deaktivieren, um den Versorgungs-Strom 249 zu deaktivieren. Mittels eines Aktivierens des fünften Schalters 252 wird insbesondere alle des instantanen Induktor-Stroms 248, welcher durch den zweiten Induktor 236 fließt, durch den Schalter 254 auf einen Pfad umgelenkt, welcher die Last 204 umgeht (bypasses) (z. B. Pfad zu Masse) anstatt, dass er zu der Last geliefert wird. Umgekehrt wird mittels eines Aktivierens des sechsten Schalters 254 und eines Deaktivierens des fünften Schalters 252 im Wesentlichen alles des instantanen Induktor-Stroms 248, welcher durch den zweiten Induktor 236 fließt (z. B. weniger Transistor-Leitungs-Verluste, Schaltungs-Verluste, etc.) an Knoten 202 bereitgestellt. Der Anschalt-Faktor (duty factor) (D6) des sechsten Schalters 254 bestimmt den Anteil von Induktor-Strom 248 (IL2) in dem zweiten Induktor 236, welcher im Mittel an Kondensator 206 zugeführt wird. Daraufhin glättet der Kondensator 206 die Quadratwelle-Versorgungs-Strom 249 -Wellenform, um den Last-Strom 250 (ILOAD) gemäß dem Anschalt-Faktor und dem Induktor-Strom wie folgt zu erzeugen: ILOAD = D6 × IL2.
  • Wie vorher erwähnt ist, kann die Mehrstufe-Konfiguration von Gerät 200, welches sowohl die erste Stufe 228 als auch die zweite Stufe 232 umfasst, eine oder mehrere Charakteristiken bereitstellen, welche das Gerät 200 in die Lage versetzen, eine verbesserte transiente Antwort als verglichen zu der ersten Stufe 228 allein bereitzustellen. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen eine erste-Stufe-Ausgabe-Spannung bei dem erste-Stufe-Aufgabe-Knoten 230 erzeugt werden, welche größer ist als die mittlere Betriebs-Spannung, welche von der Last gesehen wird (d. h. Spannung bei Knoten 202). Die erhöhte Spannung kann ermöglichen, dass eine erhöhte Menge an Energie über ein oder mehrere Energie-Speicher-Geräte (z. B. Kondensator 226), welche mit dem Knoten 230 gekoppelt sind, gespeichert wird, und diese Energie ist nachfolgend lieferbar an die Last 204 über die zweite Stufe 232, um die Strom-Störungen zu befriedigen. Erhöhen der Größe von Kondensator 226 und/oder Hinzufügen von zusätzlichen Kondensatoren, um zusätzliche Energie bei Knoten 230 zu speichern, mag jedoch in verschiedenen Szenarien nicht wünschenswert sein. Zum Beispiel mag nicht genügend Raum verfügbar sein, um solche Speicher-Geräte zu umfassen, z. B. in Mobil-Rechengerät-Szenarien. Wenn die Größe der Energie-Speicher-Geräte der ersten Stufe 228 ansteigt, nimmt ferner die transiente Antwort-Zeit der ersten Stufe ähnlich ab, da mehr Zeit benötigt wird, um die größeren Energie-Speicher-Geräte erneut zu laden bzw. mit Energie zu laden (z. B. in Szenarien, wo die zweite Stufe 232 nicht in der Lage war, den zusätzlichen Strom handzuhaben).
  • Um ferner die transiente Antwort von Gerät 200 zu verbessern, können die Energie-Speicher-Geräte der zweiten Stufe 232 (d. h. der zweite Induktor 236 und der zweite Kondensator 206) im Wesentlichen bzw. wesentlich kleiner sein (d. h. konfiguriert, um weniger Energie zu speichern) als der erste Induktor 212 bzw. der erste Kondensator 226, um dadurch die zweite Stufe in die Lage zu versetzen, auf Strom-Störungen schneller zu antworten als die erste Stufe allein. Als ein nicht begrenzendes Beispiel kann in Anwendungen, welche ein Maximum von 30 A von Last-Strom bereitstellen, der erste Induktor 0,2 μH sein und der erste Kondensator kann 20.00 μF sein, wogegen der zweite Induktor 3 nH und der zweite Kondensator 300 μF sein kann. Die geringeren Größen der zweite-Stufe-Energie-Speicher-Geräte (z. B. Induktor 236 und/oder Kondensator 206) können eine Integration der zweite-Stufe-Energie-Speicher-Geräte nahe der Last ermöglichen, wie etwa z. B. auf demselben Paket bzw. Package und/oder auf demselben Halbleiter-Die. Solch eine Konfiguration kann daher die möglichen Vorteile einer verminderten Größe, verminderter Kosten, und/oder verminderte parasitäre Eigenschaften (z. B. dadurch, dass die Energie-Speicher-Gerät-Knoten nicht länger Off-Chip gebracht sind), neben anderen bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann das Vorhandensein der zweiten Stufe 232 potentiell die Spannungs-Welligkeits-Anforderungen (voltage ripple requirements) bei dem erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230 relaxieren, um dadurch die Benutzung von einem kleineren Kondensator (z. B. 4700 μF) für den ersten Kondensator 226 zu erlauben.
  • Als noch ein anderes Beispiel von Charakteristiken, welche eine verbesserte transiente Antwort bereitstellen, können die Schalter der zweiten Stufe schnelle, kostengünstige Niedrig-Spannungs-Transistoren umfassen, welche in der Lage sind, bei hohen Frequenzen zu schalten, während sie minimale Schalt-Verluste verglichen zu Schaltern 216 und 218 der ersten Stufe 228 erfahren, wie oben beschrieben ist. Zum Beispiel kann in dem kurz erwähnten 30 A-Beispiel oben die erste Stufe bei 300 kHz schalten, wogegen die zweite Stufe bei 20 MHz schalten kann. Ferner kann in einigen Ausführungsformen der Strom-Park-Schaltmechanismus 238 konfiguriert sein, bei einer Frequenz zu schalten, welche höher ist als entweder der erste-Stufe-Schaltmechanismus oder der zweite-Stufe-Schaltmechanismus, wie etwa z. B. bei 100 MHz. Es wird geschätzt werden, dass diese Szenarien nicht begrenzend beabsichtigt sind und jeder Schaltmechanismus von Gerät 200 kann konfiguriert sein, bei irgendeiner bestimmten Frequenz zu schalten, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Steuerung 220 kann als eine „zwei-Schleife-Steuerung (dual-loop controller) implementiert sein, wo eine erste, Mittelfrequenz-Steuer-Schleife 260 Steuersignale 222 und 224 steuert, um die erste-Stufe-Ausgabe-Spannung bei dem erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230 zu setzten. Wie vorher erwähnt ist, kann diese Spannung gleich der gewünschten Last-Spannung bei Last 204, kleiner als die gewünschte Last-Spannung oder größer als die gewünschte Last-Spannung sein. Eine zweite Hochfrequenz-Steuer-Schleife 262 moduliert Steuersignale 244, 246, 256 und 258, um die gewünschte Ausgabe-Spannung bei Knoten 202 bereitzustellen (z. B. Spannung, welche von der Last gesehen wird).
  • Allgemein gesagt, kann die zweite Stufe 232 die Spannung, welche mittels der Last 204 bei Knoten 202 gesehen wird, steuern, während sie auch eine schnelle Antwort auf Änderungen in dem Last-Strom-Bedarf bereitstellt, um so diese Spannung aufrecht zu erhalten. Entweder der zweite-Stufe-Schaltmechanismus 234 oder der Strom-Park-Schaltmechanismus 238 können von der zweiten Stufe 232 in einigen Ausführungsformen ausgelassen werden, wie oben erwähnt ist. Zum Beispiel kann der zweite-Stufe-Schaltmechanismus 234 ausgelassen werden oder umgekehrt kann Schalter 242 aktiviert bleiben, während der Schalter 240 deaktiviert bleibt. Beispiel-Betrieb einer solchen Konfiguration wird nun beschrieben.
  • Während einer stabiler-Zustand-Operation (d. h. im Wesentlichen konstanter Last-Strom 250) können der Induktor-Strom 248 in dem zweiten Induktor 236 und somit Versorgungs-Strom 249 im Wesentlichen konstant bleiben. Solch eine Operation kann z. B. dadurch bereitgestellt sein, dass Schalter 252 deaktiviert wird und Schalter 254 aktiviert wird. In anderen Ausführungsformen kann eine stabiler-Zustand-Operation ein Hin- und Herschalten (toggling) von Schaltern 254 und 252 bei einem bestimmten Anschalt-Faktor umfassen, welcher operabel ist, Last-Strom bei einem gewünschten konstanten Niveau bereitzustellen.
  • In Antwort auf ein plötzliches Ansteigen in dem Strom-Bedarf von Last 204 kann die Steuerung 220 konfiguriert sein, Steuersignale 256 und 258, welche an Strom-Park-Schaltmechanismus 238 bereitgestellt sind, zu modulieren, um den Last-Strom 250 zu erhöhen. Bereitstellen des erhöhten Last-Stromes kann z. B. Umschalten von Steuersignalen 256 und 258 mit einem Anschalt-Faktor umfassen, welcher größer ist als der stabiler-Zustand-Anschalt-Faktor. Als ein nicht begrenzendes Beispiel ist in einem ersten Teil eines Modulations-Zyklus (z. B. ein einzelner 20 MHz-Zyklus) Schalter 252 aktiviert, während Schalter 254 deaktiviert ist, um dadurch das Stromabwärtsende des zweiten Induktors 236 von der Last 204 zu unterbrechen und stattdessen das Stromabwärtsende mit Masse zu verbinden. Während dieses ersten Teils steigt der Induktor-Strom 248 in dem zweiten Induktor 236 so an, um auf ein erneutes Verbinden des Induktors 236 mit der Last 204 (d. h. während eines zweiten Teils des Modulations-Zyklus) hin, sowohl den erhöhten Bedarf für Last-Strom zu befriedigen als auch den Kondensator 206 erneut zu laden. Mit anderen Worten wird während des ersten Teils der Kondensator entladen, um einen Last-Strom 250 bereitzustellen, während die Last 204 mit dem Induktor 206 unverbunden ist. Während eines zweiten Teils des Modulations-Zyklus wird der Schalter 254 aktiviert, während der Schalter 252 deaktiviert wird, wodurch der erhöhte Induktor-Strom 248 an Last 204 und Kondensator 206 geliefert wird. Die Größe von jedem solchen „Teil” des Modulations-Zyklus (d. h. der Anschalt-Faktor (duty factor)) des Signals kann von der Steuerung 220 eingestellt werden, um einen bestimmten Last-Strom 250 bereitzustellen.
  • Wenn im Gegensatz dazu der Strom-Bedarf plötzlich abnimmt, erhöht sich die Spannung bei Quoten 202 momentan, während der zweite Induktor 236 arbeitet, um den Induktor-Strom 248 zu verringern. Insbesondere kann der Induktor-Strom 248 bei einer charakteristischen Frequenz einer Tank-Schaltung (LC-Schaltung) abnehmen, welche den zweiten Induktor und den zweiten Kondensator umfasst, wobei die charakteristische Frequenz (f) der Tank-Schaltung bezogen ist auf die Induktanz (L) des zweiten Kondensators und die Kapazität (C) des zweiten Kondensators, wie folgt:
    Figure DE102013219807A1_0002
  • Wenn im Gegensatz dazu die erste Stufe 228 direkt mit der Last 204 gekoppelt wäre, kann die Verringerung in dem Last-Strom 250 gemäß der charakteristischen Frequenz der Tank-Schaltung gehandhabt werden, welche von dem ersten Induktor 212 und dem ersten Kondensator 226 gebildet ist. Da der zweite Induktor 236 und der zweite Kondensator 206 typischerweise viel kleiner sind als der erste Induktor 212 bzw. der erste Kondensator 226, wird es geschätzt werden, dass die charakteristische Frequenz, und somit die Antwort-Zeit der zweiten Stufe für verringerte Strom-Bedürfnisse ähnlich vermindert ist.
  • Obwohl die oben beschriebene Operation bereitgestellt ist, wo der zweite-Stufe-Schaltmechanismus 234 ausgelassen ist oder auf andere Weise „deaktiviert” ist, kann die Benutzung des zweite-Stufe-Schaltmechanismus verschiedene mögliche Vorteile bereitstellen. Wie z. B. oben kurz erwähnt ist, können der zweite-Stufe-Schaltmechanismus 234 und der Strom-Park-Schaltmechanismus 238 kooperieren, um einen mittleren Induktor-Strom 248 in dem zweiten Induktor 236 bereitzustellen, welcher größer in einer Größe ist als der Versorgungs-Strom 249. Die zusätzliche Energie, welche mittels des erhöhten Induktor-Stroms 248 bereitgestellt ist, ist mittels des zweiten Induktors 236 gespeichert, und ist daher verfügbar, um zukünftige Anstiege in dem Strom-Bedarf zu befriedigen. Solch eine Herangehensweise, wo eine zusätzliche Energie in Induktor 236 gespeichert (oder „geparkt”) ist, wird nachfolgend hierin als „Strom-Parken” bezeichnet. Es wird geschätzt werden, dass obwohl der Induktor-Strom 248 in solchen Szenarien erhöht ist, das Schalten von Strom-Park-Schaltmechanismus 238 und/oder zweite-Stufe-Schaltmechanismus 234 sicherstellt, dass Last-Strom 250 bei einem Niveau verbleibt, welches von der Last 204 nachgefragt ist (z. B. im Wesentlichen konstant).
  • Beginnend mit der ersten Stufe 228 kann Strom-Parken wie folgt voranschreiten. Die erste Stufe 228 stellt eine bestimmte erste-Stufe-Ausgabe-Spannung an den erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230 dadurch bereit, dass die Zustände von Schaltern 216 und 218 des erste-Stufe-Schaltmechanismus 210 mit Signalen 222 bzw. 224 gesteuert werden. Typischerweise kann die erste-Stufe-Ausgangs-Spannung im Wesentlichen äquivalent zu der gewünschten Ausgabe-Spannung bei Knoten 202 sein, aber die erste Stufe 228 kann irgendeine bestimmte erste-Stufe-Ausgangs-Spannung dadurch bereitstellen, dass selektiv Schalter 216 und 218 aktiviert werden, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Die zweite Stufe 232 wird dann mittels Steuersignalen 244, 246, 256 und/oder 258 von der Steuerung 220 gesteuert, um sowohl Strom in dem zweiten Induktor 236 zu „parken” und eine gewünschte Menge des geparkten Stroms an die Last bereitzustellen. Allgemein gesagt, kann Strom-Parken dadurch erreicht werden, dass die Anschalt-Faktor(en) von Steuersignalen 256 und 258, welche an den Strom-Park-Schaltmechanismus 238 angelegt werden, eingestellt werden, wobei der Anschalt-Faktor (duty factor) dazu korrespondiert, wie viel von dem Induktor-Strom 248 (z. B. 50%, 80%, etc.) an Ausgabe-Knoten 202 bereitgestellt ist. Mit anderen Worten kann ein gegebener Anschalt-Faktor benutzt werden, um einen bestimmten Prozentsatz des verfügbaren Induktor-Stroms 248 in dem zweiten Induktor 236 an Knoten 202 bereitzustellen, wobei der Anschalt-Faktor erhöht oder erniedrigt wird, um den Strom-Prozentsatz, welcher an die Stromabwärts-Komponenten zugeführt wird, zu erhöhen bzw. zu erniedrigen.
  • Zum Beispiel kann der stabiler-Zustand-Wert von Induktor-Strom 248 in dem zweiten Induktor 236 auf 1,2 × des Strom-Bedarfs von Last 204 dadurch gesetzt werden, dass der Anschalt-Faktor des fünften Steuersignals 256 auf 1/6 gesetzt wird. Da der sechste Schalter 254 einen komplementären Zustand verglichen mit dem fünften Schalter 252 besetzt, wird ferner der Anschalt-Faktor des sechsten Steuersignals 258 des 5/6 gesetzt. Mit anderen Worten wird, um einen mittleren Induktor-Strom 248 bereitzustellen, welcher 20% größer ist als der Last-Strom 250 bei einem stabilen Zustand, der fünfte Schalter 252 für 1/6 jedes Modulations-Zyklus der zweiten Steuer-Schleife 262 aktiviert. Wie oben beschrieben ist, kann der ideale Last-Strom 250 im Wesentlichen gleich dem Induktor-Strom 248 multipliziert mit dem Anschalt-Faktor des sechsten Schalters 254 sein. Demgemäß ist, da der Anschalt-Faktor 1/6 ist und der Induktor-Strom 248 1,2 × mal größer als ein angefragter Last-Strom ist, der tatsächliche Last-Strom 250 gleich dem angefragten Last-Strom, um dadurch eine im Wesentlichen konstante Ausgabe-Spannung bei Knoten 202 aufrecht zu erhalten. Auf ein Detektieren eines erhöhten Bedarfs nach Last-Strom 250 von der Last 204 kann der „geparkte” Induktor-Strom 248 in dem zweiten Induktor 236 unmittelbar an die Last bereitgestellt werden, weniger der Schalt-Zeit des Schaltmechanismus.
  • Wie oben erwähnt ist, können die Schaltmechanismen von der zweiten Stufe 232 konfiguriert sein, planare MOSFETs zu benutzen, welche in der Lage sind, bei sehr hohen Geschwindigkeiten zu schalten (z. B. 100 ps bis 10 ns), was daher die zweite Stufe 232 in die Lage versetzt, verbesserte transiente Antwort verglichen mit der ersten Stufe 228 allein bereitzustellen. Wenn die zweite Stufe 232 fehlen würde, würde Gerät 200 viel langsamer sein, um auf Störungen zu antworten, aufgrund der Zeit, welche benötigt ist, den Induktor-Strom 214 in dem ersten Induktor 212 in Antwort auf Änderungen in dem Last-Strom-Bedarf zu variieren. Daher erleichtert das Vorhandensein der sehr schnellen zweiten Steuerschleife 262 Besorgnisse über die langsame erste Steuer-Schleife 260, welche benutzt wird, um die erste Stufe zu steuern.
  • Der erste-Stufe-Schaltmechanismus 234 kann ferner konfiguriert sein, Antwort von Gerät 200 auf verminderten Strom-Bedarf (d. h. eine negative Strom-Störung) dadurch zu verbessern, dass ein Abfließen (sinking) des übermäßigen Stroms ermöglicht ist. Wie oben erwähnt ist, hängt bei fehlendem zweite-Stufe-Schaltmechanismus 234 die Fähigkeit von Gerät 200, auch negative Strom-Störungen (negative current transients) zu antworten, von der charakteristischen Frequenz des LC-Schaltkreises ab, welcher mittels des zweiten Induktors 236 und des zweiten Kondensators 206 gebildet ist. Mittels eines Aktivierens des dritten Schalters 240 und Deaktivierens des vierten Schalters 242 ist jedoch z. B. das Stromaufwärtsende des zweiten Induktors mit Masse kurzgeschlossen. Demgemäß wird der negative Last-Strom 250 nach Masse durch den Induktor 236 bei einer Rate entladen, welche abhängig ist von der Strom-Antwort des zweiten Induktors 236 (z. B. basierend auf der Größe des zweiten Induktors 236). Wie oben beschrieben ist, ist die maximale (ideale) Strom-Antwort von einem Induktor definiert als die Spannung dividiert durch die Induktanz. Somit ist in einer Beispiel-Ausführungsform, wo der zweite Induktor 236 3 nH ist und die Ausgangs-Spannung bei dem erste-Stufe-Ausgangs-Knoten 230 2 V ist, die maximale Strom-Antwort 0,33 A/ns.
  • In einigen Ausführungsformen kann der zusätzliche Strom noch schneller mittels auch eines Schaltens der Schalter 252 und 254 des Strom-Park-Schaltmechanismus 238 zusätzlich zu der oben beschriebenen Steuerung des zweite-Stufe-Schaltmechanismus 234 gehandhabt werden. Mittels eines Setzens des Anschalt-Faktors des sechsten Schalters 254 (z. B. über das sechste Steuersignal 258) auf einen bestimmten Wert D6, wo 0 < D6 < 1 (und somit Setzen des Anschalt-Faktors des fünften Schalters auf 1 – D6), wird z. B. der effektive Last-Strom 250 nahezu instantan (z. B. weniger der Schalt-Zeit, etc.) gleich zu D6 multipliziert mit dem Induktor-Strom 248. Mit anderen Worten kann zusätzlicher Strom von der Last 204 über den fünften Schalter 252 an Masse abgeleitet werden anstatt an das Stromabwärtsende des zweiten Induktors 236 zugeführt zu werden.
  • Obwohl das Gerät 200 beschrieben worden ist, unabhängig Last-Strom 250 an Last 204 bereitzustellen, wird es geschätzt werden, dass in anderen Ausführungsformen Gerät 200 eine einzelne „Phase” eines Mehrphase-elektrische-Energie-Konversions-Geräts umfassen kann. In solchen Szenarien kann zusätzlicher Strom bei Knoten 202 mittels einer oder mehrerer anderer Phasen bereitgestellt sein. In anderen Worten kann jede individuelle Phase konfiguriert sein, eine Untermenge des Gesamt-Last-Stroms 250 bereitzustellen (z. B. jede Phase stellt einen Teil des Stroms mit einer verschiedenen Phasen-Verschiebung bereit), um dadurch möglicherweise die Größe (z. B. aufgrund von verminderter Energie-Handhabung) von verschiedenen Komponenten jeder Phase zu vermindern.
  • In noch anderen Ausführungsformen kann Strom von zusätzlichen Phasen bei erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230 bereitgestellt sein. Auf diese Weise kann die erste Stufe 228 konfiguriert sein, eine Untermenge (subset) des Stroms an die zweite Stufe 232 zuzuführen, während die übrigen Phasen den Rest zuführen. In noch anderen Ausführungsformen kann die erste Stufe 228 mehrere zweite Stufen 232 versorgen, um so jeder zweiten Stufe zu erlauben, als eine andere Phase zu operieren. Somit können die Komponenten jeder zweiten Stufe dimensioniert sein, um sogar eine kleinere Menge von Strom zu handhaben, um dadurch die Benutzung von sogar kleineren Komponenten zu ermöglichen und um somit möglicherweise verbesserte transiente Antwort bereitzustellen. Allgemein gesprochen, kann die Spannung, welche an die eine oder mehreren zweiten Stufen bereitgestellt ist, mittels „langsamerer” Mechanismen der einen oder der mehreren ersten Stufen bereitgestellt werden, während die schnelleren zweiten Stufe(n) verbleiben, um eine schnellere Antwort auf Lade-Störungen (load transients) bereitzustellen. Wenn die anderen Phasen stattdessen direkt mit Last 204 bei Knoten 202 verbunden wären, wie oben erwähnt ist, ist die Antwort abhängig von der Antwort (z. B. basierend auf Induktor-Größe) der zusätzlichen Phase(n).
  • Die oben erwähnten zusätzlichen Phasen können eine zweite-Stufe-Konfiguration ähnlich zu Gerät 200, eine Einzel-Stufe-Konfiguration, und/oder irgendeine andere geeignete Konfiguration umfassen, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. In einigen Fällen können die zusätzlichen Phasen während einer „normalen” Operation deaktiviert sein und können nur auf eine Bestimmung hin aktiviert werden, dass eine erste Phase momentan nicht in der Lage ist, einen gewünschten Strom für eine Last bereitzustellen. Als ein nicht begrenzendes Beispiel können eine oder mehrere typische Einzel-Stufe-Phasen (z. B. Gerät 100 von 1) die Gesamtheit von Last-Strom 250, welcher von der Last 204 verbraucht wird, während einer stabiler-Zustand-Operation bereitstellen, während eine oder mehrere zweite-Stufe-Phasen (z. B. Gerät 200) den zusätzlichen Last-Strom während einer Strom-Störung bereitstellen.
  • Unabhängig von der spezifischen Konfiguration von Phasen kann, um eine geeignete Steuerung über die übrigen Komponenten von Gerät 200 zu bewirken, die Steuerung 200 konfiguriert sein, verschiedene Komponenten und/oder Knoten von Gerät 200 zu überwachen. Zum Beispiel kann die Steuerung 220 konfiguriert sein, um Knoten-Spannung 264 (z. B. Spannungs-Eingabe von elektrischer Energiequelle 208), Knoten-Spannung 266 (z. B. die erste-Stufe-Ausgabe-Spannung bei Knoten 230), und/oder Knoten-Spannung 268 (z. B. Ausgabe-Spannung bei Knoten 202) zu empfangen. Steuerung 220 kann solche Information in Steuer-Schleifen 260 und 262 und/oder in verschiedene Logik inkorporieren, um Modulation von Steuersignalen 222, 224, 244, 246, 256 und/oder 258 zu bewirken. In einigen Ausführungsformen kann Steuerung 220 konfiguriert sein, ein oder mehrere Ströme (z. B. Induktor-Strom 214, Induktor-Strom 248, Last-Strom 250, etc.) von den gemessenen Spannung(en) abzuschätzen. In anderen Ausführungsformen kann die Steuerung 220 konfiguriert sein, ein oder mehrere Ströme über verschiedene Strom-Messmechanismen zu messen. Es wird geschätzt werden, dass diese Szenarien zum Vergleichszweck präsentiert sind, und dass die Steuerung 220 konfiguriert sein kann, irgendeine der einen oder mehreren Spannungen und/oder Ströme innerhalb des Geräts 200 zu messen und/oder abzuschätzen, um solche Modulation bereitzustellen, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Ein Überwachen von Knoten und/oder Komponenten ermöglicht der Steuerung 220, eine gewünschte erste-Stufe-Ausgabe-Spannung bei erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230, eine gewünschte Ausgabe-Spannung bei Knoten 202, und/oder irgendwelche anderen geeigneten Ausgabe(n) bereitzustellen. Solch ein Überwachen kann ferner die Steuerung 220 in die Lage versetzen, erste Steuer-Schleife 260 und/oder zweite Steuer-Schleife 262 einzustellen, um dynamisch auf Änderungen in Betriebs-Bedingungen zu antworten. Zum Beispiel kann solch ein Überwachen die Steuerung 220 in die Lage versetzen, Strom-Störungen bei Last 204 zu detektieren und nachfolgend die Steuersignale in Antwort zu manipulieren.
  • Es wird jedoch geschätzt werden, dass mittels eines einfachen Überwachens anderer Komponenten von Gerät 200 Steuerung 220 zukünftige Strom-Bedürfnisse nicht genügend zuvor detektieren kann, um geeignet auf die Änderungen zu reagieren (z. B. um Strom in Induktor 236 zu parken, die erste-Stufe-Ausgabe-Spannung bei den erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230 zu erhöhen, etc.). Somit kann in einigen Ausführungsformen Steuerung 220 konfiguriert sein, „geparkten” Strom und/oder eine erhöhte erste-Stufe-Ausgabe-Spannung die ganze Zeit während einer stabiler-Zustand-Operation in Antizipation von zukünftigen Störungen bereitzustellen. Da jedoch Strom-Parken und/oder erhöhte Ladungs-Speicherung einige Energie-Verluste bewirken (z. B. aufgrund von Schaltungs-Verlusten, „An”-Widerstand über Transistor-Kanäle hinweg, etc.), braucht bzw. kann eine solche Konfiguration in einigen Szenarien nicht geeignete Performance bereitstellen (z. B. Mobil-Gerät-Szenarien oder andere Niedrig-Energie-Anwendungen).
  • Als solches kann in anderen Ausführungsformen Steuerung 220 einen oder mehrere Lern-Mechanismen benutzen, um zukünftige Bedürfnisse zu antizipieren. Zum Beispiel kann Steuerung 220 lernen, dass der von der Last 204 nachgefragte Strom substantiell unter einen mittleren beobachteten Last-Strom unmittelbar einer starken Erhöhung in der Nachfrage vorausgehend abfällt. Wenn z. B. die Last 204 eine GPU ist, kann der Last-Strom-Bedarf substantiell in einer Untätigkeits-Periode, bevor ein neuer Frame gerendert wird, absinken. Demgemäß kann auf ein Detektieren solch eines Absinkens im Strom hin die Steuerung 220 konfiguriert sein, Strom in dem Induktor 236 zu parken und/oder die erste-Stufe-Ausgabe-Spannung bei dem erste-Stufe-Ausgabe-Knoten 230 gemäß zuvor beobachteten Strom-Nachfragen zu erhöhen. Wenn somit ein Rendern erfolgt und die geeigneten Komponenten online gebracht werden, kann ein geeigneter Strom bereitgestellt werden. Es wird geschätzt werden, dass solche Szenarien nur zum Beispiel-Zweck repräsentiert sind und nicht beabsichtigt sind, in irgendeiner Weise zu begrenzen.
  • In einigen Ausführungsformen kann es jedoch wünschenswert sein, intelligentere Steuerung über den Betrieb von Gerät 200 bereitzustellen. Hinwendend nun auf 3 ist z. B. ein elektronisches Gerät 300 (z. B. ein Rechengerät), welches ein elektrische-Energie-Konversions-Gerät 302 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (z. B. elektrische-Energie-Konversions-Gerät 200) umfasst, illustriert. In einigen Ausführungsformen kann Gerät 300 eine elektrische Energiequelle 304 (z. B. interne Batterie) umfassen und/oder kann operativ mit einer oder mehreren externen elektrischen Energiequellen 306 (z. B. Hauptnetz-Energie) operativ gekoppelt sein.
  • Gerät 300 umfasst eine Mehrzahl von Komponenten 308, welche als eine willkürliche Zahl N von Komponenten (z. B. logische Blöcke, diskrete Komponenten, etc.) illustriert sind. Einige Komponenten von Gerät 300, z. B. „Komponente 1”, können konfiguriert sein, direkt mit einem oder mehreren der elektrischen Energiequelle 304 und 306 eine Schnittstelle zu bilden. Komponente 1 kann z. B. konfiguriert sein, von der Spannung, welche von der Energie-Versorgung(en) zugeführt ist, zu operieren und/oder kann eine oder mehrere interne Regulations-Mechanismen umfassen. Andere Komponenten von Gerät 300, z. B. „Komponente 2” können operativ mit dem Energie-Konversions-Gerät 302 gekoppelt sein. Zusätzlich zum Empfangen von elektrischer Energie von Gerät 302 können solche Komponenten konfiguriert sein, mit der Steuerung 310 (z. B. Steuerung 220) von dem elektrische-Energie-Konversions-Gerät 302 zu interagieren. Zum Beispiel kann die Steuerung 310 konfiguriert sein, ein oder mehrere Knoten der Komponenten zu überwachen, um zukünftige Strom-Nachfragen bzw. -Bedürfnisse in einer ähnlichen Weise zu dem Überwachen der „lokalen” Knoten zu überwachen, welche oben in Bezug auf 2 beschrieben sind. In anderen Worten kann eine Änderung in der Knoten-Spannung oder -Strom einen „Auslöser” für Steuerung 310 bereitstellen, um Strom-Parken, Anheben von gespeicherter Ladung und/oder auf andere Weise das Gerät für eine Änderung an Strom-Bedarf vorzubereiten.
  • In einigen Ausführungsformen können die Komponenten 308, welche mit der Steuerung 310 interagieren, konfiguriert sein, einen Auslöser (z. B. ein oder mehrere Signale) an die Steuerung 310 bereitstellen, was die Steuerung über zukünftige Strom-Nachfragen informiert (alerting). Auf ein Verlassen eines Niedrig-Energie-Modus hin können z. B. eine oder mehrere Komponenten 308 konfiguriert sein, an die Steuerung 310 ein Signal bereitzustellen, was die Steuerung benachrichtigt, dass bald eine Erhöhung in dem Last-Strom benötigt sein kann. Demgemäß kann die Steuerung 310 konfiguriert sein, z. B., Parken von Strom zu starten und/oder Erhöhen der Spannung an Knoten 230 auf den Empfang eines solchen Auslösers hin zu starten. Als ein anderes nicht begrenzendes Beispiel können eine oder mehrere Komponenten 308 (z. B. Verarbeitungs-Pipeline-Komponente(n)) konfiguriert sein, ein Signal an die Steuerung auf einen Empfang einer bestimmten architektonischen Anweisung innerhalb einer Verarbeitungs-Pipeline hin bereitzustellen, welche Untätigkeits-Ausführungs-Mechanismen erfordern werden, in einigen Takt-Zyklen online zu kommen, wie etwa z. B. das Holen einer Fließpunkt-Anweisung.
  • Es wird geschätzt werden, dass dieser Auslöser für einen Beispiel-Zweck präsentiert sind und dass das elektrische-Energie-Konversions-Gerät, welches mittels eines Beispiels dazu beschrieben ist, konfiguriert sein kann, auf irgendeinen geeigneten Auslöser oder Kombination von Auslöser zu antworten, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Hinwendend nun auf 4 ist ein Beispiel-Verfahren 400 zum Bereitstellen von Energie an eine Last, wie etwa ein Stück von Rechen-Logik, und zum Antworten auf transiente Strom-Nachfragen der Last illustriert. Wie bei 402 gezeigt ist, umfasst das Verfahren 400, mit einem Steuermechanismus, welcher operativ mit dem erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät gekoppelt ist, Steuern einer erste-Stufe-Ausgabe-Spannung auf einem Knoten zwischen dem erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät. Wie oben erwähnt ist, kann die erste-Stufe-Ausgabe-Spannung (z. B. Spannung bei Knoten 230 von 2) einen Wert aufweisen, welcher verschieden sein kann von der zweite-Stufe-Spannung (z. B. Spannung bei Knoten 202 von 2). Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen Steuern der erste-Stufe-Ausgabe-Spannung ein Laden der erste-Stufe-Ausgabe-Spannung auf ein höheres Niveau als eine mittlere Betriebs-Spannung umfassen, welche von der Last während eines Bereiches von Betriebs-Bedingungen erfordert ist, wie etwa eine höhere Spannung, welche ausgewählt ist und erzeugt ist, um Antwort-Zeit in dem Fall einer Änderung im Strom-Bedarf von der Last zu erhöhen. In anderen Worten kann die Spannungs-Differenz, welche mittels des Ladens der erste-Stufe-Ausgabe-Spannung auf ein Niveau bewirkt ist, welches größer ist als was benötigt ist, im Mittel, von der Last, ein Mehrstufe-elektronisches-Konversions-Gerät, welches solch einen Steuermechanismus aufweist (z. B. Gerät 200), in die Lage versetzen, eine verbesserte transiente Antwort über Einzel-Stufe-Geräte bereitzustellen.
  • Bei 406 umfasst das Verfahren 400 ferner Steuern einer zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung auf einem Knoten zwischen dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und der Last. Wie oben beschrieben ist, sind die Charakteristiken der Energie-Speichergeräte derart ausgewählt, dass (i) das zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät eine relativ geringere Speicherkapazität hat als das erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und (ii) dass der Steuermechanismus die zweite Stufe-Ausgabe-Spannung veranlassen kann, schneller zu variieren als die erste-Stufe-Ausgabe-Spannung.
  • Trotz Änderungen in dem Strom-Bedarf von der Last ist es typischerweise wünschenswert, die zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung bei einer bestimmten Spannung zu halten. Als solches umfasst Verfahren 400 bei 408 ferner Erkennen einer Änderung in dem Last-Strom-Bedarf. In einigen Ausführungsformen kann Erkennen der Änderung in dem Last-Strom-Bedarf umfassen Beobachten einer Spannungs-Störung (voltage transient) bei der Last. Wenn z. B. Last-Strom-Bedarf ansteigt, wird die Spannung, welche bei dem Ausgabe-Knoten gesehen wird, abfallen, bis über den Steuermechanismus Einstellungen gemacht werden. Wie oben erwähnt ist, braucht jedoch solch eine Beobachtung von Knoten-Spannungen und/oder Strömen Information an den Steuermechanismus nicht geeignet zuvor bereitstellen, was daher zu einer verminderten Performance führt. In einigen Ausführungsformen kann Erkennen der Änderung in dem Last-Strom-Bedarf ein Empfangen eines externen Steuersignals von einem Gerät umfassen, welches operativ mit dem Steuermechanismus gekoppelt ist. In anderen Worten kann ein externes Steuersignal mittels eines externen Geräts geeignet zuvor derart bereitgestellt sein, dass der Steuermechanismus auf die Änderung in dem Strom-Bedarf vorbereiten kann.
  • Unabhängig von den Mechanismen bzw. dem Mechanismus, durch welchen der Steuermechanismus auf eine Änderung in dem Last-Strom-Bedarf hingewiesen wird, weist Verfahren 400 ferner bei 414 auf Antworten auf die Änderung in dem Last-Strom-Bedarf mittels eines Variierens eines oder mehrerer Steuersignale (z. B. über PWM, PFM, etc.), welche operativ sind, die zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung zu steuern. In anderen Worten, da eine Änderung in Last-Strom-Bedarf entweder zu einem Anstieg oder einem Abfall in der zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung führt, kann Antworten auf die Änderung in dem Last-Strom-Bedarf konfiguriert sein, die Ausgabe-Spannung auf eine gewünschte Spannung zurückzudrehen. Zum Beispiel kann Antworten auf die Änderung in Strom-Bedarf bei 416 Steuern des Strom-Park-Schaltmechanismus umfassen, um zu steuern, wie viel des Stroms, welcher aus dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät fließt, an die Last geliefert wird. In anderen Worten kann, wenn Last-Strom-Bedarf ansteigt, ein erhöhter Strom (z. B. Strom, welcher „geparkt” in dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät ist) an die Last bereitgestellt werden, um die zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung auf einen gewünschten Level zurückzudrehen.
  • Aspekte dieser Offenbarung sind mittels eines Beispiels und mit Bezug auf die illustrierten Ausführungsformen, welche oben aufgelistet sind, beschrieben worden. Komponenten, welche in einer oder mehreren Ausführungsformen im Wesentlichen dieselben sind, sind koordinativ identifiziert und mit minimaler Wiederholung beschrieben. Es wird jedoch bemerkt werden, dass Elemente, welche koordinativ identifiziert sind, auch zu einem gewissen Grad differieren können. Die Ansprüche, welche dieser Beschreibung angehängt sind, definieren auf eigentümliche bzw. eindeutige Weise den hierin beanspruchten Gegenstand. Die Ansprüche sind nicht auf die Beispiel-Strukturen oder numerischen Bereiche, welche unten ausgeführt sind, begrenzt noch auf Implementierungen, welche die hierin identifizierten Probleme oder Nachteile des momentanen Standes der Technik adressieren.

Claims (21)

  1. Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät, welches zwischen einer elektrischen Energiequelle und einer Last gekoppelt ist, aufweisend: eine erste Regulator-Stufe, welche ein erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät umfasst; eine zweite Regulator-Stufe, welche ein zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät umfasst, wobei das zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät operativ zwischen dem erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und der Last gekoppelt ist; und ein Steuermechanismus, welcher operativ ist, um (i) eine erste-Stufe-Ausgabe-Spannung auf einem Knoten zwischen dem erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät zu steuern und (ii) eine zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung auf einem Knoten zwischen dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und der Last zu steuern, wobei Charakteristiken des erste-Stufe-Energie-Speicher-Geräts und des zweite-Stufe-Energie-Speicher-Geräts derart ausgewählt sind, dass (i) das zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät eine relativ geringere Speicher-Kapazität hat als das erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und (ii) dass der Steuermechanismus dazu führen kann, dass die zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung schneller variiert als die erste-Stufe-Ausgabe-Spannung.
  2. Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät gemäß Anspruch 1, wobei die Last konfiguriert ist, während eines Bereiches von Betriebs-Bedingungen eine mittlere Betriebs-Spannung zu erfordern, und wobei der Steuermechanismus konfiguriert ist, die erste-Stufe-Ausgabe-Spannung auf ein Niveau zu laden, welches höher ist als die mittlere Betriebs-Spannung, wobei solch eine höhere Spannung ausgewählt ist und erzeugt ist, um in dem Fall einer Änderung in Strom-Bedarf von der Last eine Antwort-Zeit zu vermindern.
  3. Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät gemäß Anspruch 1, wobei der Steuermechanismus einen Park-Schaltmechanismus umfasst, welcher zwischen dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und der Last gekoppelt ist, wobei der Strom-Park-Schaltmechanismus steuerbar ist, um zu steuern, wie viel von dem Strom, welcher aus dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät fließt, an die Last geliefert wird.
  4. Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät gemäß Anspruch 3, wobei der Steuermechanismus einen zweite-Stufe-Schaltmechanismus umfasst, welcher steuerbar ist, um selektiv die zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung zu variieren, wobei das Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät konfiguriert ist, Steuersignale zu variieren, welche auf den zweite-Stufe-Schaltmechanismus und/oder den Strom-Park-Schaltmechanismus in Antwort auf eine Änderung in dem Strom-Bedarf von der Last angewendet werden.
  5. Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät gemäß Anspruch 1, wobei der Steuermechanismus umfasst: einen erste-Stufe-Schaltmechanismus, welcher steuerbar ist, um selektiv die erste-Stufe-Ausgabe-Spannung zu variieren; und einen zweite-Stufe-Schaltmechanismus, welcher steuerbar ist, um selektiv die zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung zu variieren.
  6. Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät gemäß Anspruch 5, wobei der zweite-Stufe-Schaltmechanismus konfiguriert ist, so dass er bei einer höheren Frequenz als der erste-Stufe-Schaltmechanismus geschaltet werden kann.
  7. Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät gemäß Anspruch 6, wobei der Steuermechanismus einen Strom-Park-Schaltmechanismus umfasst, welcher zwischen dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und der Last gekoppelt ist, wobei der Strom-Park-Schaltmechanismus betreibbar ist, um zu steuern, wie viel von dem Strom, welcher aus dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät fließt, an die Last geliefert wird.
  8. Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät gemäß Anspruch 1, wobei der Steuermechanismus konfiguriert ist, eine Änderung in dem Last-Strom-Bedarf zu erkennen und auf eine solche Änderung dadurch zu antworten, dass ein oder mehrere Steuersignale variiert werden, welche operativ sind, die zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung zu steuern.
  9. Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät gemäß Anspruch 8, wobei Erkennen einer Änderung in dem Last-Strom-Bedarf ein Beobachten einer Spannungs-Störung bei der Last umfasst.
  10. Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät gemäß Anspruch 8, wobei Erkennen einer Änderung in dem Last-Strom-Bedarf ein Empfangen eines externen Steuersignals von einem Gerät umfasst, welches operativ mit dem Steuermechanismus gekoppelt ist.
  11. In einem Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät mit einer ersten Regulator-Stufe, welche ein erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät hat, und mit einer zweiten Regulator-Stufe, welche ein zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät hat, wobei das erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und das zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät zwischen einer elektrischen Energieversorgung und einer Last gekoppelt sind, Verfahren zum Bereitstellen von Energie an eine Last, aufweisend: mit einem Steuermechanismus, welcher operativ mit dem erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät gekoppelt ist, Steuern einer erste-Stufe-Ausgabe-Spannung auf einem Knoten zwischen dem erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät; und Steuern einer zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung auf einem Knoten zwischen dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und der Last, wobei die Charakteristiken des erste-Stufe-Energie-Speicher-Geräts und des zweite-Stufe-Energie-Speicher-Geräts derart ausgewählt sind, dass (i) das zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät eine relativ geringere Speicherkapazität hat als das erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und (ii) dass der Steuermechanismus dazu führen kann, dass die zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung und -Strom schneller variiert als die erste-Stufe-Ausgabe-Spannung.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Last konfiguriert ist, während eines Bereiches von Betriebs-Bedingungen eine mittlere Betriebs-Spannung zu erfordern, und wobei das Verfahren ferner aufweist Steuern, die erste-Stufe-Ausgabe-Spannung auf ein Niveau zu laden, welches höher ist als die mittlere Betriebs-Spannung, wobei solch eine höhere Spannung ausgewählt ist und erzeugt ist, um in dem Fall einer Änderung in Strom-Bedarf von der Last eine Antwort-Zeit zu vermindern.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Steuermechanismus einen Park-Schaltmechanismus umfasst, welcher zwischen dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und der Last gekoppelt ist, wobei das Verfahren ferner aufweist, den Strom-Park-Schaltmechanismus zu steuern, wie viel von dem Strom, welcher aus dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät fließt, an die Last geliefert wird.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der Steuermechanismus einen zweite-Stufe-Schaltmechanismus umfasst, welcher steuerbar ist, um selektiv die zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung zu variieren, wobei das Verfahren ferner aufweist, Steuersignale zu variieren, welche auf den zweite-Stufe-Schaltmechanismus und/oder den Strom-Park-Schaltmechanismus in Antwort auf eine Änderung in dem Strom-Bedarf von der Last angewendet werden.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Steuermechanismus einen erste-Stufe-Schaltmechanismus, welcher steuerbar ist, um selektiv die erste-Stufe-Ausgabe-Spannung zu variieren und einen zweite-Stufe-Schaltmechanismus umfasst, welcher steuerbar ist, um selektiv die zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung zu variieren, wobei der zweite-Stufe-Schaltmechanismus konfiguriert ist, so dass er bei einer höheren Frequenz als der erste-Stufe-Schaltmechanismus geschaltet werden kann.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 11, ferner aufweisend: Erkennen einer Änderung in einem Last-Strom-Bedarf; und Antworten auf solch eine Änderung mittels eines Variierens eines oder mehrerer Steuersignale, welche operativ sind, die zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung zu steuern.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei Erkennen einer Änderung in Last-Strom-Bedarf ein Beobachten einer Spannungs-Störung bei der Last umfasst.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei Erkennen einer Änderung in Last-Strom-Bedarf ein Empfangen eines externen Steuersignals von einem Gerät umfasst, welches operativ mit dem Steuermechanismus gekoppelt ist.
  19. Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät, welches zwischen einer elektrischen Energiequelle und einer Last gekoppelt ist, aufweisend: eine erste Regulator-Stufe, welche ein erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät umfasst; eine zweite Regulator-Stufe, welche ein zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät umfasst, wobei das zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät operativ zwischen der erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und der Last gekoppelt ist und konfiguriert ist mit einer Kapazität, um Energie zu speichern, welche geringer ist als die des erste-Stufe-Energie-Speicher-Geräts; und einen Steuermechanismus, umfassend (i) einen erste-Stufe-Schaltmechanismus, welcher steuerbar ist, um selektiv eine erste-Stufe-Ausgabe-Spannung auf einem Knoten zwischen dem erste-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät zu variieren, und (ii) einen zweite-Stufe-Schaltmechanismus, welcher steuerbar ist, um selektiv eine zweite-Stufe-Ausgabe-Spannung auf einem Knoten zwischen dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und der Last zu variieren, wobei der zweite-Stufe-Schaltmechanismus und das zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät mit einer Schaltfähigkeit konfiguriert sind, welche schneller ist als die der ersten Regulator-Stufe.
  20. Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät gemäß Anspruch 19, wobei der Steuermechanismus einen Strom-Park-Schaltmechanismus umfasst, welcher zwischen dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät und der Last gekoppelt ist, wobei der Strom-Park-Schaltmechanismus steuerbar ist, um zu steuern wie viel von dem Strom, welcher aus dem zweite-Stufe-Energie-Speicher-Gerät fließt, an die Last geliefert wird.
  21. Mehrstufe-elektrische-Energie-Konversions-Gerät gemäß Anspruch 19, wobei die Last konfiguriert ist, während eines Bereiches von Betriebs-Bedingungen eine mittlere Betriebs-Spannung zu erfordern, und wobei der Steuermechanismus konfiguriert ist, die erste-Stufe-Ausgangs-Spannung auf einen Pegel zu laden, welcher höher ist als die mittlere Betriebs-Spannung, wobei eine solche höhere Spannung ausgewählt ist und erzeugt ist, um eine Antwort-Zeit in dem Falle einer Änderung in einem Strom-Bedarf von der Last zu erniedrigen.
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