DE102015105833B4 - Spannungsregler mit Leistungsstufen-Schlafmodi - Google Patents

Spannungsregler mit Leistungsstufen-Schlafmodi Download PDF

Info

Publication number
DE102015105833B4
DE102015105833B4 DE102015105833.2A DE102015105833A DE102015105833B4 DE 102015105833 B4 DE102015105833 B4 DE 102015105833B4 DE 102015105833 A DE102015105833 A DE 102015105833A DE 102015105833 B4 DE102015105833 B4 DE 102015105833B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power
low
power mode
power stage
stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102015105833.2A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102015105833A1 (de
Inventor
Giuseppe Bernacchia
Jens A. Ejury
Simone Fabbro
Karl Norling
Aliaksandr Subotski
Benjamin Tang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies Austria AG
Original Assignee
Infineon Technologies Austria AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies Austria AG filed Critical Infineon Technologies Austria AG
Publication of DE102015105833A1 publication Critical patent/DE102015105833A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102015105833B4 publication Critical patent/DE102015105833B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0032—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Leistungsstufe eines Spannungsreglers, die aufweist:einen ersten Schalter (HS-FET), der dazu ausgebildet ist, in einem ersten Schaltzustand der Leistungsstufe (102) eine Last mit einer Versorgungsspannung (Vin) zu verbinden;einen zweiten Schalter (LS-FET), der dazu ausgebildet ist, in einem zweiten Schaltzustand der Leistungsstufe (102) die Last mit Masse zu verbinden;eine Treiberschaltung, die dazu ausgebildet ist, die Leistungsstufe (102) als Reaktion auf ein Schaltsteuersignal (pwm) in den ersten Schaltzustand, den zweiten Schaltzustand oder in einen nicht-schaltenden Zustand, in dem beide Schalter (HS-FET, LS-FET) aus sind, zu setzen; undeine Leistungsmanagementeinheit (112), die dazu ausgebildet ist,die Leistungsstufe (102) aus einem Nennleistungsmodus in einen ersten Niedrigleistungsmodus zu bringen, falls sich die Leistungsstufe (102) für einen vorbestimmten Zeitraum im nicht-schaltenden Zustand befindet, unddie Leistungsstufe (102) als Reaktion auf ein Steuersignal, das die Leistungsstufe (102) anweist, in den zweiten Niedrigleistungsmodus überzugehen, aus dem ersten Niedrigleistungsmodus in einen zweiten Niedrigleistungsmodus zu bringen,wobei die Leistungsstufe dazu ausgebildet ist, beim Austritt aus dem zweiten Niedrigleistungsmodus weniger Leistung zu verbrauchen und eine höhere Latenzzeit aufzuweisen, als beim Austritt aus dem ersten Niedrigleistungsmodus.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Spannungsregler, insbesondere auf Spannungsreglerleistungsmanagement.
  • Spannungsregler werden in modernen elektronischen Systemen weitverbreitet wegen ihres hohen Wirkungsgrads und der geringen Fläche/Volumen, die von solchen Wandlern gebraucht werden, für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet, wie zum Beispiel Computer (Server und Mobil) und POLs (Point-Of-Load Systems) für Telekommunikationszwecke. Zu weitverbreitet üblichen Spannungsreglertopologien zählen Abwärtswandler-, Aufwärtswandler-, Abwärts-Aufwärtswandler, Durchflusswandler-, Flyback-, Halbbrücken-, Vollbrücken- und SEPIC- (Single Ended Primary Inductance Converter) Topologien. Mehrphasen-Abwärtswandler sind besonders gut geeignet, um hohen Strom bei geringen Spannungen bereitzustellen, benötigt von integrierten Hochleistungsschaltungen, wie zum Beispiel Mikroprozessoren, Grafikprozessoren und Netzwerkprozessoren. Abwärtswandler werden mit aktiven Komponenten, wie zum Beispiel einem Pulsweitenmodulations- (PWM-) Steuerungs-IC (Integrated Circuit, integrierte Schaltung), Treiberschaltungen, einem oder mehreren Leistungs-MOS-FETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren), und mit passiven Komponenten, wie zum Beispiel Induktivitäten, Transformatoren oder gekoppelten Induktivitäten, Kondensatoren und Widerständen, umgesetzt. Mehrphasige (Leistungsstufen) können parallel zur Last durch entsprechende Induktivitäten verbunden werden, um die Anforderungen nach hohem Ausgangsstrom zu erfüllen.
  • Spannungsregler weisen idealerweise einen hohen Wirkungsgrad bei allen Lastbedingungen auf, einschließlich Schwachlast, und niedrigen Leistungsverlust, wenn der Regler ausgeschaltet ist. Bei Hochleistungsspannungsreglern werden häufig separate Steuerungen und Leistungsstufen eingesetzt. Zum Beispiel weisen Hochleistungs-DC-DC-Spannungsregler typischerweise eine einzige Phase (Leistungsstufe) oder mehrere Phasen auf, z. B. im Fall von Mehrphasenabwärtswandlern. Die Leistungsstufen eines Spannungsreglers können diskret (separate Treiber- und Leistungsschalter-Packages) oder integriert (ein Package umfasst Treiber und Leistungsschalter) sein. Integrierte Leistungsstufen enthalten hochentwickelte Schaltungsanordnungen, wie zum Beispiel interne Versorgungsschienen, Bootstrap-Versorgung, integrierte Stromerfassung, integrierte Temperaturerfassung usw. Schwachlastbedingungen führen zu Zeiträumen, in denen die Leistungsstufe geringe oder keine Aktivität aufweist. Mehrphasenwandler weisen typischerweise die Fähigkeit auf, Phasen abzuschalten, wobei eine oder mehrere Phasen nicht aktiv geschaltet werden und keinerlei Zusatzstrom unterstützen. Zusätzlich können bei extremen Schwachlasten Phasen im Pulsfrequenzmodus betrieben werden, wobei eine erhebliche Zeit zwischen Schaltzyklen liegt, in der die Leistungsstufe nicht schaltet. Somit weisen DC-DC-Spannungsregler mehrere Betriebsmodi auf, in denen es zum Reduzieren von Leistungsverlusten wünschenswert ist, wenn eine oder mehrere Leistungsstufen im Schlafmodus sind. Die mit einem vorhandenen Schlafmodus zusammenhängende Verzögerung ist ein wichtiger Leistungsparameter für die Leistungsstufe, in bestimmten Fällen ist etwas Austrittsverzögerung akzeptabel, und in anderen Fällen muss die Leistungsstufe sofort auf Änderungen an ihrem Eingang reagieren.
  • Bei einigen konventionellen DC-DC-Spannungsreglern wird auf die mit der Umsetzung von Leistungsstufen-Schlafmodi zusammenhängenden Komplexitäten verzichtet, und daher bieten sie dieses Merkmal nicht. Für diese Regler bleiben einige interne Schaltungsanordnungen, die sonst gesperrt werden könnten, in der Leistungsstufe eingeschaltet, was den Energieverlust des Spannungsreglers unnötig erhöht. Andere konventionelle DC-DC-Spannungsregler stellen einen reservierten Pin für die Angabe bereit, wann die Leistungsstufe in den Schlafmodus eintreten sollte. Dieser Ansatz macht es erforderlich, dass die Steuerung und jede Leistungsstufe (Phase) des Spannungsreglers einen extra Pin/Signal zur Freigabe dieses Merkmals aufweist, was die Systemgröße und -kosten erhöht. Zudem ist die Spannungsregelung im Schlafmodus konventionell gesperrt, was für die Leistungsstufe eine hohe Latenzzeit erforderlich macht, um beim Austritt aus dem Schlafmodus die normale Spannungsregelung wieder aufzunehmen. Zudem werden bei konventionellen Umsetzungsformen von Schlafmodi Pulsfrequenz- und Phasenabschalt-Betriebsmodi, die zu Energieverlust der Leistungsstufe in Beziehung stehen, nicht optimiert.
  • Die DE 10 2012 106 866 A1 beschreibt einen Schaltregler, der einen Mehrphasenwandler mit mehreren Hautphasen aufweist, die jeweils dazu ausgebildet sind, eine Eingangsspannung in eine niedrigere Ausgangsspannung zu wandeln. Der Schaltregler umfasst außerdem eine Hilfsphase, die dazu ausgebildet ist, während eines Schwachlastbetriebs in einem Impulsfrequenzmodulationsbetrieb zu arbeiten, so dass während des Schwachlastbetriebs eine an den Schaltregler angeschlossene Last wenigstens durch die Hilfsphase versorgt wird.
  • Die US 2009 / 0 230 939 A1 beschreibt einen Schaltwandler mit zwei parallel geschalteten Wandlereinheiten, die unabhängig voneinander aktiviert oder deaktiviert werden können.
  • Die DE 10 2012 104 072 A1 beschreibt einen Schaltwandler, der bei Niedriglast im Burst-Betrieb arbeitet.
  • Gemäß einer Ausführungsform einer Leistungsstufe eines Spannungsreglers umfasst die Leistungsstufe einen ersten Schalter, der dazu ausgebildet ist, in einem ersten Schaltzustand der Leistungsstufe eine Last mit einer Versorgungsspannung zu verbinden, einen zweiten Schalter, der dazu ausgebildet ist, in einem zweiten Schaltzustand der Leistungsstufe die Last mit Masse zu verbinden, Treiberschaltungen und eine Leistungsmanagementeinheit. Die Treiberschaltung ist dazu ausgebildet, die Leistungsstufe in den ersten Schaltzustand, den zweiten Schaltzustand oder in einen nicht schaltenden Zustand zu setzen, in dem beide Schalter als Reaktion auf ein aus der Leistungsstufe aufgenommenes Schaltsteuersignal ausgeschaltet sind. Die Leistungsmanagementeinheit ist dazu ausgebildet, die Leistungsstufe aus einem Nennleistungsmodus in einen ersten Niedrigleistungsmodus zu bringen, falls sich die Leistungsstufe für einen vorbestimmten Zeitraum im nicht schaltenden Zustand befindet, die Leistungsstufe aus einem Nennleistungsmodus in einen ersten Niedrigleistungsmodus zu bringen, falls sich die Leistungsstufe für einen vorbestimmten Zeitraum im nicht-schaltenden Zustand befindet, und die Leistungsstufe als Reaktion auf ein Steuersignal, das die Leistungsstufe anweist, in den zweiten Niedrigleistungsmodus überzugehen, aus dem ersten Niedrigleistungsmodus in einen zweiten Niedrigleistungsmodus zu bringen. Die Leistungsstufe ist außerdem dazu ausgebildet ist, beim Austritt aus dem zweiten Niedrigleistungsmodus weniger Leistung zu verbrauchen und eine höhere Latenzzeit aufzuweisen, als beim Austritt aus dem ersten Niedrigleistungsmodus.
  • Gemäß einer Ausführungsform eines Spannungsreglers umfasst der Spannungsregler eine Leistungsstufe und eine Steuerung. Die Leistungsstufe ist dazu ausgebildet, in einem ersten Schaltzustand eine Last mit einer Versorgungsspannung zu verbinden, in einem zweiten Schaltzustand die Last mit Masse zu verbinden, den ersten Schaltzustand, den zweiten Schaltzustand oder einen nicht schaltenden Zustand als Reaktion auf ein Schaltsteuersignal anzunehmen, aus einem Nennleistungsmodus in einen ersten Niedrigleistungsmodus überzugehen, nachdem sie sich für einen vorbestimmten Zeitraum im nicht schaltenden Zustand befunden hat, und aus dem ersten Niedrigleistungsmodus in einen zweiten Niedrigleistungsmodus als Reaktion auf ein Steuersignal überzugehen, das die Leistungsstufe anweist, in den zweiten Niedrigleistungsmodus überzugehen. Die Steuerung ist dazu ausgebildet, das Schaltsteuersignal so zu setzen, dass es lange genug den nicht schaltenden Zustand bewirkt, um die Leistungsstufe aus dem Nennleistungsmodus in den ersten Niedrigleistungsmodus zu bringen, und, nachdem sie lange genug gewartet hat, um sicherzustellen, dass sich die Leistungsstufe im ersten Niedrigleistungsmodus befindet, das Steuersignal zu senden, das die Leistungsstufe anweist, in den zweiten Niedrigleistungsmodus einzutreten. Die Leistungsstufe ist außerdem dazu ausgebildet ist, beim Austritt aus dem zweiten Niedrigleistungsmodus weniger Leistung zu verbrauchen und eine höhere Latenzzeit aufzuweisen, als beim Austritt aus dem ersten Niedrigleistungsmodus.
  • Gemäß einer Ausführungsform einer Steuerung für einen Spannungsregler umfasst die Steuerung eine Schnittstelle, die dazu ausgebildet ist, mit einer Leistungsstufe des Spannungsreglers in Verbindung zu stehen, und Steuerlogik, die dazu ausgebildet ist, der Leistungsstufe zu signalisieren, in einen nicht schaltenden Zustand überzugehen und sich aus einem Nennleistungsmodus in einen ersten Niedrigleistungsmodus zu bringen. Die Steuerung ist außerdem dazu ausgebildet, nach Warten für einen ausreichend langen Zeitraum, um sicherzustellen, dass sich die Leistungsstufe im ersten Niedrigleistungsmodus befindet, der Leistungsstufe zu signalisieren, in einen zweiten Niedrigleistungsmodus überzugehen, in dem die Leistungsstufe dazu konzipiert ist, weniger Leistung zu verbrauchen und eine längere Latenzzeit bei Austritt aus dem zweiten Niedrigleistungsmodus aufzuweisen, als beim Austritt aus dem ersten Niedrigleistungsmodus.
  • Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu in Bezug zueinander. Gleiche Referenznummern bezeichnen entsprechende ähnliche Teile. Die Merkmale der verschiedenen veranschaulichten Ausführungsformen können kombiniert werden, es sei denn, sie schließen einander aus. Ausführungsformen werden in den Zeichnungen aufgezeigt und in der folgenden Beschreibung genau beschrieben.
    • 1 veranschaulicht ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Spannungsreglers mit unterschiedlichen Leistungsstufen-Schlafmodi.
    • 2 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform zum Managen unterschiedlicher Leistungsmodi einer Spannungsreglerleistungsstufe durch eine Steuerung des Spannungsreglers.
    • 3 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform, um durch eine Steuerung des Spannungsreglers eine Spannungsreglerleistungsstufe zu zwingen, sich aus einem Niedrigleistungsmodus in einen Modus mit niedrigerer Leistung zu bringen.
    • 4 veranschaulicht ein PWM-Steuersignal, das von einem Steuersignal eines Spannungsreglers erzeugt wird, um eine Leistungsstufe des Spannungsreglers zu zwingen, sich aus einem Niedrigleistungsmodus in einen Modus mit niedrigerer Leistung zu bringen.
    • 5 veranschaulicht ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Spannungsreglerleistungsstufe mit unterschiedlichen Leistungsstufen-Schlafmodi.
  • Die hier beschriebenen Ausführungsformen stellen einen Spannungsregler bereit, der eine Steuerung und eine oder mehrere Leistungsstufen (Phasen) enthält, die Schlaf- (niedrige Leistung) und Tiefschlaf- (niedrigere Leistung) Modi aufweisen. Die Steuerung signalisiert den Eintritt in bzw. den Austritt aus den Schlaf- bzw. Tiefschlafmodi. Der Schlafmodus weist keine Austrittslatenzzeit auf, und daher kann jede Leistungsstufe nahezu sofort auf Änderungen in ihrem schaltenden Steuersignaleingang reagieren. Der Tiefschlafmodus weist eine Austrittslatenzzeit auf, leitet aber weniger Leistung als der Schlafmodus ab, und die Steuerung wartet, bis die Leistungsstufenschaltungsanordnung bereit ist, bevor sie die entsprechende Leistungsstufe anweist, das Schalten wieder aufzunehmen. Mit einem solchen Spannungsreglerdesign kann Leistungsverlust reduziert werden, wenn (d. h. zu der Zeit bzw. während der Zeit, in der) die Spannungsregelung gesperrt ist, und in Pulsfrequenz- und Phasenabschaltmodi, weil die interne Leistungsstufenschaltungsanordnung ausgeschaltet werden kann. Die Leistungsstufenreaktion auf eine Änderung im Betriebsmodus des Reglers wird nicht beeinflusst, entweder, weil im Schlafmodus keine Austrittslatenzzeit vorhanden ist, oder, weil die Austrittslatenzzeit im Tiefschlafmodus bereits durch das Regelungssystem berücksichtigt wird.
  • 1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Spannungsreglers 100, der mehrere Leistungsstufen 102 und eine Steuerung 104, wie zum Beispiel einen Mikrocontroller, einen Mikroprozessor, eine ASIC (Application-Specific Integrated Circuit, anwendungsspezifische integrierte Schaltung) usw., zum Steuern des Betriebs der Leistungsstufen 102 umfasst. In 1 werden, nur als Beispiel, drei Leistungsstufen 102 gezeigt, allerdings kann der Spannungsregler 100 irgendeine Anzahl von Leistungsstufen 102 enthalten, einschließlich einer einzelnen Leistungsstufe 102 (d. h. Einphasenregler) oder mehr als eine Leistungsstufe 102 (d. h. Mehrphasenregler).
  • Die Leistungsstufen 102 stellen der Last 106 eine geregelte Spannung bereit. Jede Leistungsstufe 102 kann dazu betrieben werden, der Last 106 einen Phasenstrom durch eine oder mehrere Induktivitäten (L) zuzuführen, die mit dem Spannungsregler 100 über die Induktivitäten und einen oder mehrere Ausgangskondensatoren (C) parallel zum Reglerausgang verbunden sind. Die Last 106 kann eine integrierte Hochleistungsschaltung sein, wie zum Beispiel ein Mikroprozessor, ein Grafikprozessor, ein Netzwerkprozessor usw. oder eine andere Art von elektronischer Schaltung, die Spannungsregelung erfordert. Jede Leistungsstufe 102 verbindet die Last 106 in einem ersten Schaltzustand mit einer Eingangsspannung des Spannungsreglers 100 und in einem zweiten Schaltzustand mit Masse.
  • Die Steuerung 104 managt die Schaltzustände jeder Leistungsstufe 102, um die der Last 106 zugeführte Spannung (Vout) zu regeln, indem die der Last 106 zugeführten Ströme eingestellt werden. Im Fall von PWM- (Pulsweitenmodulations-) basiertem Schalten der Leistungsstufen 102 enthält die Steuerung 104 eine PWM-Einheit 108, die PWM-Steuersignale (pwm) zum Schalten der Leistungsstufen 102 erzeugt. Falls der Laststrom niedrig ist (z. B. geringer als der halbe Phasenstrom), gestatten Synchronwandler, dass der negative Strom (Rückstrom) durch Low-Side-Schalter einer oder mehrerer der Leistungsstufen 102 fließt, wo er abgeleitet wird. Falls allerdings ein Low-Side-Schalter ausgeschaltet ist, kann die entsprechende Inversdiode den Rückstrom nicht leiten und bleibt hochohmig (HiZ, High Impedance) oder bei Nullstrom, was DCM (Discontinuous Conduction Mode) genannt wird. Der Spannungsregler 100 kann auch in einem Continuous Conduction Mode (CCM) mit Stromsenkenfähigkeit betrieben werden. Im Allgemeinen werden der Schaltzustand und der Duty-Cycle der einzelnen Leistungsstufen 102 wenigstens zum Teil auf Basis der für die Last 106 bereitgestellten Ausgangsspannung (Vout) bestimmt, so dass der Spannungsregler 100 so schnell und zuverlässig wie möglich auf sich ändernde Lastbedingungen reagieren kann.
  • Die Steuerung 104 kann Änderungen von einer Referenzspannung zu einer anderen managen. Die Steuerung 104 kann auch Fehler zwischen der Ausgangsspannung (Vout) und einer Referenzspannung bestimmen und die Fehlerspannung in eine digitale Darstellung wandeln, die der PWM-Einheit 108 zum Modifizieren des Schaltzustands und/oder des Duty-Cycles der Leistungsstufen 102, z. B. durch Einstellen des Duty-Cycles der PWM-Steuersignale, bereitgestellt wird. Solche Spannungsregelungsfunktionen sind Standard in typischen digital gesteuerten Schaltleistungswandlern, und daher wird keine weitere Erklärung in dieser Hinsicht gegeben.
  • Eine Signalisierungsschnittstelle 110 wird zwischen der Steuerung 104 und den Leistungsstufen 102 bereitgestellt. Neben anderen Funktionen kann die Steuerung 104 unterschiedliche Leistungsmodi der Leistungsstufen 102 über die Schnittstelle 110 managen.
  • 2 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform zum Managen unterschiedlicher Leistungsmodi der Leistungsstufen 102 durch die Reglersteuerung 104. Jede Leistungsstufe 102 wird in jedem der Schaltzustände in einem Nenn- (schaltenden) Leistungsmodus betrieben (Block 200). Die Leistungsstufen 102 weisen jeweils eine Leistungsmanagementeinheit 112 auf, um in den Schlaf- (niedrige Leistung) und in den Tiefschlaf- (niedrigere Leistung) Modus einzutreten bzw. daraus auszutreten, wenn sie sich in einem nicht schaltenden Zustand befinden. Die Steuerung 104 kann einzelnen der Leistungsstufen 102 auf solch eine Weise signalisieren, dass eine Leistungsstufe 102 gezwungen wird, in den nicht schaltenden Zustand einzutreten und sich vom Nennleistungsmodus in den Schlafmodus zu bringen, um den Energieverlust des Reglers zu reduzieren (Block 210). Nachdem sich die Leistungsstufe 102 im Schlafmodus befindet, kann die Steuerung 104 der Leistungsstufe 102 signalisieren, sich aus dem Schlafmodus in den Tiefschlafmodus zu bringen, um den Energieverlust des Reglers noch weiter zu reduzieren (Block 220).
  • 3 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform der Reglersteuerung 104, die eine Leistungsstufe 102 zwingt, sich aus dem Schlafmodus in den Tiefschlafmodus zu bringen. Gemäß dieser Ausführungsform wird der Schaltzustand der Leistungsstufe 102 durch PWM-Steuern bestimmt. Die Leistungsstufe 102 verbindet die Last 106 in einem ersten Schaltzustand mit einer Eingangsspannung des Spannungsreglers 100, wenn das der Leistungsstufe 102 bereitgestellte PWM-Steuersignal aktiv (Ein) ist, und in einem zweiten Schaltzustand mit Masse, wenn das PWM-Steuersignal nicht aktiv (Aus) ist, wie in 4 gezeigt wird. Die Leistungsstufe 102 wird in jedem der PWM-Schaltzustände (d. h. PWM ein oder aus) im Nennleistungsmodus betrieben. Um die Leistungsstufe 102 in den Schlafmodus zu zwingen, deaktiviert die Steuerung 104 das PWM-Steuersignal, um einen HiZ-Zustand anzugeben, in dem die Leistungsstufe 102 nicht schaltet, d. h. der High-Side- und der Low-Side-Schalter der Leistungsstufe 102 ausgeschaltet sind. Falls die Leistungsmanagementeinheit 112 der Leistungsstufe 102 detektiert, dass sich das PWM-Steuersignal für einen vorbestimmten Zeitraum im nicht schaltenden HiZ-Zustand befindet, bewegt sich die Leistungsstufe 102 aus dem Nennleistungsmodus in den Schlaf- (niedrige Leistung) Modus (Block 300). Die Steuerung 102 enthält die Steuerlogik 114, die das PWM-Steuersignal für einen ausreichenden Zeitraum im HiZ-Zustand aktiviert hält, um die Leistungsstufe 102 in den Schlafmodus zu zwingen. Die Leistungsmanagementeinheit 112 der Leistungsstufe 102 deaktiviert einige Schaltungsanordnungen in der Leistungsstufe 102, um im Schlafmodus die Energieverluste zu reduzieren. Die Steuerlogik 114 der Steuerung 104 wartet genug Zeit (Twait) ab, um sicherzustellen, dass sich die Leistungsstufe 102 im Schlafmodus befindet (Block 310). Die Wartezeit ist eine Funktion mehrerer Variablen, wie zum Beispiel der Größe der Induktivität, der Phasenstromgröße usw. Wenn diese Zeit abgelaufen ist, sollte der Phasenstrom in der Leistungsstufeninduktivität null sein, und die Steuerung 104 kann der Leistungsstufe 102 signalisieren, in den Tiefschlaf- (niedrigere Leistung) Modus einzutreten (Block 320). Alternativ kann die Steuerung 104 einen intelligenten Treiber enthalten, der erkennt, wann der Induktivitätsstrom null ist. In beiden Fällen deaktiviert die Leistungsmanagementeinheit 112 der Leistungsstufe 102 zusätzliche Schaltungsanordnungen in der Leistungsstufe 102 als Reaktion auf das Signal aus der Steuerung 104, um die Energieverluste weiter zu reduzieren.
  • Die Spannungsreglerleistungsstufen 102 sind dazu ausgelegt, beim Austritt aus dem Tiefschlafmodus weniger Leistung aufzunehmen und eine höhere Latenzzeit aufzuweisen, als im Schlafmodus. Das Signalisieren des Leistungsmodus zwischen der Steuerung 104 und den Leistungsstufen 102 kann unter Verwendung eines oder mehrerer reservierter Pins umgesetzt werden. Alternativ kann das Signalisieren des Leistungsmodus über einen oder mehrere Pins umgesetzt werden, die von den Leistungsstufen 102 verwendet werden, um im Nennleistungsmodus Informationen zur Steuerung 104 zu melden. Dieser bzw. diese Pin(s) werden von der Leistungsstufe 102 nicht verwendet, um Informationen zu melden, wenn sich die Leistungsstufen 102 im nicht schaltenden Zustand befinden, und daher können der bzw. die gemeinsam genutzte(n) Pin(s) erneut verwendet werden, um wenigstens den Eintritt und den Austritt der Leistungsstufen 102 in den bzw. aus dem Tiefschlafmodus zu steuern.
  • Schaltungsanordnungen der Leistungsstufen 102, wie zum Beispiel interne Versorgungen, Boot-Schaltungsanordnungen, integrierte Stromerfassungsschaltungsanordnungen, integrierte Temperaturerfassungsschaltungsanordnungen und interne Vorspannschaltungen können im Schlaf- und/oder Tiefschlafmodus ausgeschaltet werden, um Energie zu sparen. Der Spannungsregler 100 kann die Schlaf- und Tiefschlafmodi zum Sperren interner Schaltungsanordnungen der Leistungsstufen 102 verwenden, um Leistungsverlust bei Schwachlastbetrieb zu minimieren. Zum Beispiel kann eine Leistungsstufe 102 im Schlafmodus Strom- und/oder Temperaturerfassungsschaltungsanordnungen enthalten, die im Schlafmodus nicht benötigt werden, weil der Phasenstrom null ist und die Temperatur unkritisch ist, weil sich die Leistungsstufe 102 im Leerlauf befindet / nicht schaltet. Die Strom- und/oder Temperaturerfassungsschaltungen können im Schlafmodus gesperrt werden, um Energieverlust zu reduzieren. Die Steuerung 104 kann dann der Leistungsstufe 102 signalisieren, sich aus dem Schlafmodus in den Tiefschlafmodus zu bringen, indem sie den bzw. die Pin(s) erneut verwendet, der bzw. die im Nennleistungsmodus verwendet wird bzw. werden, um die Strom- und/oder Temperaturerfassungsinformationen (imon/tmon) aus der Leistungsstufe 102 zur Steuerung 104 zu übertragen. Weil diese(r) Pin(s) im nicht schaltenden Zustand nicht verwendet werden, können sie erneut verwendet werden, um die Leistungsstufe 102 dazu zu zwingen, in den Tiefschlafmodus mit niedrigerer Leistung einzutreten und anschließend aus dem Tiefschlafmodus zurück in den Schlafmodus zu treten.
  • 5 veranschaulicht ausführlicher eine Ausführungsform einer Spannungsreglerleistungsstufe 102 mit unterschiedlichen Niedrigleistungsmodi. Die Leistungsstufe 102 enthält einen High-Side-Schalter (HS-FET), wie zum Beispiel einen Leistungs-MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) oder eine andere Art von Leistungstransistor, der die Last (in 5 nicht dargestellt) in einem Schaltzustand mit einer Versorgungsspannung (Vin) verbindet, und einen Low-Side-Schalter (LS-FET), wie zum Beispiel einen Leistungs-MOSFET oder eine andere Art von Leistungstransistor, der die Last in einem anderen Schaltzustand mit Masse verbindet. Die Leistungsstufe 102 enthält auch Treiberschaltungen 200, um die Leistungsstufe 102 im ersten Schaltzustand (High-Side einschalten, Low-Side ausschalten), im zweiten Schaltzustand (High-Side ausschalten, Low-Side einschalten) oder in einem nicht schaltenden Zustand (High-Side ausschalten, Low-Side ausschalten) als Reaktion auf ein Schaltsteuersignal (pwm), das aus der Leistungsstufe 102 aufgenommen wird, einzustellen.
  • Die Treiberschaltungen 200 können einen High-Side-Treiber 202 enthalten, der das Steuersignal für das Gate des High-Side-Schalters erzeugt, einen Low-Side-Treiber 204, der das Steuersignal für das Gate des Low-Side-Schalters, einen Pegelumsetzer 206 für den High-Side-Schalter, einen Boot-Kondensator (Cboot) für den High-Side-Schalter und eine Bootstrap-Schaltung 208 zum Aufladen des Boot-Kondensators. Die Treiberschaltung 200 kann weiterhin einen Eingangspuffer 210 zum Aufnehmen eines Schaltsteuersignals (pwm) enthalten, das ein einzelnes oder mehrere Eingangssignale enthalten kann. Das Schaltsteuersignal stellt den Schaltzustand der Leistungsstufe 102 dar, d. h. den ersten Schaltzustand, in dem der High-Side-Schalter mit der Last verbunden ist, den zweiten Schaltzustand, in dem der Low-Side-Schalter mit der Last verbunden ist, und den nicht schaltenden Zustand, in dem keiner der beiden, weder der High-Side-Schalter noch der Low-Side-Schalter, mit der Last verbunden ist. Die Leistungsstufentreiberschaltung 200 kann auch Treibersteuerlogik 212 zum Erzeugen interner Signale enthalten, so dass die High-Side- und die Low-Side-Treiber 202, 204 die passenden Gate-Steuersignale für die High-Side- und die Low-Side-Schalter erzeugen, so dass jeder Schaltzustand umgesetzt werden kann.
  • Die Leistungsstufe 102 kann eine oder mehrere Spannungsversorgungen und Eingangsvorspannschaltungen 214 aufweisen. Zum Beispiel kann die Leistungsstufe 102 Folgendes enthalten: eine Eingangsversorgung (Vin), die dazu verwendet wird, die High-Side- und die Low-Side-Schalter anzusteuern, eine Treiberversorgung (Vdrv), die dazu verwendet wird, den Low-Side-Gate-Treiber 204 und die High-Side-Gate-Treiber-Bootstrap-Schaltung 208 anzusteuern, eine Kernversorgung (Vcin), die dazu verwendet wird, die interne Logik- und Steuerschaltungsanordnungen 210, 212 der Leistungsstufe 102 anzusteuern, eine intern erzeugte Bootstrap-Versorgung (Vboot) für den High-Side-Gate-Treiber 202 usw.
  • Die Leistungsstufe 102 kann zusätzliche Komponenten enthalten. Zum Beispiel kann die Leistungsstufe 102 einen Stromwächter 216 zum Messen oder Erfassen des Ausgangsstroms der Leistungsstufe 102 durch die Induktivität (L) im ersten und zweiten Schaltzustand und einen Temperatursensor 218 zum Messen der Temperatur der Leistungsstufe 102 im ersten und zweiten Schaltzustand enthalten. Es kann irgendein standardmäßiger Stromwächter 216 und Temperatursensor 218 verwendet werden.
  • Die Leistungsstufe 102 enthält auch eine Leistungsmanagementeinheit 112, wie hier vorher beschrieben worden ist. Die Leistungsmanagementeinheit 112 enthält die Steuerlogik und Zeitgeber, um die Leistungsstufe 102 in den Schlaf- (niedrige Leistung) und in den Tiefschlaf- (niedrigere Leistung) Modus zu bringen. Die Leistungsmanagementeinheit 112 kann die Leistungsstufe 102 aus dem Nennleistungsmodus in den Schlafmodus bringen, falls sich die Leistungsstufe 102 für einen vorbestimmten Zeitraum im nicht schaltenden Zustand befindet, und sie kann die Leistungsstufe 102 aus dem Schlafmodus in einen Tiefschlafmodus als Reaktion auf ein Steuersignal (schlafen) bringen, das die Leistungsstufe 102 anweist, in den Tiefschlafmodus einzutreten, z. B. wie vorher hier in Verbindung mit den 2 - 4 beschrieben worden ist.
  • Zum Beispiel kann die Leistungsmanagementeinheit 112 bei PWM-Steuern die Leistungsstufe 102 in den Schlafmodus versetzen, nachdem das PWM-Steuersignal (pwm) sich länger als einen vorbestimmten Zeitraum (Tsleep in 4) im HiZ-Zustand befunden hat. Das Steuersignal (sleep), das die Leistungsstufe 102 anweist, sich aus dem Schlafmodus in den Tiefschlafmodus zu bringen, kann durch (einen) reservierte(n) Pin(s) bereitgestellt werden. Alternativ können der bzw. die Pin(s), die vom Stromsensor 216 zum Senden der im Nennleistungsmodus erfassten Leistungsstufenausgangsstrominformationen (imon) zur Steuerung 104 verwendet werden, von der Steuerung 104 erneut verwendet werden, um das Schlafsteuersignal zur Leistungsstufe 102 zu übertragen. In einer anderen Ausführungsform können der bzw. die Pin(s), die vom Temperatursensor 218 zum Senden der im Nennleistungsmodus erfassten Leistungsstufentemperaturinformationen (tmon) zur Steuerung 104 verwendet werden, von der Steuerung 104 erneut verwendet werden, um das Schlafsteuersignal zur Leistungsstufe 102 zu übertragen.
  • In jedem Fall kann die Leistungsmanagementeinheit 112 unterschiedliche Leistungsstufenkomponenten sperren, abhängig davon, ob sich die Leistungsstufe 102 im Schlafmodus oder im Tiefschlafmodus befindet. „Sperren“, wie es hier verwendet wird, bedeutet Nicht-Bestromen, Deaktivieren oder eine andere Aktion, die den Energieverlust der Leistungsstufenkomponente, die gesperrt wird, reduziert. Zum Beispiel kann die Leistungsmanagementeinheit 112 den Stromwächter 216 und/oder den Temperatursensor 218 sowohl im Schlafmodus als auch im Tiefschlafmodus sperren, weil der Leistungsstufenausgangsstrom null ist und die Leistungsstufentemperatur nicht kritisch ist, wenn die Leistungsstufe 102 sich im Leerlauf befindet / nicht schaltet. Die Leistungsmanagementeinheit 112 kann die Treiberschaltung 200 im Tiefschlafmodus sperren, jedoch nicht im Schlafmodus, so dass die Leistungsstufe 102 aus dem nicht schaltenden Zustand (PWM HiZ) im Schlafmodus nahezu sofort zum ersten Schaltzustand (PWM ein) zurückkehren kann. Zum Beispiel kann einer oder mehrere der Folgenden, der Pegelumsetzer 206 oder die Bootstrap-Schaltung 208, im Tiefschlafmodus, jedoch nicht im Schlafmodus, gesperrt werden. Auf diese Weise stellt die Bootstrap-Schaltung 208 im Schlafmodus sicher, dass sich der High-Side-Treiber 202 sofort als Reaktion auf einen ansteigenden Flankenübergang des PWM-Steuersignals auf einem geeigneten Spannungspegel zum Ansteuern des Gates des High-Side-Schalters befindet.
  • Die Leistungsmanagementeinheit 112 kann einen oder mehrere der Folgenden, den Eingangspuffer 210 oder die Steuerlogik 212, im Tiefschlafmodus, jedoch nicht im Schlafmodus, sperren. Zum Beispiel bleiben das Eingangsvorspannen, die Eingangsleistungsversorgung (Vin), die Kernleistungsversorgung (Vcin), die High-Side- und die Low-Side-Treiberversorgung (Vdrv) und die Bootstrap-Versorgung (Vboot) im Schlafmodus freigegeben/aktiv und im Tiefschlafmodus gesperrt/deaktiviert. Der Eingangspuffer 210 kann Pull-Up- und Pull-Down-Widerstände zum Vorspannen enthalten, deren Vorspannen im Schlaf- und im Tiefschlafmodus gesperrt werden kann. Die Leistungsmanagementeinheit 112 kann selektiv die internen Versorgungs- und Vorspannschaltungen 214 der Leistungsstufe 102 sowohl im Schlaf- als auch im Tiefschlafmodus sperren, solange die Leistungsstufe 102 nahezu sofort aus dem nicht schaltenden Zustand (PWM HiZ) im Schlafmodus in den ersten Schaltzustand (PWM) zurückkehren kann.
  • Die Leistungsmanagementeinheit 112 kann die Leistungsstufe 102 aus dem Tiefschlafmodus zurück in den Schlafmodus als Reaktion auf das Steuersignal (sleep) bringen, das die Leistungsstufe 102 anweist, aus dem Tiefschlafmodus auszutreten. Dies beinhaltet das Wiederbestromen/Wiederfreigeben/Wiederaktivieren der im Tiefschlafmodus abgeschalteten/gesperrten/deaktivierten Leistungsstufenelemente. Die Leistungsmanagementeinheit 112 kann die Leistungsstufe 102 aus dem Schlafmodus zurück in den Nennleistungsmodus als Reaktion auf das Schaltsteuersignal (pwm) bringen, das angibt, dass die Leistungsstufe 102 das Schalten wiederaufnehmen soll, z. B. durch Austreten aus dem HiZ-Zustand in einen ansteigenden Flankenübergang. Dies beinhaltet das Wiederbestromen/Wiederfreigeben/Wiederaktivieren der im Schlafmodus nicht bestromten/gesperrten/deaktivierten Leistungsstufenelemente. Die Leistungsstufe 102 kann, als Reaktion auf das Schaltsteuersignal (pwm), das angibt, dass die Leistungsstufe 102 das Schalten wiederaufnehmen soll, aus dem Schlafmodus zurück in den Nennleistungsmodus bewegt werden, ohne dass sie zuerst Vorbedingung von Gate-Treibersignalpegeln für die High-Side- und die Low-Side-Schalter erfüllen muss.

Claims (23)

  1. Leistungsstufe eines Spannungsreglers, die aufweist: einen ersten Schalter (HS-FET), der dazu ausgebildet ist, in einem ersten Schaltzustand der Leistungsstufe (102) eine Last mit einer Versorgungsspannung (Vin) zu verbinden; einen zweiten Schalter (LS-FET), der dazu ausgebildet ist, in einem zweiten Schaltzustand der Leistungsstufe (102) die Last mit Masse zu verbinden; eine Treiberschaltung, die dazu ausgebildet ist, die Leistungsstufe (102) als Reaktion auf ein Schaltsteuersignal (pwm) in den ersten Schaltzustand, den zweiten Schaltzustand oder in einen nicht-schaltenden Zustand, in dem beide Schalter (HS-FET, LS-FET) aus sind, zu setzen; und eine Leistungsmanagementeinheit (112), die dazu ausgebildet ist, die Leistungsstufe (102) aus einem Nennleistungsmodus in einen ersten Niedrigleistungsmodus zu bringen, falls sich die Leistungsstufe (102) für einen vorbestimmten Zeitraum im nicht-schaltenden Zustand befindet, und die Leistungsstufe (102) als Reaktion auf ein Steuersignal, das die Leistungsstufe (102) anweist, in den zweiten Niedrigleistungsmodus überzugehen, aus dem ersten Niedrigleistungsmodus in einen zweiten Niedrigleistungsmodus zu bringen, wobei die Leistungsstufe dazu ausgebildet ist, beim Austritt aus dem zweiten Niedrigleistungsmodus weniger Leistung zu verbrauchen und eine höhere Latenzzeit aufzuweisen, als beim Austritt aus dem ersten Niedrigleistungsmodus.
  2. Leistungsstufe nach Anspruch 1, die weiterhin einen Stromwächter (216) aufweist, der dazu ausgebildet ist, im ersten und zweiten Schaltzustand einen Ausgangsstrom der Leistungsstufe (102) zu messen, wobei die Leistungsmanagementeinheit (112) dazu ausgebildet ist, den Stromwächter (216) im ersten und zweiten Niedrigleistungsmodus zu sperren.
  3. Leistungsstufe nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin einen Temperatursensor (218) aufweist, der dazu ausgebildet ist, im ersten und zweiten Schaltzustand die Temperatur der Leistungsstufe (102) zu messen, wobei die Leistungsmanagementeinheit (112) dazu ausgebildet ist, den Temperatursensor (218) im ersten und zweiten Niedrigleistungsmodus zu sperren.
  4. Leistungsstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Treiberschaltung einen Pegelumsetzer (206) für den ersten Schalter, einen Boot-Kondensator (Cboot) für den ersten Schalter (HS-FET) und eine Bootstrap-Schaltung (208) zum Aufladen des Boot-Kondensators (Cboot) umfasst und bei der die Leistungsmanagementeinheit (112) dazu ausgebildet ist, den Pegelumsetzer (206) und/oder die Bootstrap-Schaltung (208) im zweiten Niedrigleistungsmodus, nicht jedoch im ersten Niedrigleistungsmodus zu sperren.
  5. Leistungsstufe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, die weiterhin aufweist: einen Eingangspuffer (210), der dazu ausgebildet ist, das Schaltsteuersignal (pwm) zu erhalten, und eine Steuerlogik (212), die dazu ausgebildet ist, den Betrieb der Treiberschaltung (102) als Reaktion auf das Schaltsteuersignal (pwm) zu steuern, wobei die Leistungsmanagementeinheit (112) dazu ausgebildet ist, den Eingangspuffer (210) und/oder die Steuerlogik im zweiten Niedrigleistungsmodus, nicht jedoch im ersten Niedrigleistungsmodus, zu sperren.
  6. Leistungsstufe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der die Leistungsmanagementeinheit (112) dazu ausgebildet ist, selektiv eine oder mehrere interne Versorgungen und Vorspannschaltungen der Leistungsstufe im ersten und zweiten Niedrigleistungsmodus zu sperren.
  7. Leistungsstufe nach den Ansprüchen 2 bis 5, bei der die Leistungsmanagementeinheit (112) dazu ausgebildet ist, die Treiberschaltung (102) im zweiten Niedrigleistungsmodus, nicht jedoch im ersten Niedrigleistungsmodus zu sperren, so dass die Leistungsstufe (102) nahezu sofort aus dem einem schaltenden Zustand im ersten Niedrigleistungsmodus in den ersten Schaltzustand zurückkehren kann.
  8. Leistungsstufe nach den Ansprüchen 2 bis 5, bei der die Leistungsmanagementeinheit (112) dazu ausgebildet ist, die Leistungsstufe (102) aus dem zweiten Niedrigleistungsmodus in den ersten Niedrigleistungsmodus als Reaktion darauf, dass das Steuersignal die Leistungsstufe (102) anweist, aus dem zweiten Niedrigleistungsmodus auszutreten, zu bringen und die Leistungsstufe (102) aus dem ersten Niedrigleistungsmodus zurück in den Nennleistungsmodus als Reaktion darauf, dass das Schaltsteuersignal (pwm) angibt, dass die Leistungsstufe (102) das Schalten wiederaufnehmen soll, zu bringen.
  9. Leistungsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Leistungsmanagementeinheit (112) dazu ausgebildet ist, als Reaktion darauf, dass das Schaltsteuersignal (pwm) angibt, dass die Leistungsstufe (102) das Schalten wieder aufnehmen soll, die Leistungsstufe (102) aus dem ersten Niedrigleistungsmodus zurück in den Nennleistungsmodus zu bringen, ohne dass sie zuerst Vorbedingung von Gate-Treibersignalpegeln für die ersten und zweiten Schalter (HS-FET, LS-FET) erfüllen muss.
  10. Leistungsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Schaltsteuersignal (pwm) ein PWM-(Pulsweitenmodulations)-Steuersignal ist und bei der die Leistungsmanagementeinheit (112) dazu ausgebildet ist, die Leistungsstufe (102) aus dem Nennleistungsmodus in den ersten Niedrigleistungsmodus zu bringen, falls das PWM-Signal einen HiZ-Zustand für den ersten und zweiten Schalter (HS-FET, LS-FET) angibt.
  11. Leistungsstufe nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die Leistungsstufe (102) einen Pin umfasst, der verwendet wird, um Informationen aus der Leistungsstufe (102) im Nennleistungsmodus zu übertragen und wobei der Pin im ersten Niedrigleistungsmodus erneut verwendet wird, um das Steuersignal aufzunehmen, das die Leistungsstufe (102) anweist, in den zweiten Niedrigleistungsmodus überzugehen.
  12. Spannungsregler, der aufweist: eine Leistungsstufe (102), die dazu ausgebildet ist, in einem ersten Schaltzustand eine Last mit einer Versorgungsspannung (Vin) zu verbinden, in einem zweiten Schaltzustand die Last mit Masse zu verbinden, den ersten Schaltzustand, den zweiten Schaltzustand oder einen nicht-schaltenden Zustand als Reaktion auf ein Schaltsteuersignal (pwm) anzunehmen, aus einem Nennleistungsmodus in einen ersten Niedrigleistungsmodus überzugehen, nachdem sie sich für einen vorbestimmten Zeitraum im nicht-schaltenden Zustand befunden hat, und aus dem ersten Niedrigleistungsmodus in einen zweiten Niedrigleistungsmodus als Reaktion auf ein Steuersignal überzugehen, das die Leistungsstufe (102) anweist, in den zweiten Niedrigleistungsmodus überzugehen; und eine Steuerung (104), die dazu ausgebildet ist, das Schaltsteuersignal (pwm) so zu setzen, dass es lange genug den nicht-schaltenden Zustand bewirkt, um die Leistungsstufe (102) aus dem Nennleistungsmodus in den ersten Niedrigleistungsmodus zu bringen, und, nachdem sie lange genug gewartet hat, um sicherzustellen, dass sich die Leistungsstufe (102) im ersten Niedrigleistungsmodus befindet, das Steuersignal zu senden, das die Leistungsstufe (102) anweist, in den zweiten Niedrigleistungsmodus überzugehen, wobei die Leistungsstufe (102) außerdem dazu ausgebildet ist, beim Austritt aus dem zweiten Niedrigleistungsmodus weniger Leistung zu verbrauchen und eine höhere Latenzzeit aufzuweisen, als beim Austritt aus dem ersten Niedrigleistungsmodus.
  13. Spannungsregler nach Anspruch 12, wobei die Leistungsstufe einen Stromwächter (216) umfasst, der dazu ausgebildet ist, im ersten und zweiten Schaltzustand einen Ausgangsstrom der Leistungsstufe zu messen, und wobei die Leistungsstufe (102) dazu ausgebildet ist, den Stromwächter (216) im ersten und zweiten Niedrigleistungsmodus zu sperren.
  14. Spannungsregler nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Leistungsstufe (102) einen Temperatursensor (218) aufweist, der dazu ausgebildet ist, im ersten und zweiten Schaltzustand die Temperatur der Leistungsstufe (102) zu messen, und wobei die Leistungsstufe (102) dazu ausgebildet ist, den Temperatursensor (218) im ersten und zweiten Niedrigleistungsmodus zu sperren.
  15. Spannungsregler nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Leistungsstufe (102) einen Pegelumsetzer (206), einen Boot-Kondensator (Cboot) und eine Bootstrap-Schaltung (208) zum Aufladen des Boot-Kondensators (Cboot) aufweist und wobei die Leistungsstufe (102) dazu ausgebildet ist, den Pegelumsetzer (206) und/oder die Bootstrap-Schaltung (208) im zweiten Niedrigleistungsmodus, nicht jedoch im ersten Niedrigleistungsmodus zu sperren.
  16. Spannungsregler nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem die Leistungsstufe (102) weiterhin aufweist: einen Eingangspuffer (210), der dazu ausgebildet ist, das Schaltsteuersignal (pwm) aufzunehmen, und eine Steuerlogik (212), die dazu ausgebildet ist, den schaltenden oder nicht schaltenden Zustand der Leistungsstufe (102) als Reaktion auf das Schaltsteuersignal zu steuern, wobei die Leistungsstufe (102) dazu ausgebildet ist, den Eingangspuffer und/oder die Steuerlogik im zweiten Niedrigleistungsmodus, nicht jedoch im ersten Niedrigleistungsmodus zu sperren:.
  17. Spannungsregler nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Leistungsstufe (102) dazu ausgebildet ist, nahezu sofort aus einem nicht schaltenden Zustand im ersten Niedrigleistungsmodus in den ersten Schaltzustand zurückzukehren.
  18. Spannungsregler nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die Leistungsstufe (102) dazu ausgebildet ist, als Reaktion darauf, dass das Steuersignal die Leistungsstufe (102) anweist, den zweiten Niedrigleistungsmodus zu verlassen, sich aus dem zweiten Niedrigleistungsmodus in den ersten Niedrigleistungsmodus zu bringen und als Reaktion darauf, dass das Schaltsteuersignal (pwm) angibt, dass die Leistungsstufe (102) das Schaltern wiederaufnehmen soll, sich aus dem ersten Niedrigleistungsmodus zurück in den Nennleistungsmodus zu bringen.
  19. Spannungsregler nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei das Schaltsteuersignal ein PWM-(Pulsweitenmodulations)-Steuersignal ist, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, Übergänge im PWM-Steuersignal zu beenden, um einen nicht schaltenden HiZ-Zustand zu bewirken, und wobei die Leistungsstufe dazu ausgebildet ist, sich aus dem Nennleistungsmodus in den ersten Niedrigleistungsmodus zu bringen, falls das PWM-Signal für den vorbestimmten Zeitraum im nicht schaltenden HiZ-Zustand bleibt.
  20. Spannungsregler nach einem der Ansprüche 12 bis 19, bei dem die Leistungsstufe einen Pin aufweist, der verwendet wird, um im Nennleistungsmodus Informationen aus der Leistungsstufe (102) zur Steuerung zu übertragen, und bei dem der Pin im ersten Niedrigleistungsmodus erneut verwendet wird, um das Steuersignal von der Steuerung (104) zu erhalten, um die Leistungsstufe (102) anzuweisen, in den zweiten Niedrigleistungsmodus überzugehen.
  21. Spannungsregler nach Anspruch 20, bei dem der Pin verwendet wird, um Temperatur- oder Strominformationen von der Leistungsstufe (102) zur Steuerung zu übertragen, wenn sich die Leistungsstufe im Nennleistungsmodus befindet.
  22. Spannungsregler nach einem der Ansprüche 12 bis 21, wobei der Spannungsregler mehrere Leistungsstufen (102) aufweist und wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, das Schalten jeder der mehreren Leistungsstufen (102) einzeln zu steuern, und einzelne der mehreren Leistungsstufen (120) zu zwingen, sich aus dem ersten Niedrigleistungsmodus in den zweiten Niedrigleistungsmodus zu bringen.
  23. Steuerung für einen Spannungsregler, die aufweist: eine Schnittstelle (110), die dazu ausgebildet ist, mit einer Leistungsstufe (102) des Spannungsreglers (100) zu kommunizieren; und Steuerlogik (104), die dazu ausgebildet ist der Leistungsstufe (102) zu signalisieren, in einen nicht schaltenden Zustand überzugehen und sich aus einem Nennleistungsmodus in einen ersten Niedrigleistungsmodus zu bringen; und, nach Warten für einen ausreichend langen Zeitraum, um sicherzustellen, dass sich die Leistungsstufe (102) im ersten Niedrigleistungsmodus befindet, der Leistungsstufe zu signalisieren, in einen zweiten Niedrigleistungsmodus überzugehen, in dem die Leistungsstufe (102) dazu konzipiert ist, weniger Leistung zu verbrauchen und eine längere Latenzzeit bei Austritt aus dem zweiten Niedrigleistungsmodus aufzuweisen, als beim Austritt aus dem ersten Niedrigleistungsmodus.
DE102015105833.2A 2014-04-17 2015-04-16 Spannungsregler mit Leistungsstufen-Schlafmodi Active DE102015105833B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/255,079 2014-04-17
US14/255,079 US9570979B2 (en) 2014-04-17 2014-04-17 Voltage regulator with power stage sleep modes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102015105833A1 DE102015105833A1 (de) 2015-10-22
DE102015105833B4 true DE102015105833B4 (de) 2022-02-03

Family

ID=54250053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015105833.2A Active DE102015105833B4 (de) 2014-04-17 2015-04-16 Spannungsregler mit Leistungsstufen-Schlafmodi

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9570979B2 (de)
CN (1) CN105048805B (de)
DE (1) DE102015105833B4 (de)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10020723B1 (en) 2016-06-25 2018-07-10 Active-Semi, Inc. Power loss protection integrated circuit with autonomous capacitor health check
US10090675B1 (en) 2016-06-25 2018-10-02 Active-Semi, Inc. Fast settlement of supplement converter for power loss protection system
US10985644B1 (en) * 2016-06-25 2021-04-20 Active-Semi, Inc. Optimized gate driver for low voltage power loss protection system
US10826480B1 (en) 2016-07-01 2020-11-03 Active-Semi, Inc. Gate driver to decrease EMI with shorter dead-time
TWI614980B (zh) * 2016-09-14 2018-02-11 力智電子股份有限公司 多相電源控制器、多相電源控制裝置與多相電源控制器的操作方法
US10680507B2 (en) * 2017-04-28 2020-06-09 Infineon Technologies Austria Ag Method and apparatus for multiphase regulator with thermal adaptive phase add/drop control
US10197636B1 (en) 2017-07-11 2019-02-05 Infineon Technologies Austria Ag Extended fault indication and reporting in voltage regulator systems
US10678559B2 (en) * 2017-12-11 2020-06-09 Whelen Engineering Company, Inc. Multi function inputs providing alternate functions during setup upon startup of signal device
CN108768143A (zh) * 2018-04-26 2018-11-06 浙江大维高新技术股份有限公司 一种下半桥及制动igbt驱动电路
US20200058330A1 (en) * 2018-08-14 2020-02-20 Qualcomm Incorporated Client latency-aware micro-idle memory power management
JP7148380B2 (ja) * 2018-12-10 2022-10-05 ローム株式会社 駆動モジュール、電源制御装置、スイッチング電源
US10951117B2 (en) * 2019-04-08 2021-03-16 Intel Corporation Discontinuous conduction mode (DCM) voltage regulator circuit with reduced output voltage ripple
CN110224592B (zh) 2019-06-13 2021-08-13 南京矽力微电子技术有限公司 多相临界导通功率变换器及其控制方法
US11942940B2 (en) * 2021-02-05 2024-03-26 Renesas Electronics America Inc. Boot capacitor charge during low power states
US20220294352A1 (en) * 2021-03-12 2022-09-15 Wenkai Wu System and method to boost light load efficiency for multiphase converters
DE102021208773B3 (de) 2021-08-11 2022-08-18 Volkswagen Aktiengesellschaft Traktionsnetz für ein Elektrofahrzeug und Verfahren zum Laden
US20240030812A1 (en) * 2022-07-25 2024-01-25 Shaoxing Yuanfang Semiconductor Co., Ltd. Bootstrap circuitry for driving a high-side switch of a switching converter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090230939A1 (en) 2005-03-18 2009-09-17 Fujitsu Limited Switching converter
DE102012104072A1 (de) 2011-05-09 2012-11-15 Infineon Technologies Ag Wandler
DE102012106866A1 (de) 2011-07-29 2013-01-31 Infineon Technologies Austria Ag Schaltregler mit erhöhter Schwachlasteffizienz

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5903138A (en) * 1995-03-30 1999-05-11 Micro Linear Corporation Two-stage switching regulator having low power modes responsive to load power consumption
US6674274B2 (en) * 2001-02-08 2004-01-06 Linear Technology Corporation Multiple phase switching regulators with stage shedding
US7472289B2 (en) * 2004-12-21 2008-12-30 Intel Corporation Audio noise mitigation for power state transitions
US7999520B2 (en) * 2008-04-23 2011-08-16 Dell Products L.P. Static phase shedding for voltage regulators based upon circuit identifiers
TWI373710B (en) * 2008-09-22 2012-10-01 Richtek Technology Corp Power management chip with dual function pin
WO2010058252A1 (en) * 2008-11-24 2010-05-27 Freescale Semiconductor, Inc. Multimode voltage regulator and method for providing a multimode voltage regulator output voltage and an output current to a load
JP5816407B2 (ja) * 2009-02-27 2015-11-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体集積回路装置
JP6031303B2 (ja) * 2012-09-13 2016-11-24 ローム株式会社 スイッチングレギュレータおよびその制御回路、制御方法、ならびに電子機器
JP6262478B2 (ja) * 2013-09-13 2018-01-17 ローム株式会社 電源回路およびその制御回路、電子機器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090230939A1 (en) 2005-03-18 2009-09-17 Fujitsu Limited Switching converter
DE102012104072A1 (de) 2011-05-09 2012-11-15 Infineon Technologies Ag Wandler
DE102012106866A1 (de) 2011-07-29 2013-01-31 Infineon Technologies Austria Ag Schaltregler mit erhöhter Schwachlasteffizienz

Also Published As

Publication number Publication date
US20150303799A1 (en) 2015-10-22
US9570979B2 (en) 2017-02-14
DE102015105833A1 (de) 2015-10-22
CN105048805A (zh) 2015-11-11
CN105048805B (zh) 2018-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015105833B4 (de) Spannungsregler mit Leistungsstufen-Schlafmodi
DE102015112462B4 (de) Schaltwandlersteuerung
US10090663B2 (en) Over-current protection circuit and method for voltage regulators
US6803752B1 (en) Polyphase PWM regulator with high efficiency at light loads
DE102012106866A1 (de) Schaltregler mit erhöhter Schwachlasteffizienz
US8207720B2 (en) Methods and apparatus for power supply load dump compensation
DE102011077174B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur DC/DC-Wandlung mit digital gesteuerter adaptiver Pulsfrequenz-Modulation
DE102013214224B4 (de) Ladungswiedergewinnung in Leistungswandler-Treiberstufen
CN103580482B (zh) 同步降压dc-dc转换器系统及其控制方法
CN102447386B (zh) Dc-dc转换器中控制感应能量的系统和方法
DE102012200490B4 (de) Verfahren und Schaltung zum Ansteuern eines Schalttransistors sowie integrierte Schaltung und Netzteil damit
DE102016109092A1 (de) Interimsleistungsquellen-System und -Verfahren
DE112009001632T5 (de) Spannungswandler
DE102020204966A1 (de) Leistungsverwaltungsschaltung
DE102014019718B4 (de) Leistungswandlerschaltung
DE102017106504A1 (de) Schaltungen und Verfahren zur Erzeugung einer sekundären Hilfsversorgung mit selbststartendem primärseitigem Treiber in isolierten Leistungswandlern
DE102015119830A1 (de) System und Verfahren für eine getaktete Leistungsversorgung
DE102015115149A1 (de) Dynamische Spannungsübergangssteuerung in getakteten Leistungswandlern
EP3028377B1 (de) Gleichspannungswandler
DE102013003429A1 (de) Betrieb in mehreren Betriebsarten und Regelung eines Resonanzwandlers
DE102018007097A1 (de) Durchgangsregelung eines buck-boost-reglers
DE202014002223U1 (de) Asymmetrische Induktoren in Mehrphasen-DC-DC-Wandlern
DE102017115235A1 (de) Halbbrückengekoppelte Resonanz-Gate-Treiber
DE102013212721A1 (de) Schaltregler mit Negativ-Strombegrenzungsschutz
US8933681B2 (en) Integrated power supply with wide input supply voltage range

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R082 Change of representative