DE112011105699T5

DE112011105699T5 - Spannungsregler

Info

Publication number: DE112011105699T5
Application number: DE112011105699.0T
Authority: DE
Inventors: Vikas Shilimkar; Don Nguyen; Nagasubraman Gurumoorthy
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2011-10-01
Filing date: 2011-10-01
Publication date: 2014-07-24
Also published as: CN103890681A; WO2013048535A1; US20170102763A1; CN103890681B; TWI561950B; US9477278B2; TW201317731A; US20140009131A1; US10228756B2

Abstract

Ein Spannungsregler kann bereitgestellt werden, der eine erste Schaltung zum Empfangen von zumindest einem Rückkopplungssignal von einem Abwärtswandler und zum Liefern von zumindest einem Steuersignal zum Abwärtswandler enthält, um basierend auf dem mindestens einen Rückkopplungssignal eine Ausgangsspannung zu liefern, und eine zweite Schaltung zum Steuern eines Superkondensators enthält, um die Ausgangsspannung zu liefern, wenn die erste Schaltung nicht den Abwärtswandler zum Liefern der Ausgangsspannung verwendet.

Description

HINTERGRUND
1. Gebiet
Ausführungsformen können einen Spannungsregler für ein elektronisches Gerät betreffen.
2. Hintergrund
Elektronische Geräte (oder Plattformlasten) können von einer Batterie und einem Spannungsregler angetrieben bzw. betrieben werden. Spannungsregler(Voltage Regulator(VR))-Verluste tragen maßgeblich zum gesamten Plattformleistungsverlust bei. Die Verweildauer (Residency) (oder Wahrscheinlichkeit) eines Spannungsreglerausgangsstroms kann zeigen, wo diese Energie bzw. Leistung meistens verlorengeht. Zum Beispiel kann der Spannungsregler ca. 50% der Zeit in einem Leerlaufzustand betrieben werden. Ein Leerlaufzustand kann ein Zustand ohne Last oder mit einer niedrigen Last sein. Elektronische Geräte können für einen wesentlichen Teil der Batterielebensdauer im Leerlauf sein. Somit kann eine Reduzierung von Leistungsverlusten in Leerlaufzuständen ein kritischer Aspekt bei der Plattformstromversorgung sein. Ein Schaltverlust in Spannungsreglern vom Gleichstrom(DC)-Gleichstrom(DC)-Abwärtswandlertyp trägt zu hohen Leistungsverlusten bei Spannungsreglern bei.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Anordnungen und Ausführungsformen können im Detail unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen sich gleiche Bezugszahlen auf gleiche Elemente beziehen und in denen:
1 ein Beispiel eines elektronischen Geräts zeigt;
2 ein Beispiel eines Stromversorgungssystems für ein elektronisches Gerät (oder eine Plattformlast) zeigt;
3 einen Spannungsregler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt;
4 ein Beispiel einer Leerlaufsteuereinrichtung zeigt;
5 ein Zeitdiagramm eines Spannungsreglers, wenn der Strom zu einer Plattformlast zuerst EIN-geschaltet ist, zeigt;
6 ein Zeitdiagramm eines Spannungsreglers, wenn sich eine Plattformlast in einem Leerlaufzustand befindet, zeigt;
7 ein Lasttaktungszeitdiagramm (power cycling Timing diagram) eines Spannungsreglers zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung können gleiche Bezugszahlen verwendet werden, um identische, entsprechende und/oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren zu kennzeichnen. Ferner werden in der folgenden detaillierten Beschreibung beispielhafte Größen/Modelle/Werte/Bereiche angegeben, obwohl die Ausführungsformen nicht auf diese beschränkt sind. Wo spezifische Details dargelegt werden, um beispielhafte Ausführungsformen zu beschreiben, sollte es für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass Ausführungsformen ohne diese spezifischen Details realisiert werden können.
In der folgenden Beschreibung können Signale als gesetzt (asserted) beschrieben sein. Dies kann einem HIGH-Signal (oder einer 1) entsprechen. Signale können auch als zurückgesetzt (de-asserted) beschrieben sein. Dies kann einem LOW-Signal (oder einer 0) entsprechen.
Ein elektronisches Gerät (nachfolgend auch als eine Plattformlast bezeichnet) kann eine Gleich(DC)-Spannung von einem Spannungsregler empfangen. Der Spannungsregler kann außerhalb des elektronischen Geräts oder der Plattformlast vorgesehen sein.
1 zeigt ein Beispiel eines elektronischen Geräts. Andere Konfigurationen können ebenfalls vorgesehen sein. Das elektronische Gerät (oder die Plattformlast) kann eines einer Anzahl von batteriebetriebenen Geräten, wie zum Beispiel, aber nicht darauf beschränkt, ein Mobiltelefon, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienabspielgerät und/oder ein Laptop- oder Notebook-Computer sein. Alternativ kann das elektronische Gerät ein wechselstrombetriebenes Gerät sein, das üblicherweise an einem festen Platz verwendet wird, wie zum Beispiel ein Desktop-Computer, ein Fernsehgerät, eine digitale Videoplatte (DVD) oder eine andere Art von Medienabspielgerät, Surround-Sound- und/oder andere Medienempfänger, um nur ein paar zu nennen.
Wie in 1 gezeigt ist, kann das elektronische Gerät einen Prozessor 1, einen Chipsatz 2, eine Grafikschnittstelle 3, eine drahtlose Kommunikationseinheit 4, eine Anzeige 5, einen Speicher 6 und eine Vielzahl von Funktionsschaltungen enthalten, die eine USB(Universal Serial Bus)-Schnittstelle 7, Lautsprecher- und Mikrofonschaltungen 8 und eine Flash-Speicherkarte 9 einschließen. Ein Medienabspielgerät kann auch vorgesehen sein. In anderen Ausführungsformen kann eine andere Kombination oder Anordnung von Schaltung und Funktionen enthalten sein.
2 zeigt ein Beispiel eines Stromversorgungssystems für ein elektronisches Gerät (oder eine Plattformlast). Andere Konfigurationen können ebenfalls vorgesehen sein. Die Einrichtungen von 2 können auch als eine Vorrichtung, ein System und/oder ein elektronisches Gerät betrachtet werden.
2 zeigt, dass eine Batterie 10 einen Spannungsregler (VR) 20 mit einer Gleich(DC)-Spannung (oder Spannungseingabe) versorgen kann. Der Spannungsregler 20 kann die empfangene Spannungseingabe an eine Spannungsausgabe anpassen, die danach einer Plattformlast 30 (oder einem elektronischen Gerät) zugeführt werden kann. Das Stromversorgungssystem kann den Spannungsregler 20 und die Batterie 10 enthalten. Der Spannungsregler 20 kann die Plattformlast 30, die ein elektronisches Gerät ist, mit einer DC-Spannung versorgen.
Wie unten beschrieben wird, können Ausführungsformen einen Superkondensator verwenden, um eine erforderliche Leistung während Zuständen mit geringer Last zu liefern. Dies kann zu einer deutlichen Verbesserung des Energiebedarfs bei einer bestimmten Last führen. Eine Verbesserung kann auch in der Rauschleistung der Stromquelle vorgenommen werden.
3 zeigt einen Spannungsregler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 4 zeigt ein Beispiel einer Leerlaufsteuereinrichtung für den Spannungsregler von 3. Andere Ausführungsformen und Konfigurationen befinden sich auch innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung. Der in 3 gezeigte Spannungsregler kann dem in 2 gezeigten Spannungsregler entsprechen. Andere Konfigurationen der Leerlaufsteuereinrichtung können vorgesehen sein. Die Einrichtungen der 3 können auch als eine Vorrichtung, ein System und/oder ein elektronisches Gerät betrachtet werden.
Insbesondere zeigt 3 einen Spannungsregler 100, der eine Spannungssteuerung 120, einen Abwärtswandler 150 und eine Superkondensatoreinrichtung 170 enthält. Der Spannungsregler 100 kann mit einer Batterie 110 gekoppelt sein, die der Batterie 10 von 2 entsprechen kann. Die Batterie 110 kann den Spannungsregler 100 mit einer DC-Spannung versorgen.
Der Spannungsregler 100 (und genauer gesagt die Spannungssteuerung 120) kann eine Pulsbreitenmodulations(Pulse With Modulation(PWM))-Steuereinrichtung 122, eine Transistortreiberschaltung 126 (oder einen Feldeffekttransistor(FET)-Treiber), eine Spannungsmesseinrichtung 132, eine Strommesseinrichtung 136, eine Superkondensatorsteuereinrichtung 146 und eine Leerlaufsteuereinrichtung 142 enthalten. Die PWM-Steuereinrichtung 122, die Transistortreiberschaltung 126, die Spannungsmesseinrichtung 132, die Strommesseinrichtung 136 und die Leerlaufsteuereinrichtung 142 können als eine erste Schaltung betrachtet werden und die Superkondensatorsteuereinrichtung 146 kann als eine zweite Schaltung betrachtet werden.
Der Abwärtswandler (Buck Converter) 150 kann einen ersten Schalttransistor (switch transistor) 152, einen zweiten Schalttransistor 154, einen Induktor 156 und einen Kondensator 158 enthalten. Jeder von dem ersten Schalttransistor 152 und dem zweiten Schalttransistor 154 kann ein Feldeffekttransistor (FET) sein. Wie in 3 gezeigt ist, sind der erste Schalttransistor 152 und der zweite Schalttransistor 154 in Reihe zwischen der Batterie 110 und einer Masse angeschlossen.
Ein Middle-Node 153 zwischen dem ersten Schalttransistor 152 und dem zweiten Schalttransistor 154 ist mit dem ersten Ende des Induktors 156 gekoppelt. Das zweite Ende des Induktors 156 ist ein Ausgangsknoten 160, der die Plattformlast (oder das elektronische Gerät) mit einer Ausgangsspannung V₀ versorgt.
Wie in 3 gezeigt ist, ist der Kondensator 158 des Abwärtswandlers 150 zwischen dem Ausgangsknoten 160 und Masse angeschlossen. Das erste Ende des Kondensators 158 ist mit dem zweiten Ende des Induktors 156 (d. h. dem Ausgangsknoten 160) gekoppelt und das zweite Ende des Kondensators 158 ist mit Masse gekoppelt.
Der Abwärtswandler 150 kann Rückkopplungssignale an die Spannungssteuerung 120 liefern, so dass die Spannungssteuerung 120 den Abwärtswandler 150 steuern kann. Zum Beispiel ist ein erstes Rückkopplungssignal I_SENSE eine Spannung über das erste Ende des Induktors 156 (oder den Knoten 153) und das zweite Ende des Induktors 156 (oder den Knoten 160). Das erste Rückkopplungssignal I_SENSE kann eine Eingabe für die Strommesseinrichtung 136 des Spannungsreglers 120 sein. Die Strommesseinrichtung 136 kann Rückkopplungssignale empfangen, die den Strom in dem Abwärtswandler 150 angeben.
Der Abwärtswandler 150 kann ferner ein zweites Rückkopplungssignal V_SENSE liefern, das auf einer Spannung an dem Ausgangsknoten 160 (zwischen dem Induktor 156 und dem Kondensator 158) und Masse basiert. Das zweite Rückkopplungssignal V_SENSE kann eine Eingabe für die Spannungsmesseinrichtung 132 der Spannungssteuerung 120 sein. Die Spannungsmesseinrichtung 132 kann ein Rückkopplungssignal empfangen, das die Ausgangsspannung angibt. Das zweite Rückkopplungssignal kann auch von der Plattformlast genommen werden.
Das zweite Rückkopplungssignal V_SENSE und das erste Rückkopplungssignal I_SENSE können zur Stabilisierung der Ausgangsspannung V₀ des Spannungsreglers 100 innerhalb einer gewünschten Toleranz beitragen. Das erste Rückkopplungssignal I_SENSE kann auch helfen, den Spannungsregler 100 vor Überstrombedingungen zu schützen.
Die Spannungsmesseinrichtung 132 kann die PWM-Steuereinrichtung 122 mit einem Ausgangssignal versorgen und die Strommesseinrichtung 136 kann die PWM-Steuereinrichtung 122 mit einem Ausgangssignal versorgen. Die PWM-Steuereinrichtung 122 kann die Transistortreiberschaltung 126 steuern. Die PWM-Steuereinrichtung 122 kann ferner ein OVERRIDE(Außer Kraft setzen)-Signal, basierend auf dem von der Spannungsmesseinrichtung 132 empfangenen Signal, liefern. In einem Leerlaufzustand wird das OVERRIDE-Signal gesetzt, wenn die Ausgangsspannung die Toleranz (V₀ – ΔV) unterschreitet. Zum Beispiel ist ΔV = Toleranz·V₀/100. Die Toleranz ist ein Prozentsatz der zulässigen Ausgangsänderung.
Die Spannungsmesseinrichtung 132 kann ein Rückkopplungssignal empfangen, das die Ausgangsspannung V₀ angibt. Die Strommesseinrichtung 136 kann ein Rückkopplungssignal empfangen, das Strom in dem Abwärtswandler 150 (d. h. Strom durch den Induktor 156) angibt.
Die Pulsbreitenmodulationssteuereinrichtung 122 kann Signale von der Spannungsmesseinrichtung 132 und der Strommesseinrichtung 136 empfangen. Die Pulsbreitenmodulationssteuereinrichtung 122 kann das OVERRIDE-Signal, basierend auf dem von der Spannungsmesseinrichtung 132 empfangenen Signal, liefern.
Die Transistortreiberschaltung 126 kann Steuersignale zum Steuern des ersten Schalttransistors 152 und des zweiten Schalttransistors 154 des Abwärtswandlers 150 liefern. Genauer gesagt kann die Transistortreiberschaltung 126 Pulsbreitenmodulationssignale an die ersten und zweiten Schalttransistoren 152, 154 des Abwärtswandlers 150 anlegen. Die Breite der Signale kann den Takt bzw. die Zeitsteuerung der ersten und zweiten Schalttransistoren 152, 154 steuern. Die Treibersignale können, basierend auf dem Rückkopplungssignal, eingestellt (oder bereitgestellt) werden.
Die Superkondensatoreinrichtung 170 kann einen ersten Steuertransistor 172, einen zweiten Steuertransistor 174 und einen Superkondensator 176 enthalten. Jeder von dem ersten Steuertransistor 172 und dem zweiten Steuertransistor 174 kann ein Feldeffekttransistor sein.
Der erste Steuertransistor 172, der zweite Steuertransistor 174 und der Superkondensator 176 sind zwischen dem Ausgangsknoten 160 und Masse in Reihe gekoppelt und können die Ausgangsspannung V₀ steuern. Eine Spannung V_S an einem Knoten 175 kann eine Spannung in dem Superkondensator 176 repräsentieren. Der erste Steuertransistor 172 kann Treiberentladesignal SC-DIS empfangen, das sich allgemein auf Entladung des Superkondensators 176 bezieht. Der zweite Steuertransistor 174 kann ein Treiberladesignal SC_CHG empfangen, das sich allgemein auf Ladung des Superkondensators 176 bezieht. Dementsprechend können der erste Steuertransistor 172 und der zweite Steuertransistor 174 als Steuerschalter zum Steuern des Ladungsflusses in dem und aus dem Superkondensator 176 agieren.
Als ein Beispiel kann der Superkondensator 176 ein elektrochemischer Kondensator mit einer relativ hohen Energiedichte sein. Der Superkondensator 176 kann auch als ein elektrischer Doppelschichtkondensator bezeichnet werden.
Die ersten und zweiten Steuertransistoren 172, 174 werden durch die Treibersignale SC_CHG und SC_DIS gesteuert, die von der Superkondensatorsteuereinrichtung 146 (der Spannungssteuerung 120) erzeugt werden. Zum Beispiel kann die Superkondensatorsteuereinrichtung 146 in einem Zustand mit eingeschalteter Stromversorgung sicherstellen, dass der Superkondensator 176 vollständig geladen wird. Zusätzlich kann die Superkondensatorsteuereinrichtung 146 in dem Leerlaufzustand (oder der Bedingung) den Superkondensator 176 entladen, um Strom zum Beispiel an die Plattformlast zu liefern. In einem Leistungszyklus (power cycle) oder Leerlaufzustand kann die Superkondensatorsteuereinrichtung 146 den Superkondensator 176 von einer Entladung isolieren.
Als ein Beispiel, wenn sowohl die Treibersignale SC_CHG als auch SC_DIS HIGH (oder 1) sind, dann kann der Superkondensator 176 EIN zum Laden sowie Entladen sein. Wenn das Treibersignal SC_DIS HIGH ist und das Treibersignal SC_CHG LOW (oder 0) ist, dann kann der Superkondensator 176 nur entladen (ohne Ladung). Wenn das Treibersignal SC_DIS LOW ist und das Treibersignal SC_CHG HIGH ist, dann kann der Superkondensator 176 nur laden (ohne Entladung). Ferner, wenn sowohl das Treibersignal SC_DIS als auch SC_CHG LOW sind, dann kann der Superkondensator 176 getrennt (oder isoliert) werden.
Wie in 4 gezeigt ist, enthält die Leerlaufsteuereinrichtung 142 eine logische UND-Einrichtung 144, eine logische ODER-Einrichtung 146 und eine logische Einrichtung 148, wie zum Beispiel ein 2-Eingang-Negativ-UND-Gatter (2-input Negative AND gate). Andere logische Einrichtungen oder Gatter können für die Leerlaufsteuereinrichtung 142 verwendet werden.
Die Leerlaufsteuereinrichtung 142 kann zwei Eingangssignale, nämlich ein erstes Eingangssignal VR_EN und zweites Eingangssignal SO_iX, empfangen. Die ersten und zweiten Eingangssignale können von der Plattformlast, wie zum Beispiel der in 2 gezeigten Plattformlast 30, bereitgestellt werden.
Das erste Eingangssignal VR_EN kann das Ein- oder Ausschalten der Plattformlast darstellen. Das erste Eingangssignal VR_EN kann HIGH sein, wenn die Plattformlast EIN-geschaltet ist, und das erste Eingangssignal VR_EN kann LOW sein, wenn die Plattformlast nicht EIN-geschaltet ist.
Das zweite Eingangssignal SO_iX kann einen Leerlaufzustand der Plattformlast darstellen. Das zweite Eingangssignal SO_iX kann HIGH sein, wenn sich die Plattformlast in einem Leerlaufzustand (oder einer Bedingung) befindet, und das zweite Eingangssignal SO_iX kann LOW sein, wenn sich die Plattformlast nicht in einem Leerlaufzustand befindet.
Die logische Einrichtung 148 kann ein invertiertes zweites Eingangssignal SO_iX und ein invertiertes OVERRIDE-Signal empfangen. Die logische Einrichtung 148 kann eine logische UND-Operation basierend auf den empfangenen Signalen durchführen. Eine Ausgabe der logischen Einrichtung 148 kann einem Eingangsanschluss des logischen ODER-Gatters 146 zugeführt werden.
Die logische ODER-Einrichtung 146 kann zwei Eingangssignale, eines von der logischen Einrichtung 148 und eines von der PWM-Steuereinrichtung 122, empfangen. Das Signal von der PWM-Steuereinrichtung 122 kann das OVERRIDE-Signal sein. Im Leerlaufzustand kann das OVERRIDE-Signal bereitgestellt werden, wenn die Ausgangsspannung V₀ einen vorgeschriebenen Wert, wie zum Beispiel V₀ – ΔV, unterschreitet.
Die logische ODER-Einrichtung 146 kann eine logische ODER-Operation auf den empfangenen Eingangssignalen durchführen. Die logische ODER-Einrichtung 146 kann ein Ausgangssignal an die logische UND-Einrichtung 144 liefern.
Die logische UND-Einrichtung 144 kann zwei Eingangssignale, das erste Eingangssignal VR_EN und eines von der logischen ODER-Einrichtung 146 empfangen. Die logische UND-Einrichtung 144 kann eine logische UND-Operation basierend auf den empfangenen Signalen durchführen. Die logische UND-Einrichtung 144 kann ein Ausgangssignal (d. h. ein Transistortreiberaktivierungssignal SW_EN) an die Transistortreiberschaltung 126 liefern.
3 zeigt, dass der Abwärtswandler 150 eine DC-Spannung von der Batterie 110 empfangen kann und die Ausgangsspannung V₀ liefern kann. Die Spannungssteuerung 120 kann ein Rückkopplungssignal von dem Abwärtswandler 150 empfangen. Die Spannungssteuerung 120 kann Treibersignale an die ersten und zweiten Schalttransistoren 152, 154 basierend auf dem/den Rückkopplungssignal(en) liefern. Die Superkondensatoreinrichtung 170 kann die Ausgangsspannung V₀ bereitstellen, wenn der Abwärtswandler 150 ausgeschaltet ist.
Die Spannungssteuerung 120 kann den Abwärtswandler 150 einschalten, wenn das zweite Eingangssignal SO_iX empfangen wird, das angibt, dass eine Plattformlast anfänglich eingeschaltet ist. Eine Ausgangsspannung kann von der Spannungsregelung 100 bereitgestellt werden, während der Abwärtswandler 150 ausgeschaltet ist. Der Superkondensator 176 kann geladen werden, während der Abwärtswandler 150 eingeschaltet ist. Die Spannungssteuerung 120 kann den Abwärtswandler abschalten, wenn das erste Eingangssignal VR_EN empfangen wird, das angibt, dass sich die Plattformlast in einem Leerlaufzustand (oder einer Leerlaufbedingung) befindet. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Ausgangsspannung vom Superkondensator 176 bereitgestellt werden, während der Abwärtswandler 150 ausgeschaltet ist.
Die Leerlaufsteuereinrichtung 142 kann ein Leerlaufsignal liefern, wenn sich die Plattformlast in dem Leerlaufzustand befindet. Die Transistortreiberschaltung 126 kann das Leerlaufsignal von der Leerlaufsteuereinrichtung 142 empfangen und den Abwärtswandler 150 als Antwort auf das Empfangen des Leerlaufsignals ausschalten. Dementsprechend können die Treibersignale des Abwärtswandlers 150 (d. h. der ersten und zweiten Schalttransistoren 152, 154), basierend auf dem/den Rückkopplungssignal(en), bereitgestellt oder angepasst werden.
5 zeigt ein Zeitdiagramm eines Spannungsreglers, wenn Strom zu einer Plattformlast erst EIN-geschaltet (oder zuerst eingeschaltet) ist. Andere Ausführungsformen und Zeitdiagramme sind ebenfalls im Umfang der vorliegenden Offenbarung.
Insbesondere zeigt 5, dass das erste Eingangssignal VR_EN von der Plattformlast (oder dem elektronischen Gerät) gesetzt ist, was anzeigt, dass der Spannungsregler 100 beginnen sollte, seine Ausgangsspannung V₀ zu erhöhen oder hochzufahren (ramping). 5 zeigt das erste Eingangssignal VR_EN HIGH-gehend. In 5 ist das zweite Eingangssignal SO_iX (oder Leerlaufsignal) nicht gesetzt.
Basierend auf dem Setzen (Assertion) des ersten Eingangssignals VR_EN wird das Transistortreiberaktivierungssignal SW_EN gesetzt (oder geht HIGH). Dies ermöglicht der Transistortreiberschaltung 126, die ersten und zweiten Schalttransistoren 152, 154 anzutreiben. Die PWM-Steuereinrichtung 122 kann die Ausgangsspannung innerhalb einer festgelegten Toleranz steuern (als +Tol% oder –Tol% gezeigt).
Wie weiterhin in 5 gezeigt ist, wird der zweite Steuertransistor 174 durch das Setzen des Treiberladesignals SC_CHG EIN-geschaltet und wird der Superkondensator 176 in einem Konstantstrommodus geladen. Dieser Zyklus lädt die Spannung V₀ auf V₀ + ΔV. Das ΔV kann einer Toleranz entsprechen. An diesem Punkt kann das Treiberladesignal SC_CHG zurückgesetzt werden und wird der zweite Steuertransistor 174 AUS-geschaltet. Anders ausgedrückt, kann der Superkondensator 176 geladen werden, während der Abwärtswandler 150 EIN-geschaltet ist. Wenn der Superkondensator 176 auf einen vorgeschriebenen Wert geladen ist, kann das Laden anhalten.
6 zeigt ein Zeitdiagramm eines Spannungsreglers, wenn sich eine Plattformlast in einem Leerlaufzustand (oder einem Leerlaufmodus oder einer Leerlaufbedingung) befindet. Andere Ausführungsformen und Zeitdiagramme sind ebenfalls im Umfang der vorliegenden Offenbarung. Eine Bestimmung, ob die Plattformlast im Leerlaufzustand ist, kann von einer Komponente auf zum Beispiel der Plattformlast durchgeführt werden.
Genauer gesagt, kann die Plattformlast 30, wenn sich die Plattformlast 30 in einem Leerlaufmodus befindet, den Spannungsregler 100 durch Setzen des zweiten Eingangssignals S0_iX benachrichtigen. Mit anderen Worten geht das zweite Eingangssignal S0_iX HIGH, wie in 6 gezeigt, wenn sich die Plattformlast 30 in dem Leerlaufmodus befindet. Dies führt dazu, dass das Transistortreiberaktivierungssignal SW_EN, wie in 6 gezeigt, zurückgesetzt wird (oder LOW geht). Dieses Zurücksetzen des Transistortreiberaktivierungssignals SW_EN deaktiviert effektiv die Transistortreiberschaltung 126, was wiederum den Abwärtswandler 150 ausschaltet (oder abschaltet). Mit anderen Worten wird der Abwärtswandler 150 ausgeschaltet, wenn die Plattformlast 30 im Leerlaufzustand arbeitet.
Im Wesentlichen zur selben Zeit wie die Rücksetzung des Transistortreiberaktivierungssignals SW_EN werden der erste Steuertransistor 172 und der zweite Steuertransistor 174 der Superkondensatoreinrichtung 170 eingeschaltet (d. h., dass die Transistoren 172, 174 aktiviert werden). Anders ausgedrückt, aktiviert oder setzt die Superkondensatorsteuereinrichtung 146 das Treiberladesignal SC_CHG an den zweiten Steuertransistor 174 und aktiviert oder setzt die Superkondensatorsteuereinrichtung 146 das Treiberentladesignal SC_DIS an den ersten Steuertransistor 172. Wie in 6 gezeigt ist, sind das Treiberladesignal SC_CHG und das Treiberentladesignal SC_DIS HIGH. Basierend auf dem Ausgangsstrom, der der Plattformlast zugeführt werden muss, beginnt der Superkondensator 176 mit dem Entladen basierend auf einem Betrieb der ersten und zweiten Steuertransistoren 172, 174.
Wenn die Ausgangsspannung Vo V₀ – ΔV unterschreitet, setzt die PWM-Steuereinrichtung 122 das OVERRIDE-Signal, um das Transistortreiberaktivierungssignal SW_EN außer Kraft zu setzen. Das heißt, dass das Transistortreiberaktivierungssignal SW_EN HIGH geht und das OVERRIDE-Signal HIGH geht. Basierend auf diesen Signalen kann der Abwärtswandler 150 EIN-geschaltet werden, kann der Plattformlast Strom zugeführt werden und kann die Spannung V_S über den Superkondensator 176 auf V₀ + ΔV geladen werden. Wenn der Superkondensator 170 vollständig geladen ist, kann das OVERRIDE-Signal zurückgesetzt werden (oder LOW gehen). Dies kann den Abwärtswandler 150 AUS-schalten und der Superkondensator 176 kann mit dem Entladen über die ersten und zweiten Steuertransistoren 172, 174 beginnen.
7 zeigt ein Lasttaktungs-Zeitdiagramm eines Spannungsreglers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Andere Ausführungsformen und Konfigurationen sind auch innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung.
Während eines Lasttakts, wie zum Beispiel eines Standby-/Schlaf-Modus, kann die Ladung (oder Spannung V_S) des Superkondensators 176 durch Trennen des Superkondensators 176 von dem Ausgangsknoten 16 (d. h. der Spannung V₀) unter Verwendung der ersten und zweiten Steuertransistoren 172, 174 erhalten bleiben. 7 zeigt das Treiberladesignal SC_CHG und das Treiberentladesignal SC_DIS, wie sie LOW gehen. Wenn das erste Eingangssignal VR_EN-Signal während eines Weckereignisses gesetzt wird, kann die Ausgangsspannung Vo durch den Superkondensator 176 durch Setzen des Treiberladesignals SC_CHG und des Treiberentladungssignals SC_DIS sofort bereitgestellt werden. Wenn der Kondensator 158 des Abwärtswandlers 170 geladen ist, kann der Superkondensator 176 in einem Lademodus zur Verfügung gestellt werden und kann der Superkondensator 176 auf eine Spannung von V₀ + ΔV geladen werden. Der Superkondensator 176 kann dann von der Ausgangsspannung V₀ getrennt werden, bis die Plattformlast in dem Leerlaufzustand bereitgestellt ist.
Ausführungsformen können ein Verfahren zum Versorgen eines elektronischen Geräts, eines Systems oder einer Vorrichtung mit Strom liefern. Dies kann Empfangen einer Eingangsspannung an dem Spannungsregler 100, Einschalten des Abwärtswandlers 150 des Spannungsreglers 100, Bereitstellen der Ausgangsspannung V₀ von dem Spannungsregler 100, während der Abwärtswandler 150 eingeschaltet ist, und Laden des Superkondensators 176 des Spannungsreglers 100, während der Abwärtswandler 150 eingeschaltet ist, enthalten. Der Spannungsregler 100 kann ein Signal empfangen, das einen Leerlaufzustand angibt, und den Abwärtswandler 150 als Antwort auf den Empfang des Signals, das den Leerlaufzustand angibt, ausschalten. Die Ausgangsspannung V₀ kann von dem Superkondensator 176 bereitgestellt werden, während der Abwärtswandler 150 ausgeschaltet ist. Nachfolgend kann der Abwärtswandler 150 eingeschaltet werden, wenn sich die Ausgangsspannung V₀ unterhalb eines vorgeschriebenen Werts befindet.
Jede Bezugnahme in dieser Beschreibung auf „eine (1) Ausführungsform”, „eine Ausführungsform”, „beispielhafte Ausführungsform”, etc. bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder Charakteristik, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten ist. Das Auftreten derartiger Phrasen an verschiedenen Stellen in der Beschreibung bezieht sich nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform. Wenn ferner ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder eine Charakteristik in Verbindung mit irgendeiner Ausführungsform beschrieben ist, wird geltend gemacht, dass es innerhalb des Bereichs eines Fachmanns auf dem Gebiet ist, ein solches Merkmal, eine Struktur oder Charakteristik in Verbindung mit anderen der Ausführungsformen zu erreichen.
Obwohl Ausführungsformen unter Bezugnahme auf eine Anzahl von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben worden sind, versteht es sich, dass zahlreiche andere Modifikationen und Ausführungsformen von Fachleuten auf dem Gebiet, die in den Geist und Schutzumfang der Prinzipien dieser Offenbarung fallen werden, entworfen werden können. Insbesondere sind zahlreiche Änderungen und Modifikationen in den Komponententeilen und/oder Anordnungen der fraglichen Kombinationsanordnung innerhalb des Umfangs der Offenbarung, der Zeichnungen und der beigefügten Ansprüche möglich. Zusätzlich zu Variationen und Modifikationen in den Komponententeilen und/oder Anordnungen werden auch alternative Verwendungen für den Fachmann auf der Hand liegen.

Claims

Spannungsregler, umfassend: eine erste Schaltung zum Empfangen von mindestens einem Rückkopplungssignal von einem Abwärtswandler und zum Liefern zumindest eines Treibersignals an den Abwärtswandler zum Liefern einer Ausgangsspannung basierend auf dem zumindest einen Rückkopplungssignal; und eine zweite Schaltung zum Steuern eines Superkondensators zum Liefern der Ausgangsspannung, wenn die erste Schaltung den Abwärtswandler nicht zum Liefern der Ausgangsspannung verwendet.
Spannungsregler nach Anspruch 1, wobei die erste Schaltung dazu dient, ein erstes Treibersignal an einen ersten Schalttransistor des Abwärtswandlers zu liefern und ein zweites Treibersignal an einen zweiten Schalttransistor des Abwärtswandlers zu liefern.
Spannungsregler nach Anspruch 1, wobei die zweite Schaltung dazu dient, ein erstes Steuersignal an einen ersten Steuertransistor einer Superkondensatoreinrichtung zu liefern und ein zweites Steuersignal an ein zweites Steuersignal der Superkondensatoreinrichtung zu liefern.
Spannungsregler nach Anspruch 1, wobei die erste Schaltung dazu dient, ein Leerlaufsignal zu empfangen und als Antwort auf den Empfang des Leerlaufsignals die Verwendung des Abwärtswandlers zu stoppen.
Spannungsregler nach Anspruch 1, wobei die erste Schaltung eine Spannungsmesseinrichtung und eine Strommesseinrichtung enthält, die Spannungsmesseinrichtung zum Empfangen eines Rückkopplungssignals, das die Ausgangsspannung angibt, dient und die Strommesseinrichtung zum Empfangen eines Rückkopplungssignals, das Strom in dem Abwärtswandler angibt, dient.
Spannungsregler nach Anspruch 1, wobei die erste Schaltung dazu dient, die Ausgangsspannung zu messen und den Abwärtswandler zum Liefern der Ausgangsspannung zu verwenden, wenn das mindestens eine Rückkopplungssignal angibt, dass die Ausgangsspannung einen Schwellenwert unterschreitet.
Elektronisches Gerät, umfassend: eine Plattformlast mit einem Prozessor, und einen Spannungsregler zum Liefern einer Ausgangsspannung an die Plattformlast, wobei der Spannungsregler enthält: einen Abwärtswandler zum Empfangen einer Gleich(DC)-Spannung und zum Liefern der Ausgangsspannung an die Plattformlast; eine Spannungssteuerung zum Empfangen von mindestens einem Rückkopplungssignal von dem Abwärtswandler, wobei die Spannungssteuerung zum Liefern von zumindest einem Treibersignal an den Abwärtswandler dient; und eine Superkondensatoreinrichtung zum Liefern der Ausgangsspannung, wenn der Abwärtswandler nicht zum Liefern der Ausgangsspannung verwendet wird.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 7, wobei die Spannungssteuerung zum Liefern eines ersten Treibersignals an einen ersten Schalttransistor des Abwärtswandlers und zum Liefern eines zweiten Treibersignals an einen zweiten Schalttransistor des Abwärtswandlers dient.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 7, wobei die Spannungssteuerung zum Liefern eines ersten Steuersignals an einen ersten Schalttransistor des Abwärtswandlers und zum Liefern eines zweiten Treibersignals an einen zweiten Schalttransistors des Abwärtswandlers dient.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 7, wobei die Spannungssteuerung eine Leerlaufsteuereinrichtung zum Liefern eines Leerlaufsignals, wenn sich die Plattformlast in einem Leerlaufzustand befindet, enthält.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 7, wobei die Spannungssteuerung eine Spannungsmesseinrichtung und eine Strommesseinrichtung enthält, wobei die Spannungsmesseinrichtung zum Empfangen eines Rückkopplungssignals, das die Ausgangsspannung angibt, dient und die Strommesseinrichtung zum Empfangen eines Rückkopplungssignals, das Strom in dem Abwärtswandler angibt, dient.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 7, wobei die Spannungssteuerung zum Messen der Ausgangsspannung und zum Verwenden des Abwärtswandlers zum Liefern der Ausgangsspannung, wenn das mindestens eine Rückkopplungssignal angibt, dass die Ausgangsspannung einen Schwellenwert unterschreitet, dient.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 7, ferner umfassend eine Batterie zum Liefern der DC-Spannung.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 7, wobei der Abwärtswandler nicht zum Liefern des Ausgangsmodus, wenn sich die Plattformlast in dem Leerlaufzustand befindet, verwendet wird.
Verfahren zum Versorgen eines elektronischen Geräts mit Strom, umfassend: Empfangen einer Eingangsspannung an einem Spannungsregler; Einschalten eines Abwärtswandlers des Spannungsreglers; Bereitstellen einer Ausgangsspannung von dem Spannungsregler während der Verwendung des Abwärtswandlers; Laden eines Superkondensators des Spannungsreglers während der Verwendung des Abwärtswandlers; und Bereitstellen einer Ausgangsspannung von dem Superkondensator, während der Abwärtswandler nicht verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend Liefern eines ersten Treibersignals an einen ersten Schalttransistor des Abwärtswandlers und Liefern eines zweiten Treibersignals an einen zweiten Schalttransistor des Abwärtswandlers.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend Liefern eines ersten Steuersignals an einen ersten Schalttransistor des Abwärtswandlers und Liefern eines zweiten Steuersignals an einen zweiten Steuertransistor des Abwärtswandlers.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend Empfangen eines Leerlaufsignals von dem elektronischen Gerät und Stoppen der Verwendung des Abwärtswandlers als Antwort auf den Empfang des Leerlaufsignals.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend Messen der Ausgangsspannung und Liefern der Ausgangsspannung von dem Abwärtswandler, wenn mindestens ein Rückkopplungssignal angibt, dass die Ausgangsspannung einen Schwellenwert unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend Stoppen des Ladens des Superkondensators basierend auf der Ausgangsspannung des Spannungsreglers.