DE112020001503T5 - SHARED USE OF REDUNDANT REGULATOR PHASES WITHIN A PHASE REDUNDANT VOLTAGE REGULATOR DEVICE - Google Patents

SHARED USE OF REDUNDANT REGULATOR PHASES WITHIN A PHASE REDUNDANT VOLTAGE REGULATOR DEVICE Download PDF

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Abstract

Eine phasenredundante Spannungsreglervorrichtung enthält Gruppen von Reglerphasen, die jeweils über eine Mehrphasen-Steuereinheit (MPC) verfügen, die mit jeder Reglerphase verbunden ist. Die MPC überträgt an eine Steuerlogik Phasenfehlersignale und entweder ein Pulsweitenmodulations- (PWM-) Phasensteuersignal oder ein Phasensteuersignal eines gemeinsam genutzten Stroms (ISHARE), das von den Reglerphasen einer Phasengruppe empfangen wird. Ersatz-Reglerphasen enthalten Ausgangs-ORing-Einheiten zur Begrenzung eines Stromflusses in Ausgänge der Ersatz-Reglerphasen. Ausgangsschalteinheiten sind so konfiguriert, dass sie Ausgänge der Ersatz-Reglerphasen elektrisch mit einem gemeinsamen Reglerausgang verbinden. Steuerlogik ist mit der Phasengruppen-MPC verbunden und setzt Phasenfreigabesignale an die Ersatz-Reglerphasen durch, überträgt die Phasensteuersignale an diese und empfängt Phasenfehlersignale von diesen. Die Steuerlogik verbindet in Reaktion auf Empfangen eines Phasenfehlersignals von einer MPC eine Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einer Phasengruppe, die eine ausgefallene Reglerphase enthält.A phase-redundant voltage regulator device includes groups of regulator phases, each having a multi-phase controller (MPC) connected to each regulator phase. The MPC transmits to control logic phase error signals and either a pulse width modulation (PWM) phase control signal or a shared stream (ISHARE) phase control signal received from the controller phases of a phase group. Spare regulator phases include output ORing devices to limit current flow into outputs of the spare regulator phases. Output switching units are configured to electrically connect outputs of the substitute regulator phases to a common regulator output. Control logic is coupled to the phase array MPC and asserts phase enable signals to, transmits the phase control signals to, and receives phase error signals from the backup regulator phases. The control logic electrically connects a spare regulator phase to a phase group containing a failed regulator phase in response to receiving a phase error signal from an MPC.

Description

HINTERGRUNDBACKGROUND

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Spannungsreglerschaltungen. Insbesondere betrifft diese Offenbarung die gemeinsame Nutzung redundanter Reglerphasen innerhalb einer phasenredundanten Spannungsreglerschaltung.The present disclosure relates generally to voltage regulator circuits. In particular, this disclosure relates to the common use of redundant regulator phases within a phase-redundant voltage regulator circuit.

Ein Spannungsregler ist eine elektronische Einheit oder ein elektronisches System, die bzw. das so ausgelegt ist, dass sie/es eine Eingangsspannung empfängt und an einem oder mehreren Ausgangsanschlüssen automatisch einen konstanten Spannungspegel aufrechterhält. Je nach Ausführung kann ein Spannungsregler zur Regelung einer oder mehrerer Wechsel- (AC-) oder Gleich- (DC-) Spannungen verwendet werden. Spannungsregler können in elektronischen Einheiten wie beispielsweise Computernetzteilen enthalten sein, wo sie zur Stabilisierung von Gleichspannungen verwendet werden, die zur Leistungsversorgung von elektronischen Komponenten wie Prozessor(en), Speichereinheiten und anderen Arten von integrierten Schaltungen (ICs) dienen. Eine Spannungsreglerschaltung kann eine Rückkopplungsspannung empfangen, die von einem Messpunkt empfangen wird, der sich in der Nähe der elektronischen Komponente(n) befindet, die der Spannungsregler versorgt. Diese Rückkopplungsspannung kann verwendet werden, um eine Ausgangsspannung des Spannungsreglers zu modulieren. Diese modulierte Ausgangsspannung kann dazu führen, dass die Spannung, die die eine oder die mehreren versorgten elektronischen Komponenten empfangen, auf einem stabilen Wert gehalten wird, unabhängig von der Stromaufnahme der Komponenten oder dem Spannungsabfall an Leitern, die den Spannungsregler und die Komponenten untereinander verbinden.A voltage regulator is an electronic unit or system that is designed to receive an input voltage and automatically maintain a constant voltage level at one or more output terminals. Depending on the version, a voltage regulator can be used to regulate one or more alternating (AC) or direct (DC) voltages. Voltage regulators can be found in electronic units, such as computer power supplies, where they are used to stabilize DC voltages used to power electronic components such as processor (s), memory units, and other types of integrated circuits (ICs). A voltage regulator circuit may receive a feedback voltage received from a measurement point that is near the electronic component (s) that the voltage regulator supplies. This feedback voltage can be used to modulate an output voltage of the voltage regulator. This modulated output voltage can mean that the voltage received by the one or more supplied electronic components is kept at a stable value, regardless of the current consumption of the components or the voltage drop on the conductors that connect the voltage regulator and the components to one another.

Ein Feldeffekttransistor (FET) ist ein Transistor, der ein elektrisches Feld nutzt, um die Form und damit die Leitfähigkeit eines Kanals einer Ladungsträgerart in einem Halbleitermaterial zu steuern. FETs können unipolare Transistoren sein, da sie einen Einzelladungsträger-Betrieb aufweisen können. FETs können Majoritätsladungsträger-Einheiten sein, bei denen der Stromfluss überwiegend von Majoritätsladungsträgern getragen wird, oder Minoritätsladungsträger-Einheiten, bei denen der Strom hauptsächlich durch einen Fluss von Minoritätsladungsträgern verursacht wird. Eine FET-Einheit kann aus einem aktiven Kanal bestehen, durch den Ladungsträger, Elektronen oder Löcher, von einer Source zu einem Drain fließen. Source- und Drain-Anschlussleiter können über ohmsche Kontakte mit dem Halbleiter verbunden sein. Die Leitfähigkeit des Kanals kann von dem elektrischen Potential abhängen, das über die Gate- und Source-Anschlüsse angelegt ist.A field effect transistor (FET) is a transistor that uses an electric field to control the shape and thus the conductivity of a channel of a type of charge carrier in a semiconductor material. FETs can be unipolar transistors because they can have a single charge carrier operation. FETs can be majority charge carrier units, in which the current flow is predominantly carried by majority charge carriers, or minority charge carrier units, in which the current is mainly caused by a flow of minority charge carriers. An FET unit can consist of an active channel through which charge carriers, electrons or holes, flow from a source to a drain. Source and drain connection conductors can be connected to the semiconductor via ohmic contacts. The conductivity of the channel can depend on the electrical potential that is applied across the gate and source connections.

KURZDARSTELLUNGSHORT REPRESENTATION

Ausführungsformen können auf eine phasenredundante Spannungsreglervorrichtung gerichtet sein. Die phasenredundante Spannungsreglervorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Reglerphasen, die jeweils einen Regler enthalten, der elektrisch so verbunden ist, dass er an einem Reglereingang eine Eingangsspannung empfängt und an einem Reglerausgang eine jeweilige Ausgangsspannung bereitstellt. Die phasenredundante Spannungsreglervorrichtung enthält einen Satz von Phasengruppen der Mehrzahl von Reglerphasen, der eine erste und eine zweite Phasengruppe umfasst. Jede Phasengruppe enthält einen gemeinsamen Reglereingang, der elektrisch mit Reglereingängen von Reglern der Phasengruppe verbunden ist, und einen gemeinsamen Reglerausgang, der elektrisch mit Reglerausgängen von Reglern der Phasengruppe verbunden ist. Jede Phasengruppe enthält zudem mindestens eine redundante Reglerphase und eine Mehrphasen-Steuereinheit (multiphase controller, MPC), die elektrisch mit jeder Reglerphase der Phasengruppe verbunden ist. Die MPC ist so konfiguriert, dass sie an eine Steuerlogik Phasenfehlersignale und entweder ein Pulsweitenmodulations- (PWM-) Phasensteuersignal oder ein Phasensteuersignal eines gemeinsam genutzten Stroms (ISHARE) überträgt, das von jeder Reglerphase einer jeweiligen Phasengruppe empfangen wird. Die phasenredundante Spannungsreglervorrichtung enthält einen Satz von Ersatz-Reglerphasen der Mehrzahl von Reglerphasen, der eine erste und eine zweite Ersatz-Reglerphase umfasst. Jede Ersatz-Reglerphase enthält eine Sekundärausgangs-ORing-Einheit, die so elektrisch verbunden und konfiguriert ist, dass sie einen Stromfluss in einen sekundären Ausgang der Ersatz-Reglerphase begrenzt. Jede Ersatz-Reglerphase enthält zudem eine erste Ausgangsschalteinheit, die so konfiguriert ist, dass sie in Reaktion auf ein erstes Phasenfreigabesignal den Reglerausgang der Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einem ersten gemeinsamen Reglerausgang verbindet. Jede Ersatz-Reglerphase enthält zudem eine zweite Ausgangsschaltvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie in Reaktion auf ein zweites Phasenfreigabesignal den Reglerausgang der Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einem zweiten gemeinsamen Reglerausgang und einer Steuerlogik verbindet. Die Steuerlogik ist elektrisch mit MPCs jeder Phasengruppe des Satzes von Phasengruppen verbunden, wobei die Steuerlogik so konfiguriert ist, dass sie die Phasensteuersignale von den MPCs empfängt und Phasenfehlersignale mit ihnen austauscht. Die Steuerlogik ist zudem elektrisch mit Ersatz-Reglerphasen des Satzes von Ersatz-Reglerphasen verbunden. Die Steuerlogik ist so konfiguriert, dass sie Phasenfreigabesignale an die Ersatz-Reglerphasen durchsetzt, die Phasensteuersignale an diese überträgt und Phasenfehlersignale von diesen empfängt. Die Steuerlogik ist zudem so konfiguriert, dass sie in Reaktion auf Empfangen eines Phasenfehlersignals von einer MPC eine Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einer Phasengruppe verbindet, die eine ausgefallene Reglerphase enthält.Embodiments may be directed to a phase redundant voltage regulator device. The phase-redundant voltage regulator device comprises a plurality of regulator phases, each of which contains a regulator which is electrically connected in such a way that it receives an input voltage at a regulator input and provides a respective output voltage at a regulator output. The phase redundant voltage regulator device contains a set of phase groups of the plurality of regulator phases which includes a first and a second phase group. Each phase group contains a common controller input which is electrically connected to controller inputs of controllers in the phase group, and a common controller output which is electrically connected to controller outputs of controllers in the phase group. Each phase group also contains at least one redundant controller phase and a multiphase control unit (multiphase controller, MPC), which is electrically connected to each controller phase of the phase group. The MPC is configured to transmit phase error signals to control logic and either a pulse width modulation (PWM) phase control signal or a shared current phase control signal (I SHARE ) received by each regulator phase of a respective phase group. The phase-redundant voltage regulator device contains a set of substitute regulator phases of the plurality of regulator phases, which set comprises a first and a second substitute regulator phase. Each backup regulator phase contains a secondary output ORing unit that is electrically connected and configured to limit current flow into a secondary output of the backup regulator phase. Each substitute regulator phase also contains a first output switching unit which is configured in such a way that, in response to a first phase enable signal, it electrically connects the regulator output of the substitute regulator phase to a first common regulator output. Each substitute regulator phase also contains a second output switching device which is configured in such a way that, in response to a second phase enable signal, it electrically connects the regulator output of the substitute regulator phase to a second common regulator output and a control logic. The control logic is electrically connected to MPCs of each phase group of the set of phase groups, the control logic being configured to receive the phase control signals from the MPCs and to exchange phase error signals with them. The control logic is also electrically connected to substitute controller phases of the set of substitute controller phases. The control logic is configured in such a way that it asserts phase enable signals to the substitute regulator phases, transmits the phase control signals to them, and receives phase error signals from them. the Control logic is also configured in such a way that, in response to receiving a phase error signal from an MPC, it electrically connects a substitute regulator phase to a phase group that contains a failed regulator phase.

Ausführungsformen können zudem auf eine phasenredundante Spannungsreglervorrichtung gerichtet sein. Die phasenredundante Spannungsreglervorrichtung kann eine Mehrzahl von Reglerphasen umfassen, die jeweils einen Regler enthalten, der elektrisch so verbunden ist, dass er an einem Reglereingang eine Eingangsspannung empfängt und an einem Reglerausgang eine jeweilige Ausgangsspannung bereitstellt. Die phasenredundante Spannungsreglervorrichtung enthält zudem einen Satz von Phasengruppen der Mehrzahl von Reglerphasen, der eine erste und eine zweite Phasengruppe umfasst. Jede Phasengruppe enthält einen gemeinsamen Reglereingang, der elektrisch mit Reglereingängen von Reglern der Phasengruppe verbunden ist, und einen gemeinsamen Reglerausgang, der elektrisch mit Reglerausgängen von Reglern der Phasengruppe verbunden ist. Jede Phasengruppe enthält mindestens eine redundante Reglerphase und eine MPC, die elektrisch mit jeder Reglerphase der Phasengruppe verbunden ist. Die MPC ist so konfiguriert, dass sie an eine Steuerlogik Phasenfehlersignale und entweder ein PWM- oder ein ISHARE-Phasensteuersignal überträgt, das von jeder Reglerphase einer jeweiligen Phasengruppe empfangen wird. Die phasenredundante Spannungsreglervorrichtung enthält zudem einen Satz von Ersatz-Reglerphasen der Mehrzahl von Reglerphasen, der eine erste und eine zweite Ersatz-Reglerphase umfasst. Jede Ersatz-Reglerphase enthält einen Sekundärausgangs-ORing-Feldeffekttransistor (FET), der elektrisch zwischen den Reglerausgang und einen sekundären Ausgang des Ersatzreglers geschaltet ist, und einen zweiten Komparator, dessen Eingänge elektrisch mit einem Source-Anschluss und einem Drain-Anschluss des Sekundärausgangs-ORing-FET verbunden sind. Der zweite Komparator verfügt ferner über einen Ausgang, der elektrisch mit einem Gate-Anschluss des Sekundärausgangs-ORing-FET verbunden ist. Der zweite Komparator ist so konfiguriert, dass er in Verbindung mit dem Sekundärausgangs-ORing-FET einen Stromfluss in den sekundären Ausgang der Ersatz-Reglerphase begrenzt. Jede Ersatz-Reglerphase enthält zudem einen ersten Ausgangsschalt-FET, der so elektrisch verbunden und konfiguriert ist, dass er in Reaktion auf ein erstes Phasenfreigabesignal den Reglerausgang der Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einem ersten gemeinsamen Reglerausgang verbindet. Jede Ersatz-Reglerphase enthält zudem einen zweiten Ausgangsschalt-FET, der so verbunden und konfiguriert ist, dass er in Reaktion auf ein zweites Phasenfreigabesignal den Reglerausgang der Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einem zweiten gemeinsamen Regler verbindet. Die phasenredundante Spannungsreglervorrichtung enthält zudem eine Steuerlogik. Die Steuerlogik ist elektrisch mit MPCs jeder Phasengruppe des Satzes von Phasengruppen verbunden, wobei die Steuerlogik so konfiguriert ist, dass sie die Phasensteuersignale von den MPCs empfängt und Phasenfehlersignale mit ihnen austauscht. Die Steuerlogik ist zudem elektrisch mit Ersatz-Reglerphasen des Satzes von Ersatz-Reglerphasen verbunden, wobei die Steuerlogik so konfiguriert ist, dass sie Phasenfreigabesignale an die Ersatz-Reglerphasen durchsetzt, die Phasensteuersignale an diese überträgt und Phasenfehlersignale von diesen empfängt. Die Steuerlogik ist so konfiguriert, dass sie in Reaktion auf Empfangen eines Phasenfehlersignals von einer MPC eine Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einer Phasengruppe verbindet, die eine ausgefallene Reglerphase enthält.Embodiments may also be directed to a phase redundant voltage regulator device. The phase-redundant voltage regulator device can comprise a plurality of regulator phases, each of which contains a regulator which is electrically connected in such a way that it receives an input voltage at a regulator input and provides a respective output voltage at a regulator output. The phase-redundant voltage regulator device also contains a set of phase groups of the plurality of regulator phases, which set comprises a first and a second phase group. Each phase group contains a common controller input which is electrically connected to controller inputs of controllers in the phase group, and a common controller output which is electrically connected to controller outputs of controllers in the phase group. Each phase group contains at least one redundant controller phase and an MPC that is electrically connected to each controller phase of the phase group. The MPC is configured to transmit phase error signals and either a PWM or an I SHARE phase control signal to a control logic, which is received by each controller phase of a respective phase group. The phase-redundant voltage regulator device also contains a set of substitute regulator phases of the plurality of regulator phases, which comprises a first and a second substitute regulator phase. Each equivalent regulator phase contains a secondary output ORing field effect transistor (FET), which is electrically connected between the regulator output and a secondary output of the equivalent regulator, and a second comparator, the inputs of which are electrically connected to a source connection and a drain connection of the secondary output ORing FET are connected. The second comparator also has an output which is electrically connected to a gate connection of the secondary output ORing FET. The second comparator is configured in such a way that, in conjunction with the secondary output ORing FET, it limits a current flow into the secondary output of the substitute regulator phase. Each substitute regulator phase also contains a first output switching FET, which is electrically connected and configured in such a way that, in response to a first phase enable signal, it electrically connects the regulator output of the substitute regulator phase to a first common regulator output. Each substitute regulator phase also contains a second output switching FET, which is connected and configured in such a way that it electrically connects the regulator output of the substitute regulator phase to a second common regulator in response to a second phase enable signal. The phase redundant voltage regulator device also contains control logic. The control logic is electrically connected to MPCs of each phase group of the set of phase groups, the control logic being configured to receive the phase control signals from the MPCs and to exchange phase error signals with them. The control logic is also electrically connected to substitute controller phases of the set of substitute controller phases, the control logic being configured to enforce phase enable signals to the substitute controller phases, transmit the phase control signals to them, and receive phase error signals from them. The control logic is configured such that, in response to receiving a phase error signal from an MPC, it electrically connects a backup regulator phase to a phase group that contains a failed regulator phase.

Ausführungsformen können zudem auf ein Verfahren zum gemeinsamen Nutzen eines Satzes redundanter Ersatz-Reglerphasen zwischen Phasengruppen von Reglerphasen gerichtet sein. Das Verfahren umfasst Verwenden einer Steuerlogik, die so konfiguriert ist, dass sie in Reaktion auf Überwachen von Phasenfehlersignalen, die von den Phasengruppen empfangen werden, an eine erste Ersatz-Reglerphase des Satzes redundanter Ersatz-Reglerphasen in Reaktion auf Erkennen eines Phaseneinzelfehlersignals von einer ersten Phasengruppe ein Phasenfreigabesignal durchsetzt, das einen primären Ausgang der ersten Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einem gemeinsamen Reglerausgang der ersten Phasengruppe verbindet. Das Verfahren umfasst zudem Verwenden einer Steuerlogik, um an die erste Ersatz-Reglerphase entweder ein PWM- oder ein ISHARE-Phasensteuersignal zu senden, das von einer MPC der ersten Phasengruppe empfangen wird, und ein Phasenfehlersignal von der ersten Ersatz-Reglerphase elektrisch mit der MPC der ersten Phasengruppe zu verbinden. Das Verfahren umfasst zudem Verwenden einer Steuerlogik, um in Reaktion auf Erkennen des Phaseneinzelfehlersignals von der ersten Phasengruppe das Überwachen des Phaseneinzelfehlersignals zu beenden und in einem nichtflüchtigen Speicher innerhalb der Steuerlogik eine Zuordnung zwischen der ersten Ersatz-Reglerphase und dem gemeinsamen Reglerausgang der ersten Phasengruppe zu speichern. Das Verfahren umfasst zudem Verwenden einer Steuerlogik, um an eine zweite Ersatz-Reglerphase des Satzes redundanter Ersatz-Reglerphasen in Reaktion auf Erkennen eines zusätzlichen Phasenfehlersignals von einer supplementären Phasengruppe ein Phasenfreigabesignal durchzusetzen, das einen primären Ausgang der zweiten Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einem gemeinsamen Reglerausgang der zusätzlichen Phasengruppe verbindet. Das Verfahren umfasst zudem Verwenden einer Steuerlogik, um an die zweite Ersatz-Reglerphase ein PWM- oder ein ISHARE-Phasensteuersignal zu senden, das von einer MPC der supplementären Phasengruppe empfangen wird, und ein Phasenfehlersignal von der zweiten Ersatz-Reglerphase elektrisch mit der MPC der supplementären Phasengruppe zu verbinden. Das Verfahren umfasst zudem Verwenden einer Steuerlogik, um in Reaktion auf Erkennen des zusätzlichen Phasenfehlersignals von der supplementären Phasengruppe das Überwachen des zusätzlichen Phasenfehlersignals zu beenden und in dem nichtflüchtigen Speicher eine Zuordnung zwischen der zweiten Ersatz-Reglerphase und dem gemeinsamen Reglerausgang der supplementären Phasengruppe zu speichern. Das Verfahren umfasst zudem Verwenden einer Steuerlogik, um in Reaktion darauf, dass Ausgänge aller redundanten Ersatz-Reglerphasen elektrisch mit gemeinsamen Reglerausgängen der Phasengruppen verbunden sind, eine Systembenachrichtigung zu senden, die einen Regleraustauschvorgang anfragt.Embodiments can also be directed to a method for the common use of a set of redundant substitute controller phases between phase groups of controller phases. The method includes using control logic configured to be responsive to monitoring phase error signals received from the phase groups to a first spare controller phase of the set of redundant spare controller phases in response to detection of a single phase error signal from a first phase group a phase enable signal passes through, which electrically connects a primary output of the first substitute controller phase to a common controller output of the first phase group. The method also includes using control logic to send either a PWM or an I SHARE phase control signal to the first substitute regulator phase, which is received by an MPC of the first phase group, and a phase error signal from the first substitute regulator phase electrically with the MPC to join the first phase group. The method also includes the use of control logic, in response to the detection of the single phase error signal from the first phase group, to end the monitoring of the single phase error signal and to store an association between the first substitute controller phase and the common controller output of the first phase group in a non-volatile memory within the control logic . The method also includes the use of a control logic in order to enforce a phase enable signal on a second substitute controller phase of the set of redundant substitute controller phases in response to detection of an additional phase error signal from a supplementary phase group, which electrically connects a primary output of the second substitute controller phase with a common controller output the additional phase group connects. The method also includes using control logic to send to the second replacement controller phase to send a PWM or an I SHARE phase control signal that is received by an MPC of the supplementary phase group, and to electrically connect a phase error signal from the second substitute controller phase to the MPC of the supplementary phase group. The method also includes the use of control logic in response to the detection of the additional phase error signal from the supplementary phase group to end the monitoring of the additional phase error signal and to store an association between the second substitute controller phase and the common controller output of the supplementary phase group in the non-volatile memory. The method also includes the use of control logic to send a system notification requesting a controller replacement process in response to the fact that outputs of all redundant backup controller phases are electrically connected to common controller outputs of the phase groups.

Die vorstehende Kurzdarstellung soll nicht jede dargestellte Ausführungsform oder jede Implementierung der vorliegenden Offenbarung beschreiben.The summary above is not intended to describe each illustrated embodiment or every implementation of the present disclosure.

FigurenlisteFigure list

Die in der vorliegenden Anmeldung enthaltenen Zeichnungen werden in die Spezifikation aufgenommen und sind Teil dieser. Sie veranschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundgedanken der Offenbarung. Die Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung bestimmter Ausführungsformen und schränken die Offenbarung nicht ein.

  • 1 ist ein Blockschaltbild, das eine phasenredundante Spannungsreglervorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
  • 2 umfasst zwei Ansichten, die eine Spannungsreglerphase und eine Ersatz-Spannungsreglerphase gemäß den Figuren entsprechenden Ausführungsformen zeigen.
  • 3 ist ein Blockschaltbild, das eine phasenredundante Spannungsreglervorrichtung mit gemeinsam genutzten redundanten Ersatzbaugruppen gemäß den Figuren entsprechenden Ausführungsformen zeigt.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum gemeinsamen Nutzen eines Satzes redundanter Ersatz-Reglerphasen zwischen Gruppen von Reglern gemäß den Figuren entsprechenden Ausführungsformen zeigt.
The drawings contained in the present application are incorporated in and are a part of the specification. They illustrate embodiments of the present disclosure and, together with the description, serve to explain the principles of the disclosure. The drawings are only used to illustrate specific embodiments and do not limit the disclosure.
  • 1 FIG. 3 is a block diagram showing a phase redundant voltage regulator device in accordance with embodiments of the present disclosure.
  • 2 comprises two views showing a voltage regulator phase and an equivalent voltage regulator phase according to embodiments corresponding to the figures.
  • 3 FIG. 3 is a block diagram showing a phase redundant voltage regulator device with shared redundant replacement assemblies in accordance with embodiments corresponding to the figures.
  • 4th FIG. 3 is a flow chart showing a method for sharing a set of redundant backup controller phases between groups of controllers in accordance with embodiments corresponding to the figures.

Während die Erfindung für verschiedene Modifikationen und alternative Formen zugänglich ist, sind Einzelheiten davon in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und werden im Einzelnen beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass die Absicht nicht darin besteht, die Erfindung auf die konkret beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken. Vielmehr ist beabsichtigt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die unter den Grundgedanken und den Umfang der Erfindung fallen.While the invention is susceptible of various modifications and alternative forms, details thereof have been illustrated by way of example in the drawings and will be described in detail. It should be noted, however, that the intention is not to limit the invention to the specifically described embodiments. Rather, it is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives that come within the spirit and scope of the invention.

In den Zeichnungen und der ausführlichen Beschreibung beziehen sich gleiche Nummern im Allgemeinen auf gleiche Komponenten, Teile, Schritte und Prozesse.In the drawings and detailed description, like numbers generally refer to like components, parts, steps, and processes.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können im Zusammenhang mit der gemeinsamen Nutzung redundanter Reglerphasen innerhalb einer phasenredundanten Spannungsreglerschaltung nachvollzogen werden. Das gemeinsame Nutzen solcher redundanten Reglerphasen kann nützlich sein, um bei reduzierten Kosten und geringerer Ausgestaltungskomplexität Phasenredundanz und eine robuste Leistungsversorgung zu gewährleisten. Das gemeinsame Nutzen redundanter Reglerphasen innerhalb einer Spannungsreglerschaltung kann die Zuverlässigkeit der Leistungsversorgung elektronischer Systeme erhöhen.Certain embodiments of the present disclosure can be understood in connection with the shared use of redundant regulator phases within a phase-redundant voltage regulator circuit. The common use of such redundant controller phases can be useful to ensure phase redundancy and a robust power supply with reduced costs and less design complexity. The common use of redundant regulator phases within a voltage regulator circuit can increase the reliability of the power supply of electronic systems.

Ausführungsformen können gemeinsam genutzte redundante Reglerphasen für elektronische Anlagen wie Server bereitstellen, die verwendet werden können, um Daten für Clients bereitzustellen, die über ein Netzwerk an einen Server angeschlossen sind. Zu solchen Servern können, ohne jedoch hierauf eingeschränkt zu sein, Webserver, Anwendungsserver, Mailserver und virtuelle Server zählen. Wenngleich sie nicht notwendigerweise auf diese beschränkt sind, können die in diesem Zusammenhang diskutierten Ausführungsformen das Verständnis verschiedener Aspekte der Offenbarung erleichtern. Bestimmte Ausführungsformen können auch auf andere Anlagen und damit verbundene Anwendungen ausgerichtet sein, beispielsweise Bereitstellen gemeinsam genutzter redundanter Reglerphasen für elektronische Anlagen wie Computersysteme, die in einer Vielzahl von Rechen- und Datenverarbeitungsanwendungen eingesetzt werden können. Zu solchen Datenverarbeitungssystemen können, ohne jedoch hierauf eingeschränkt zu sein, Supercomputer, High-Performance-Computing- (HPC-) Systeme und andere Arten von Spezialcomputern zählen. Ausführungsformen können auch auf gemeinsam genutzte redundante Reglerphasen für Anlagen gerichtet sein, die beispielsweise in der Telekommunikation, in der Luftfahrt und in der Automobilindustrie verwendet werden.Embodiments can provide shared redundant regulator phases for electronic systems such as servers that can be used to provide data for clients that are connected to a server via a network. Such servers can include, but are not limited to, web servers, application servers, mail servers, and virtual servers. Although not necessarily limited to these, the embodiments discussed in this context may facilitate understanding of various aspects of the disclosure. Certain embodiments can also be geared towards other systems and related applications, for example providing shared redundant controller phases for electronic systems such as computer systems that can be used in a large number of computing and data processing applications. Such data processing systems can include, but are not limited to, supercomputers, high performance computing (HPC) systems, and other types of special purpose computers. Embodiments can also be directed to jointly used redundant controller phases for systems that are used, for example, in telecommunications nication, aviation and automotive industries.

Das Akronym „FET“ wird vorliegend in Bezug auf einen Feldeffekttransistor verwendet, der innerhalb einer Spannungsregler-Ausgestaltung nützlich sein kann, um zwei Schaltungsknoten miteinander zu verbinden, indem er eine elektrische Verbindung mit relativ niedriger Impedanz zwischen den Knoten bereitstellt. Es versteht sich, dass in Ausführungsformen verschiedene Arten von FETs von einem Spannungsregler-Konstrukteur ausgewählt werden können, um elektrische Leistungskriterien bestimmter Spannungsregler-Ausgestaltungen zu erfüllen. Solche FET-Typen können, ohne jedoch hierauf eingeschränkt zu sein, Anreicherungsmodus-, Verarmungsmodus-, N-Kanal-Feldeffekttransistor- (NFET-) und P-Kanal-Feldeffekttransistor- (PFET-) Einheiten umfassen. Solche FETs können ohne Bedeutungsverlust auch als „Leistungs-FETs“ und „Leistungs-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren“ (MOSFETs) bezeichnet werden. Es versteht sich zudem, dass in einigen Ausführungsformen verschiedene andere Arten elektronischer Bauelemente anstelle von FETs verwendet werden können. Solche elektronischen Bauelemente können, ohne jedoch hierauf eingeschränkt zu sein, bipolare Bauelemente wie NPN- und PNP-Transistoren sowie Transistoren umfassen, die in anderen Halbleitertechnologien hergestellt werden.The acronym "FET" is used herein to refer to a field effect transistor that may be useful within a voltage regulator configuration to interconnect two circuit nodes by providing a relatively low impedance electrical connection between the nodes. It should be understood that, in embodiments, various types of FETs can be selected by a voltage regulator designer to meet electrical performance criteria of particular voltage regulator designs. Such types of FETs may include, but are not limited to, enhancement mode, depletion mode, N-channel field effect transistor (NFET), and P-channel field effect transistor (PFET) devices. Such FETs can also be referred to as “power FETs” and “power metal oxide semiconductor field effect transistors” (MOSFETs) without any loss of meaning. It should also be understood that various other types of electronic components can be used in place of FETs in some embodiments. Such electronic components can include, but are not limited to, bipolar components such as NPN and PNP transistors, as well as transistors that are manufactured using other semiconductor technologies.

Zur Vereinfachung der Diskussion und zur Veranschaulichung können die Bezeichnungen „ORing-Einheit“ und „ORing-FET“ ohne Bedeutungsverlust austauschbar verwendet werden, um sich auf ein Halbleiterbauelement zu beziehen, das so konfiguriert ist, dass es den Stromfluss in einen Spannungsreglerphasenausgang verhindert. Obwohl ein FET-Symbol, z.B. 244, 2, verwendet wurde, um eine solche Einheit in den Figuren darzustellen, ist dies nicht als einschränkend auszulegen; andere Arten von Bauelementen , wie vorstehend beschrieben, können ebenfalls für einen ähnlichen Zweck verwendet werden.For convenience of discussion and illustration, the terms "ORing Unit" and "ORing-FET" can be used interchangeably without loss of meaning to refer to a semiconductor device that is configured to prevent current flow into a voltage regulator phase output. Although a FET symbol, e.g. 244, 2 , was used to represent such a unit in the figures, this is not to be construed as limiting; other types of components as described above can also be used for a similar purpose.

Die Bezeichnung „ORing“, die vorliegend beispielsweise in Bezug auf „ORing-Einheiten“, „ORing-FETs“ und „ORing-Regler“ verwendet wird, kann so verstanden werden, dass er sich auf die logische ODER-Funktion und die Ausgangsschutzfunktion einer Einheit, z.B. eines FET oder eines Spannungsreglers, bezieht. Solche Einheiten und Spannungsregler werden durch einen FET, der so konfiguriert ist, dass er in ähnlicher Weise wie eine Ausgangsschutzdiode funktioniert, vor Rückstromfluss in einen Ausgang einer Einheit geschützt.The term “ORing”, which is used here, for example, in relation to “ORing units”, “ORing FETs” and “ORing controllers”, can be understood to refer to the logical OR function and the output protection function of a Unit, for example an FET or a voltage regulator, refers. Such units and voltage regulators are protected from reverse current flow into an output of a unit by an FET that is configured to function in a manner similar to an output protection diode.

Die Bezeichnungen „Phase“ und „Reglerphase“ werden vorliegend austauschbar in Bezug auf einen redundanten Spannungsregler verwendet, der innerhalb einer Spannungsreglervorrichtung verwendet wird. Die Spannungsreglerphase wird im Allgemeinen von einer Mehrphasen-Steuereinheit (MPC) zu einem Zeitpunkt aktiviert, der sich von den Aktivierungszeitpunkten anderer Spannungsregler unterscheidet. Dies wird gemeinhin als zu den anderen Spannungsreglern „phasenverschobene“ Aktivierung bezeichnet.The terms “phase” and “regulator phase” are used interchangeably in the present case in relation to a redundant voltage regulator that is used within a voltage regulator device. The voltage regulator phase is generally activated by a polyphase control unit (MPC) at a point in time that differs from the activation times of other voltage regulators. This is commonly referred to as activation "out of phase" with the other voltage regulators.

In einer Vielzahl von elektronischen Systemen werden Spannungsregler eingesetzt, um eine Leistungsversorgung elektronischer Komponenten innerhalb der Systeme bei stabiler Spannung zu gewährleisten. Zu solchen elektronischen Systemen können, ohne jedoch hierauf eingeschränkt zu sein, Computer, Datenverarbeitungsanlagen, Server und Geräte zählen, die in Telekommunikations-, Luftfahrt- und Automobilanwendungen zum Einsatz kommen. Zu den Komponenten innerhalb der Systeme können, ohne jedoch hierauf eingeschränkt zu sein, Zentraleinheiten (CPUs), Grafikprozessoren (GPUs), andere Arten von integrierten Schaltungen (ICs), Festplattenlaufwerke, Halbleiter-Datenträger (solid-state drives, SSDs), Speicher und andere Arten von elektronischen Komponenten und Einheiten zählen.Voltage regulators are used in a large number of electronic systems in order to ensure a power supply for electronic components within the systems with a stable voltage. Such electronic systems can include, but are not limited to, computers, data processing systems, servers, and devices that are used in telecommunications, aerospace, and automotive applications. The components within the systems can include, but are not limited to, central processing units (CPUs), graphics processors (GPUs), other types of integrated circuits (ICs), hard disk drives, semiconductor data carriers (solid-state drives, SSDs), memories and other types of electronic components and units include.

Ein Spannungsregler kann elektrisch zwischen eine Leistungsversorgung und Komponenten geschaltet werden, die für den Empfang einer Spannung spezifiziert sind, die niedriger ist als eine von der Leistungsversorgung bereitgestellte Spannung. Eine Leistungsversorgung kann beispielsweise verschiedene Spannungen, z.B. 12 V, 24 V oder 48 V Gleichspannung, an einen Spannungsregler liefern. Zu Ausgangsspannungen des Spannungsreglers können beispielsweise 3,3 V, 2,5 V, 1,8 V, 1,0 V, 0,7 V oder jede andere Spannung zählen, die für die versorgten elektronischen Komponenten und Systeme als geeignet angegeben ist.A voltage regulator can be electrically connected between a power supply and components that are specified to receive a voltage that is lower than a voltage provided by the power supply. A power supply can, for example, deliver different voltages, e.g. 12 V, 24 V or 48 V DC voltage, to a voltage regulator. The output voltages of the voltage regulator can include, for example, 3.3 V, 2.5 V, 1.8 V, 1.0 V, 0.7 V or any other voltage that is specified as being suitable for the electronic components and systems being supplied.

Spannungsregler, die parallel geschaltete phasenredundante Regler umfassen, können zahlreiche Vorteile für verschiedene elektronische Systeme bieten, die sie mit Leistung versorgen. Zum Beispiel können solche Spannungsregler eine erhöhte Systemzuverlässigkeit und Robustheit bieten, die sich aus der Fähigkeit einer Spannungsreglervorrichtung ergibt, eine ausgefallene oder fehlerhafte Reglerphase dynamisch und automatisch durch eine redundante Ersatz- oder „Backup“-Phase zu ersetzen. Eine Reglerphase kann durch den Ausfall, z.B. durch Kurzschluss, einer oder mehrerer Komponenten wie Kondensatoren, FETs, Verstärker oder Treiberschaltungen innerhalb der Reglerphase ausfallen.Voltage regulators, which include phase redundant regulators connected in parallel, can offer numerous advantages to the various electronic systems that power them. For example, such voltage regulators can offer increased system reliability and robustness resulting from the ability of a voltage regulator device to dynamically and automatically replace a failed or faulty regulator phase with a redundant replacement or "backup" phase. A controller phase can fail due to the failure, e.g. due to a short circuit, of one or more components such as capacitors, FETs, amplifiers or driver circuits within the controller phase.

Die Zuverlässigkeit elektronischer Systeme kann auch durch die Reduzierung der Anzahl der Entkopplungskondensatoren innerhalb einer phasenredundanten Spannungsreglerausgestaltung erhöht werden. Diese Reduzierung der Kondensatoranzahl kann zu einer Senkung der effektiven Ausfallrate des Spannungsreglers führen. Das Hinzufügen einer oder mehrerer redundanter oder Ersatzphasen zu einer Spannungsreglerausgestaltung kann auch die Zuverlässigkeit der Ausgestaltung erhöhen, indem die Gesamtstromanforderungen an jede der mehreren redundanten Phasen innerhalb des Spannungsreglers gesenkt werden.The reliability of electronic systems can also be increased by reducing the number of decoupling capacitors within one pha sensor redundant voltage regulator design can be increased. This reduction in the number of capacitors can reduce the effective failure rate of the voltage regulator. Adding one or more redundant or backup phases to a voltage regulator design can also increase the reliability of the design by lowering the overall current requirements on each of the multiple redundant phases within the voltage regulator.

Die Verwendung phasenredundanter Spannungsregler, bei denen die Phasen zeitlich versetzt aktiviert werden, kann auch zu einer geringeren Ausgangsspannungswelligkeit und einem verbesserten Einschwingverhalten bei Schwankungen der Strombelastung der Phasen führen. Mehrere redundante Reglerphasen können insbesondere nützlich sein, um die Gesamtkosten des Spannungsreglersystems zu verwalten. Gemäß Ausführungsformen können die Kosten eines Spannungsreglers, der mehrere kleinere, redundante Reglerphasen verwendet, deutlich geringer sein als die Kosten eines Reglers, der weniger, größere Reglerphasen mit jeweils größerer Stromabgabe verwendet.The use of phase-redundant voltage regulators, in which the phases are activated at different times, can also lead to a lower output voltage ripple and an improved transient response in the event of fluctuations in the current load of the phases. Multiple redundant regulator phases can be particularly useful in managing the overall cost of the voltage regulator system. According to embodiments, the costs of a voltage regulator that uses a plurality of smaller, redundant regulator phases can be significantly lower than the costs of a regulator that uses fewer, larger regulator phases, each with a larger current output.

Bestimmte Arten von elektronischen Systemen können phasenredundante Spannungsregler verwenden, um bestimmte Teilsysteme und elektronische Komponenten mit Leistung zu versorgen. Ein Computersystem kann z.B. über 5 CPUs verfügen, die jeweils einen angegebenen Versorgungsspannungsbedarf von 1,0 V bei 80 A haben, wodurch sich ein Gesamtleistungsbedarf von 1,0 V bei 400 A ergibt. Dieser Leistungsbedarf kann beispielsweise von 8 phasenredundanten Spannungsreglern versorgt werden, die jeweils eine Nennstromausgangskapazität von 50 A haben. Ebenso kann das elektronische System einen weiteren Versorgungsspannungsbedarf von 1,25 V bei 200 A haben, um einen weiteren Spannungsbedarf der CPUs oder einer anderen Art von Einheit zu versorgen, der von 4 phasenredundanten Spannungsreglern mit einer jeweiligen Nennstromausgangskapazität von 50 A versorgt werden kann.Certain types of electronic systems can use phase redundant voltage regulators to provide power to certain subsystems and electronic components. A computer system can, for example, have 5 CPUs, each with a specified supply voltage requirement of 1.0 V at 80 A, resulting in a total power requirement of 1.0 V at 400 A. This power requirement can, for example, be supplied by 8 phase-redundant voltage regulators, each with a rated current output capacity of 50 A. The electronic system can also have a further supply voltage requirement of 1.25 V at 200 A in order to supply a further voltage requirement for the CPUs or another type of unit, which can be supplied by 4 phase-redundant voltage regulators with a respective nominal current output capacity of 50 A.

Um bei Ausfall eines oder mehrerer Spannungsregler einen zuverlässigen Betrieb des Systems zu gewährleisten, können zu jedem einzelnen Spannungsbereich bzw. jedem Ausgangspegel zusätzliche redundante Spannungsreglerphasen hinzugefügt werden. Nach dem vorliegenden Beispiel kann ein Konstrukteur 4 zusätzliche redundante Spannungsregler in die 1,0-V-Versorgungsschaltung und 2 zusätzliche redundante Spannungsregler in die 1,25-V-Versorgungsschaltung einbauen, so dass insgesamt 6 zusätzliche redundante Spannungsregler zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen 12 Spannungsreglern vorhanden sind.In order to ensure reliable operation of the system in the event of failure of one or more voltage regulators, additional redundant voltage regulator phases can be added to each individual voltage range or output level. According to the present example, a designer can install 4 additional redundant voltage regulators in the 1.0 V supply circuit and 2 additional redundant voltage regulators in the 1.25 V supply circuit, so that a total of 6 additional redundant voltage regulators in addition to the 12 voltage regulators described above available.

Eine Methodik, bei der jedem Spannungspegel zusätzliche redundante Spannungsregler hinzugefügt werden, ist jedoch möglicherweise nicht besonders effizient oder kostengünstig. Übermäßige und unnötige Kosten, verbrauchte Leistung, Systemraum/-fläche und Ausgestaltungskomplexität können aus der Verwendung dieser Methodik resultieren. Eine effizientere Methodik für die Ausgestaltung von Spannungsreglern ist wünschenswert, nämlich eine solche, die die Anzahl der verwendeten Komponenten, die Kosten, die verbrauchte Leistung, die Systemfläche und die Ausgestaltungskomplexität reduziert.However, a methodology in which additional redundant voltage regulators are added to each voltage level may not be particularly efficient or inexpensive. Excessive and unnecessary costs, consumed power, system space / area, and design complexity can result from using this methodology. A more efficient methodology for designing voltage regulators is desirable, namely one that reduces the number of components used, costs, power consumed, system area, and design complexity.

Gemäß Ausführungsformen können redundante Spannungsregler zu einem Spannungsregleraufbau hinzugefügt und „nach Bedarf“ verschiedenen Spannungsbereichen zugeordnet oder von diesen gemeinsam verwendet werden. Im vorliegenden Beispiel können ein oder mehrere redundante Spannungsregler entweder der 1,0-V- oder der 1,25-V-Versorgungsschaltung zur Verfügung gestellt werden und dynamisch elektrisch mit einer Versorgungsschaltung verbunden werden, in der der Ausfall eines oder mehrerer Regler aufgetreten ist. Steuerlogik kann die Spannungsversorgungsschaltungen auf Spannungsreglerausfälle überwachen und die Neuzuordnung von Ersatz-Spannungsreglerphasen nach Bedarf überwachen, um eine robuste, unterbrechungsfreie Leistungsversorgung für alle Spannungspegel/-bereiche zu gewährleisten. Im vorliegenden Beispiel können 3 zusätzliche redundante Spannungsregler verwendet werden, um den Redundanzbedarf sowohl der 1,0-V- als auch der 1,25-V-Versorgungsschaltungen zu decken, was zu einer erheblichen Gesamtreduzierung der Kosten, der Fläche, der Anzahl der Bauteile und der Ausgestaltungskomplexität eines Spannungsregleraufbaus führt. Die vorstehend angeführten Spannungs- und Strombeispiele sind jedoch nicht als einschränkend auszulegen und dienen lediglich der Veranschaulichung und Verdeutlichung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.According to embodiments, redundant voltage regulators can be added to a voltage regulator assembly and assigned to different voltage ranges or used jointly by these “as required”. In the present example, one or more redundant voltage regulators can be made available to either the 1.0 V or the 1.25 V supply circuit and dynamically connected electrically to a supply circuit in which the failure of one or more regulators has occurred. Control logic can monitor the voltage supply circuits for voltage regulator failures and monitor the reassignment of replacement voltage regulator phases as required to ensure a robust, uninterruptible power supply for all voltage levels / ranges. In the present example, 3 additional redundant voltage regulators can be used to meet the redundancy needs of both the 1.0 V and 1.25 V supply circuits, resulting in a significant overall reduction in cost, area, and number of components and the design complexity of a voltage regulator assembly. However, the voltage and current examples given above are not to be interpreted as restrictive and are only used to illustrate and clarify embodiments of the present disclosure.

Die vorliegenden Figuren zeigen bestimmte Beispielschaltungen, Funktionen, elektrische Verbindungen und Komponenteninteraktionen, die zur Implementierung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Diese Angaben sind beispielhaft und nicht als einschränkend auszulegen. Ausführungsformen können im Rahmen des Grundgedankens und des Umfangs der vorliegenden Offenbarung zudem Schaltungen, Funktionen, elektrische Verbindungen und Komponenteninteraktionen umfassen, die vorliegend nicht beschrieben oder dargestellt sind.The present figures depict certain example circuits, functions, electrical connections, and component interactions that are used to implement embodiments of the present disclosure. These details are exemplary and should not be interpreted as restrictive. Embodiments may also include circuits, functions, electrical connections, and component interactions that are not described or illustrated herein, within the spirit and scope of the present disclosure.

Zur besseren Veranschaulichung und Diskussion wird hier eine begrenzte Anzahl von Reglerphasen, Reglerphasengruppen und Ersatz-Reglerphasen dargestellt und diskutiert. Zur Veranschaulichung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können beispielsweise zwei Reglerphasengruppen mit jeweils drei Reglerphasen in Verbindung mit zwei Ersatz-Reglerphasen verwendet werden. Dies ist jedoch nicht als Einschränkung zu verstehen; jede andere Anzahl von Reglerphasen, Reglerphasengruppen und Ersatz-Reglerphasen kann in Ausführungsformen verwendet werden. Gemäß Ausführungsformen und Ausgestaltungspraktiken kann die Anzahl „N“ der Reglerphasen, die verwendet werden, um den Strombedarf eines Spannungsbereichs innerhalb eines elektronischen Systems zu decken, eine relativ kleine Anzahl wie beispielsweise 1 oder 2 sein, oder sie kann viel größer sein, wie beispielsweise 20 oder mehr. Innerhalb eines elektronischen Systems kann eine beliebige Anzahl von Reglerphasengruppen verwendet werden, um den Bedarf an bestimmten, eindeutigen Spannungsbereichen zu decken. Eine Anzahl von Ersatz-Reglerphasen kann von einem Leistungssystemkonstrukteur auf Grundlage einer erwarteten durchschnittlichen Ausfallrate einer Reglerphase sowie anderer Ausgestaltungskriterien ausgewählt werden.For better illustration and discussion, a limited number of controller phases, controller phase groups and substitute controllers are used here phases presented and discussed. To illustrate embodiments of the present disclosure, it is possible, for example, to use two regulator phase groups, each with three regulator phases, in conjunction with two substitute regulator phases. However, this is not to be understood as a limitation; any other number of controller phases, controller phase groups and substitute controller phases can be used in embodiments. According to embodiments and design practices, the “N” number of regulator phases used to meet the power requirements of a voltage range within an electronic system can be a relatively small number, such as 1 or 2, or it can be much greater, such as 20 or more. Any number of regulator phase groups can be used within an electronic system to meet the need for specific, distinct voltage ranges. A number of backup regulator phases can be selected by a power system designer based on an expected average failure rate of a regulator phase as well as other design criteria.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können bei der Reduzierung der Baugröße und der Kosten von Spannungsreglern nützlich sein, im Vergleich zu Spannungsreglern, die keine gemeinsam genutzten redundanten Reglerphasen verwenden, um geregelte Spannungspegel bereitzustellen. Ein elektronisches System, das gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung konfiguriert ist, kann erhöhte Zuverlässigkeit und reduzierte Kosten, Komplexität, Teileanzahl und Packfläche für enthaltene Spannungsregler aufweisen.Embodiments of the present disclosure may be useful in reducing the size and cost of voltage regulators compared to voltage regulators that do not use shared redundant regulator phases to provide regulated voltage levels. An electronic system configured in accordance with embodiments of the present disclosure may have increased reliability and reduced cost, complexity, part count, and packaging area for included voltage regulators.

Eine phasenredundante Spannungsreglervorrichtung mit gemeinsam genutzten redundanten Reglerphasen, die gemäß bestimmten Ausführungsformen ausgestaltet ist, kann mit bestehenden und bewährten elektronischen Systemen kompatibel sein und kann eine nützliche und kostengünstige Möglichkeit darstellen, gemeinsam genutzte redundante Reglerphasen zu Spannungsversorgungen hinzuzufügen, die ein elektronisches System versorgen. Eine phasenredundante Spannungsreglervorrichtung, die gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist, kann innerhalb eines bestehenden elektronischen Systems installiert werden.A phase redundant voltage regulator device with shared redundant regulator phases, which is designed according to certain embodiments, can be compatible with existing and proven electronic systems and can represent a useful and inexpensive way of adding shared redundant regulator phases to voltage supplies that supply an electronic system. A phase redundant voltage regulator device constructed in accordance with embodiments of the present disclosure can be installed within an existing electronic system.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können nützlich sein für die Implementierung von phasenredundanten Spannungsreglern mit gemeinsam genutzten redundanten Reglerphasen zur Verwendung in elektronischen Systemen unter Verwendung bestehender und bewährter IC- und Leiterplatten- (PCB-) Fertigungstechnologien und Materialsätze, elektronischer Ausgestaltungsmethodiken, Ausgestaltungswerkzeuge und Fertigungsprozesse.Embodiments of the present disclosure may be useful for implementing phase redundant voltage regulators with shared redundant regulator phases for use in electronic systems using existing and proven IC and printed circuit board (PCB) manufacturing technologies and material sets, electronic design methodologies, design tools, and manufacturing processes.

1 ist ein Blockschaltbild, das eine phasenredundante Spannungsreglervorrichtung 100 zeigt, die mehrere redundante Spannungsreglerphasen 126A, 126B und 126C enthält. Mehrere redundante Reglerphasen 126A, 126B und 126C sind elektrisch parallel zwischen einen gemeinsamen Reglereingang VIN und einen gemeinsamen Reglerausgang VOUT geschaltet, wobei jede der Reglerphasen am VIN-Eingang 136 eine Eingangsspannung empfängt und am VOUT-Ausgang 148 eine Ausgangsspannung bereitstellt. 1 Figure 13 is a block diagram showing a phase redundant voltage regulator device 100 that includes a plurality of redundant voltage regulator phases 126A, 126B, and 126C. Several redundant controller phases 126A, 126B and 126C are electrically connected in parallel between a common controller input V IN and a common controller output V OUT , each of the controller phases receiving an input voltage at V IN input 136 and providing an output voltage at V OUT output 148.

Eine Menge von „N+1“ oder „N+2“ Spannungsreglerphasen kann elektrisch parallel geschaltet werden, wobei „N“ eine Mindestanzahl von Phasen darstellt, die benötigt werden, um einen bestimmten Strom zu liefern, und die zusätzlichen eine oder zwei Phasen nützlich sein können, um eine oder zwei ausgefallene Spannungsreglerphasen zu ersetzen. Bei Ausfall oder „Störung“ einer oder mehrerer redundanter Phasen können die eine oder die mehreren fehlerhaften redundanten Phasen deaktiviert werden, um eine Stromlast auf die verbleibenden aktiven Phasen zu verteilen und so eine unterbrechungsfreie Leistungsversorgung zu gewährleisten. Eine redundante Phase kann zudem verwendet werden, um eine „maskierte Redundanz“ zu implementieren, was bedeutet, dass beim Ausfall einer Phase der Fehler nicht an eine Systemsteuerfunktion 108 gemeldet wird. Die redundante Phase kann dann zur Erstellung eines hochzuverlässigen Reglers verwendet werden, anstatt als redundante Phase verwendet zu werden. Dieses Vertauschen der Reglerphasen kann von einer MPC 122 gesteuert werden.A set of “N + 1” or “N + 2” voltage regulator phases can be electrically connected in parallel, with “N” representing a minimum number of phases needed to deliver a given current and the additional one or two phases being useful to replace one or two failed voltage regulator phases. If one or more redundant phases fails or "malfunctions", the one or more faulty redundant phases can be deactivated in order to distribute a current load to the remaining active phases and thus ensure an uninterrupted power supply. A redundant phase can also be used to implement “masked redundancy”, which means that if a phase fails, the error is not reported to a system control function 108. The redundant phase can then be used to create a highly reliable controller instead of being used as the redundant phase. This interchanging of the controller phases can be controlled by an MPC 122.

Jede der Reglerphasen 126A, 126B und 126C enthält einen Abspannregler 116, eine Eingangsschutzeinheit 114, eine ORing-Einheit118 und eine phasenredundante Steuereinheit 106. Die phasenredundante Steuereinheit 106 kann in Verbindung mit der Eingangsschutzeinheit 114nützlich sein, um den Eingang eines ausgefallenen Abspannreglers 116 von den anderen Phasen in der Vorrichtung 100 zu isolieren. Die phasenredundante Steuereinheit 106 kann den Eingangs- und Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung einer Reglerphase, z.B. 126A, überwachen und die Eingangsschutzeinheit 114 in Reaktion auf beispielsweise abnormale Ströme oder Spannungen innerhalb der Phase steuern. Solche abnormalen Ströme oder Spannungen können durch den Ausfall, z.B. Kurzschluss, von Komponenten wie Kondensatoren oder FETs innerhalb des Abspannreglers 116 entstehen.Each of the controller phases 126A, 126B and 126C includes a breakout controller 116, an input protection unit 114, an ORing unit 118, and a phase redundant control unit 106. The phase redundant control unit 106 can be useful in conjunction with the input protection unit 114 to isolate the input of a failed breakout controller 116 from the others Isolate phases in the device 100. The phase redundant control unit 106 can monitor the input and output current and output voltage of a regulator phase, e.g., 126A, and control the input protection unit 114 in response to, for example, abnormal currents or voltages within the phase. Such abnormal currents or voltages can result from the failure, e.g., short circuit, of components such as capacitors or FETs within the step-down regulator 116.

Die Eingangsschutzeinheit 114 kann dazu verwendet werden, einen Eingangsüberstromschutz und einen Ausgangsüberspannungsschutz für eine jeweilige Reglerphase, z.B. die Reglerphase 1 126A, bereitzustellen. Die Eingangsschutzeinheit 114 kann die Reglerphase 1 126A schützen, indem sie den gemeinsamen Reglereingang VIN vom Abspannregler 116 in Reaktion auf ein von der phasenredundanten Steuereinheit 106 erzeugtes Signal elektrisch isoliert, d.h. trennt. Jede der Reglerphasen 126A, 126B und 126C enthält zudem eine ORing-Einheit 118, die zur Begrenzung oder Verhinderung von Rückstromfluss in den VOUT-Ausgang 148 der Reglerphase verwendet werden kann. Ein solcher Rückstromfluss könnte möglicherweise durch den Kurzschluss oder Ausfall eines FET oder eines Kondensators innerhalb einer Reglerphase entstehen.The input protection unit 114 can be used to provide input overcurrent protection and to provide output overvoltage protection for a respective controller phase, for example controller phase 1 126A. The input protection unit 114 can protect the controller phase 1 126A by electrically isolating, ie disconnecting, the common controller input V IN from the release controller 116 in response to a signal generated by the phase redundant control unit 106. Each of the regulator phases 126A, 126B and 126C also contains an ORing unit 118 which can be used to limit or prevent reverse current flow into the V OUT output 148 of the regulator phase. Such a reverse current flow could possibly result from the short circuit or failure of an FET or a capacitor within a regulator phase.

Eine MPC 122 ist über erkannte Stromausgänge 102 und Steuersignale 124 mit jeder der Reglerphasen 126A, 126B und 126C elektrisch verbunden. Eine Master-Steuereinheit 112 der MPC 122 erzeugt Steuersignale 124, um periodisch und sequenziell jede der Reglerphasen 126A, 126B und 126C für vorab bestimmte Zeiträume zu aktivieren. In einigen Anwendungen kann diese Aktivierung beispielsweise genutzt werden, um eine kontrollierte Stromaufteilung zwischen den Phasen zu erzeugen. Die MPC 122 kann verwendet werden, um die Stromaufteilung zwischen aktiven Reglerphasen nach einem Ausfall oder einer Störung einer oder mehrerer der Reglerphasen aufrechtzuerhalten, wobei eine oder mehrere Phasen zur Ermöglichung von Redundanz vorgesehen sind. Die Stromaufteilung kann auch zwischen mehreren aktiven Reglerphasen realisiert werden, wenn keine der Phasen zuvor ausgefallen ist.An MPC 122 is electrically connected to each of the controller phases 126A, 126B and 126C via recognized current outputs 102 and control signals 124. A master control unit 112 of the MPC 122 generates control signals 124 to periodically and sequentially activate each of the controller phases 126A, 126B and 126C for predetermined periods of time. In some applications, this activation can be used, for example, to generate a controlled current distribution between the phases. The MPC 122 can be used to maintain the power distribution between active controller phases after a failure or a fault in one or more of the controller phases, one or more phases being provided to enable redundancy. The current distribution can also be implemented between several active controller phases if none of the phases failed before.

Eine redundante Fehlermeldeschaltung 104 der MPC 122 kann Phasenfehler/- ausfälle auf Grundlage der mehreren erkannten Stromsignale, die an den erkannten Stromausgängen 102A, 102B und 102C von den jeweiligen Reglerphasen anliegen, sammeln und melden. Die erkannten Stromsignale können verwendet und interpretiert werden, um den Ausfall einer oder mehrerer bestimmter Reglerphasen anzuzeigen. In einigen Anwendungen kann die MPC 122 eine reduzierte Welligkeit und Einschwingzeit der redundanten Reglerphasen bieten, indem die jeweiligen VOUT-Ausgänge 148 zueinander phasenverschoben werden. Die MPC 122 ist zudem so konfiguriert, dass sie die Steuersignale 124 in Reaktion auf eine Rückkopplungsausgangsspannung einstellt, die am Rückkopplungseingang 101 vom gemeinsamen Reglerausgang VOUT empfangen wird.A redundant error reporting circuit 104 of the MPC 122 can collect and report phase errors / failures on the basis of the plurality of detected current signals that are present at the detected current outputs 102A, 102B and 102C from the respective controller phases. The detected current signals can be used and interpreted to indicate the failure of one or more specific controller phases. In some applications, the MPC 122 can provide reduced ripple and settling time of the redundant regulator phases by phase shifting the respective V OUT outputs 148 with respect to one another. The MPC 122 is also configured to adjust the control signals 124 in response to a feedback output voltage received at the feedback input 101 from the common regulator output V OUT.

Über einen seriellen Steuerbus 120 kann die serielle Reglerschnittstelle 110 der MPC 122 mit einer Systemsteuerfunktion 108 verbunden werden. Die serielle Reglerschnittstelle 110 kann Steuer- und Überwachungssignale an die Systemsteuerfunktion 108 senden und empfangen, die die Kontrolle über eine oder mehrere phasenredundante Reglervorrichtungen 100 innerhalb eines elektronischen Systems ausüben kann. In Anwendungen kann die Systemsteuerfunktion 108 eine Hardware- und/oder Softwareeinheit darstellen, die in einem elektronischen System wie einem Computer oder Server verwendet werden kann, um verschiedene Aspekte der Hardwarefunktionen des Systems zu überwachen und zu steuern. Eine Systemsteuerfunktion 108 kann innerhalb eines elektronischen Systems zur Überwachung und Steuerung von Funktionen wie Leistungsversorgung und Spannungsreglerfunktionen, Systemtaktfrequenz, Kühlung und dergleichen verwendet werden.The serial controller interface 110 of the MPC 122 can be connected to a system control function 108 via a serial control bus 120. The serial regulator interface 110 can send and receive control and monitoring signals to the system control function 108, which can exercise control over one or more phase redundant regulator devices 100 within an electronic system. In applications, the system control function 108 can represent a hardware and / or software unit that can be used in an electronic system such as a computer or server to monitor and control various aspects of the hardware functions of the system. A system control function 108 can be used within an electronic system to monitor and control functions such as power supply and voltage regulator functions, system clock frequency, cooling, and the like.

In einigen Anwendungen kann der serielle Steuerbus 120 beispielsweise ein Serial Peripheral Interface (SPI-) Bus, ein Power Management Bus (PMBus) oder eine Inter-Integrated Circuit (I2C-) Schnittstelle sein. Der serielle Steuerbus 120 kann verwendet werden, um Überwachungsdaten, die z.B. anzeigen, welche Reglerphasen ausgefallen oder gestört sind, an die Systemsteuerfunktion 108 zu senden, und kann zudem Befehle und Steuerungen von der Systemsteuerfunktion 108 empfangen.In some applications, the serial control bus 120 can be, for example, a serial peripheral interface (SPI) bus, a power management bus (PMBus), or an inter-integrated circuit (I 2 C) interface. The serial control bus 120 can be used to send monitoring data indicating, for example, which controller phases have failed or have failed, to the system control function 108, and can also receive commands and controls from the system control function 108.

2 umfasst zwei Blockschaltbildansichten, darunter eine Ansicht, die eine Spannungsreglerphase 126 darstellt, und eine Ansicht, die eine Ersatz-Spannungsreglerphase 227 darstellt, gemäß den Figuren entsprechenden Ausführungsformen. Die verschiedenen Schaltungen, Funktionen und Funktionsblöcke, die in 2 dargestellt sind, stimmen grundsätzlich mit denen überein, die in 1 dargestellt und unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind. 2 kann nützlich sein, um eine erweiterte, detailliertere Darstellung dieser Funktionen bereitzustellen sowie die Hinzufügung von Schalteinheiten 217 und 219 und ORing-Einheiten 118, 118A zu einer Reglerphase, z.B. 126A, 1, darzustellen, um eine Ersatz-Spannungsreglerphase 227 zu bilden. Es versteht sich, dass die Ansicht 126 einer einzelnen Reglerphase entspricht, z.B. der Reglerphase 1 126A, 1. Die Hinzufügung mehrerer Schalteinheiten 217 und 219 und ORing-Einheiten 118, 118A kann insbesondere nützlich sein, um zu ermöglichen, dass der Reglerausgang 242 des Abspannreglers 116 selektiv mit mehr als einem Ausgang elektrisch verbunden werden kann, z.B. mit dem primären Ausgang 204 und dem sekundären Ausgang 206 der Ersatz-Spannungsreglerphase 227. 2 includes two block diagram views, including a view depicting a voltage regulator phase 126 and a view depicting an equivalent voltage regulator phase 227, in accordance with embodiments corresponding to the figures. The various circuits, functions, and function blocks included in 2 are basically the same as those shown in 1 illustrated and with reference to 1 are described. 2 can be useful to provide an expanded, more detailed representation of these functions as well as the addition of switching units 217 and 219 and ORing units 118, 118A to a controller phase, e.g. 126A, 1 to form an equivalent voltage regulator phase 227. It goes without saying that view 126 corresponds to an individual controller phase, e.g. controller phase 1 126A, 1 . The addition of multiple switch units 217 and 219 and ORing units 118, 118A may be particularly useful to enable the regulator output 242 of the guy regulator 116 to be selectively electrically connected to more than one output, e.g., the primary output 204 and secondary Output 206 of substitute voltage regulator phase 227.

Die Spannungsreglerphase 126 enthält den Abspannregler 116, der eine Eingangsspannung am Reglereingang 240 empfangen und eine Ausgangsspannung auf den Reglerausgang 242treiben kann. Der Treiber M1 ist so konfiguriert, dass er FETs innerhalb des Abspannreglers 116 in Reaktion auf ein am Steuereingang 250 empfangenes Steuersignal, z.B. 124, 1, aktiviert und deaktiviert. Gemäß Ausführungsformen kann das Steuersignal 124 ein digitales Signal mit logischem „0“- und logischem „1“-Pegel von 0 V bzw. 3,3 V sein. In einigen Ausführungsformen können auch andere Spannungspegel verwendet werden.The voltage regulator phase 126 contains the release regulator 116, which can receive an input voltage at the regulator input 240 and drive an output voltage to the regulator output 242. The driver M1 is configured to operate FETs within the step-down controller 116 in response to a control signal received at control input 250, e.g. 124, 1 , activated and deactivated. According to embodiments, the control signal 124 can be a digital signal with a logic “0” and a logic “1” level of 0 V and 3.3 V, respectively. In some embodiments, other voltage levels can also be used.

Die Spannungsreglerphase 126 enthält zudem eine Eingangsschutzeinheit 114, eine ORing-Einheit 118 und eine phasenredundante Steuereinheit 106. Die phasenredundante Steuereinheit 106 enthält eine Stromerkennungsschaltung 234, eine Ausgangsüberspannungsschutzschaltung 232 und eine Eingangsüberstromschutzschaltung 230. Die Eingangsüberstromschutzschaltung 230 ist so elektrisch verbunden und konfiguriert, dass sie den am VIN-Eingang 136 empfangenen Strom überwacht, während die Ausgangsüberspannungsschutzschaltung 232 die Ausgangsspannung am Reglerausgang 242 überwachen kann. Der Latch 228 ist Teil der Eingangsüberstromschutzschaltung 230, die elektrisch mit der Ausgangsüberspannungsschutzschaltung 232verbunden ist. Die Stromerkennungsschaltung 234 kann verwendet werden, um den Ausgangsstrom am Reglerausgang 242 zu überwachen.The voltage regulator phase 126 also includes an input protection unit 114, an ORing unit 118, and a phase redundant control unit 106. The phase redundant control unit 106 includes a current detection circuit 234, an output overvoltage protection circuit 232 and an input overcurrent protection circuit 230. The input overcurrent protection circuit 230 is electrically connected and configured to accommodate the current received at V IN input 136 is monitored while output overvoltage protection circuit 232 can monitor the output voltage at regulator output 242. Latch 228 is part of input overcurrent protection circuit 230 that is electrically connected to output overvoltage protection circuit 232. The current detection circuit 234 can be used to monitor the output current at the regulator output 242.

Die phasenredundante Steuereinheit 106 kann bei der Überwachung des Eingangs- und Ausgangsstroms und der Ausgangsspannung der Spannungsreglerphase 126 nützlich sein und kann in Reaktion darauf die Eingangsschutzeinheit 114 steuern, die für die Bereitstellung eines Eingangsüberstromschutzes und eines Ausgangsüberspannungsschutzes für die Spannungsreglerphase 126 verwendet werden kann.The phase redundant control unit 106 can be useful in monitoring the input and output current and output voltage of the voltage regulator phase 126, and in response, can control the input protection unit 114, which can be used to provide input overcurrent protection and output overvoltage protection for the voltage regulator phase 126.

Die phasenredundante Steuereinheit 106 kann die Eingangsschutzeinheit 114 durch Durchsetzen des Q-Ausgangs des Latch 228 der Eingangsüberstromschutzschaltung 230 steuern. Der Q-Ausgang des Latch 228 wird zur Steuerung eines Gate-Eingangs G des Eingangsschutz-FET 238 verwendet. Der Eingangsschutz-FET 238 hat einen Drain-Eingang D , der mit dem VIN-Eingang 136 verbunden ist, und einen Source-Eingang S, der mit dem Reglereingang 240 verbunden ist. Ein Steuersignal, das an einen Gate-Eingang G des Eingangsschutz-FET 238 angelegt wird, kann den Eingangsschutz-FET 238 aktivieren oder deaktivieren, der den VIN-Eingang 136 und den Reglereingang 240 des Abspannreglers elektrisch verbindet bzw. trennt. Die Steuerung der Eingangsschutzeinheit 114 durch die phasenredundante Steuereinheit 106 kann nützlich sein, um einen Eingangsüberstromschutz und einen Ausgangsüberspannungsschutz für die Spannungsreglerphase 126 bereitzustellen, indem der Reglereingang 240 bei einem Fehler oder Ausfall des Abspannreglers 116 von den anderen Phasen innerhalb einer Spannungsreglervorrichtung elektrisch isoliert wird.The phase redundant control unit 106 can control the input protection unit 114 by asserting the Q output of the latch 228 of the input overcurrent protection circuit 230. The Q output of latch 228 is used to control a gate input G of input protection FET 238. The input protection FET 238 has a drain input D connected to the V IN input 136 and a source input S connected to the regulator input 240. A control signal applied to a gate input G of the input protection FET 238 can activate or deactivate the input protection FET 238, which electrically connects or disconnects the V IN input 136 and the regulator input 240 of the stepping down regulator. Control of the input protection unit 114 by the phase redundant control unit 106 may be useful to provide input overcurrent protection and output overvoltage protection for the voltage regulator phase 126 by electrically isolating the regulator input 240 from the other phases within a voltage regulator device in the event of a failure or failure of the guy regulator 116.

In einigen Anwendungen kann die Stromerkennungsschaltung 234 am erkannten Stromausgang 202 ein Signal mit einem analogen Spannungspegel zwischen 0 V und 3,3 V liefern, das proportional einen Pegel des erkannten Stroms darstellt, der aus dem VOUT-Ausgang 148 der Spannungsreglerphase 126 fließt. In einigen Anwendungen können auch andere analoge Spannungspegel/-bereiche verwendet werden. In Ausführungsformen kann das erkannte Stromsignal nützlich sein, um den Ausfall einer bestimmten Reglerphase anzuzeigen.In some applications, the current detection circuit 234 may provide a signal at the detected current output 202 with an analog voltage level between 0 V and 3.3 V that is proportional to a level of the detected current flowing from the V OUT output 148 of the voltage regulator phase 126. Other analog voltage levels / ranges may also be used in some applications. In embodiments, the detected current signal can be useful to indicate the failure of a particular regulator phase.

Die ORing-Einheit 118 kann dazu verwendet werden, einen Rückstromfluss in den VOUT-Ausgang 148 der Spannungsreglerphase 126 zu begrenzen oder zu verhindern und damit auch den Rückstromfluss in den Reglerausgang 242 zu regeln. Ein solcher Rückstromfluss kann durch den Kurzschluss oder Ausfall eines FET oder eines Kondensators innerhalb des Abspannreglers 116 entstehen. Der Komparator 246 hat Eingänge, die elektrisch mit einem Source-Anschluss S und einem Drain-Anschluss D des Ausgangs-ORing-FET 244 verbunden sind. Der Ausgang des Komparators 246 ist elektrisch mit dem Gate-Anschluss G des Ausgangs-ORing-FET 244 verbunden. Der Komparator 246 ist so konfiguriert und verbunden, dass er in Reaktion auf eine Spannung am VOUT-Ausgang 148, die größer ist als eine Spannung am Reglerausgang 242, in Verbindung mit dem Ausgangs-ORing-FET 244 den Stromfluss in den Reglerausgang 242 begrenzt. Wenn eine Spannung am VOUT-Ausgang 148 größer ist als eine Spannung am Reglerausgang 242, was einen Rückstromfluss anzeigt, gibt der Komparator 246 eine niedrige Spannung an das Gate G des Ausgangs-ORing-FET 244 aus, wodurch der Ausgangs-ORing-FET 244 deaktiviert und ein weiterer Rückstromfluss verhindert wird.The ORing unit 118 can be used to limit or prevent a reverse current flow into the V OUT output 148 of the voltage regulator phase 126 and thus also to regulate the reverse current flow into the regulator output 242. Such a reverse current flow can result from the short circuit or failure of an FET or a capacitor within the stepping down regulator 116. The comparator 246 has inputs which are electrically connected to a source connection S and a drain connection D of the output ORing FET 244. The output of the comparator 246 is electrically connected to the gate terminal G of the output ORing FET 244. The comparator 246 is configured and connected in such a way that, in response to a voltage at the V OUT output 148 that is greater than a voltage at the controller output 242, in conjunction with the output ORing FET 244, it limits the flow of current into the controller output 242 . When a voltage at V OUT output 148 is greater than a voltage at regulator output 242, indicating reverse current flow, comparator 246 outputs a low voltage to gate G of output ORing FET 244, thereby creating the output ORing FET 244 is deactivated and a further flow of reverse current is prevented.

Die phasenredundante Steuereinheit 106, die Eingangsschutzeinheit 114 und der Abspannregler 116 der Ersatz-Spannungsreglerphase 227 entsprechen in Bezug auf die elektrische Verschaltung und Funktion grundsätzlich der Spannungsreglerphase 126. Die Ersatz-Spannungsreglerphase 227 umfasst zudem die Ausgangsschalteinheiten 217 und 219, die zur Vereinfachung der Darstellung und Diskussion hier ohne Bedeutungsverlust als „FET 217“ und „FET 219“ dargestellt und bezeichnet werden. In Ausführungsformen können die Schalteinheiten 217 und 219 jeweils auch ein NFET, ein PFET, ein NPN-Transistor, ein PNP-Transistor oder eine andere geeignete Art von Transistor oder Halbleiterbauelement sein.The phase-redundant control unit 106, the input protection unit 114 and the release regulator 116 of the substitute voltage regulator phase 227 basically correspond to the voltage regulator phase 126 with regard to the electrical connection and function Discussion can be represented and designated here as "FET 217" and "FET 219" without loss of meaning. In embodiments, the switching units 217 and 219 can each also be an NFET, a PFET, an NPN transistor, a PNP transistor, or another suitable type of transistor or semiconductor device.

FET 217 und FET 219 verfügen jeweils über einen Gate-Eingang G, der elektrisch mit dem Freigabeeingang 216 bzw. dem Freigabeeingang 218 verbunden ist. Diese Verbindungen ermöglichen die Aktivierung des FET 217 und des FET 219, d.h. geben einen elektrisch leitenden Pfad zwischen dem Drain- D und dem Source-Anschluss S frei, in Reaktion auf Phasenfreigabesignale, die an jeweiligen Freigabeeingängen 216 und 218 der phasenredundanten Steuereinheit 106 empfangen werden. Diese Aktivierung kann verwendet werden, um den Reglerausgang 242 des Abspannreglers 116über die ORing-Einheit 118 bzw. die sekundäre ORing-Einheit 118A entweder mit dem primären Ausgang 204 oder dem sekundären Ausgang 206 elektrisch zu verbinden. In Ausführungsformen können der primäre Ausgang 204 und der sekundäre Ausgang 206 elektrisch mit gemeinsamen Reglerausgängen einer Phasengruppe verbunden sein (siehe 3).FET 217 and FET 219 each have a gate input G, which is electrically connected to the free output input 216 or the release input 218 is connected. These connections enable the activation of the FET 217 and the FET 219, ie release an electrically conductive path between the drain D and the source terminal S, in response to phase enable signals received at respective enable inputs 216 and 218 of the phase redundant control unit 106 . This activation can be used to electrically connect the controller output 242 of the release controller 116 via the ORing unit 118 or the secondary ORing unit 118A to either the primary output 204 or the secondary output 206. In embodiments, the primary output 204 and the secondary output 206 can be electrically connected to common controller outputs of a phase group (see FIG 3 ).

Die elektrische Konfiguration und Funktion der ORing-Einheit 118 und der sekundären ORing-Einheit 118A der Ersatz-Spannungsreglerphase 227 entsprechen der Konfiguration und Funktion der ORing-Einheit 118 der Spannungsreglerphase 126. Ähnlich wie die ORing-Einheit 118 der Spannungsreglerphase 126 können die ORing-Einheit 118 und die sekundäre ORing-Einheit 118A der Ersatz-Spannungsreglerphase 227 verwendet werden, um den Rückstromfluss in den primären Ausgang 204 bzw. den sekundären Ausgang 206 der Ersatz-Spannungsreglerphase 227 zu begrenzen oder zu verhindern und somit auch den Rückstromfluss in den Reglerausgang 242 zu regeln.The electrical configuration and function of the ORing unit 118 and the secondary ORing unit 118A of the substitute voltage regulator phase 227 correspond to the configuration and function of the ORing unit 118 of the voltage regulator phase 126. Similar to the ORing unit 118 of the voltage regulator phase 126, the ORing- Unit 118 and the secondary ORing unit 118A of the equivalent voltage regulator phase 227 can be used to limit or prevent the reverse current flow into the primary output 204 or the secondary output 206 of the equivalent voltage regulator phase 227 and thus also the reverse current flow into the regulator output 242 to regulate.

3 ist ein Blockschaltbild 300, das eine phasenredundante Spannungsreglervorrichtung mit gemeinsam genutzten redundanten Ersatz-Baugruppen 300 gemäß den Figuren entsprechenden Ausführungsformen zeigt. In 3 ist insbesondere eine phasenredundante Spannungsreglervorrichtung in Übereinstimmung mit 1 und 2 gezeigt, die Ersatz-Spannungsreglerphasen 227A und 227B enthält, die den Phasengruppen 374 und 376 elektrisch zuweisbar sind. 3 FIG. 3 is a block diagram 300 showing a phase redundant voltage regulator device with shared redundant replacement assemblies 300 according to embodiments corresponding to the figures. In 3 in particular, is a phase redundant voltage regulator device in accordance with 1 and 2 which includes backup voltage regulator phases 227A and 227B that are electrically assignable to phase groups 374 and 376.

Zahlreiche Aspekte der in 3 dargestellten Ausführungsformen stimmen insbesondere mit den in 1 und 2 dargestellten und im zugehörigen Text beschriebenen Aspekten überein und werden vorliegend nicht weiter beschrieben. Diese Aspekte umfassen Schaltungen, logische und Steuerfunktionen, Interaktionen zwischen Funktionen, elektrische Verbindungen, Signalverwendung und Signalspannungsbereiche.Numerous aspects of the in 3 The embodiments shown are particularly consistent with the in 1 and 2 aspects illustrated and described in the accompanying text and are not described further here. These aspects include circuits, logic and control functions, interactions between functions, electrical connections, signal usage, and signal voltage ranges.

Die Elemente der phasenredundanten Spannungsreglervorrichtung 300, einschließlich der Steuerlogik 366, der MPCs 122, der Spannungsreglerphasen, z.B. 126A, und der Ersatz-Spannungsreglerphasen, z.B. 227A, sind elektrisch untereinander verbunden und kommunizieren dadurch durch die Verwendung verschiedener Arten von Signalen. Zu diesen Typen gehören Phasenfehlersignale, Phasenfreigabesignale, ISHARE- und PWM-Phasensteuersignale. Diese Signaltypen können nützlich sein, um sowohl die Überwachung der Reglerphasenfunktion und von Fehlern als auch die Steuerung und Neuzuordnung von Reglerphasen durch die Steuerlogik 366 zu ermöglichen.The elements of phase redundant voltage regulator device 300, including control logic 366, MPCs 122, voltage regulator phases, eg 126A, and backup voltage regulator phases, eg 227A, are electrically interconnected and thereby communicate through the use of different types of signals. These types include phase error signals, phase enable signals, I SHARE and PWM phase control signals. These types of signals can be useful to enable both controller phase function and faults to be monitored and control logic 366 to control and reassign controller phases.

Phasenfehlersignale werden in Ausführungsformen verwendet, um einen Fehler oder Ausfall einer bestimmten Reglerphase innerhalb der Spannungsreglervorrichtung 300 anzuzeigen. Phasenfehlersignale können von einer redundanten Fehlermeldeschaltung 104 in Reaktion auf erkannte Stromausgänge 102 erzeugt werden, die von einzelnen phasenredundanten Steuereinheiten (PRCs) 106 von Spannungsreglerphasen, z.B. 126A, empfangen werden. Beispielsweise kann ein von der redundanten Fehlermeldeschaltung 104 empfangener erkannter Stromausgang 102, der deutlich höher oder niedriger als andere erkannte Stromausgänge 102 ist, dazu führen, dass die redundante Fehlermeldeschaltung 104 ein jeweiliges Phasenfehlersignal für die entsprechende Phase erzeugt. Phasenfehlersignale können auch direkt von PRCs 106 von Ersatz-Reglerphasen, z.B. 227A und 227B, erzeugt werden.Phase error signals are used in embodiments to indicate an error or failure of a particular regulator phase within the voltage regulator device 300. Phase error signals may be generated by redundant error reporting circuit 104 in response to detected current outputs 102 received by individual phase redundant control units (PRCs) 106 from voltage regulator phases, e.g., 126A. For example, a detected current output 102 received by the redundant error reporting circuit 104, which is significantly higher or lower than other detected current outputs 102, can result in the redundant error reporting circuit 104 generating a respective phase error signal for the corresponding phase. Phase error signals can also be generated directly by PRCs 106 from substitute controller phases, e.g. 227A and 227B.

Zu den Phasenfehlersignalen zählen V1-Fehlersignal 302A, V2-Fehlersignal 302B, V1-N-1-Fehlersignal 308A, V1-N-2-Fehlersignal 310A, V2-N-1-Fehlersignal 308B, V2-N-2-Fehlersignal 310B, S1-Fehlersignal 312A und S2-Fehlersignal 312B.To the phase error signals are V 1 -Fehlersignal 302A, V 2 -Fehlersignal 302B, V 1 -N 1 error signal 308A, V 1 -N 2 error signal 310A, V 2 -N-1-error signal 308B, V 2 -N -2 error signal 310B, S1 error signal 312A and S2 error signal 312B.

Die vorstehend aufgeführte Namenskonvention für Phasenfehlersignale umfasst eine zugehörige gemeinsame Reglerausgangsspannung, z.B. „V1“ oder „V2“, eine Ersatzregleranzeige, z.B. „S1“ oder „S2“, die den Ersatz-Reglerphasen 227A bzw. 227B entsprechen, und eine Fehler-„Pegel“-Anzeige, z.B. „N-1“ oder „N-2“. Eine Fehlerpegelanzeige von „N-1“ zeigt an, dass das Fehlersignal einen „Einzelfehler“-Typ anzeigt, d.h. die jeweilige Phasengruppe, von der das Fehlersignal stammt, hat nur einen gemeldeten Fehler unter den Spannungsreglern in der Phasengruppe. In ähnlicher Weise zeigt eine Fehlerpegelanzeige von „N-2“ an, dass das Fehlersignal einen „Doppelfehler“-Typ anzeigt, d.h. die jeweilige Phasengruppe, von der das Fehlersignal stammt, hat zwei gemeldete Fehler unter den Spannungsreglern in der Phasengruppe. Ein „Ersatz-Baugruppen-Fehler“-Signal, z.B. S1-Fehlersignal 312A, kann verwendet werden, um den Ausfall einer Ersatz-Reglerphase, z.B. 227A, anzuzeigen. Die verschiedenen Phasenfehlersignale können nützlich sein, um Hinweise auf Fehler zu liefern, die von der Steuerlogik 366 verwendet werden können, um zu bestimmen, wie Ersatzphasen neu zugeordnet werden können, um eine kontinuierliche, robuste Spannungsreglerleistung im Falle eines oder mehrerer Phasenausfälle zu gewährleisten.The naming convention listed above for phase error signals includes an associated common controller output voltage, e.g. "V 1 " or "V 2 ", a substitute controller display, e.g. "S1" or "S2", which correspond to the substitute controller phases 227A or 227B, and an error "Level" display, eg "N-1" or "N-2". An error level display of "N-1" indicates that the error signal is indicating a "single error" type, ie the respective phase group from which the error signal originates has only one reported error among the voltage regulators in the phase group. Similarly, an error level indicator of "N-2" indicates that the error signal is indicating a "double error" type, ie the particular phase group from which the error signal originates has two reported errors under the voltage regulators in the phase group. A “substitute module error” signal, eg S1 error signal 312A, can be used to indicate the failure of a substitute controller phase, eg 227A. The various phase error signals can be useful in providing indications of errors that can be used by control logic 366 to determine how replacement phases can be reallocated to provide a continuous, robust span to ensure voltage controller performance in the event of one or more phase failures.

Phasenfreigabesignale werden in Ausführungsformen verwendet, um die Ausgänge von Ersatz-Reglerphasen, z.B. 227A, freizugeben, um sie selektiv mit gemeinsamen Reglerausgängen, z.B. V1, zu verbinden. In Ausführungsformen werden die Phasenfreigabesignale von der Steuerlogik 366 erzeugt. Zu den Phasenfreigabesignalen zählen S1-Freigabe-V1-Signal 316A, S1-Freigabe-V2-Signal 318A, S2-Freigabe-V1-Signal 316B und S2-Freigabe-V2-Signal 318B. Die vorstehend aufgeführte Namenskonvention für Phasenfehlersignale beinhaltet eine zugehörige gemeinsame Reglerausgangsspannung, z.B. „V1“ oder „V2“, und eine zugehörige Ersatzregleranzeige, z.B. „S1“ oder „S2“.Phase enable signals are used in embodiments to enable the outputs of substitute controller phases, for example 227A, in order to connect them selectively to common controller outputs, for example V 1 . In embodiments, the phase enable signals are generated by control logic 366. The phase enable signals include S1 enable V 1 signal 316A, S1 enable V 2 signal 318A, S2 enable V 1 signal 316B, and S2 enable V 2 signal 318B. The naming convention listed above for phase error signals includes an associated common regulator output voltage, eg "V 1 " or "V 2 ", and an associated substitute regulator display, eg "S1" or "S2".

PWM-Phasensteuersignale sind digitale Signale, die durch eine sich wiederholende Serie von Impulsen mit variabler Breite einen Arbeitszyklus oder eine Aktivierungszeit mindestens einer Reglerphase darstellen. Ein PWM-Phasensteuersignal kann z.B. von einer MPC 122 einer Phasengruppe, z.B. 374, als Indikator für die relative Aktivierungszeit der Spannungsregler innerhalb der Phasengruppe erzeugt werden. Der relative Arbeitszyklus bzw. die relative Aktivierungszeit kann über die Zeit variieren, um den Ausgang des Spannungsreglers zur Versorgung bestimmter dynamischer Stromlasten zu modulieren.PWM phase control signals are digital signals that represent a duty cycle or an activation time of at least one controller phase through a repetitive series of pulses of variable width. A PWM phase control signal can e.g. be generated by an MPC 122 of a phase group, e.g. 374, as an indicator of the relative activation time of the voltage regulators within the phase group. The relative duty cycle or the relative activation time can vary over time in order to modulate the output of the voltage regulator to supply certain dynamic current loads.

Ein PWM-Phasensteuersignal kann auch empfangen und verwendet werden, um eine Ersatz-Spannungsreglerphase zu modulieren, damit sie ein ähnliches Betriebsverhalten wie aktive Spannungsreglerphasen innerhalb einer Phasengruppe zeigt. So kann ein PWM-Phasensteuersignal in Verbindung mit Phasenfreigabesignalen besonders nützlich sein, um eine ausgefallene Spannungsreglerphase durch eine aktive Ersatz-Spannungsreglerphase zu ersetzen. Zu den PWM-Phasensteuersignalen zählen das V1-PWM-S1-Signal 304A, das V1-PWM-S2-Signal 306A, das V2-PWM-S1-Signal 304B, das V2-PWM-S2-Signal 306B, das S1-PWM-Signal 314A und das S2-PWM-Signal 314B.A PWM phase control signal can also be received and used to modulate a substitute voltage regulator phase to exhibit similar performance to active voltage regulator phases within a phase group. For example, a PWM phase control signal in conjunction with phase enable signals can be particularly useful in order to replace a failed voltage regulator phase with an active substitute voltage regulator phase. The PWM phase control signals include the V 1 -PWM-S1 signal 304A, the V 1 -PWM-S2 signal 306A, the V 2 -PWM-S1 signal 304B, the V 2 -PWM-S2 signal 306B, the S1 PWM signal 314A and the S2 PWM signal 314B.

In Ausführungsformen sind ISHARE-Phasensteuersignale Signale, die durch eine analoge Spannung eine Strommenge darstellen, die von jeder Reglerphase innerhalb einer Phasengruppe bereitgestellt werden soll. In Ausführungsformen ist ein Strom „ISHARE“ = ITOTAL/N, wobei = ITOTAL der Gesamtstromausgang einer Phasengruppe und „N“ die Anzahl der Phasen in der Phasengruppe ist. In einigen Ausführungsformen können die ISHARE-Signale analoge Spannungen in einem Bereich zwischen jeweils 0 V und 3,3 V sein. Beispielsweise kann eine ISHARE-Signalspannung von 0 V dem Reglerphasenstromausgang von 0 A entsprechen, während eine ISHARE-Signalspannung von 3,3 V den vollen Nennstrom, z.B. den maximalen Reglerphasenausgangsstrom, darstellen kann. ISHARE-Spannungen zwischen 0 V und 3,3 V können dementsprechend Reglerphasenausgangsströme darstellen, die zwischen 0 A und dem vollen Reglerphasen-Nennausgangsstrom linear proportional zur jeweiligen ISHARE-Spannung sind. In einigen Ausführungsformen können auch andere Skalierungs-/Steuerungsschemata und/oder Spannungsbereiche verwendet werden.In embodiments, I SHARE phase control signals are signals that use an analog voltage to represent an amount of current that is to be provided by each regulator phase within a phase group. In embodiments, a current “I SHARE ” = I TOTAL / N, where = I TOTAL is the total current output of a phase group and “N” is the number of phases in the phase group. In some embodiments, the I SHARE ™ signals can be analog voltages in a range between 0 V and 3.3 V, respectively. For example, an I SHARE signal voltage of 0 V can correspond to the regulator phase current output of 0 A, while an I SHARE signal voltage of 3.3 V can represent the full rated current, for example the maximum regulator phase output current. I SHARE voltages between 0 V and 3.3 V can accordingly represent controller phase output currents that are linearly proportional to the respective I SHARE voltage between 0 A and the full controller phase nominal output current. In some embodiments, other scaling / control schemes and / or voltage ranges may also be used.

Ein ISHARE-Phasensteuersignal kann z.B. von einer MPC 122 einer Phasengruppe, z.B. 374, als Indikator für den von jedem Spannungsregler innerhalb der Phasengruppe benötigten Stromausgang erzeugt werden. Das ISHARE-Phasensteuersignal kann über die Zeit variieren, um den Ausgang des Spannungsreglers zur Versorgung bestimmter dynamischer Stromlasten zu modulieren.An I SHARE phase control signal can be generated, for example, by an MPC 122 of a phase group, for example 374, as an indicator for the current output required by each voltage regulator within the phase group. The I SHARE phase control signal can vary over time in order to modulate the output of the voltage regulator to supply certain dynamic current loads.

Ein ISHARE-Phasensteuersignal kann auch empfangen und verwendet werden, um eine Ersatz-Spannungsreglerphase zu modulieren, damit sie ein ähnliches Betriebsverhalten wie aktive Spannungsreglerphasen innerhalb einer Phasengruppe zeigt. So kann ein ISHARE-Phasensteuersignal in Verbindung mit Phasenfreigabesignalen besonders nützlich sein, um eine ausgefallene Spannungsreglerphase durch eine aktive Ersatz-Spannungsreglerphase zu ersetzen. Zu den ISHARE-Phasensteuersignalen gehören das V1-ISHARE-S1-Signal 304A, das V1-ISHARE-S2-Signal 306A, das V2-ISHARE-S1-Signal 304B, das V2-ISHARE-S2-Signal 306B, das S1-ISHARE-Signal 314A und das S2-ISHARE-Signal 314B.An I SHARE phase control signal can also be received and used to modulate a replacement voltage regulator phase so that it behaves similarly to active voltage regulator phases within a phase group. For example, an I SHARE phase control signal in conjunction with phase enable signals can be particularly useful in order to replace a failed voltage regulator phase with an active substitute voltage regulator phase. The I SHARE phase control signals include the V 1 -I SHARE -S1 signal 304A, the V 1 -I SHARE -S2 signal 306A, the V 2 -I SHARE -S1 signal 304B, the V 2 -I SHARE - S2 signal 306B, the S1-I SHARE signal 314A, and the S2-I SHARE signal 314B.

Gemäß Ausführungsformen können Phasenfehlersignale, Phasenfreigabesignale, ISHARE- und PWM-Phasensteuersignale allesamt digitale Signale mit logischem „0“- bzw. logischem „1“-Pegel von 0 V bzw. 3,3 V sein. In einigen Ausführungsformen können auch andere Spannungspegel verwendet werden. In 3 sind die vorstehend beschriebenen Signale als Linien mit Pfeilspitzen dargestellt; es versteht sich, dass das Ende der Signalleitung mit der Pfeilspitze das Ziel des jeweiligen Signals anzeigt, während das gegenüberliegende Ende die Quelle des Signals angibt.According to embodiments, phase error signals, phase enable signals, I SHARE and PWM phase control signals can all be digital signals with a logic “0” or a logic “1” level of 0 V and 3.3 V, respectively. In some embodiments, other voltage levels can also be used. In 3 the signals described above are shown as lines with arrowheads; it is understood that the end of the signal line with the arrowhead indicates the destination of the respective signal, while the opposite end indicates the source of the signal.

Die phasenredundante Spannungsreglervorrichtung 300 umfasst die Phasengruppen 374 und 376, die jeweils mehrere Spannungsreglerphasen 126A, 126B und 126C und auch eine verbundene MPC 122 enthalten. Die Spannungsreglervorrichtung 300 enthält zudem Ersatz-Reglerphasen 227A und 227B, die jeweils Ausgangsschaltvorrichtungen 217 und 219 sowie ORing-Einheiten 118 und 118A enthalten. Die Steuerlogik 366, einschließlich des nichtflüchtigen Speichers 368 und der seriellen Reglerschnittstelle 110, ist elektrisch mit jeder der Spannungsreglerphasen, Ersatz-Spannungsreglerphasen und MPCs verbunden.The phase redundant voltage regulator device 300 includes phase groups 374 and 376, each of which includes a plurality of voltage regulator phases 126A, 126B and 126C and also an associated MPC 122. The voltage regulator device 300 also contains substitute regulator phases 227A and 227B, each of which contains output switching devices 217 and 219 and ORing units 118 and 118A. The control logic 366, including the non-volatile memory 368 and the serial reg Interface 110, is electrically connected to each of the voltage regulator phases, backup voltage regulator phases, and MPCs.

In Übereinstimmung mit 1 enthält jede Phasengruppe 374 und 376 mehrere redundante Spannungsreglerphasen 126A, 126B und 126C, die nützlich sein können, um Phasenredundanz bei der Lieferung von Leistung an die gemeinsamen Reglerausgänge V1 bzw. V2 zu gewährleisten. Der VOUT-Ausgang 148 jeder Phase innerhalb einer Phasengruppe ist mit einem gemeinsamen Reglerausgang, z.B. V1, verbunden. Zur Vereinfachung der Darstellung und Diskussion umfasst die phasenredundante Spannungsreglervorrichtung 300 zwei Ausgangsspannungspegel, d.h. gemeinsame Reglerausgänge V1 und V2, und zwei Ersatz-Reglerphasen 227A und 227B. In Ausführungsformen kann jedoch eine beliebige Anzahl von Spannungspegeln und eine beliebige Anzahl von Ersatz-Reglerphasen für ein jeweiliges elektronisches System festgelegt werden.In accordance with 1 each phase group 374 and 376 includes a plurality of redundant voltage regulator phases 126A, 126B and 126C that can be useful to ensure phase redundancy in the delivery of power to the common regulator outputs V 1 and V 2, respectively. The V OUT output 148 of each phase within a phase group is connected to a common controller output, for example V 1 . To simplify the illustration and discussion, the phase-redundant voltage regulator device 300 comprises two output voltage levels, ie common regulator outputs V 1 and V 2 , and two substitute regulator phases 227A and 227B. In embodiments, however, any number of voltage levels and any number of substitute regulator phases can be established for a respective electronic system.

Die MPC 122 jeder Phasengruppe ist elektrisch mit jeder Reglerphase, z.B. 126A, 126B und 126C, der Phasengruppe verbunden. Die MPC 122 ist so konfiguriert, dass sie an die Steuerlogik 366 Phasenfehlersignale und entweder ein Pulsweitenmodulations-(PWM-) Phasensteuersignal oder ein Phasensteuersignal eines gemeinsam genutzten Stroms (ISHARE) überträgt, das von jeder Reglerphase einer jeweiligen Phasengruppe empfangen wird. Die MPC 122 ist zudem so konfiguriert, dass sie PWM- oder ISHARE-Steuersignale erzeugt, die dazu verwendet werden können, jede Reglerphase der Phasengruppe für vorab bestimmte Zeiträume sequenziell zu aktivieren, was bei der Verwaltung einer kontrollierten Stromaufteilung zwischen den Phasen innerhalb einer Phasengruppe nützlich sein kann.The MPC 122 of each phase group is electrically connected to each regulator phase, such as 126A, 126B and 126C, of the phase group. The MPC 122 is configured to transmit to the control logic 366 phase error signals and either a pulse width modulation (PWM) phase control signal or a shared current phase control signal (I SHARE ) received by each regulator phase of a respective phase group. The MPC 122 is also configured to generate PWM or I SHARE control signals that can be used to sequentially activate each regulator phase of the phase group for predetermined periods of time, which is useful when managing a controlled current distribution between the phases within a phase group can be useful.

Jede Ersatz-Reglerphase 227A und 227B enthält Ausgangsschalteinheiten 217 und 219 und ORing-Einheiten 118 und 118A, die besonders nützlich sein können, um die Ersatz-Reglerphasen 227A und 227B mit gemeinsamen Reglerausgängen V1 und/oder V2 zu verbinden. Gemäß Ausführungsformen können die Ausgangsschalteinheiten 217 und 219 aktiviert werden und somit den Reglerausgang 242 des Abspannreglers 116 mit dem primären Ausgang 204 oder dem sekundären Ausgang 206 einer Ersatz-Reglerphase, z.B. 227A, verbinden. Diese Aktivierung kann z.B. in Reaktion auf Empfangen eines Phasen-S1-Freigabe-V1-Signals 316A bzw. S1-Freigabe-V2-Signals 318A für die Ersatz-Reglerphase 227A erfolgen. Diese Phasenfreigabesignale werden von der phasenredundanten Steuereinheit 106 empfangen und den Ausgangsschalteinheiten 217 bzw. 219 zugeführt. (Zu weiteren Einzelheiten siehe 2).Each spare controller phase 227A and 227B includes output switching units 217 and 219 and ORing units 118 and 118A, which can be particularly useful for connecting the spare controller phases 227A and 227B to common controller outputs V 1 and / or V 2 . According to embodiments, the output switching units 217 and 219 can be activated and thus connect the controller output 242 of the release controller 116 to the primary output 204 or the secondary output 206 of a substitute controller phase, for example 227A. This activation can take place, for example, in response to receiving a phase S1 release V 1 signal 316A or S1 release V 2 signal 318A for the substitute controller phase 227A. These phase enable signals are received by the phase redundant control unit 106 and fed to the output switching units 217 and 219, respectively. (For further details see 2 ).

Die Steuerlogik 366 ist elektrisch mit den MPCs 122 jeder der Phasengruppen 374 und 376verbunden. Die Steuerlogik 366 ist so konfiguriert, dass sie die Phasensteuersignale von den MPCs empfängt und Phasenfehlersignale mit ihnen austauscht. Die Steuerlogik 366 ist zudem elektrisch mit den Ersatz-Reglerphasen verbunden und ist so konfiguriert, dass sie Phasenfreigabesignale an die Ersatz-Reglerphasen durchsetzt, die Phasensteuersignale an diese überträgt und Phasenfehlersignale von diesen empfängt. Zum Beispiel kann das S1-Freigabe-V2-Signal 318A von der Steuerlogik 366 durchgesetzt werden, um den sekundären Ausgang 206 (V2-Ausgang) der Ersatz-Reglerphase 227Afreizugeben. Die Steuerlogik 366 kann zudem PWM- oder ISHARE-Phasensteuersignale, z.B. das V1-PWM-S1- (oder V1-ISHARE-S1-) Signal 304A oder das V1-PWM-S2- (oder V1-ISHARE-S2-) Signal 306A, über den Anschluss 380 bzw. den Anschluss 382 an das S1-PWM- oder S1-ISHARE-Signal 314A übertragen. Die Steuerlogik 366 kann zudem Phasenfehlersignale, z.B. das V1-N-2-Fehlersignal 310A, von einer Ersatz-Reglerphase empfangen.Control logic 366 is electrically connected to MPCs 122 of each of phase groups 374 and 376. The control logic 366 is configured to receive the phase control signals from the MPCs and to exchange phase error signals with them. The control logic 366 is also electrically connected to the substitute regulator phases and is configured to enforce phase enable signals to the substitute regulator phases, transmit the phase control signals to them, and receive phase error signals therefrom. For example, the S1 enable V 2 signal 318A may be asserted by the control logic 366 to enable the secondary output 206 (V 2 output) of the backup regulator phase 227A. The control logic 366 can also use PWM or I SHARE phase control signals, for example the V 1 -PWM-S1 (or V 1 -I SHARE -S1-) signal 304A or the V 1 -PWM-S2- (or V 1 -I SHARE -S2-) signal 306A, transmitted via connection 380 or connection 382 to S1-PWM or S1-I SHARE signal 314A. The control logic 366 can also receive phase error signals, for example the V 1 -N-2 error signal 310A, from a substitute regulator phase.

Die Steuerlogik 366 kann insbesondere nützlich sein, um Spannungsreglerphasen auf Fehler zu überwachen und in Reaktion auf Erkennen einer fehlerhaften Reglerphase verschiedene Phasen zu aktivieren und zu deaktivieren und aktivierte Phasen mit PWM- oder ISHARE-Steuersignalen zu versorgen. Gemäß Ausführungsformen können PWM- oder ISHARE-Steuersignale, die von einer Phasengruppe empfangen werden, von der Steuerlogik 366 an eine Ersatz-Reglerphase übertragen werden, was nützlich sein kann, um zu bewirken, dass die Ersatz-Reglerphase mit einem Pegel angesteuert wird, der mit aktiven Reglerphasen der Phasengruppe übereinstimmt. Weitere Beispiele für Funktionen, die von der Steuerlogik 366 ausgeführt werden, sind in 4 und dem zugehörigen Text näher erläutert.The control logic 366 can be particularly useful to monitor voltage regulator phases for errors and, in response to detection of a faulty regulator phase, to activate and deactivate various phases and to supply activated phases with PWM or I SHARE control signals. According to embodiments, PWM or I SHARE control signals received from a phase group can be transmitted by control logic 366 to a substitute regulator phase, which can be useful for causing the substitute regulator phase to be driven at a level which corresponds to the active controller phases of the phase group. Further examples of functions performed by control logic 366 are shown in FIG 4th and the accompanying text explained in more detail.

In Ausführungsformen kann die Steuerlogik 366 einen nichtflüchtigen Speicher 368 enthalten, der zum Speichern von Zuordnungen zwischen aktivierten Ersatz-Reglerphasen und Phasengruppen mit einer oder mehreren fehlerhaften Reglerphasen verwendet werden kann. Je nach Ausführungsform kann die Steuerlogik 366 ein Mikrocontroller, eine kundenspezifischer integrierte Schaltung (IC), eine programmierbare Logikeinheit (PLD), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder ähnliches sein. Der nichtflüchtige Speicher 368 kann ein Flashspeicher, ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM) oder eine andere Art von Speichereinheit sein, die die Daten nicht verliert, wenn die Versorgungsspannung abgezogen wird.In embodiments, the control logic 366 can contain a non-volatile memory 368 that can be used to store associations between activated substitute controller phases and phase groups with one or more faulty controller phases. Depending on the embodiment, the control logic 366 can be a microcontroller, a customer-specific integrated circuit (IC), a programmable logic unit (PLD), an application-specific integrated circuit (ASIC) or the like. The non-volatile memory 368 can be flash memory, electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), or any other type of storage device that does not lose data when the power supply is removed.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können nützlich sein, um Packgröße und Kosten des Spannungsreglers im Vergleich zu einer Spannungsreglereinheit zu reduzieren, die dedizierte Spannungsreglerphasen verwendet, um eine zuverlässige, robuste Leistungsabgabe zu gewährleisten. Diese Effizienzen werden durch die Verwendung von gemeinsam genutzten Ersatz-Spannungsreglerphasen anstelle von redundanten Spannungsreglerphasen, die einem Spannungspegel zugeordnet sind, erzielt.Embodiments of the present disclosure may be useful to package size and Reduce the cost of the voltage regulator compared to a voltage regulator unit that uses dedicated voltage regulator phases to ensure reliable, robust power delivery. These efficiencies are achieved through the use of shared replacement voltage regulator phases instead of redundant voltage regulator phases that are assigned to a voltage level.

In einigen Ausführungsformen kann ein gemeinsamer Reglereingang VIN, wie in 3 dargestellt, mit den VIN-Eingängen 136 aller Phasengruppen 374 und 376 sowie mit den VIN-Eingängen 136 aller Ersatz-Reglerphasen 227A und 227B verbunden sein. In einigen Ausführungsformen können verschiedene gemeinsame Reglereingänge mit den V1N-Eingängen 136 verbunden sein und dazu verwendet werden, jeder Phasengruppe und jeder Ersatz-Reglerphase eine eindeutige Spannung zuzuführen. Gemäß Ausführungsformen sind die VOUT-Ausgänge 148 jeder der Reglerphasen 326A, 326B und 326C innerhalb einer Phasengruppe, z.B. 374, alle mit demselben gemeinsamen Reglerausgang, z.B. V1, verbunden. In Ausführungsformen können in Reaktion auf Freigabesignale, z.B. das S1-Freigabe-V1-Signal 316A oder das S1-Freigabe-V2-Signal 318A, die von der Steuerlogik 366 an den Ersatz-Reglerphasen 227A und 227B durchgesetzt werden, der primäre Ausgang 204 und der sekundäre Ausgang 206 jeder der Ersatz-Reglerphasen 227A und 227B selektiv entweder mit dem gemeinsamen Reglerausgang V1 oder dem gemeinsamen Reglerausgang V2 verbunden werden.In some embodiments, a common controller input V IN , as in FIG 3 be connected to the V IN inputs 136 of all phase groups 374 and 376 and to the V IN inputs 136 of all substitute controller phases 227A and 227B. In some embodiments, various common regulator inputs may be connected to the V 1N inputs 136 and used to provide a unique voltage to each phase group and substitute regulator phase. According to embodiments, the V OUT outputs 148 of each of the controller phases 326A, 326B and 326C within a phase group, for example 374, are all connected to the same common controller output, for example V 1 . In embodiments, the primary output may be the primary output in response to enable signals such as S1 enable V 1 signal 316A or S1 enable V 2 signal 318A enforced by control logic 366 on backup controller phases 227A and 227B 204 and the secondary output 206 of each of the substitute controller phases 227A and 227B can be selectively connected to either the common controller output V 1 or the common controller output V 2 .

Gemäß Ausführungsformen kann eine Menge von „N+1“ oder „N+2“ Spannungsreglerphasen elektrisch parallel geschaltet werden, wobei „N“ eine Mindestanzahl von Phasen darstellt, die benötigt werden, um einen bestimmten Strom zu liefern, und die zusätzliche eine oder zwei Phasen nützlich sein können, um eine oder zwei ausgefallene Spannungsreglerphasen zu ersetzen. Bei Ausfall oder „Störung“ einer oder mehrerer redundanter Phasen können die eine oder die mehreren fehlerhaften redundanten Phasen deaktiviert werden, um eine Stromlast zu verteilen und eine unterbrechungsfreie Leistungsversorgung zu gewährleisten.According to embodiments, a set of “N + 1” or “N + 2” voltage regulator phases can be electrically connected in parallel, with “N” representing a minimum number of phases required to deliver a certain current and the additional one or two Phases can be useful to replace one or two failed voltage regulator phases. If one or more redundant phases fails or "malfunctions", the one or more faulty redundant phases can be deactivated in order to distribute a power load and ensure an uninterrupted power supply.

3 zeigt einen phasenredundanten Spannungsregler ohne Stromaufteilungsschaltung zwischen den Spannungsreglerphasen 326A, 326B und 326C. Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Stromaufteilung zwischen den Spannungsreglerphasen 326A, 326B und 326C beibehalten wird. In einigen derartigen Ausführungsformen könnten in jeder Reglerphase 326A, 326B und 326C unabhängige Stromdrosselstellen implementiert werden, damit eine Spannungsreglerphase an ihrer Stromausgangsgrenze laufen kann, während eine oder mehrere andere Spannungsreglerphasen den zusätzlichen Strom bereitstellen, der zur Deckung einer Gesamtstromlast erforderlich ist. Diese Ausführungsform kann eine vereinfachte Stromaufteilung ermöglichen, die es erlaubt, dass bestimmte Spannungsreglerphasen bei voller Stromlast laufen, während zusätzliche Spannungsreglerphasen bei niedrigeren Strompegeln laufen können. In einigen Ausführungsformen kann eine passive oder „Droop“-Aufteilung implementiert werden, bei der die Stromaufteilung daraus resultieren kann, dass die Ausgangsspannung eines phasenredundanten Reglers unter eine festgelegte Referenzspannung fällt und in Reaktion darauf die verschiedenen Reglerphasen, die elektrisch mit diesem Ausgang verbunden sind, ihre jeweiligen Stromausgänge verstärken. Dies kann dazu führen, dass die Last zwischen den Reglern aufgeteilt wird. In einigen Ausführungsformen kann eine aktive oder „erzwungene“ Stromaufteilung durch die Verwendung von zusätzlichen Stromüberwachungs-, Steuer- und Rückkopplungsschleifen implementiert werden. 3 Figure 3 shows a phase redundant voltage regulator with no current sharing circuit between voltage regulator phases 326A, 326B and 326C. However, embodiments are also conceivable in which the current distribution between the voltage regulator phases 326A, 326B and 326C is retained. In some such embodiments, independent current chokes could be implemented in each regulator phase 326A, 326B, and 326C to allow one voltage regulator phase to run at its current output limit while one or more other voltage regulator phases provide the additional current required to meet an overall current load. This embodiment can enable a simplified current sharing that allows certain voltage regulator phases to run at full current load, while additional voltage regulator phases can run at lower current levels. In some embodiments, a passive or "droop" division can be implemented, in which the current division can result from the output voltage of a phase-redundant regulator falling below a fixed reference voltage and, in response, the various regulator phases that are electrically connected to this output, amplify their respective current outputs. This can result in the load being shared between the controllers. In some embodiments, active or “forced” power sharing can be implemented through the use of additional power monitoring, control, and feedback loops.

4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 400 zur gemeinsamen Nutzung eines Satzes redundanter Ersatz-Reglerphasen zwischen Gruppen von Reglerphasen innerhalb einer phasenredundanten Spannungsreglervorrichtung gemäß den Figuren entsprechenden Ausführungsformen darstellt. Die phasenredundante Spannungsreglervorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Ersatz-Reglerphasen, z.B. 227A, 3, und entspricht den in 1 bis 3 dargestellten und in Bezug auf diese beschriebenen phasenredundanten Spannungsreglern und Vorrichtungen. Das Verfahren 400 wird im Allgemeinen durch die Verwendung der Steuerlogik 366, 3, ausgeführt, die so elektrisch verbunden und konfiguriert ist, dass sie Phasenfehlersignale überwacht, die von den Phasengruppen, z.B. den Phasengruppen 374 und 376, 3, empfangen werden. 4th FIG. 4 is a flowchart illustrating a method 400 for sharing a set of redundant substitute regulator phases between groups of regulator phases within a phase-redundant voltage regulator device according to embodiments corresponding to the figures. The phase-redundant voltage regulator device comprises a plurality of substitute regulator phases, e.g. 227A, 3 , and corresponds to the in 1 until 3 phase redundant voltage regulators and devices illustrated and described in relation to them. The method 400 is generally carried out through the use of the control logic 366, 3 , which is electrically connected and configured to monitor phase error signals originating from the phase groups, e.g., phase groups 374 and 376, 3 to be received.

Die Ausführung des Verfahrens 400 kann durch die Verwendung gemeinsam genutzter redundanter Reglerphasen, die von der Steuerlogik gesteuert und zugeordnet werden, die Zuverlässigkeit der Leistungversorgung elektronischer Systeme erhöhen. Bei Verwendung in Verbindung mit einer phasenredundanten Spannungsreglervorrichtung eines elektronischen Systems kann das Verfahren 400 durch die Verwendung gemeinsam genutzter redundanter Reglerphasen auch für eine erhebliche Verringerung der Kosten für den Spannungsregler, der Packfläche, der Ausgestaltungskomplexität und der Ausfallrate sorgen. Solche Verbesserungen können zu entsprechenden Gesamtsenkungen bei den Kosten, der Komplexität und der Ausfallrate von elektronischen Systemen führen. Das unter Bezugnahme auf 4 dargestellte und beschriebene Verfahren entspricht im Allgemeinen dem in 1 bis 3 dargestellten und in Bezug auf diese beschriebenen phasenredundanten Spannungsregler und der Vorrichtung mit gemeinsam genutzten redundanten Ersatz-Baugruppen.The execution of the method 400 can increase the reliability of the power supply of electronic systems through the use of shared redundant regulator phases that are controlled and assigned by the control logic. When used in conjunction with a phase-redundant voltage regulator device of an electronic system, the method 400 can also ensure a considerable reduction in costs for the voltage regulator, the packaging area, the design complexity and the failure rate through the use of shared redundant regulator phases. Such improvements can result in corresponding overall reductions in the cost, complexity, and failure rate of electronic systems. That with reference to 4th The method shown and described generally corresponds to that in 1 until 3 phase-redundant voltage regulator and the device with shared redundant replacement modules.

Der Betriebszustand des Systems beim Start 402 beinhaltet keine Phasenfehler des Spannungsreglers, und beide Phasengruppen 374 und 376 laufen normal, wobei „N“-Phasen zur Stromversorgung von Verbrauchern verwendet werden, die an die gemeinsamen Reglerausgänge V1 bzw. V2 angeschlossen sind. Das Verfahren 400 geht vom Start 402 zum Arbeitsschritt 404 über.The operating state of the system at start 402 does not include any phase errors in the voltage regulator, and both phase groups 374 and 376 run normally, with "N" phases being used to supply power to consumers that are connected to the common regulator outputs V 1 and V 2 , respectively. The method 400 proceeds from start 402 to work step 404.

Arbeitsschritt 404 bezieht sich im Allgemeinen auf Erkennen eines ersten Phasenfehlers. Die Steuerlogik 366, 3, wird verwendet, um die „N-1“-Phaseneinzelfehlersignale zu überwachen, z.B. das V1-N-1-Fehlersignal 308A und das V2-N-1-Fehlersignal 308B, wie sie von der redundanten Fehlermeldeschaltung 104 der jeweiligen MPC 122 erzeugt werden. Die Steuerlogik 366 ermittelt, aus welcher Phasengruppe das Phaseneinzelfehlersignal stammt. Beispielhaft kann ein erster Phasenfehler in der Phasengruppe 374 erkannt werden. Sobald der erste Phasenfehler erkannt wird, geht das Verfahren 400 zu Arbeitsschritt 406 über.Operation 404 generally relates to detecting a first phase error. The control logic 366, 3 , is used to monitor the “N-1” single phase error signals, for example the V 1 -N-1 error signal 308A and the V 2 -N-1 error signal 308B, as reported by the redundant error reporting circuit 104 of the respective MPC 122 be generated. The control logic 366 determines from which phase group the single phase error signal originates. A first phase error in phase group 374 can be recognized by way of example. As soon as the first phase error is recognized, the method 400 goes to work step 406.

Arbeitsschritt 406 bezieht sich im Allgemeinen auf Durchsetzen eines Phasenfreigabesignals, das einen Ausgang der ersten verfügbaren Ersatz-Reglerphase mit einem gemeinsamen Reglerausgang der Phasengruppe mit dem ersten Phasenfehler elektrisch verbindet. In diesem Beispiel ist die Ersatz-Spannungsreglerphase 227A, 3, die erste verfügbare Ersatz-Reglerphase. Dementsprechend setzt die Steuerlogik 366, 3, das S1-Freigabe-V1-Signal 316A an die Ersatz-Reglerphase 227A durch, wodurch ihr primärer Ausgang 204 elektrisch mit dem gemeinsamen Reglerausgang V1 der Phasengruppe 374 verbunden werden kann. Gemäß Ausführungsformen kann die erste Ersatz-Reglerphase unter Verwendung von Phasenfreigabesignalen so konfiguriert werden, dass sie entweder die am gemeinsamen Reglerausgang V1 anliegende Spannung oder die am gemeinsamen Reglerausgang V2 anliegende Spannung ausgibt. Sobald das Phasenfreigabesignal durchgesetzt ist, geht das Verfahren 400 zu Arbeitsschritt 408 über.Work step 406 generally relates to the enforcement of a phase enable signal, which electrically connects an output of the first available substitute controller phase to a common controller output of the phase group with the first phase error. In this example, the substitute voltage regulator phase is 227A, 3 , the first available substitute controller phase. Accordingly, the control logic 366, 3 , through the S1 enable V 1 signal 316A to the substitute controller phase 227A, whereby its primary output 204 can be electrically connected to the common controller output V 1 of the phase group 374. According to embodiments, the first substitute regulator phase can be configured using phase enable signals in such a way that it outputs either the voltage present at the common regulator output V 1 or the voltage present at the common regulator output V 2. As soon as the phase enable signal is asserted, the method 400 proceeds to work step 408.

Arbeitsschritt 408 bezieht sich im Allgemeinen auf Übertragen eines PWM- oder ISHARE-Phasensteuersignals an eine erste Ersatz-Reglerphase. In Ausführungsformen wird das übertragene Phasensteuersignal von der Phasengruppe empfangen, die das Phaseneinfehlersignal erzeugt, in diesem Beispiel die Phasengruppe 374. Das Phasensteuersignal wird durch die MPC 122 der Phasengruppe 374 erzeugt. Das von der Steuerlogik 366 empfangene Phasensteuersignal ist in diesem Beispiel das V1-ISHARE-S1- oder V1-PWM-S1-Signal 304A, das dann als S1-ISHARE- oder S1-PWM-Signal 314A an die Ersatz-Reglerphase 227A übertragen wird. Dieses Phasensteuersignal wird dann verwendet, um den Ausgang der Ersatz-Reglerphase 227A in Einklang mit den Ausgängen der aktiven Spannungsreglerphasen der Phasengruppe 374zu modulieren. Sobald das Phasensteuersignal an eine erste Ersatz-Reglerphase gesendet wird, geht das Verfahren 400 zu Arbeitsschritt 410 über.Work step 408 generally relates to transmitting a PWM or I SHARE phase control signal to a first substitute controller phase. In embodiments, the transmitted phase control signal is received by the phase group that generated the phase error signal, in this example phase group 374. The phase control signal is generated by MPC 122 of phase group 374. The phase control signal received by control logic 366 is in this example the V1-I SHARE -S1- or V 1 -PWM-S1 signal 304A, which is then sent as S1-I SHARE or S1-PWM signal 314A to the substitute controller phase 227A is transmitted. This phase control signal is then used to modulate the output of standby regulator phase 227A in accordance with the outputs of the active voltage regulator phases of phase group 374. As soon as the phase control signal is sent to a first substitute regulator phase, the method 400 goes to work step 410.

Arbeitsschritt 410 bezieht sich im Allgemeinen auf elektrisches Verbinden eines Phasenfehlersignals von der ersten Ersatz-Reglerphase mit der MPC der ersten Phasengruppe. In diesem Beispiel wird das S1-Fehlersignal 312A durch die Steuerlogik 366 elektrisch mit dem V1-Fehlersignal 302A der MPC 122 der Phasengruppe 374 verbunden. Diese MPC 122 kann die zugewiesene Ersatz-Spannungsreglerphase 227A auf Fehler überwachen und einen Fehler an die Steuerlogik 366 melden. Sobald das Phasenfehlersignal angeschlossen ist, geht das Verfahren 400 zu Arbeitsschritt 412 über.Operation 410 generally relates to electrically connecting a phase error signal from the first substitute regulator phase to the MPC of the first phase group. In this example, the S1 error signal 312A is electrically connected to the V 1 error signal 302A of the MPC 122 of the phase group 374 by the control logic 366. This MPC 122 can monitor the assigned substitute voltage regulator phase 227A for errors and report an error to the control logic 366. As soon as the phase error signal is connected, the method 400 proceeds to operation 412.

Arbeitsschritt 412 bezieht sich im Allgemeinen auf Beenden der Überwachung des Phaseneinzelfehlersignals. Sobald ein Phaseneinzelfehlersignal von der Phasengruppe 374, 3, erkannt wurde, beendet die Steuerlogik 366, 3, die Überwachung auf ein Phaseneinzelfehlersignal. Sobald die Überwachung des Phaseneinzelfehlersignals beendet ist, geht das Verfahren 400 zu Arbeitsschritt 414 über.Operation 412 generally relates to terminating monitoring of the single phase fault signal. As soon as a single phase error signal from the phase group 374, 3 , was recognized, the control logic terminates 366, 3 , monitoring for a single phase error signal. As soon as the monitoring of the single phase error signal has ended, the method 400 proceeds to work step 414.

Arbeitsschritt 414 bezieht sich im Allgemeinen auf Speichern einer Zuordnung zwischen der ersten verwendeten Ersatz-Reglerphase und dem gemeinsamen Reglerausgang der ersten Phasengruppe in einen nichtflüchtigen Speicher, z.B. 368, 3, innerhalb der Steuerlogik. In diesem Beispiel enthält die Zuordnung Informationen über: die Phasengruppe, d.h. „Phasengruppe 374“ oder den gemeinsamen Reglerausgang V1, und die Ersatzphase, d.h. die Ersatz-Reglerphase 227A. Diese Information wird im nichtflüchtigen Speicher 368 gespeichert, was bei einem Stromausfall nützlich sein kann, um die Verknüpfung der Ersatz-Reglerphase 227A mit dem gemeinsamen Reglerausgang V1 zu bewahren. Bei einem Neustart des Spannungsreglers nach einem Stromausfall kann die Steuerlogik 366 die elektrische Verbindung der Ersatz-Reglerphase 227A mit dem gemeinsamen Reglerausgang V1 neu initialisieren. Sobald die Zuordnung gespeichert wurde, geht das Verfahren 400 zu Arbeitsschritt 416 über.Work step 414 generally relates to storing an assignment between the first substitute controller phase used and the common controller output of the first phase group in a non-volatile memory, e.g. 368, 3 , within the control logic. In this example, the assignment contains information about: the phase group, ie "phase group 374" or the common controller output V 1 , and the substitute phase, ie the substitute controller phase 227A. This information is stored in the non-volatile memory 368, which can be useful in the event of a power failure in order to maintain the link between the substitute controller phase 227A and the common controller output V 1 . When the voltage regulator is restarted after a power failure, the control logic 366 can reinitialize the electrical connection of the substitute regulator phase 227A to the common regulator output V 1 . As soon as the assignment has been saved, the method 400 proceeds to work step 416.

Arbeitsschritt 416 bezieht sich im Allgemeinen auf Erkennen eines zusätzlichen Phasenfehlers. In Ausführungsformen kann ein zusätzlicher Phasenfehler durch ein Phaseneinzelfehlersignal, ein Phasendoppelfehlersignal oder ein Ersatzphasenfehlersignal angezeigt werden. Die Steuerlogik 366, 3, wird verwendet, um jede dieser Arten von Phasenfehlersignalen zu überwachen, wie sie von der redundanten Fehlermeldeschaltung 104 der jeweiligen MPCs 122 und von den phasenredundanten Steuereinheiten 106 der Ersatz-Reglerphasen, z.B. 227A, erzeugt werden. Die Steuerlogik 366 ermittelt, von welcher supplementären Spannungsregler-Phasengruppe oder welchem Ersatz-Spannungsregler das zusätzliche Phasenfehlersignal stammt. Gemäß Ausführungsformen kann die supplementäre Phasengruppe entweder die erste Phasengruppe oder die zweite Phasengruppe sein. Beispielhaft kann ein zusätzlicher Phaseneinzelfehler in der Phasengruppe 376 erkannt werden. Sobald der zusätzliche Phasenfehler erkannt wird, geht das Verfahren 400 zu Arbeitsschritt 418 über.Operation 416 generally relates to detecting an additional phase error. In embodiments, an additional phase error can be caused by a single phase error signal, a Pha transmit double error signal or an equivalent phase error signal are displayed. The control logic 366, 3 , is used to monitor each of these types of phase error signals as generated by the redundant error reporting circuit 104 of the respective MPCs 122 and by the phase redundant controllers 106 of the substitute regulator phases, e.g., 227A. The control logic 366 determines from which supplementary voltage regulator phase group or which substitute voltage regulator the additional phase error signal originates. According to embodiments, the supplementary phase group can be either the first phase group or the second phase group. For example, an additional single phase error can be recognized in the phase group 376. As soon as the additional phase error is recognized, the method 400 goes to work step 418.

Arbeitsschritt 418 bezieht sich im Allgemeinen auf Durchsetzen eines Phasenfreigabesignals, das einen Ausgang der zweiten verfügbaren Ersatz-Reglerphase mit einem gemeinsamen Reglerausgang der Phasengruppe mit dem zusätzlichen Phasenfehler elektrisch verbindet. In diesem Beispiel ist die Ersatz-Spannungsreglerphase 227B, 3, die zweite verfügbare Ersatz-Reglerphase. Dementsprechend setzt die Steuerlogik 366, 3, das S2-Freigabe-V2-Signal 316A an die Ersatz-Reglerphase 227B durch, wodurch der primäre Ausgang 206 elektrisch mit dem gemeinsamen Reglerausgang V2 der Phasengruppe 376 verbunden werden kann. Gemäß Ausführungsformen kann die zweite Ersatz-Reglerphase unter Verwendung von Phasenfreigabesignalen so konfiguriert werden, dass sie entweder die am gemeinsamen Reglerausgang V1 anliegende Spannung oder die am gemeinsamen Reglerausgang V2 anliegende Spannung ausgibt. Sobald das Phasenfreigabesignal durchgesetzt wurde, geht das Verfahren 400 zu Arbeitsschritt 420 über.Work step 418 generally relates to the enforcement of a phase enable signal, which electrically connects an output of the second available substitute controller phase to a common controller output of the phase group with the additional phase error. In this example, the substitute voltage regulator phase is 227B, 3 , the second available substitute controller phase. Accordingly, the control logic 366, 3 , the S2 release V 2 signal 316A to the substitute controller phase 227B, whereby the primary output 206 can be electrically connected to the common controller output V 2 of the phase group 376. According to embodiments, the second substitute regulator phase can be configured using phase enable signals in such a way that it outputs either the voltage present at the common regulator output V 1 or the voltage present at the common regulator output V 2. As soon as the phase enable signal has been asserted, the method 400 proceeds to work step 420.

Arbeitsschritt 420 bezieht sich im Allgemeinen auf Übertragen eines PWM- oder ISHARE-Phasensteuersignals an eine zweite Ersatz-Reglerphase. In Ausführungsformen wird das übertragene Phasensteuersignal von der Phasengruppe empfangen, die das zusätzliche Phasenfehlersignal erzeugt, in diesem Beispiel die Phasengruppe 376. Das Phasensteuersignal wird durch die MPC 122 der Phasengruppe 376 erzeugt. Das von der Steuerlogik 366 empfangene Phasensteuersignal ist in diesem Beispiel das V2-PWM-S2- oder V2-ISHARE-S2-Signal 306B, das dann als S2-PWM- oder S2-ISHARE-Signal 314B an die Ersatz-Reglerphase 227B übertragen wird. Dieses Phasensteuersignal wird dann verwendet, um den Ausgang der Ersatz-Reglerphase 227B in Einklang mit den Ausgängen der aktiven Spannungsreglerphasen der Phasengruppe 376zu modulieren. Sobald das Phasensteuersignal gesendet wurde, geht das Verfahren 400 zu Arbeitsschritt 422 über.Work step 420 generally relates to the transmission of a PWM or I SHARE phase control signal to a second substitute regulator phase. In embodiments, the transmitted phase control signal is received by the phase group that generates the additional phase error signal, in this example phase group 376. The phase control signal is generated by MPC 122 of phase group 376. The phase control signal received by the control logic 366 is in this example the V 2 -PWM-S2- or V 2 -I SHARE -S2 signal 306B, which is then sent as an S2-PWM or S2-I SHARE signal 314B to the substitute Controller phase 227B is transferred. This phase control signal is then used to modulate the output of backup regulator phase 227B in accordance with the outputs of the active voltage regulator phases of phase group 376. Once the phase control signal has been sent, method 400 proceeds to operation 422.

Arbeitsschritt 422 bezieht sich im Allgemeinen auf elektrisches Verbinden eines Phasenfehlersignals von der zweiten Ersatz-Reglerphase mit der MPC der supplementären Phasengruppe. In diesem Beispiel wird das S2-Fehlersignal 312B durch die Steuerlogik 366 elektrisch mit dem V2-Fehlersignal 302B der MPC 122 der Phasengruppe 376 verbunden. Diese MPC 122 kann die zugewiesene Ersatz-Spannungsreglerphase 227B auf Fehler überwachen und einen Fehler an die Steuerlogik 366 melden. Sobald das Phasenfehlersignal elektrisch angeschlossen wurde, geht das Verfahren 400 zu Arbeitsschritt 424 über.Operation 422 generally relates to electrically connecting a phase error signal from the second substitute regulator phase to the MPC of the supplementary phase group. In this example, the S2 error signal 312B is electrically connected to the V 2 error signal 302B of the MPC 122 of the phase group 376 by the control logic 366. This MPC 122 can monitor the assigned substitute voltage regulator phase 227B for errors and report an error to the control logic 366. As soon as the phase error signal has been electrically connected, the method 400 proceeds to operation 424.

Arbeitsschritt 424 bezieht sich im Allgemeinen auf Beenden der Überwachung des zusätzlichen Phasenfehlersignals. Sobald ein zusätzliches Phasenfehlersignal von der Phasengruppe 376 erkannt wurde, beendet die Steuerlogik 366 die Überwachung auf ein zusätzliches Phasenfehlersignal. Sobald die Überwachung des zusätzlichen Phasenfehlersignals beendet wurde, geht das Verfahren 400 zu Arbeitsschritt 426 über.Operation 424 generally relates to terminating monitoring of the additional phase error signal. As soon as an additional phase error signal has been detected by the phase group 376, the control logic 366 ends the monitoring for an additional phase error signal. As soon as the monitoring of the additional phase error signal has ended, the method 400 proceeds to work step 426.

Arbeitsschritt 426 bezieht sich im Allgemeinen auf Speichern einer Zuordnung zwischen der zweiten verwendeten Ersatz-Reglerphase und dem gemeinsamen Reglerausgang der zusätzlichen Phasengruppe in einen nichtflüchtigen Speicher, z.B. 368, 3, innerhalb der Steuerlogik 366, 3. In diesem Beispiel enthält die Zuordnung Informationen über: die Phasengruppe, d.h. „Phasengruppe 376“ oder den gemeinsamen Reglerausgang V2, und die Ersatzphase, d.h. die Ersatz-Reglerphase 227AB. Diese Information wird im nichtflüchtigen Speicher 368, 3, gespeichert, was bei einem Stromausfall nützlich sein kann, um die Verknüpfung der Ersatz-Reglerphase 227B mit dem gemeinsamen Reglerausgang V2 zu bewahren. Bei einem Neustart des Systems nach einem Stromausfall kann die Steuerlogik 366 die elektrische Verbindung der Ersatz-Reglerphase 227B mit dem gemeinsamen Reglerausgang V2 neu initialisieren. Sobald die Zuordnung im nichtflüchtigen Speicher gespeichert wurde, geht das Verfahren 400 zu Arbeitsschritt 428 über.Work step 426 generally relates to storing an assignment between the second substitute controller phase used and the common controller output of the additional phase group in a non-volatile memory, e.g. 368, 3 , within the control logic 366, 3 . In this example, the assignment contains information about: the phase group, ie "phase group 376" or the common controller output V 2 , and the substitute phase, ie the substitute controller phase 227AB. This information is stored in the non-volatile memory 368, 3 , which can be useful in the event of a power failure in order to maintain the link between the substitute controller phase 227B and the common controller output V 2 . When the system is restarted after a power failure, the control logic 366 can reinitialize the electrical connection of the substitute controller phase 227B to the common controller output V 2 . As soon as the assignment has been stored in the non-volatile memory, the method 400 proceeds to work step 428.

Arbeitsschritt 428 bezieht sich im Allgemeinen auf Senden einer Systembenachrichtigung, die einen Regleraustauschvorgang anfragt. Diese Benachrichtigung wird in Reaktion darauf ausgelöst, dass beide Ersatz-Reglerphasen 227A und 227B in Gebrauch sind, d.h. elektrisch mit gemeinsamen Reglerausgängen der Phasengruppen verbunden sind, wobei keine zusätzlichen Ersatz-Reglerphasen zur Verwendung im Falle eines zusätzlichen Ausfalls einer Spannungsreglerphase zur Verfügung stehen. Die Systembenachrichtigung, die einen Regleraustauschvorgang anfragt, kann z.B. eine E-Mail-Nachricht, eine Textnachricht, eine Systemkonsolenmeldung oder eine Voicemail-Nachricht sein. Nachdem die Systembenachrichtigung gesendet wurde, endet das Verfahren 400 bei Block 430.Operation 428 generally relates to sending a system notification requesting a controller replacement. This notification is triggered in response to the fact that both spare regulator phases 227A and 227B are in use, ie are electrically connected to common regulator outputs of the phase groups, with no additional spare regulator phases being available for use in the event of an additional failure of a voltage regulator phase. The system notification that a controller made exchange process can be, for example, an e-mail message, a text message, a system console message or a voicemail message. After the system notification is sent, the method 400 ends at block 430.

Es versteht sich, dass das vorstehende Verfahren für eine „N+2“-Spannungsregler-Phasenkonfiguration geeignet ist, d.h. eine Konfiguration, die 2 verfügbare Ersatz-Spannungsregler enthält, die im Falle des Ausfalls eines oder mehrerer Spannungsregler einer bestimmten Phasengruppe verwendet werden können. Andere ähnliche Verfahren, die dem Grundgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung entsprechen, können für eine Spannungsreglervorrichtung mit einer anderen Anzahl verfügbarer Ersatz-spannungsregler verwendet werden, z.B. 1, 3, 4 usw.It will be understood that the above procedure is suitable for an "N + 2" voltage regulator phase configuration, i.e. a configuration that includes 2 available backup voltage regulators that can be used in the event of one or more voltage regulators in a particular phase group failing. Other similar methods that are within the spirit and scope of the present disclosure can be used for a voltage regulator device with a different number of spare voltage regulators available, e.g., 1, 3, 4, etc.

Gemäß Ausführungsformen kann eine Stromabgabekapazität jeder Reglerphase innerhalb einer Phasengruppe so festgelegt werden, dass nach einem Ausfall einer Reglerphase innerhalb einer Phasengruppe ein bestimmter kumulierter Ausgangsstrom der Phasengruppe geliefert wird. In einigen Ausführungsformen kann die Stromabgabekapazität pro Phase jeder Reglerphase innerhalb einer Phasengruppe die Lieferung eines bestimmten kumulativen Ausgangsstroms der Phasengruppe nach einem Ausfall von mindestens zwei Reglerphasen innerhalb einer Phasengruppe ermöglichen.According to embodiments, a current output capacity of each regulator phase within a phase group can be determined in such a way that after a failure of a regulator phase within a phase group, a certain cumulative output current of the phase group is delivered. In some embodiments, the current output capacity per phase of each regulator phase within a phase group can enable the delivery of a specific cumulative output current of the phase group after a failure of at least two regulator phases within a phase group.

Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wurden für Zwecke der Veranschaulichung dargelegt, sind jedoch nicht als abschließend oder auf die Ausführungsformen beschränkt zu verstehen. Für den Fachmann sind viele Abwandlungen und Variationen ersichtlich, ohne vom Umfang und Grundgedanken der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hierin verwendete Terminologie wurde gewählt, um die Grundgedanken der Ausführungsformen, der praktischen Anwendung oder technischen Verbesserung gegenüber den auf dem Markt erhältlichen Technologien zu erklären oder um dem Fachmann das Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen zu ermöglichen.The descriptions of the various embodiments of the present disclosure have been presented for purposes of illustration, but are not intended to be exhaustive or limited to the embodiments. Many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the embodiments described. The terminology used herein was chosen to explain the principles of the embodiments, practical application, or technical improvement over technologies available on the market, or to enable those skilled in the art to understand the embodiments disclosed herein.

Claims (20)

Phasenredundante Spannungsreglervorrichtung, die Folgendes aufweist: eine Mehrzahl von Reglerphasen, die jeweils einen Regler enthalten, der elektrisch so verbunden ist, dass er an einem Reglereingang eine Eingangsspannung empfängt und an einem Reglerausgang eine jeweilige Ausgangsspannung bereitstellt, einen Satz von Phasengruppen der Mehrzahl von Reglerphasen, der eine erste und eine zweite Phasengruppe enthält, wobei jede Phasengruppe Folgendes enthält: einen gemeinsamen Reglereingang, der elektrisch mit Reglereingängen von Reglern der Phasengruppe verbunden ist, einen gemeinsamen Reglerausgang, der elektrisch mit Reglerausgängen von Reglern der Phasengruppe verbunden ist, mindestens eine redundante Reglerphase, eine Mehrphasen-Steuereinheit (MPC), die elektrisch mit jeder Reglerphase der Phasengruppe verbunden ist, wobei die MPC so konfiguriert ist, dass sie an eine Steuerlogik Phasenfehlersignale und entweder ein Pulsweitenmodulations- (PWM-) oder ein Phasensteuersignal eines gemeinsam genutzten Stroms (ISHARE) überträgt, das von jeder Reglerphase einer jeweiligen Phasengruppe empfangen wird, und einen Satz von Ersatz-Reglerphasen der Mehrzahl von Reglerphasen, der eine erste und eine zweite Ersatz-Reglerphase enthält, wobei jede Ersatz-Reglerphase Folgendes enthält: eine Sekundärausgangs-ORing-Einheit, die so elektrisch verbunden und konfiguriert ist, dass sie einen Stromfluss in einen sekundären Ausgang der Ersatz-Reglerphase begrenzt, eine erste Ausgangsschalteinheit, die so konfiguriert ist, dass sie in Reaktion auf ein erstes Phasenfreigabesignal den Reglerausgang der Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einem ersten gemeinsamen Reglerausgang verbindet, und eine zweite Ausgangsschalteinheit, die so konfiguriert ist, dass sie in Reaktion auf ein zweites Phasenfreigabesignal den Reglerausgang der Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einem zweiten gemeinsamen Reglerausgang verbindet, und Steuerlogik, die elektrisch verbunden ist mit: MPCs jeder Phasengruppe des Satzes von Phasengruppen, wobei die Steuerlogik so konfiguriert ist, dass sie die Phasensteuersignale von den MPCs empfängt und Phasenfehlersignale mit ihnen austauscht, und Ersatz-Reglerphasen des Satzes von Ersatz-Reglerphasen, wobei die Steuerlogik so konfiguriert ist, dass sie Phasenfreigabesignale an die Ersatz-Reglerphasen durchsetzt, die Phasensteuersignale an diese überträgt und Phasenfehlersignale von diesen empfängt, wobei die Steuerlogik so konfiguriert ist, dass sie in Reaktion auf Empfangen eines Phasenfehlersignals von einer MPC eine Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einer Phasengruppe verbindet, die eine ausgefallene Reglerphase enthält.A phase redundant voltage regulator device, comprising: a plurality of regulator phases each containing a regulator which is electrically connected in such a way that it receives an input voltage at a regulator input and provides a respective output voltage at a regulator output, a set of phase groups of the plurality of regulator phases, which contains a first and a second phase group, each phase group containing the following: a common controller input that is electrically connected to controller inputs of controllers of the phase group, a common controller output that is electrically connected to controller outputs of controllers of the phase group, at least one redundant controller phase, a polyphase control unit (MPC) electrically connected to each regulator phase of the phase group, the MPC being configured to send phase error signals to control logic and either a pulse width modulation (PWM) or a phase control signal of a geme insam used current (I SHARE ) which is received by each controller phase of a respective phase group, and a set of replacement controller phases of the plurality of controller phases, which contains a first and a second replacement controller phase, each replacement controller phase containing the following: a secondary output ORing unit that is electrically connected and configured to limit current flow into a secondary output of the spare regulator phase; a first output switching unit that is configured to switch the regulator output of the spare in response to a first phase enable signal -Controller phase electrically connects to a first common controller output, and a second output switching unit which is configured to electrically connect the controller output of the equivalent controller phase to a second common controller output in response to a second phase enable signal, and control logic, which is electrically connected to : MPCs of each phase group of the S sets of phase groups, the control logic being configured to receive the phase control signals from the MPCs and exchange phase error signals with them, and substitute controller phases of the set of substitute controller phases, the control logic being configured to send phase enable signals to the substitute Enforced regulator phases, which transmits phase control signals to them and receives phase error signals from them, wherein the control logic is configured to electrically connect a substitute regulator phase to a phase group containing a failed regulator phase in response to receiving a phase error signal from an MPC. Phasenredundante Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede Reglerphase der Mehrzahl von Reglerphasen ferner Folgendes enthält: phasenredundante Steuereinheit (PRC), die so konfiguriert ist, dass sie einen Strom am Reglereingang überwacht, und die ferner so konfiguriert ist, dass sie Strom und Spannung am Reglerausgang überwacht, eine Ausgangs-ORing-Einheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Stromfluss in einen primären Ausgang einer jeweiligen Reglerphase begrenzt, und eine Eingangsschutzeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie in Reaktion auf ein Steuersignal von der PRC einen Eingangsüberstromschutz und einen Ausgangsüberspannungsschutz für die jeweilige Reglerphase bereitstellt.Phase redundant voltage regulator device according to Claim 1 wherein each regulator phase of the plurality of regulator phases further includes: a phase redundant control unit (PRC) configured to monitor a current at the regulator input and further configured to it monitors current and voltage at the controller output, an output ORing unit configured to limit current flow into a primary output of a respective controller phase, and an input protection unit configured to respond to a control signal from the PRC provides input overcurrent protection and output overvoltage protection for the respective controller phase. Phasenredundante Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die MPC jeder Phasengruppe ferner so konfiguriert ist, dass sie: eine Rückkopplungsausgangsspannung empfängt und ein jeweiliges erkanntes Stromsignal von jeder Reglerphase der Phasengruppe empfängt, PWM- oder ISHARE-Steuersignale erzeugt, um sequenziell jede Reglerphase der Phasengruppe für vorab bestimmte Zeiträume zu aktivieren, wobei die Steuersignale eine kontrollierte Stromaufteilung zwischen den Phasen verwalten, und nach einem Ausfall einer oder mehrerer Reglerphasen der Phasengruppe die Stromaufteilung zwischen allen aktiven Reglerphasen der Phasengruppe aufrechterhält.Phase redundant voltage regulator device according to Claim 1 , wherein the MPC of each phase group is further configured to: receive a feedback output voltage and receive a respective detected current signal from each regulator phase of the phase group, generate PWM or I SHARE control signals to sequentially activate each regulator phase of the phase group for predetermined periods of time , wherein the control signals manage a controlled current distribution between the phases, and after a failure of one or more controller phases of the phase group maintains the current distribution between all active controller phases of the phase group. Phasenredundante Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes Steuersignal ein digitales Signal ist, das durch eine Reihe von Impulsbreiten einen Arbeitszyklus/eine Aktivierungszeit mindestens einer Reglerphase darstellt.Phase redundant voltage regulator device according to Claim 1 , wherein each control signal is a digital signal which, through a series of pulse widths, represents a duty cycle / activation time of at least one controller phase. Phasenredundante Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ausgangs-ORing-Einheit und die sekundäre Ausgangs-ORing-Einheit jeweils ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: einem N-Kanal-Feldeffekttransistor (NFET), einem P-Kanal-Feldeffekttransistor (PFET), einem NPN-Transistor und einem PNP-Transistor.Phase redundant voltage regulator device according to Claim 1 wherein the output ORing unit and the secondary output ORing unit are each selected from the group consisting of: an N-channel field effect transistor (NFET), a P-channel field effect transistor (PFET), an NPN transistor and a PNP transistor. Phasenredundante Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine serielle Reglerschnittstelle einer MPC mit einer Systemsteuerfunktion über einen seriellen Steuerbus verbunden ist, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: einer SPI- (Serial Peripheral Interface) Schnittstelle, einer PMBus- (Power Management Bus) Schnittstelle und einer I2C-(Inter-Integrated Circuit) Schnittstelle.Phase redundant voltage regulator device according to Claim 1 , whereby a serial controller interface of an MPC is connected to a system control function via a serial control bus selected from the group consisting of: an SPI (Serial Peripheral Interface) interface, a PMBus (Power Management Bus) interface and an I 2 C- (Inter-Integrated Circuit) interface. Phasenredundante Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Phasengruppe des Satzes von Phasengruppen so konfiguriert ist, dass sie eine Stromaufteilung aufrechterhält.Phase redundant voltage regulator device according to Claim 1 wherein the first phase group of the set of phase groups is configured to maintain a current sharing. Phasenredundante Spannungsreglervorrichtung, die Folgendes aufweist: eine Mehrzahl von Reglerphasen, die jeweils einen Regler enthalten, der elektrisch so verbunden ist, dass er an einem Reglereingang eine Eingangsspannung empfängt und an einem Reglerausgang eine jeweilige Ausgangsspannung bereitstellt, einen Satz von Phasengruppen der Mehrzahl von Reglerphasen, der eine erste und eine zweite Phasengruppe enthält, wobei jede Phasengruppe Folgendes enthält: einen gemeinsamen Reglereingang, der elektrisch mit Reglereingängen von Reglern der Phasengruppe verbunden ist, einen gemeinsamen Reglerausgang, der elektrisch mit Reglerausgängen von Reglern der Phasengruppe verbunden ist, und mindestens eine redundante Reglerphase, und eine Mehrphasen-Steuereinheit (MPC), die elektrisch mit jeder Reglerphase der Phasengruppe verbunden ist, wobei die MPC so konfiguriert ist, dass sie an eine Steuerlogik Phasenfehlersignale und entweder ein Pulsweitenmodulations- (PWM-) oder ein Phasensteuersignal eines gemeinsam genutzten Stroms (ISHARE) überträgt, das von jeder Reglerphase einer jeweiligen Phasengruppe empfangen wird, und einen Satz von Ersatz-Reglerphasen der Mehrzahl von Reglerphasen, der eine erste und eine zweite Ersatz-Reglerphase enthält, wobei jede Ersatz-Reglerphase Folgendes enthält: einen Sekundärausgangs-ORing-Feldeffekttransistor (FET), der elektrisch zwischen den Reglerausgang und einen sekundären Ausgang des Ersatzreglers geschaltet ist, einen zweiten Komparator mit Eingängen, die elektrisch mit einem Source-Anschluss und einem Drain-Anschluss des sekundären Sekundärausgangs-ORing-FET verbunden sind, wobei der zweite Komparator ferner einen Ausgang aufweist, der elektrisch mit einem Gate-Anschluss des Sekundärausgangs-ORing-FET verbunden ist, wobei der zweite Komparator so konfiguriert ist, dass er in Verbindung mit dem Sekundärausgangs-ORing-FET einen Stromfluss in den sekundären Ausgang der Ersatz-Reglerphase begrenzt, einen ersten Ausgangsschalt-FET, der so elektrisch verbunden und konfiguriert ist, dass er in Reaktion auf ein erstes Phasenfreigabesignal den Reglerausgang der Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einem ersten gemeinsamen Reglerausgang verbindet, einen zweiten Ausgangsschalt-FET, der so verbunden und konfiguriert ist, dass er in Reaktion auf ein zweites Phasenfreigabesignal den Reglerausgang der Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einem zweiten gemeinsamen Reglerausgang verbindet, und Steuerlogik, die elektrisch verbunden ist mit: MPCs jeder Phasengruppe des Satzes von Phasengruppen, wobei die Steuerlogik so konfiguriert ist, dass sie Phasensteuersignale von den MPCs empfängt und Phasenfehlersignale mit ihnen austauscht, und Ersatz-Reglerphasen des Satzes von Ersatz-Reglerphasen, wobei die Steuerlogik so konfiguriert ist, dass sie Phasenfreigabesignale an die Ersatz-Reglerphasen durchsetzt, Phasensteuersignale an diese überträgt und Phasenfehlersignale von diesen empfängt, wobei die Steuerlogik so konfiguriert ist, dass sie in Reaktion auf Empfangen eines Phasenfehlersignals von einer MPC eine Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einer Phasengruppe verbindet, die eine ausgefallene Reglerphase enthält.A phase redundant voltage regulator device, comprising: a plurality of regulator phases each containing a regulator which is electrically connected in such a way that it receives an input voltage at a regulator input and provides a respective output voltage at a regulator output, a set of phase groups of the plurality of regulator phases, which contains a first and a second phase group, each phase group containing the following: a common controller input that is electrically connected to controller inputs of controllers of the phase group, a common controller output that is electrically connected to controller outputs of controllers of the phase group, and at least one redundant controller phase , and a polyphase control unit (MPC) electrically connected to each regulator phase of the phase group, the MPC configured to provide phase error signals and either a pulse width modulation (PWM) or a phase control signal to control logic nes shared current (I SHARE ) which is received by each controller phase of a respective phase group, and a set of replacement controller phases of the plurality of controller phases, which includes a first and a second replacement controller phase, each replacement controller phase contains the following : a secondary output ORing field effect transistor (FET), which is electrically connected between the regulator output and a secondary output of the equivalent regulator, a second comparator with inputs that are electrically connected to a source connection and a drain connection of the secondary secondary output ORing FET are connected, wherein the second comparator further has an output which is electrically connected to a gate terminal of the secondary output ORing FET, wherein the second comparator is configured to flow in connection with the secondary output ORing FET limits the secondary output of the substitute regulator phase, a first output switching FET, the so el is electrically connected and configured to electrically connect, in response to a first phase enable signal, the regulator output of the substitute regulator phase to a first common regulator output, a second output switching FET that is connected and configured to be in response to a second phase enable signal Electrically connects the backup controller phase controller output to a second common controller output, and control logic electrically connected to: MPCs of each phase group of the set of phase groups, the control logic configured to receive phase control signals from the MPCs and exchange phase error signals with them, and substitute regulator phases of the set of substitute reg lerphasen, wherein the control logic is configured to enforce phase enable signals to the substitute regulator phases, transmit phase control signals to them and receive phase error signals from them, wherein the control logic is configured to provide a substitute in response to receiving a phase error signal from an MPC Electrically connects controller phase with a phase group that contains a failed controller phase. Phasenredundante Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 8, wobei jede Reglerphase der Mehrzahl von Reglerphasen ferner Folgendes enthält: phasenredundante Steuereinheit (PRC), die so konfiguriert ist, dass sie einen Strom am Reglereingang überwacht, und die ferner so konfiguriert ist, dass sie Strom und Spannung am Reglerausgang überwacht, einen Ausgangs-ORing-FET, der elektrisch zwischen einen primären Ausgang des Reglers und den gemeinsamen Reglerausgang geschaltet ist, einen ersten Komparator mit Eingängen, die elektrisch mit einem Source-Anschluss und einem Drain-Anschluss des Ausgangs-ORing-FET verbunden sind, wobei der erste Komparator ferner einen Ausgang aufweist, der elektrisch mit einem Gate-Anschluss des Ausgangs-ORing-FET verbunden ist, wobei der Komparator so konfiguriert ist, dass er in Verbindung mit dem Ausgangs-ORing-FET einen Stromfluss in den primären Ausgang einer jeweiligen Reglerphase begrenzt, einen Eingangsschutz-FET, der zwischen den gemeinsamen Reglereingang und einen Reglereingang des Reglers geschaltet ist, und einen Latch mit einem Ausgang, der elektrisch mit einem Gate-Anschluss des Eingangsschutz-FET verbunden ist, wobei der Latch so konfiguriert ist, dass er in Verbindung mit dem Eingangsschutz-FET einen Eingangsüberstromschutz und einen Ausgangsüberspannungsschutz für die jeweilige Reglerphase bereitstellt.Phase redundant voltage regulator device according to Claim 8 , wherein each regulator phase of the plurality of regulator phases further includes: phase redundant control unit (PRC) which is configured to monitor a current at the regulator input and which is further configured to monitor current and voltage at the regulator output, an output ORing-FET, which is electrically connected between a primary output of the controller and the common controller output, a first comparator with inputs which are electrically connected to a source connection and a drain connection of the output ORing-FET, the first comparator furthermore has an output which is electrically connected to a gate connection of the output ORing-FET, the comparator being configured such that, in conjunction with the output ORing-FET, it limits a current flow into the primary output of a respective regulator phase, an input protection FET connected between the common controller input and a controller input of the controller, and ei A latch having an output electrically connected to a gate terminal of the input protection FET, the latch being configured to provide input overcurrent protection and output overvoltage protection for the respective regulator phase in conjunction with the input protection FET. Phasenredundante Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die MPC jeder Phasengruppe ferner so konfiguriert ist, dass sie: eine Rückkopplungsausgangsspannung empfängt und ein jeweiliges erkanntes Stromsignal von jeder Reglerphase der Phasengruppe empfängt, PWM- oder ISHARE-Steuersignale erzeugt, um sequenziell jede Reglerphase der Phasengruppe für vorab bestimmte Zeiträume zu aktivieren, wobei die Steuersignale eine kontrollierte Stromaufteilung zwischen den Phasen verwalten, und nach einem Ausfall einer oder mehrerer Reglerphasen der Phasengruppe die Stromaufteilung zwischen allen aktiven Reglerphasen der Phasengruppe aufrechterhält.Phase redundant voltage regulator device according to Claim 9 , wherein the MPC of each phase group is further configured to: receive a feedback output voltage and receive a respective detected current signal from each regulator phase of the phase group, generate PWM or I SHARE control signals to sequentially activate each regulator phase of the phase group for predetermined periods of time , wherein the control signals manage a controlled current distribution between the phases, and after a failure of one or more controller phases of the phase group maintains the current distribution between all active controller phases of the phase group. Phasenredundante Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 8, wobei jedes Steuersignal ein digitales Signal ist, das durch eine Reihe von Impulsbreiten einen Arbeitszyklus/eine Aktivierungszeit mindestens einer Reglerphase darstellt.Phase redundant voltage regulator device according to Claim 8 , wherein each control signal is a digital signal which, through a series of pulse widths, represents a duty cycle / activation time of at least one controller phase. Phasenredundante Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 8, wobei eine serielle Reglerschnittstelle einer MPC mit einer Systemsteuerfunktion über einen seriellen Steuerbus verbunden ist, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: einer SPI- (Serial Peripheral Interface) Schnittstelle, einer PMBus- (Power Management Bus) Schnittstelle und einer I2C-(Inter-Integrated Circuit) Schnittstelle.Phase redundant voltage regulator device according to Claim 8 , whereby a serial controller interface of an MPC is connected to a system control function via a serial control bus selected from the group consisting of: an SPI (Serial Peripheral Interface) interface, a PMBus (Power Management Bus) interface and an I 2 C- (Inter-Integrated Circuit) interface. Phasenredundante Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die erste Phasengruppe des Satzes von Phasengruppen so konfiguriert ist, dass sie eine Stromaufteilung aufrechterhält.Phase redundant voltage regulator device according to Claim 8 wherein the first phase group of the set of phase groups is configured to maintain a current sharing. Verfahren zum gemeinsamen Nutzen eines Satzes redundanter Ersatz-Reglerphasen zwischen Phasengruppen von Reglerphasen, wobei das Verfahren Verwenden einer Steuerlogik umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie in Reaktion auf Überwachen von Phasenfehlersignalen, die von den Phasengruppen empfangen werden: an eine erste Ersatz-Reglerphase des Satzes redundanter Ersatz-Reglerphasen in Reaktion auf Erkennen eines Phaseneinzelfehlersignals von einer ersten Phasengruppe ein Phasenfreigabesignal durchsetzt, das einen Ausgang der ersten Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einem gemeinsamen Reglerausgang der ersten Phasengruppe verbindet, an die erste Ersatz-Reglerphase entweder ein Pulsweitenmodulations- (PWM-) oder ein Phasensteuersignal eines gemeinsam genutzten Stroms (ISHARE) überträgt, das von einer Mehrphasen-Steuereinheit (MPC) der ersten Phasengruppe empfangen wird, ein Phasenfehlersignal von der ersten Ersatz-Reglerphase elektrisch mit der MPC der ersten Phasengruppe verbindet, in Reaktion auf Erkennen des Phaseneinzelfehlersignals von der ersten Phasengruppe die Überwachung des Phaseneinzelfehlersignals beendet, in einem nichtflüchtigen Speicher innerhalb der Steuerlogik eine Zuordnung zwischen der ersten Ersatz-Reglerphase und dem gemeinsamen Reglerausgang der ersten Phasengruppe speichert, an eine zweite Ersatz-Reglerphase des Satzes redundanter Ersatz-Reglerphasen in Reaktion auf Erkennen eines zusätzlichen Phasenfehlersignals von einer supplementären Phasengruppe ein Phasenfreigabesignal durchsetzt, das einen Ausgang der zweiten Ersatz-Reglerphase elektrisch mit einem gemeinsamen Reglerausgang der supplementären Phasengruppe verbindet, an die zweite Ersatz-Reglerphase ein von einer MPC der supplementären Phasengruppe empfangenes Phasensteuersignal sendet, ein Phasenfehlersignal von der zweiten Ersatz-Reglerphase elektrisch mit der MPC der supplementären Phasengruppe verbindet, in Reaktion auf Erkennen des zusätzlichen Phasenfehlersignals von der supplementären Phasengruppe die Überwachung des zusätzlichen Phasenfehlersignals einstellt, eine Zuordnung zwischen der zweiten Ersatz-Reglerphase und dem gemeinsamen Reglerausgang der supplementären Phasengruppe in den nichtflüchtigen Speicher speichert und in Reaktion darauf, dass Ausgänge aller redundanten Ersatz-Reglerphasen elektrisch mit gemeinsamen Reglerausgängen der Phasengruppen verbunden sind, eine Systembenachrichtigung sendet, die einen Regleraustauschvorgang anfragt.A method for sharing a set of redundant backup controller phases between phase groups of controller phases, the method comprising using control logic configured to, in response to monitoring phase error signals received from the phase groups: to a first backup controller phase of the set of redundant substitute controller phases in response to the detection of a single phase error signal from a first phase group, a phase enable signal passes through, which electrically connects an output of the first substitute controller phase to a common controller output of the first phase group, to the first substitute controller phase either a pulse width modulation (PWM -) or a phase control signal of a shared current (I SHARE ), which is received by a polyphase control unit (MPC) of the first phase group, electrically connects a phase error signal from the first substitute regulator phase to the MPC of the first phase group, in Re action on detection of the single phase error signal from the first phase group ends the monitoring of the single phase error signal, stores an assignment between the first substitute controller phase and the common controller output of the first phase group in a non-volatile memory within the control logic, to a second substitute controller phase of the set of redundant substitute Controller phases in response to the detection of an additional phase error signal from a supplementary phase group enforces a phase enable signal that electrically connects an output of the second substitute controller phase to a common controller output of the supplementary phase group, sends a phase control signal received from an MPC of the supplementary phase group to the second substitute controller phase, electrically connects a phase error signal from the second substitute controller phase to the MPC of the supplementary phase group, and monitors the additional phase error signal in response to detection of the additional phase error signal from the supplementary phase group sets, stores an assignment between the second backup controller phase and the common controller output of the supplementary phase group in the non-volatile memory and, in response to the fact that outputs of all redundant backup controller phases are electrically connected to common controller outputs of the phase groups, sends a system notification that a controller replacement process inquires. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die supplementäre Phasengruppe ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: einer ersten Phasengruppe und einer zweiten Phasengruppe.Procedure according to Claim 14 , wherein the supplementary phase group is selected from the group consisting of: a first phase group and a second phase group. Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine Stromabgabekapazität jeder Reglerphase innerhalb einer Phasengruppe so festgelegt wird, dass nach einem Ausfall einer Reglerphase innerhalb einer Phasengruppe ein bestimmter kumulierter Ausgangsstrom der Phasengruppe geliefert wird.Procedure according to Claim 14 , wherein a current output capacity of each regulator phase within a phase group is set so that after a failure of a regulator phase within a phase group, a certain cumulative output current of the phase group is delivered. Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine Stromabgabekapazität jeder Reglerphase innerhalb einer Phasengruppe so festgelegt wird, dass nach einem Ausfall von mindestens zwei Reglerphasen innerhalb einer Phasengruppe ein bestimmter kumulativer Ausgangsstrom der Phasengruppe geliefert wird.Procedure according to Claim 14 , wherein a current output capacity of each regulator phase within a phase group is determined so that after a failure of at least two regulator phases within a phase group, a certain cumulative output current of the phase group is delivered. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die erste Ersatz-Reglerphase so konfiguriert ist, dass sie eine Spannung ausgibt, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung.Procedure according to Claim 14 wherein the first backup regulator phase is configured to output a voltage selected from the group consisting of: a first voltage and a second voltage. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das zusätzliche Phasenfehlersignal ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: einem Einzelfehlersignal, einem Doppelfehlersignal und einem Ersatz-Baugruppen-Fehlersignal.Procedure according to Claim 14 , wherein the additional phase error signal is selected from the group consisting of: a single error signal, a double error signal and a substitute assembly error signal. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Systembenachrichtigung, die einen Regleraustauschvorgang anfragt, ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: einer E-Mail-Nachricht, einer Textnachricht, einer Konsolennachricht und einer Voicemail-Nachricht.Procedure according to Claim 14 wherein the system notification requesting a controller replacement is selected from the group consisting of: an email message, a text message, a console message, and a voicemail message.
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