JP2008146189A

JP2008146189A - 電源システム

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Publication number: JP2008146189A
Application number: JP2006330147A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Hashimoto; 貴之橋本; Masaki Shiraishi; 正樹白石; Noboru Akiyama; 秋山　　登
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2008-06-26
Also published as: CN101606115A; US20100017636A1; WO2008069023A1

Abstract

【課題】プロセッサの演算量が小さい時、電源制御コントローラのクロック周波数を下げることで、電源制御コントローラの損失を低減し、電子機器のバッテリの寿命を伸ばすことができる電源システムを提供する。
【解決手段】プロセッサ１と、プロセッサ１に電力を供給するスイッチングレギュレータとしての電源制御コントローラ３１およびＶＲ３５と、プロセッサ１のプロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を可変する電圧指令発生器１１およびクロック指令発生器１６と、スイッチングレギュレータの入力直流電圧源としてのバッテリ３４とを有する電源システムにおいて、プロセッサ１の演算量が小さい時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げる。これにより、電源制御コントローラ３１の損失を低減し、電子機器のバッテリ３４の寿命を伸ばすことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源の制御技術に関し、パーソナルコンピュータのような電子機器に用いられ、特にプロセッサ用電源の制御方法に特徴を有する電源システムに適用して有効な技術に関する。

近年のパーソナルコンピュータ等の電子機器に用いられるプロセッサはますます高性能化し、これに伴いプロセッサの処理スピード、消費電力も増大しており、プロセッサの発熱量、駆動バッテリの消費電力も増大している。

これらを考慮して、従来の電子機器においては、プロセッサのクロック周波数やコア電圧を変化させて、プロセッサ消費電力を制御するという手法が取られている。図１４は、本発明者が検討した本発明に対する比較技術のプロセッサ向け電源システムのブロック図を示す。プロセッサ１については、動作電圧とクロック周波数に関する部分のみ記述しており、具体的にはプロセッサコア１２と、演算量検出器１３と、プロセッサコア１２のクロック周波数を算出し、逓倍器１５が所望のクロック周波数を生成するよう指令値を出力するクロック指令発生器１６がある。プロセッサ１はバスコントローラ２と同期して動作しており、プロセッサ１のクロック周波数はシステムクロック２２の周波数を逓倍器１５で逓倍させることで生成する。前述したプロセッサコア１２とは、プロセッサ１の中で命令発生器や演算器などを組み合わせた回路ブロックで、データ処理の役割を担う。

通常、パーソナルコンピュータのシステムクロック２２の周波数は６００ＭＨｚから１ＧＨｚ程度の帯域が用いられており、逓倍器１５の出力、すなわちプロセッサコア１２のクロック周波数は２００ＭＨｚから３ＧＨｚ程度となっている。バスコントローラ２は、プロセッサ１と外部メモリ２３やＨＤＤ２４などの外部記憶機器、グラフィック２５などの出力機器、ＢＩＯＳ２６などの入出力機器との間でデータを仲介する。データ伝送路２７はプロセッサ１とバスコントローラ２のデータの経路、データ伝送路２８は外部機器とのデータの経路で、ともに双方向となる。

プロセッサコア１２に電力を供給する電源については、プロセッサコア１２の演算量に応じて、電圧指令発生器１１から電源制御コントローラ３１に電圧指令値が送られ、ＶＲ（ＶｏｌｔａｇｅＲｅｇｕｒａｔｏｒ）３５を介してプロセッサ１に所望の電圧が供給される。電源制御コントローラ３１はＶＲ３５の出力電圧を監視しており、電圧指令発生器１１からの目標値と電圧フィードバック３８の値が一致するように制御される。

プロセッサコア１２の動作電圧を決める要因として電源３があり、電源管理部３２は電源３がＡＣアダプタ３３か、バッテリ３４かに応じてプロセッサコア１２の動作電圧を可変とする。例えば、電源３がバッテリ３４の場合、ＡＣアダプタ３３と比べてプロセッサコア１２の動作電圧を下げる。これはバッテリの寿命を伸ばすため、プロセッサ１の処理速度を犠牲にして、消費電力を低減するためである。一方、電源３としてＡＣアダプタ３３が接続されている場合は、プロセッサ１の処理速度を優先して、動作電圧はバッテリ３４と比べて高めに設定する。電力伝送路３６は電源３からＶＲ３５への電力の伝送、電力伝送路３７はＶＲ３５からプロセッサコア１２への電力の伝送を示す。

次に、図１５を用いてＶＲ３５の構成について説明する。図１５において、点線の内部がＶＲ３５に相当し、構成要素としては、入力容量Ｃｉｎ、電源制御コントローラ３１、ドライバ４３、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ（ＱＨ１）、ローサイドＭＯＳＦＥＴ（ＱＬ１）、出力インダクタンスＬ、出力容量Ｃｏｕｔがある。ＭＯＳＦＥＴ入力の直流電源源Ｖｉｎは図１４のＡＣアダプタ３３またはバッテリ３４の出力となる。出力容量Ｃｏｕｔと並列にプロセッサ１が接続される。ＶＲ３５の回路動作については、電源制御コントローラ３１から出力されるＰＷＭ信号に同期して、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ（ＱＨ１）のゲートＧＨが駆動され、これと逆位相でローサイドＭＯＳＦＥＴ（ＱＬ１）のゲートＧＬが駆動される。ＰＷＭ信号の周波数はスイッチング周波数と呼ばれるが、これはＰＷＭ信号と同じ周期で、スイッチング素子であるハイサイドＭＯＳＦＥＴ（ＱＨ１）とローサイドＭＯＳＦＥＴ（ＱＬ１）がオンとオフのスイッチング動作をするためである。ＰＷＭとはＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎの略で、スイッチング周波数が一定で、ＰＷＭ信号のパルス幅を可変とすることで出力電圧を制御する。ＰＷＭ制御の欠点は負荷となるプロセッサの消費電流が小さい時、スイッチングに伴って発生する損失が大きく、電源効率が低下することである。この欠点を解決する手法として、プロセッサの消費電流が小さい時、ＰＷＭからＰＦＭ（ＰｕｌｓｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）に切り替える手法が知られている。ＰＦＭとは消費電力が小さい領域でスイッチング周波数を下げる制御法で、スイッチングに伴い発生する損失を小さくすることができる。

次に、図１６を用いてプロセッサの演算量と、（ａ）コアの動作電圧、（ｂ）コアのクロック周波数との関係について説明する。ここでは横軸を演算量としたが、コアの演算量が大きい時、コアの消費電力も大きいことから、横軸をプロセッサコアの消費電力とすることもできる。（ａ）及び（ｂ）のグラフから分かるように、プロセッサコアの演算量が大きくなると、コアの動作電圧とクロック周波数は高くなる。これはＦＶ制御（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｖｏｌｔａｇｅ制御）と呼ばれる手法で、プロセッサコアの演算量が増加すると、クロック周波数と動作電圧が増加し、損失と発熱量は増加する。損失をＰ、クロック周波数をｆ、トランジスタの全出力容量をＣ、動作電圧をＶとすると、損失ＰはＰ＝ｆ×ＣＶ²／２と表現でき、クロック周波数ｆと動作電圧Ｖが増加すると損失Ｐも増加することが分かる。逆に、演算量が少ない場合は積極的にプロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を下げて、消費電力を削減することができる。

以上述べたように、プロセッサの演算量が小さい時、電子機器の電力効率を向上する技術として、次の２つがある。

（１）ＶＲのスイッチング損失を低減するために、プロセッサの消費電流、すなわちＶＲの出力電流が小さい時、スイッチング周波数を下げる。

（２）プロセッサの損失を低減するため、プロセッサの演算量が小さい時、プロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を下げる。

プロセッサの演算量が小さい時の電力効率が重要な理由として、モバイルパソコンなど、バッテリ駆動の電子機器の寿命がある。例えば、個人ユーザのモバイルパソコンでは、使用時間の９０％以上はプロセッサの演算量が小さい状態なので、演算量が小さい領域の損失を低減することがバッテリの長寿命化に有効となる。

前記したように、プロセッサの演算量が小さい領域において、プロセッサとＶＲの損失が小さくなった結果、電源制御コントローラの損失が相対的に大きくなり、バッテリの寿命を決める主要な要因の一つとなっている。近年、電源制御コントローラの損失が大きくなっている別の理由として、電源制御のデジタル化がある。従来、電源制御はアナログが主流であったが、高性能なデジタル制御が要求され、またデジタルＩＣが安価で入手できるようになったので、多くのメリットがあるデジタル制御が本格的に検討されるようになってきた。デジタル制御の高性能化にはクロックの高周波化が有効であるが、デジタル制御コントローラの損失が大きくなるという問題がある。

以上のように、本発明に対する比較技術の課題は、プロセッサの演算量が小さい条件で、電源制御コントローラの損失が大きいので、電子機器のバッテリの寿命が短いことである。

そこで、本発明の目的は、この課題を解決し、プロセッサの演算量が小さい時、電源制御コントローラのクロック周波数を下げることで、電源制御コントローラの損失を低減し、電子機器のバッテリの寿命を伸ばすことができる電源システムを提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明は、前記目的を達成するために、プロセッサと、プロセッサに電力を供給するスイッチングレギュレータと、プロセッサのプロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を可変する手段と、スイッチングレギュレータの入力直流電圧源としてのバッテリとを有し、スイッチングレギュレータには、プロセッサコアの動作電圧の指令値と検出値を含む、少なくとも２つ以上の入力値から、スイッチングのオン、オフの信号を生成する電源制御コントローラと、電源制御コントローラの出力信号を受けて入力直流電圧源を定電圧に変換し、プロセッサに電力を供給するボルテージ・レギュレータとが含まれる電源システムに適用され、プロセッサの演算量が小さい時、電源制御コントローラのクロック周波数を下げるものである。これにより、電源制御コントローラの損失を低減し、電子機器のバッテリの寿命を伸ばすことができる。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

本発明によれば、プロセッサの演算量が小さい時に電源制御コントローラのクロック周波数を下げることで、電源システムの電力効率を向上できるという効果を有する。この結果、電力効率が向上することで、バッテリを電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電源システムを説明するブロック図で、プロセッサ１については動作電圧とクロック周波数に関するブロックのみ記述している。

本実施の形態における電源システムは、プロセッサ１、バスコントローラ２、電源３などから構成される。

プロセッサ１には、プロセッサコア１２、プロセッサコア１２の演算量検出器１３、プロセッサコア１２の電圧指令発生器１１、プロセッサコア１２のクロック指令発生器１６、逓倍器１５、制御ＩＣのクロック指令発生器１４などが含まれ、演算量に応じてプロセッサコア１２の動作電圧とクロック周波数が決まる。演算量が小さい時、動作電圧とクロック周波数を下げ、消費電力を節約し、演算量が大きい時、動作電圧とクロック周波数を上げ、処理速度を上げる。

バスコントローラ２は、プロセッサ１と外部メモリ２３やＨＤＤ２４などの外部記憶機器、グラフィック２５などの出力機器、ＢＩＯＳ２６などの入出力機器との間でデータの仲介をする。プロセッサ１に電力を供給する手段については、プロセッサ１からの電圧指令に基づいて、電源制御コントローラ３１がＶＲ（ＶｏｌｔａｇｅＲｅｇｕｌａｔｏｒ）３５を制御して、プロセッサ１に所望の電圧を出力する。

電源３として、ＡＣアダプタ３３、入力直流電圧源としてのバッテリ３４があり、電源管理部３２がＡＣアダプタ３３、またはバッテリ３４、またはその両者が接続されていることを検出し、電源制御コントローラ３１に通知する。

この電源システムにおいては、プロセッサ１に電力を供給するスイッチングレギュレータとして、電源制御コントローラ３１およびＶＲ３５などが含まれる。電源制御コントローラ３１は、プロセッサコア１２の動作電圧の指令値と検出値を含む、少なくとも２つ以上の入力値から、スイッチングのオン、オフの信号を生成する機能を有する。ＶＲ３５は、電源制御コントローラ３１の出力信号を受けて入力直流電圧源を定電圧に変換し、プロセッサ１に電力を供給する機能を有する。電圧指令発生器１１およびクロック指令発生器１６などは、プロセッサコア１２の動作電圧とクロック周波数を可変する手段として機能する。

特に、本実施の形態の電源システムが、図１４で示した本発明に対する比較技術と異なる点は、プロセッサコア１２の演算量を検出する演算量検出器１３と、演算量の検出値から電源制御コントローラ３１のクロック周波数の指令値を出力するクロック指令発生器１４と、指令値を受け電源制御コントローラ３１のクロック周波数を生成する分周器２１を有し、演算量検出器１３でプロセッサコア１２の演算量を検出し、分周器２１を制御して電源制御コントローラ３１のクロック周波数を可変とすることである。

具体的には、プロセッサコア１２の演算量が小さい時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げ、低消費電力時の損失を削減する。図２は、本実施の形態におけるプロセッサコアの演算量と電源制御コントローラのクロック周波数の関係で、プロセッサコアの演算量が小さい時、電源制御コントローラのクロック周波数が低い。プロセッサコアの演算量とプロセッサコアの消費電力とは相関があるので、横軸をプロセッサコアの消費電力とすることも可能である。すなわち、プロセッサコアの演算量が小さくなると、消費電力も下がるという関係がある。

図３は、本実施の形態（本発明）と比較技術の特性比較で、横軸にプロセッサの演算量、縦軸に電子機器の電力効率をとっている。電子機器の電力にはプロセッサ、ＶＲ、電源制御コントローラが含まれる。通常は、電子機器の電力に、ディスプレイなどの表示装置、マウスなどの入力装置、ＨＤＤなどの記憶装置も含まれるが、本発明はプロセッサとこれに電力を供給する電源システムを対象とするので、前述のように定義した。

図３において、比較技術では演算量が小さくなると電力効率が低下するのに対して、本発明では電力効率の低下が小さい。図４を用いて、その理由を説明する。図４は、（ａ）比較技術と（ｂ）本発明の、図３におけるＡ点（演算量小）、Ｂ点（演算量大）の損失成分を示しており、（ａ）比較技術では、演算量が小さくなると（Ｂ→Ａ）、プロセッサの損失が大きく低下していることが分かる。これは、前記したように、プロセッサが演算量を検出し、動作電圧とクロック周波数を制御するためである。ＶＲについても、プロセッサコアの演算量が小さくなると（Ｂ→Ａ）、損失が低下する。これは、プロセッサの演算量が低下するに伴い、ＶＲの出力電流が低下するため、発生する損失が小さくなるためである。また、前記したように、電源制御コントローラによってはＶＲの出力電流が小さい時に周波数を下げる、いわゆるＰＷＭ／ＰＦＭ制御の機能を備えていることも損失低減の理由となる。

一方、電源制御コントローラについては、プロセッサコアの演算量が低下しても（Ｂ→Ａ）、損失は下がらない。比較技術ではプロセッサの演算量に関わらず、電源制御コントローラのクロック周波数は一定なので、電源制御コントローラの損失は減少しない。

（ａ）比較技術に対して、（ｂ）本発明ではプロセッサの演算量が小さい時、プロセッサとＶＲだけでなく、電源制御コントローラの損失も低下している。これは、プロセッサの演算量が小さい時に電源制御コントローラのクロック周波数を下げることで、電源制御コントローラの損失を削減したからである。

以上により、本実施の形態の電源システムによれば、演算量検出器１３、クロック指令発生器１４、分周器２１などを有することで、プロセッサコア１２、すなわちプロセッサ１の演算量が小さい時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、電源制御コントローラ３１の損失を低減し、電源システムの電力効率を向上できる。この結果、電力効率が向上することで、バッテリ３４の寿命が伸び、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。

（第２の実施の形態）
次に、図５を用いて、本発明の第２の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、電源制御コントローラ３１の内部にクロック発生器３９が含まれることである。第１の実施の形態では電源制御コントローラ３１のクロックはシステムクロックから分周器を介して生成されたが、本実施の形態ではプロセッサ１から送信される電源制御コントローラのクロック指令を受けて、電源制御コントローラ３１内部のクロック発生器３９でクロックが生成される。

従って、本実施の形態の電源システムにおいても、演算量検出器１３、クロック指令発生器１４、クロック発生器３９などを有することで、第１の実施の形態と同様に、プロセッサ１の演算量が小さい時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。

（第３の実施の形態）
次に、図６を用いて、本発明の第３の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、電源制御コントローラ３１のクロック周波数をプロセッサコア１２の電圧指令発生器１１から算出し、電源制御コントローラ３１内部のクロック発生器３９でクロックを生成することである。前述したように、プロセッサ１の演算量が小さい時、プロセッサ１の動作電圧を下げるという手法が用いられており、プロセッサ１の動作電圧から演算量を推測することができる。

従って、本実施の形態の電源システムにおいては、演算量検出器１３、電圧指令発生器１１、クロック発生器３９などを有することで、プロセッサ１の動作電圧が低い時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、第１の実施の形態と同様に、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。本実施の形態が第１の実施の形態と比較して優れる点は、プロセッサ１のコア電圧から演算量を推測するので、プロセッサ１とバスコントローラ２に電源制御コントローラ３１のクロックに関係する回路が不要となることである。

（第４の実施の形態）
次に、図７を用いて、本発明の第４の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、プロセッサ１の演算量ではなく、消費電力検出器１７でプロセッサコア１２の消費電力を検出することである。プロセッサ１の演算量が増えると消費電力も増えるので、演算量の代わりに消費電力を検出値として用いることができる。

従って、本実施の形態の電源システムにおいては、消費電力検出器１７、クロック指令発生器１４、分周器２１などを有することで、プロセッサ１の消費電力が低い時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、第１の実施の形態と同様に、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。

（第５の実施の形態）
次に、図８を用いて、本発明の第５の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、プロセッサ１の演算量ではなく、温度検出器１８でプロセッサコア１２の温度を検出することである。プロセッサ１の演算量が増えるとプロセッサコア１２の温度が高くなるので、演算量の代わりに温度を検出値として用いることができる。具体的な温度検出手段として、プロセッサ１に内蔵したｐｎ接合ダイオードの順方向電圧降下を用いることができる。ｐｎ接合ダイオードの順方向電圧降下と温度には負の相関があり、温度が高いほど、順方向電圧降下が小さくなる。

従って、本実施の形態の電源システムにおいては、温度検出器１８、クロック指令発生器１４、分周器２１などを有することで、プロセッサ１の温度が低い時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、第１の実施の形態と同様に、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。

（第６の実施の形態）
次に、図９を用いて、本発明の第６の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、プロセッサ１の演算量ではなく、活性化率検出器１９でプロセッサコア１２の活性化率を検出することである。プロセッサ１の演算量が増えるとプロセッサコア１２の活性化も増えるので、演算量の代わりに活性化率を検出値として用いることができる。ここで言う活性化率とは、全てのトランジスタに占める動作中のトランジスタの割合である。演算量が大きいと活性化率は向上し、演算量が小さいと活性化率は低下する。

従って、本実施の形態の電源システムにおいては、活性化率検出器１９、クロック指令発生器１４、分周器２１などを有することで、プロセッサ１の活性化率が低い時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、第１の実施の形態と同様に、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。

（第７の実施の形態）
次に、図１０を用いて、本発明の第７の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、プロセッサ１の演算量ではなく、演算量検出器１３及びクロック指令発生器１６でプロセッサコア１２のクロック周波数を検出することである。プロセッサ１の演算量が増えるとクロック周波数も増えるので、演算量の代わりにクロック周波数を検出値として用いることができる。

従って、本実施の形態の電源システムにおいては、演算量検出器１３、プロセッサコア１２のクロック指令発生器１６、制御ＩＣのクロック指令発生器１４、分周器２１などを有することで、プロセッサ１のクロック周波数が低い時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、第１の実施の形態と同様に、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。

（第８の実施の形態）
次に、図１１を用いて、本発明の第８の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、プロセッサ１のコア数が複数あることである。図１１には、プロセッサコアが１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの４つと、プロセッサコアと同数の逓倍器（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ）、ＶＲ（３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ）、電源制御コントローラのＶＲ制御回路ブロック（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ）が含まれている。

プロセッサコアのクロック周波数とＶＲのスイッチング周波数は、それぞれの相で最適化された周波数となる。演算量の大きいプロセッサコアのクロック周波数とＶＲのスイッチング周波数は高く、演算量の小さなプロセッサコアのクロック周波数とＶＲのスイッチング周波数は低い。一方、電源制御コントローラのクロック周波数は電源制御コントローラ内部では同じであり、クロック周波数は最もスイッチング周波数が高いＶＲに依存する。すなわち、スイッチング周波数が高いほど、電源制御コントローラのクロック周波数を上げる必要があるので、電源制御コントローラのクロック周波数は最もスイッチング周波数の高いＶＲに合わせて決定される。

従って、本実施の形態の電源システムにおいては、複数のプロセッサコア１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの演算量検出器１３、複数のプロセッサコア１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄのクロック指令発生器１６、制御ＩＣのクロック指令発生器１４、分周器２１などを有することで、演算量検出器１３で複数のプロセッサコアのうち最も演算量が大きいプロセッサコアの演算量を検出し、プロセッサコアの演算量が低い時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げることで、第１の実施の形態と同様に、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。

なお、本実施の形態のように、複数のプロセッサコアを有する構成においても、演算量に代えて、前記各実施の形態と同様に、動作電圧、消費電力、温度、活性化率、クロック周波数を検出値として用いることができる。

（第９の実施の形態）
最後に、図１２を用いて、本発明の第９の実施の形態における電源システムについて説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、電源制御コントローラ３１のクロック周波数だけでなく、スイッチング周波数指令発生器２０でＶＲ３５のスイッチング周波数も可変としたことである。従来からＶＲ３５の出力電流を検出して、ＶＲ３５のスイッチング周波数を可変とする手法はあったが、プロセッサ１の演算量に応じてＶＲ３５のスイッチング周波数と電源制御コントローラ３１のクロック周波数を可変とする手法は無かった。

図１３は、本実施の形態における、プロセッサコア１２の演算量（消費電力）とＶＲ３５のスイッチング周波数の関係を示した図で、プロセッサコア１２の演算量が大きいほど、ＶＲ３５のスイッチング周波数も大きい。

従って、本実施の形態の電源システムにおいては、演算量検出器１３、スイッチング周波数指令発生器２０、クロック指令発生器１６、分周器２１などを有することで、プロセッサ１の演算量が低い時、電源制御コントローラ３１のクロック周波数を下げ、ＶＲ３５のスイッチング周波数を下げることで、第１の実施の形態と同様に、電源システムの電力効率を向上でき、この結果、バッテリ３４を電力源とする電子機器の寿命を伸ばすことができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明の電源システムは、パーソナルコンピュータのような電子機器に用いられ、特にプロセッサ用電源の制御方法に特徴を有する電源システムに利用可能である。

本発明の第１の実施の形態における電源システムを示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態において、プロセッサコアの演算量と電源制御コントローラのクロック周波数の関係を示す図である。本発明の第１の実施の形態において、電力効率に関する本発明と比較技術の比較を示す図である。本発明の第１の実施の形態において、損失成分に関する本発明（ｂ）と比較技術（ａ）の比較を示す図である。本発明の第２の実施の形態における電源システムを示すブロック図である。本発明の第３の実施の形態における電源システムを示すブロック図である。本発明の第４の実施の形態における電源システムを示すブロック図である。本発明の第５の実施の形態における電源システムを示すブロック図である。本発明の第６の実施の形態における電源システムを示すブロック図である。本発明の第７の実施の形態における電源システムを示すブロック図である。本発明の第８の実施の形態における電源システムを示すブロック図である。本発明の第９の実施の形態における電源システムを示すブロック図である。本発明の第９の実施の形態において、プロセッサコアの演算量とＶＲのスイッチング周波数の関係を示す図である。本発明に対する比較技術における電源システムを示すブロック図である。本発明に対する比較技術において、ＶＲを示す回路図である。本発明に対する比較技術において、プロセッサコアの演算量と、動作電圧（ａ）及びクロック周波数（ｂ）の関係を示す図である。

符号の説明

１…プロセッサ、２…バスコントローラ、３…電源、１１…電圧指令発生器、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…プロセッサコア、１３…演算量検出器、１４…クロック指令発生器、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…逓倍器、１６…クロック指令発生器、１７…消費電力検出器、１８…温度検出器、１９…活性化率検出器、２０…スイッチング周波数指令発生器、２１…分周器、２２…システムクロック、２３…外部メモリ、２４…ＨＤＤ、２５…グラフィック、２６…ＢＩＯＳ、２７，２８…データ伝送路、３１…電源制御コントローラ、３２…電源管理部、３３…ＡＣアダプタ、３４…バッテリ、３５，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ…ＶＲ、３６，３７…電力伝送路、３８…電圧フィードバック、３９…クロック発生器、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ…ＶＲ用回路ブロック、４３…ドライバ、Ｖｉｎ…直流電圧源、Ｃｉｎ…入力容量、ＱＨ１…ハイサイドＭＯＳＦＥＴ、ＱＬ１…ローサイドＭＯＳＦＥＴ、Ｌ…出力インダクタンス、Ｃｏｕｔ…出力容量。

Claims

プロセッサと、前記プロセッサに電力を供給するスイッチングレギュレータと、前記プロセッサのプロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を可変する手段と、前記スイッチングレギュレータの入力直流電圧源としてのバッテリとを有し、
前記スイッチングレギュレータには、前記プロセッサコアの動作電圧の指令値と検出値を含む、少なくとも２つ以上の入力値から、スイッチングのオン、オフの信号を生成する電源制御コントローラと、前記電源制御コントローラの出力信号を受けて前記入力直流電圧源を定電圧に変換し、前記プロセッサに電力を供給するボルテージ・レギュレータとが含まれる電源システムであって、
前記プロセッサコアの演算量を検出する演算量検出器と、前記演算量の検出値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する指令発生器と、前記指令値を受け前記電源制御コントローラのクロック周波数を生成する分周器とを含み、前記演算量検出器で演算量の低下を検出した時、前記分周器を制御し、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げることを特徴とする電源システム。
プロセッサと、前記プロセッサに電力を供給するスイッチングレギュレータと、前記プロセッサのプロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を可変する手段と、前記スイッチングレギュレータの入力直流電圧源としてのバッテリとを有し、
前記スイッチングレギュレータには、前記プロセッサコアの動作電圧の指令値と検出値を含む、少なくとも２つ以上の入力値から、スイッチングのオン、オフの信号を生成する電源制御コントローラと、前記電源制御コントローラの出力信号を受けて前記入力直流電圧源を定電圧に変換し、前記プロセッサに電力を供給するボルテージ・レギュレータとが含まれる電源システムであって、
前記プロセッサコアの演算量を検出する演算量検出器と、前記演算量の検出値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する指令発生器と、前記指令値を受け前記電源制御コントローラのクロック周波数を生成するクロック発生器とを含み、前記演算量検出器で演算量の低下を検出した時、前記クロック発生器を制御し、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げることを特徴とする電源システム。
プロセッサと、前記プロセッサに電力を供給するスイッチングレギュレータと、前記プロセッサのプロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を可変する手段と、前記スイッチングレギュレータの入力直流電圧源としてのバッテリとを有し、
前記スイッチングレギュレータには、前記プロセッサコアの動作電圧の指令値と検出値を含む、少なくとも２つ以上の入力値から、スイッチングのオン、オフの信号を生成する電源制御コントローラと、前記電源制御コントローラの出力信号を受けて前記入力直流電圧源を定電圧に変換し、前記プロセッサに電力を供給するボルテージ・レギュレータとが含まれる電源システムであって、
前記プロセッサコアの演算量を検出する演算量検出器と、前記演算量の検出値から前記プロセッサコアの電圧指令値を生成する電圧指令発生器とを含み、前記電源制御コントローラが前記プロセッサコアの電圧を下げる電圧指令値を検出した時、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げることを特徴とする電源システム。
プロセッサと、前記プロセッサに電力を供給するスイッチングレギュレータと、前記プロセッサのプロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を可変する手段と、前記スイッチングレギュレータの入力直流電圧源としてのバッテリとを有し、
前記スイッチングレギュレータには、前記プロセッサコアの動作電圧の指令値と検出値を含む、少なくとも２つ以上の入力値から、スイッチングのオン、オフの信号を生成する電源制御コントローラと、前記電源制御コントローラの出力信号を受けて前記入力直流電圧源を定電圧に変換し、前記プロセッサに電力を供給するボルテージ・レギュレータとが含まれる電源システムであって、
前記プロセッサコアの消費電力を検出する消費電力検出器と、前記消費電力の検出値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する指令発生器と、前記指令値を受け前記電源制御コントローラのクロック周波数を生成する分周器とを含み、前記消費電力検出器で消費電力の低下を検出した時、前記分周器を制御し、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げることを特徴とする電源システム。
プロセッサと、前記プロセッサに電力を供給するスイッチングレギュレータと、前記プロセッサのプロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を可変する手段と、前記スイッチングレギュレータの入力直流電圧源としてのバッテリとを有し、
前記スイッチングレギュレータには、前記プロセッサコアの動作電圧の指令値と検出値を含む、少なくとも２つ以上の入力値から、スイッチングのオン、オフの信号を生成する電源制御コントローラと、前記電源制御コントローラの出力信号を受けて前記入力直流電圧源を定電圧に変換し、前記プロセッサに電力を供給するボルテージ・レギュレータとが含まれる電源システムであって、
前記プロセッサコアの温度を検出する温度検出器と、前記温度の検出値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する指令発生器と、前記指令値を受け前記電源制御コントローラのクロック周波数を生成する分周器とを含み、前記温度検出器で温度の低下を検出した時、前記分周器を制御し、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げることを特徴とする電源システム。
プロセッサと、前記プロセッサに電力を供給するスイッチングレギュレータと、前記プロセッサのプロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を可変する手段と、前記スイッチングレギュレータの入力直流電圧源としてのバッテリとを有し、
前記スイッチングレギュレータには、前記プロセッサコアの動作電圧の指令値と検出値を含む、少なくとも２つ以上の入力値から、スイッチングのオン、オフの信号を生成する電源制御コントローラと、前記電源制御コントローラの出力信号を受けて前記入力直流電圧源を定電圧に変換し、前記プロセッサに電力を供給するボルテージ・レギュレータとが含まれる電源システムであって、
前記プロセッサコアの回路活性化率を検出する活性化率検出器と、前記回路活性化率の検出値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する指令発生器と、前記指令値を受け前記電源制御コントローラのクロック周波数を生成する分周器とを含み、前記活性化率検出器で回路活性化率の低下を検出した時、前記分周器を制御し、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げることを特徴とする電源システム。
プロセッサと、前記プロセッサに電力を供給するスイッチングレギュレータと、前記プロセッサのプロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を可変する手段と、前記スイッチングレギュレータの入力直流電圧源としてのバッテリとを有し、
前記スイッチングレギュレータには、前記プロセッサコアの動作電圧の指令値と検出値を含む、少なくとも２つ以上の入力値から、スイッチングのオン、オフの信号を生成する電源制御コントローラと、前記電源制御コントローラの出力信号を受けて前記入力直流電圧源を定電圧に変換し、前記プロセッサに電力を供給するボルテージ・レギュレータとが含まれる電源システムであって、
前記プロセッサコアのクロック指令値を検出するクロック検出器と、前記プロセッサコアのクロック指令値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する指令発生器と、前記電源制御コントローラのクロックの指令値を受け前記電源制御コントローラのクロック周波数を生成する分周器とを含み、前記クロック検出器で前記プロセッサコアのクロックの低下を検出した時、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げることを特徴とする電源システム。
プロセッサと、前記プロセッサに電力を供給するスイッチングレギュレータと、前記プロセッサの複数のプロセッサコアのそれぞれの動作電圧とクロック周波数を可変する手段と、前記スイッチングレギュレータの入力直流電圧源としてのバッテリとを有し、
前記スイッチングレギュレータには、前記複数のプロセッサコアのそれぞれの動作電圧の指令値と検出値を含む、少なくとも２つ以上の入力値から、スイッチングのオン、オフの信号を生成する電源制御コントローラと、前記電源制御コントローラの出力信号を受けて前記入力直流電圧源を定電圧に変換し、前記プロセッサに電力を供給するボルテージ・レギュレータとが含まれる電源システムであって、
前記複数のプロセッサコアの演算量を検出する演算量検出器と、前記演算量の検出値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する指令発生器と、前記指令値を受け前記電源制御コントローラのクロック周波数を生成する分周器とを含み、前記複数のプロセッサコアのうち最も演算量が大きいプロセッサの演算量を検出し、前記演算量検出器で演算量の低下を検出した時、前記分周器を制御し、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げることを特徴とする電源システム。
プロセッサと、前記プロセッサに電力を供給するスイッチングレギュレータと、前記プロセッサのプロセッサコアの動作電圧とクロック周波数を可変する手段と、前記スイッチングレギュレータの入力直流電圧源としてのバッテリとを有し、
前記スイッチングレギュレータには、前記プロセッサコアの動作電圧の指令値と検出値を含む、少なくとも２つ以上の入力値から、スイッチングのオン、オフの信号を生成する電源制御コントローラと、前記電源制御コントローラの出力信号を受けて前記入力直流電圧源を定電圧に変換し、前記プロセッサに電力を供給するボルテージ・レギュレータとが含まれる電源システムであって、
前記プロセッサコアの演算量を検出する演算量検出器と、前記演算量の検出値から前記電源制御コントローラのクロック周波数の指令値を出力する指令発生器と、前記指令値を受け前記電源制御コントローラのクロック周波数を生成する分周器とを含み、前記演算量検出器で演算量の低下を検出した時、前記分周器を制御し、前記電源制御コントローラのクロック周波数を下げ、前記スイッチングレギュレータのスイッチング周波数を下げることを特徴とする電源システム。