JP2022525072A - Phase Redundant Voltage Regulator Phase Redundant Regulator Phase Sharing within the Device - Google Patents

Phase Redundant Voltage Regulator Phase Redundant Regulator Phase Sharing within the Device Download PDF

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Abstract

相冗長電圧レギュレータ装置は、それぞれが各レギュレータ相に接続された多相コントローラ(MPC)を有するレギュレータ相のグループを含む。MPCは、相障害信号と、相グループのレギュレータ相から受信したパルス幅変調(PWM)相制御信号および共有電流(ISHARE)相制御信号のうちの1つと、を制御ロジックに転送する。予備レギュレータ相は、予備レギュレータ相出力への電流の流れを制限するための出力論理和デバイスを含む。出力スイッチング・デバイスは、予備レギュレータ相出力を共通レギュレータ出力に電気的に結合するように構成されている。制御ロジックは、相グループMPCに接続され、相イネーブル信号をアサートして、相制御信号を予備レギュレータ相に転送し、予備レギュレータ相から相障害信号を受信する。制御ロジックは、MPCからの相障害信号の受信に応答して、予備レギュレータ相を故障したレギュレータ相を含む相グループに電気的に相互接続する。Phase redundant voltage regulator devices include a group of regulator phases, each having a multiphase controller (MPC) connected to each regulator phase. The MPC transfers the phase fault signal and one of the pulse width modulation (PWM) phase control signal and the shared current (ISHARE) phase control signal received from the regulator phase of the phase group to the control logic. The spare regulator phase includes an output OR device for limiting the flow of current to the spare regulator phase output. The output switching device is configured to electrically couple the spare regulator phase output to the common regulator output. The control logic is connected to the phase group MPC, asserts the phase enable signal, transfers the phase control signal to the spare regulator phase, and receives the phase fault signal from the spare regulator phase. The control logic electrically interconnects the spare regulator phase to a phase group containing the failed regulator phase in response to receiving a phase fault signal from the MPC.

Description

本開示は、一般に、電圧レギュレータ回路に関する。詳細には、本開示は、相冗長電圧レギュレータ回路内での冗長レギュレータ相の共有に関する。 The present disclosure generally relates to voltage regulator circuits. In particular, the present disclosure relates to sharing a redundant regulator phase within a phase redundant voltage regulator circuit.

電圧レギュレータは、入力電圧を受け取り、1つまたは複数の出力端子で一定の電圧レベルを自動的に維持するように設計された電子デバイスまたはシステムである。設計に応じて、1つまたは複数の交流(AC)または直流(DC)電圧を調節するために電圧レギュレータを使用することができる。電圧レギュレータは、コンピュータ電源などの電子デバイスに含めることができ、電圧レギュレータを使用して、プロセッサ、メモリ・デバイス、他のタイプの集積回路(IC)などの電子部品に電力を供給するために使用されるDC電圧を安定化することができる。電圧レギュレータ回路は、電圧レギュレータが電力を供給する電子部品に隣接して配置された感知点から受け取ったフィードバック電圧を受け取ることができる。このフィードバック電圧を使用して、電圧レギュレータの出力電圧を変調することができる。この変調された出力電圧により、供給された電子部品が受け取る電圧を、これらの部品の電流引き込み、または電圧レギュレータをこれらの部品に相互接続する導体両端間の電圧降下に関係なく、安定した値に維持することができる。 A voltage regulator is an electronic device or system that receives an input voltage and is designed to automatically maintain a constant voltage level at one or more output terminals. Depending on the design, a voltage regulator can be used to regulate one or more alternating current (AC) or direct current (DC) voltages. Voltage regulators can be included in electronic devices such as computer power supplies and are used to power electronic components such as processors, memory devices, and other types of integrated circuits (ICs). The resulting DC voltage can be stabilized. The voltage regulator circuit can receive the feedback voltage received from the sensing points located adjacent to the electronic components powered by the voltage regulator. This feedback voltage can be used to modulate the output voltage of the voltage regulator. This modulated output voltage brings the voltage received by the supplied electronic components to a stable value regardless of the current draw of these components or the voltage drop between the conductors that interconnect the voltage regulator to these components. Can be maintained.

電界効果トランジスタ(FET)は、電界を使用して、半導体材料内の1つのタイプの電荷キャリアのチャネルの形状、したがって導電率を制御するトランジスタである。FETは、シングル・キャリア・タイプの動作を含むことができるため、ユニポーラ・トランジスタとすることができる。FETは、電流が主に多数キャリアによって運ばれる多数電荷キャリア・デバイス、または電流が主に少数キャリアの流れに起因する少数電荷キャリア・デバイスとすることができる。FETデバイスは、電荷キャリアである電子または正孔がソースからドレインに流れる能動チャネルで構成することができる。ソース端子およびドレイン端子の導体は、オーミック・コンタクトを介して半導体に接続することができる。チャネルの導電率は、ゲート端子とソース端子との間に印加される電位の関数とすることができる。 A field effect transistor (FET) is a transistor that uses an electric field to control the shape of the channels of one type of charge carrier in a semiconductor material, and thus its conductivity. The FET can be a unipolar transistor because it can include single carrier type operation. The FET can be a majority charge carrier device in which the current is mainly carried by the majority carriers, or a minority charge carrier device in which the current is primarily due to the flow of the minority carriers. FET devices can consist of active channels through which electrons or holes, which are charge carriers, flow from the source to the drain. The conductors of the source and drain terminals can be connected to the semiconductor via ohmic contacts. The conductivity of the channel can be a function of the potential applied between the gate terminal and the source terminal.

実施形態は、相冗長電圧レギュレータ装置を対象とすることができる。相冗長電圧レギュレータ装置は、それぞれが、レギュレータ入力で入力電圧を受け取り、レギュレータ出力でそれぞれの出力電圧を提供するように電気的に結合されたレギュレータを含む、複数のレギュレータ相を含む。相冗長電圧レギュレータ装置は、第1および第2の相グループを含む、複数のレギュレータ相の相グループのセットを含む。各相グループは、相グループのレギュレータのレギュレータ入力に電気的に相互接続された共通レギュレータ入力と、相グループのレギュレータのレギュレータ出力に電気的に相互接続された共通レギュレータ出力と、を含む。各相グループはまた、少なくとも1つの冗長レギュレータ相と、相グループの各レギュレータ相に電気的に結合された多相コントローラ(MPC)と、を含む。MPCは、相障害信号と、それぞれの相グループの各レギュレータ相から受信したパルス幅変調(PWM)相制御信号および共有電流(ISHARE)相制御信号のうちの1つと、を制御ロジックに転送するように構成されている。相冗長電圧レギュレータ装置は、第1および第2の予備レギュレータ相を含む、複数のレギュレータ相の予備レギュレータ相のセットを含む。各予備レギュレータ相は、予備レギュレータ相の二次出力への電流の流れを制限するように電気的に結合および構成された二次出力論理和デバイスを含む。各予備レギュレータ相はまた、第1の相イネーブル信号に応答して、予備レギュレータ相のレギュレータ出力を第1の共通レギュレータ出力に電気的に結合するように構成された第1の出力スイッチング・デバイスを含む。各予備レギュレータ相はまた、第2の相イネーブル信号に応答して、予備レギュレータ相のレギュレータ出力を第2の共通レギュレータ出力および制御ロジックに電気的に結合するように構成された第2の出力スイッチング・デバイスを含む。制御ロジックは、相グループのセットの各相グループのMPCに電気的に接続され、MPCから相制御信号を受信し、MPCと相障害信号を交換するように構成されている。制御ロジックは、予備レギュレータ相のセットの予備レギュレータ相にも電気的に接続されている。制御ロジックは、相イネーブル信号をアサートして、予備レギュレータ相に相制御信号を転送し、予備レギュレータ相から相障害信号を受信するように構成されている。制御ロジックは、MPCからの相障害信号の受信に応答して、予備レギュレータ相を故障したレギュレータ相を含む相グループに電気的に相互接続するようにも構成されている。 The embodiment can target a phase redundant voltage regulator device. A phase redundant voltage regulator device comprises a plurality of regulator phases, each including a regulator that receives an input voltage at the regulator input and is electrically coupled to provide a respective output voltage at the regulator output. The phase redundant voltage regulator device comprises a set of phase groups of a plurality of regulator phases, including first and second phase groups. Each phase group includes a common regulator input electrically interconnected to the regulator input of the phase group regulator and a common regulator output electrically interconnected to the regulator output of the phase group regulator. Each phase group also includes at least one redundant regulator phase and a polyphase controller (MPC) electrically coupled to each regulator phase of the phase group. The MPC transfers the phase fault signal and one of the pulse width modulation (PWM) phase control signal and the shared current ( ISHARE ) phase control signal received from each regulator phase of each phase group to the control logic. It is configured as follows. The phase redundant voltage regulator device includes a set of spare regulator phases for a plurality of regulator phases, including a first and second spare regulator phase. Each spare regulator phase includes a secondary output OR device that is electrically coupled and configured to limit the flow of current to the secondary output of the spare regulator phase. Each spare regulator phase also provides a first output switching device configured to electrically couple the regulator output of the spare regulator phase to the first common regulator output in response to the first phase enable signal. include. Each spare regulator phase also has a second output switching configured to electrically couple the regulator output of the spare regulator phase to the second common regulator output and control logic in response to the second phase enable signal. -Includes devices. The control logic is electrically connected to the MPC of each phase group of the set of phase groups, receives the phase control signal from the MPC, and is configured to exchange the phase fault signal with the MPC. The control logic is also electrically connected to the spare regulator phase of the set of spare regulator phases. The control logic is configured to assert the phase enable signal, transfer the phase control signal to the spare regulator phase, and receive the phase fault signal from the spare regulator phase. The control logic is also configured to electrically interconnect the spare regulator phase to a phase group containing the failed regulator phase in response to receiving a phase fault signal from the MPC.

実施形態はまた、相冗長電圧レギュレータ装置を対象とすることができる。相冗長電圧レギュレータ装置は、それぞれが、レギュレータ入力で入力電圧を受け取り、レギュレータ出力でそれぞれの出力電圧を提供するように電気的に結合されたレギュレータを含む、複数のレギュレータ相を含むことができる。相冗長電圧レギュレータ装置はまた、第1および第2の相グループを含む、複数のレギュレータ相の相グループのセットを含む。各相グループは、相グループのレギュレータのレギュレータ入力に電気的に相互接続された共通レギュレータ入力と、相グループのレギュレータのレギュレータ出力に電気的に相互接続された共通レギュレータ出力と、を含む。各相グループは、少なくとも1つの冗長レギュレータ相と、相グループの各レギュレータ相に電気的に結合されたMPCと、を含む。MPCは、相障害信号と、それぞれの相グループの各レギュレータ相から受信したPWM相制御信号およびISHARE相制御信号のうちの1つと、を制御ロジックに転送するように構成されている。相冗長電圧レギュレータ装置はまた、第1および第2の予備レギュレータ相を含む、複数のレギュレータ相の予備レギュレータ相のセットを含む。各予備レギュレータ相は、レギュレータ出力と予備レギュレータの二次出力との間に電気的に結合された二次出力論理和電界効果トランジスタ(FET)と、二次出力論理和FETのソース端子およびドレイン端子に電気的に接続された入力を有する第2のコンパレータと、を含む。第2のコンパレータは、二次出力論理和FETのゲート端子に電気的に接続された出力をさらに有する。第2のコンパレータは、二次出力論理和FETと共に、予備レギュレータ相の二次出力への電流の流れを制限するように構成されている。各予備レギュレータ相はまた、第1の相イネーブル信号に応答して、予備レギュレータ相のレギュレータ出力を第1の共通レギュレータ出力に電気的に結合するように電気的に接続および構成された第1の出力スイッチングFETを含む。各予備レギュレータ相はまた、第2の相イネーブル信号に応答して、予備レギュレータ相のレギュレータ出力を第2の共通レギュレータ出力に電気的に結合するように接続および構成された第2の出力スイッチングFETを含む。相冗長電圧レギュレータ装置はまた、制御ロジックを含む。制御ロジックは、相グループのセットの各相グループのMPCに電気的に接続され、MPCから相制御信号を受信し、MPCと相障害信号を交換するように構成されている。制御ロジックは、予備レギュレータ相のセットの予備レギュレータ相にも電気的に接続されており、相イネーブル信号をアサートして、予備レギュレータ相に相制御信号を転送し、予備レギュレータ相から相障害信号を受信するように構成されている。制御ロジックは、MPCからの相障害信号の受信に応答して、予備レギュレータ相を故障したレギュレータ相を含む相グループに電気的に相互接続するように構成されている。 The embodiment can also be directed to a phase redundant voltage regulator device. A phase redundant voltage regulator device can include multiple regulator phases, each containing a regulator that receives an input voltage at the regulator input and is electrically coupled to provide a respective output voltage at the regulator output. The phase redundant voltage regulator device also includes a set of phase groups of a plurality of regulator phases, including first and second phase groups. Each phase group includes a common regulator input electrically interconnected to the regulator input of the phase group regulator and a common regulator output electrically interconnected to the regulator output of the phase group regulator. Each phase group comprises at least one redundant regulator phase and an MPC electrically coupled to each regulator phase of the phase group. The MPC is configured to transfer the phase fault signal and one of the PWM phase control signal and the ISHARE phase control signal received from each regulator phase of each phase group to the control logic. The phase redundant voltage regulator device also includes a set of spare regulator phases for a plurality of regulator phases, including first and second spare regulator phases. Each spare regulator phase is a secondary output logical sum field effect transistor (FET) electrically coupled between the regulator output and the secondary output of the spare regulator, and the source and drain terminals of the secondary output OR FET. Includes a second comparator, which has an input electrically connected to the. The second comparator further has an output electrically connected to the gate terminal of the secondary output OR FET. The second comparator, together with the secondary output OR FET, is configured to limit the flow of current to the secondary output of the spare regulator phase. Each spare regulator phase is also electrically connected and configured to electrically couple the regulator output of the spare regulator phase to the first common regulator output in response to the first phase enable signal. Includes output switching FET. Each spare regulator phase is also a second output switching FET connected and configured to electrically couple the regulator output of the spare regulator phase to the second common regulator output in response to the second phase enable signal. including. Phase redundant voltage regulator devices also include control logic. The control logic is electrically connected to the MPC of each phase group of the set of phase groups, receives the phase control signal from the MPC, and is configured to exchange the phase fault signal with the MPC. The control logic is also electrically connected to the spare regulator phase of the set of spare regulator phases, asserting the phase enable signal, transferring the phase control signal to the spare regulator phase, and sending the phase fault signal from the spare regulator phase. It is configured to receive. The control logic is configured to electrically interconnect the spare regulator phase to a phase group containing the failed regulator phase in response to receiving a phase fault signal from the MPC.

実施形態はまた、レギュレータ相の相グループ間で冗長予備レギュレータ相のセットを共有するための方法を対象とすることができる。本方法は、相グループから受信した相障害信号の監視に応答して、冗長予備レギュレータ相のセットの第1の予備レギュレータ相に、第1の予備レギュレータ相の一次出力を第1の相グループの共通レギュレータ出力に電気的に結合する相イネーブル信号を、第1の相グループからの相単一障害信号の検出に応答して、アサートするように構成された制御ロジックを使用することを含む。本方法はまた、第1の予備レギュレータ相に、第1の相グループのMPCから受信したPWM相制御信号およびISHARE相制御信号のうちの1つを送信し、第1の予備レギュレータ相からの相障害信号を第1の相グループのMPCに電気的に接続するために制御ロジックを使用することを含む。本方法はまた、第1の相グループからの相単一障害信号の検出に応答して、相単一障害信号の監視を中止し、制御ロジック内の不揮発性メモリに、第1の予備レギュレータ相と第1の相グループの共通レギュレータ出力との間の関連付けを記憶するために制御ロジックを使用することを含む。本方法はまた、補足の相グループからの追加の相障害信号の検出に応答して、冗長予備レギュレータ相のセットの第2の予備レギュレータ相に、第2の予備レギュレータ相の一次出力を補足の相グループの共通レギュレータ出力に電気的に結合する相イネーブル信号をアサートするために制御ロジックを使用することを含む。本方法はまた、補足の相グループのMPCから受信したPWM相制御信号またはISHARE相制御信号を第2の予備レギュレータ相に送信し、第2の予備レギュレータ相からの相障害信号を補足の相グループのMPCに電気的に接続するために制御ロジックを使用することを含む。本方法はまた、補足の相グループからの追加の相障害信号の検出に応答して、追加の相障害信号の監視を中止し、第2の予備レギュレータ相と補足の相グループの共通レギュレータ出力との間の関連付けを不揮発性メモリに記憶するために制御ロジックを使用することを含む。本方法はまた、相グループの共通レギュレータ出力に電気的に結合されているすべての冗長予備レギュレータ相の出力に応答して、レギュレータ置換え動作を要求するシステム通知を送信するために制御ロジックを使用することを含む。 Embodiments can also cover methods for sharing a set of redundant spare regulator phases between phase groups of regulator phases. In response to monitoring the phase failure signal received from the phase group, the method transfers the primary output of the first spare regulator phase to the first spare regulator phase of the set of redundant spare regulator phases in the first phase group. It involves using control logic configured to assert a phase enable signal that is electrically coupled to the common regulator output in response to detection of a phase single fault signal from the first phase group. The method also transmits one of the PWM phase control signal and the ISHARE phase control signal received from the MPC of the first phase group to the first spare regulator phase from the first spare regulator phase. It involves using control logic to electrically connect the phase fault signal to the MPC of the first phase group. The method also discontinues monitoring of the phase single point of failure signal in response to the detection of the phase single point of failure signal from the first phase group and puts the first spare regulator phase into the non-volatile memory in the control logic. Includes the use of control logic to store the association between and the common regulator output of the first phase group. The method also supplements the primary output of the second spare regulator phase to the second spare regulator phase of the set of redundant spare regulator phases in response to the detection of additional phase failure signals from the supplementary phase group. It involves using control logic to assert a phase enable signal that electrically couples to the common regulator output of the phase group. The method also transmits the PWM phase control signal or ISHARE phase control signal received from the MPC of the supplementary phase group to the second spare regulator phase and the phase failure signal from the second spare regulator phase to the supplementary phase. Includes using control logic to electrically connect to the group's MPC. The method also discontinues monitoring of the additional phase fault signal in response to detection of the additional phase fault signal from the supplementary phase group, with the common regulator output of the second spare regulator phase and the supplementary phase group. Includes the use of control logic to store the association between and in non-volatile memory. The method also uses control logic to send system notifications requesting regulator replacement operation in response to the output of all redundant spare regulator phases that are electrically coupled to the common regulator output of the phase group. Including that.

上記の概要は、本開示の例示されたそれぞれの実施形態またはすべての実施態様を説明することを意図したものではない。 The above overview is not intended to illustrate each or all of the exemplified embodiments of the present disclosure.

本出願に含まれる図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を形成する。これらの図面は、本開示の実施形態を例示し、説明と共に、本開示の原理を説明するのに役立つ。図面は、特定の実施形態の例示に過ぎず、本開示を限定するものではない。 The drawings included in this application are incorporated herein and form in part thereof. These drawings exemplify embodiments of the present disclosure and, along with explanations, serve to explain the principles of the present disclosure. The drawings are merely illustrations of specific embodiments and are not intended to limit the disclosure.

本開示の実施形態による、相冗長電圧レギュレータ装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the phase redundant voltage regulator apparatus by embodiment of this disclosure. 図と一致する実施形態による、電圧レギュレータ相および予備電圧レギュレータ相を示す2つの図である。2 is a diagram showing a voltage regulator phase and a standby voltage regulator phase according to an embodiment consistent with the figure. 図と一致する実施形態による、共有冗長予備を有する相冗長電圧レギュレータ装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the phase redundant voltage regulator apparatus which has a shared redundant spare according to the embodiment which coincides with the figure. 図と一致する実施形態による、レギュレータのグループ間で冗長予備レギュレータ相のセットを共有するための方法を示す流れ図である。FIG. 6 is a flow chart illustrating a method for sharing a set of redundant spare regulator phases between groups of regulators, according to an embodiment consistent with the figure.

本発明は、様々な修正形態および代替の形態を受け入れることができるが、その詳細は、図面において例として示され、詳細に説明される。しかしながら、その意図は、本発明を記載された特定の実施形態に限定することではないことを理解されたい。それどころか、その意図は、本発明の思想および範囲内にあるすべての修正形態、均等形態、および代替形態を包含することである。 The present invention can accept various modified and alternative forms, the details of which are illustrated and illustrated in detail in the drawings. However, it should be understood that the intent is not limited to the particular embodiment described of the present invention. On the contrary, the intent is to include all modified, equal and alternative forms within the ideas and scope of the invention.

図面および詳細な説明において、同様の番号は、概して、同様の構成要素、部品、ステップ、およびプロセスを指す。 In drawings and detailed description, similar numbers generally refer to similar components, parts, steps, and processes.

本開示の特定の実施形態は、相冗長電圧レギュレータ回路内で冗長レギュレータ相を共有するという文脈で理解することができる。このような冗長レギュレータ相を共有することは、コストおよび設計の複雑さを軽減し、相の冗長性および堅牢な電力供給を実現するのに役立つことができる。電圧レギュレータ回路内で冗長レギュレータ相を共有することで、電子システムへの電力供給の信頼性を高めることができる。 Certain embodiments of the present disclosure can be understood in the context of sharing a redundant regulator phase within a phase redundant voltage regulator circuit. Sharing such a redundant regulator phase can help reduce cost and design complexity, and provide phase redundancy and robust power delivery. By sharing the redundant regulator phase within the voltage regulator circuit, the reliability of power supply to the electronic system can be improved.

実施形態は、ネットワークを介してサーバに接続されたクライアントにデータを提供するために使用することができるサーバなどの電子機器に、共有冗長レギュレータ相を提供することができる。このようなサーバは、ウェブ・サーバ、アプリケーション・サーバ、メール・サーバ、仮想サーバを含むことができるが、これらに限定されない。必ずしも限定されるわけではないが、本文脈で論じられる実施形態は、本開示の様々な態様の理解を容易にすることができる。特定の実施形態はまた、他の機器および関連する用途、例えば、多種多様な計算およびデータ処理用途で使用することができるコンピューティング・システムなどの電子機器に、共有冗長レギュレータ相を提供することなどを対象とすることができる。このようなコンピューティング・システムは、スーパコンピュータ、高性能コンピューティング(HPC)システム、および他のタイプの専用コンピュータを含むことができるが、これらに限定されない。実施形態はまた、電気通信、航空機、および自動車用途などで使用される機器のための共有冗長レギュレータ相を対象とすることができる。 An embodiment can provide a shared redundant regulator phase to an electronic device such as a server that can be used to provide data to a client connected to the server over a network. Such servers can include, but are not limited to, web servers, application servers, mail servers, virtual servers. The embodiments discussed in this context, but not necessarily limited, can facilitate the understanding of various aspects of the present disclosure. Certain embodiments also provide a shared redundant regulator phase for other equipment and related applications, such as electronic equipment such as computing systems that can be used in a wide variety of computational and data processing applications. Can be targeted. Such computing systems can include, but are not limited to, supercomputers, high performance computing (HPC) systems, and other types of dedicated computers. Embodiments can also cover shared redundant regulator phases for equipment used in telecommunications, aircraft, and automotive applications and the like.

頭字語「FET」は、本明細書では、電圧レギュレータの設計内で、2つの回路ノードを、このノード間に比較的低インピーダンスの電気的接続を提供することによって相互接続するのに役立つことができる電界効果トランジスタに関して使用される。実施形態では、電圧レギュレータの設計者が、特定の電圧レギュレータ設計の電気的性能基準を満たすために、様々なタイプのFETを選択することができることを理解することができる。このようなFETタイプは、エンハンスメント・モード、デプレッション・モード、Nチャネル電界効果トランジスタ(NFET)、およびPチャネル電界効果トランジスタ(PFET)デバイスを含むことができるが、これらに限定されない。このようなFETは、意味を失うことなく、「パワーFET」および「パワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ」(MOSFET)と呼ぶこともできる。一部の実施形態では、FETの代わりに様々な他のタイプの電子デバイスを使用することができることも理解することができる。このような電子デバイスは、限定されることなく、NPNおよびPNPトランジスタなどのバイポーラ・デバイス、および他の半導体技術で製造されたトランジスタを含むことができる。 The acronym "FET" can be used herein to help interconnect two circuit nodes within a voltage regulator design by providing a relatively low impedance electrical connection between the nodes. Used for field effect transistors that can. In embodiments, it can be appreciated that voltage regulator designers can select different types of FETs to meet the electrical performance criteria of a particular voltage regulator design. Such FET types can 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 losing their meaning. It can also be understood that in some embodiments, various other types of electronic devices can be used instead of FETs. Such electronic devices can include, without limitation, bipolar devices such as NPN and PNP transistors, and transistors manufactured by other semiconductor techniques.

議論および図示を容易にするために、「論理和デバイス(ORing device)」および「論理和FET(ORing FET)」という用語は、意味を失うことなく、電圧レギュレータの相出力への電流の流れを防止するように構成された半導体デバイスを指すために区別なく使用することができる。FET記号、例えば、図2の244は、そのようなデバイスを表すために使用されているが、これは限定的なものとして解釈されるべきではなく、上述したような他のタイプのデバイスも同様の目的のために使用することができる。 For ease of discussion and illustration, the terms "ORing device" and "ORing FET" refer to the flow of current to the phase output of a voltage regulator without loss of meaning. It can be used indistinguishably to refer to a semiconductor device configured to prevent. The FET symbol, eg, 244 in FIG. 2, is used to represent such a device, but this should not be construed as limiting, as would other types of devices as described above. Can be used for the purpose of.

本明細書で、例えば、「論理和デバイス」、「論理和FET」、および「論理和レギュレータ」に関連して使用される記述子「論理和」は、デバイス、例えばFETまたは電圧レギュレータの論理和機能および出力保護機能を指すものと理解することができる。このようなデバイスおよび電圧レギュレータは、出力保護ダイオードと同じように動作するように構成されたFETによって、デバイス出力への逆電流から保護される。 In the present specification, for example, the descriptor "OR" used in connection with "OR device", "OR", and "OR regulator" is the logical sum of a device, for example, an FET or a voltage regulator. It can be understood as referring to a function and an output protection function. Such devices and voltage regulators are protected from reverse current to the device output by FETs configured to behave like output protection diodes.

「相」および「レギュレータ相」という用語は、電圧レギュレータ装置内で使用される冗長電圧レギュレータに関して、本明細書では区別なく使用される。電圧レギュレータ相は、一般に、他の電圧レギュレータのアクティブ化時間とは異なる時間に多相コントローラ(MPC)によってアクティブ化される。これは、通常、他の電圧レギュレータと「相がずれて」アクティブ化されると呼ばれる。 The terms "phase" and "regulator phase" are used interchangeably herein with respect to a redundant voltage regulator used within a voltage regulator device. The voltage regulator phase is generally activated by a polyphase controller (MPC) at a different time than the activation time of other voltage regulators. This is commonly referred to as being activated "out of phase" with other voltage regulators.

様々な電子システムは、電圧レギュレータを用いて、システム内の電子部品に安定した電圧で電力を供給する。このような電子システムは、コンピュータ、コンピューティング機器、サーバ、ならびに電気通信、航空機、および自動車用途で使用される機器を含むことができるが、これらに限定されない。システム内の構成要素は、中央処理装置(CPU)、グラフィック処理装置(GPU)、他の集積回路(IC)タイプ、ハード・ディスク・ドライブ、ソリッド・ステート・ドライブ(SSD)、メモリ、ならびに他のタイプの電子部品およびデバイスを含むことができるが、これらに限定されない。 Various electronic systems use voltage regulators to power electronic components in the system at a stable voltage. Such electronic systems can include, but are not limited to, computers, computing equipment, servers, and equipment used in telecommunications, aircraft, and automotive applications. The components in the system are central processing unit (CPU), graphics processing unit (GPU), other integrated circuit (IC) types, hard disk drives, solid state drives (SSDs), memory, and other Can include, but is not limited to, types of electronic components and devices.

電圧レギュレータは、電源と、電源によって供給される電圧よりも低い電圧を受け取るように指定された構成要素との間に電気的に接続することができる。例えば、電源は、様々な電圧、例えば、12V、24V、または48VDCを電圧レギュレータに供給することができる。電圧レギュレータの出力電圧は、例えば、3.3V、2.5V、1.8V、1.0V、0.7V、または電力供給される電子部品およびシステムに適していると指定された任意の他の電圧を含むことができる。 A voltage regulator can be electrically connected between a power supply and a component designated to receive a voltage lower than the voltage supplied by the power supply. For example, the power supply can supply various voltages, such as 12V, 24V, or 48VDC, to the voltage regulator. The output voltage of the voltage regulator is, for example, 3.3V, 2.5V, 1.8V, 1.0V, 0.7V, or any other designated suitable for powered electronic components and systems. Can include voltage.

並列接続された相冗長レギュレータを含む電圧レギュレータは、電圧レギュレータが電力を供給する様々な電子システムに多くの利点を提供することができる。例えば、このような電圧レギュレータは、電圧レギュレータ装置が、故障または障害が発生したレギュレータ相を冗長な予備のまたは「バックアップ」の相に動的かつ自動的に置き換えることができることから生じる、システムの信頼性および堅牢性を向上させることができる。レギュレータ相は、レギュレータ相内のコンデンサ、FET、増幅器、またはドライバ回路などの1つまたは複数の構成要素の故障、例えば短絡に起因して故障する可能性がある。 Voltage regulators, including parallel-connected phase redundant regulators, can provide many advantages to various electronic systems powered by voltage regulators. For example, such a voltage regulator results from the system's reliability that the voltage regulator device can dynamically and automatically replace the failed or failed regulator phase with a redundant spare or "backup" phase. The property and robustness can be improved. The regulator phase can fail due to a failure of one or more components, such as a capacitor, FET, amplifier, or driver circuit, in the regulator phase, such as a short circuit.

電子システムの信頼性は、相冗長電圧レギュレータ設計内のデカップリング・コンデンサの数を減らすことによっても高めることができる。このコンデンサ数の減少は、結果として電圧レギュレータの実効故障率の低下をもたらすことができる。電圧レギュレータの設計に1つまたは複数の冗長相または予備相を追加することは、電圧レギュレータ内に含まれる複数の冗長相のそれぞれに課される全体的な電流需要を下げることによって、設計の信頼性を高めることもできる。 The reliability of the electronic system can also be increased by reducing the number of decoupling capacitors in the phase redundant voltage regulator design. This decrease in the number of capacitors can result in a decrease in the effective failure rate of the voltage regulator. Adding one or more redundant or standby phases to a voltage regulator design reduces the overall current demand imposed on each of the multiple redundant phases contained within the voltage regulator, thereby reducing design confidence. It can also enhance sex.

時間的に互い違いにアクティブ化される相を有する相冗長電圧レギュレータを使用することにより、出力電圧リップルが減少し、各相に課される電流負荷の変動に対する過渡応答が向上する可能性もある。複数の冗長レギュレータ相は、電圧レギュレータ・システム全体のコストを管理するのに特に役立つことができる。実施形態によると、複数のより小さな冗長レギュレータ相を使用する電圧レギュレータのコストは、それぞれがより大きな電流出力を有する、より少ない、より大きなレギュレータ相を使用するレギュレータのコストよりも大幅に低くなる可能性がある。 By using a phase redundant voltage regulator with phases that are activated alternately in time, the output voltage ripple may be reduced and the transient response to fluctuations in the current load imposed on each phase may be improved. Multiple redundant regulator phases can be particularly helpful in managing the cost of the entire voltage regulator system. According to embodiments, the cost of a voltage regulator using multiple smaller redundant regulator phases can be significantly lower than the cost of a regulator using a smaller, larger regulator phase, each with a larger current output. There is sex.

特定のタイプの電子システムは、相冗長電圧レギュレータを使用して、特定のサブシステムおよび電子部品に電力を供給することができる。例えば、コンピュータ・システムは、それぞれが80Aで1.0Vの指定された電源電圧要件を有する5つのCPUを有することがあり、したがって、合計で、400Aで1.0Vの総電力供給要件が生成される。この電力要件は、例えば、それぞれが50Aの公称電流出力容量を有する8つの相冗長電圧レギュレータによって供給することができる。同様に、電子システムは、CPUまたは別のタイプのデバイスに別の電圧要件を供給するために、それぞれが50Aの公称電流出力容量を有する4つの相冗長電圧レギュレータによって供給することができる200Aで1.25Vの別の電源電圧要件を有する場合がある。 Certain types of electronic systems can use phase redundant voltage regulators to power specific subsystems and electronic components. For example, a computer system may have five CPUs, each with a specified supply voltage requirement of 1.0V at 80A, thus generating a total power supply requirement of 1.0V at 400A in total. To. This power requirement can be supplied, for example, by eight phase redundant voltage regulators, each with a nominal current output capacity of 50 A. Similarly, an electronic system can be supplied by a four-phase redundant voltage regulator, each with a nominal current output capacity of 50A, to supply different voltage requirements to the CPU or another type of device at 200A. May have different supply voltage requirements of .25V.

1つまたは複数の電圧レギュレータが故障した場合に、システムの信頼性の高い動作を保証するために、追加の冗長電圧レギュレータ相を個々の電圧ドメインまたは出力レベルごとに追加することができる。本例に従うと、設計者は、4つの追加の冗長電圧レギュレータを1.0V電源回路に組み込み、2つの追加の冗長電圧レギュレータを1.25V電源回路に組み込み、上述の12個の電圧レギュレータに加えて合計6つの追加の冗長電圧レギュレータを組み込むことができる。 Additional redundant voltage regulator phases can be added for each voltage domain or output level to ensure reliable operation of the system in the event of one or more voltage regulator failures. Following this example, the designer would install four additional redundant voltage regulators in the 1.0V power supply circuit, two additional redundant voltage regulators in the 1.25V power supply circuit, and in addition to the twelve voltage regulators described above. A total of six additional redundant voltage regulators can be incorporated.

しかしながら、各電圧レベルに冗長電圧レギュレータを追加する方法は、特に効率または費用対効果が高くない場合がある。この方法を使用することにより、過剰で不要なコスト、消費電力、システムのスペース/面積、および設計の複雑さが生じる可能性がある。より効率的な電圧レギュレータの設計方法、すなわち、使用する構成要素の数、コスト、消費電力、システム面積、および設計の複雑さを軽減するものが望ましい。 However, the method of adding a redundant voltage regulator at each voltage level may not be particularly efficient or cost effective. Using this method can result in excessive and unnecessary costs, power consumption, system space / area, and design complexity. A more efficient method of designing a voltage regulator, i.e., reducing the number of components used, cost, power consumption, system area, and design complexity is desirable.

実施形態によると、冗長電圧レギュレータを電圧レギュレータ設計に追加し、「必要に応じて」様々な電圧ドメイン間で割り当てまたは共有することができる。本例では、1つまたは複数の冗長電圧レギュレータを、1.0Vまたは1.25Vの電源回路のいずれかに利用可能にすることができ、1つまたは複数のレギュレータの故障を被った電源回路に動的に電気的に接続することができる。制御ロジックは、電圧レギュレータの故障について電圧源回路を監視することができ、すべての電圧レベル/ドメインで、堅牢で中断のない電力供給を実現するために、必要に応じて予備電圧レギュレータ相の再割り当てを指示することができる。本例では、3つの追加の冗長電圧レギュレータを使用して1.0Vまたは1.25Vの電源回路の両方の冗長性のニーズを満たすことができるため、電圧レギュレータ設計のコスト、面積、構成要素の数、および設計の複雑さが大幅に低減される。しかしながら、上で提供された電圧および電流の例は、限定的に解釈されるべきではなく、単に本開示の実施形態の説明および明確化の目的のために提供されている。 According to embodiments, redundant voltage regulators can be added to the voltage regulator design and assigned or shared "as needed" between various voltage domains. In this example, one or more redundant voltage regulators can be made available for either 1.0V or 1.25V power circuits, for power circuits that have suffered one or more regulator failures. It can be dynamically and electrically connected. The control logic can monitor the voltage source circuit for voltage regulator failure and re-reserve voltage regulator phase as needed to provide robust and uninterrupted power supply at all voltage levels / domains. You can instruct the assignment. In this example, three additional redundant voltage regulators can be used to meet the redundancy needs of both 1.0V or 1.25V power circuits, thus reducing the cost, area, and components of the voltage regulator design. The number and design complexity are greatly reduced. However, the voltage and current examples provided above should not be construed as limiting, but are provided solely for the purpose of illustration and clarification of embodiments of the present disclosure.

本明細書の図は、本開示の実施形態を実施するために使用される特定の例示的な回路、機能、電気的相互接続、および構成要素の相互作用を示す。これらは、例として提供されており、限定的なものとして解釈されるべきではない。実施形態は、本開示の思想および範囲内で、本明細書に記載または図示されていない回路、機能、電気的相互作用、および構成要素の相互作用を含むこともできる。 The figures herein show the interactions of certain exemplary circuits, functions, electrical interconnections, and components used to implement the embodiments of the present disclosure. These are provided as examples and should not be construed as limiting. Embodiments may also include, within the ideas and scope of the present disclosure, circuits, functions, electrical interactions, and component interactions not described or illustrated herein.

説明および議論を容易にするために、本明細書では、限られた数のレギュレータ相、レギュレータ相グループ、および予備レギュレータ相が示され、論じられる。例えば、それぞれが、2つの予備レギュレータ相と共に3つのレギュレータ相を含む2つのレギュレータ相グループを使用して、本開示の実施形態を説明することができる。しかしながら、これは限定的なものとして解釈されるべきではなく、実施形態内では、任意の他の数のレギュレータ相、レギュレータ相グループ、および予備レギュレータ相を使用することができる。実施形態および設計慣行によると、電子システム内の電圧ドメインの電流要件を満たすために使用されるレギュレータ相の数「N」は、1または2などの比較的小さい数とすることができ、または20以上などのはるかに大きい数とすることができる。電子システム内で任意の数のレギュレータ相グループを使用して、特定の固有の電圧ドメインのニーズを満たすことができる。予備レギュレータ相の数は、レギュレータ相の予想平均故障率、ならびに他の設計基準に基づいて、電力システムの設計者によって選択することができる。 For ease of explanation and discussion, a limited number of regulator phases, regulator phase groups, and spare regulator phases are shown and discussed herein. For example, two regulator phase groups, each comprising three regulator phases with two spare regulator phases, can be used to illustrate embodiments of the present disclosure. However, this should not be construed as limiting, and within embodiments, any other number of regulator phases, regulator phase groups, and spare regulator phases can be used. According to embodiments and design practices, the number of regulator phases "N" used to meet the current requirements of the voltage domain in the electronic system can be a relatively small number, such as 1 or 2, or 20. It can be a much larger number such as the above. Any number of regulator phase groups within an electronic system can be used to meet the needs of a particular unique voltage domain. The number of spare regulator phases can be selected by the power system designer based on the expected average failure rate of the regulator phase, as well as other design criteria.

本開示の実施形態は、調節された電圧レベルを提供するために共有冗長レギュレータ相を使用しない電圧レギュレータと比較して、電圧レギュレータのパッケージ・サイズおよびコストを低減するのに役立つことができる。本開示の実施形態に従って構成された電子システムは、信頼性を高め、含まれる電圧レギュレータのコスト、複雑さ、部品数、および実装面積を低減することができる。 The embodiments of the present disclosure can help reduce the package size and cost of a voltage regulator as compared to a voltage regulator that does not use a shared redundant regulator phase to provide a regulated voltage level. Electronic systems configured according to embodiments of the present disclosure can be made more reliable and can reduce the cost, complexity, number of components, and mounting area of the included voltage regulator.

特定の実施形態に従って設計された、共有冗長レギュレータ相を有する相冗長電圧レギュレータ装置は、既存の実績のある電子システムと互換性を有することができ、電子システムに電力供給する電圧源に、共有冗長レギュレータ相を追加するための有用で費用対効果の高い仕方となる可能性がある。本開示の実施形態に従って構築された相冗長電圧レギュレータ装置は、既存の電子システム内に設置することができる。 A phase redundant voltage regulator device with a shared redundant regulator phase, designed according to a particular embodiment, can be compatible with existing proven electronic systems and is shared redundant to the voltage source that powers the electronic system. It can be a useful and cost-effective way to add a regulator phase. The phase redundant voltage regulator device constructed according to the embodiments of the present disclosure can be installed in an existing electronic system.

本開示の実施形態は、既存の実績のあるICおよびプリント回路板(PCB)製造技術および材料セット、電子設計方法、設計ツール、ならびに製造プロセスを使用することによって、電子システム内で使用するための共有冗長レギュレータ相を有する相冗長電圧レギュレータを実装するのに役立つことができる。 The embodiments of the present disclosure are for use within an electronic system by using existing proven IC and printed circuit board (PCB) manufacturing techniques and material sets, electronic design methods, design tools, and manufacturing processes. It can be useful to implement a phase redundant voltage regulator with a shared redundant regulator phase.

図1は、複数の冗長電圧レギュレータ相126A、126B、および126Cを含む相冗長電圧レギュレータ装置100を示すブロック図である。複数の冗長レギュレータ相126A、126B、および126Cは、共通レギュレータ入力VINと共通レギュレータ出力VOUTとの間に電気的に並列に接続され、各レギュレータ相は、VIN入力136で入力電圧を受け取り、VOUT出力148に出力電圧を提供する。 FIG. 1 is a block diagram showing a phase redundant voltage regulator device 100 including a plurality of redundant voltage regulator phases 126A, 126B, and 126C. Multiple redundant regulator phases 126A, 126B, and 126C are electrically connected in parallel between the common regulator input V IN and the common regulator output V OUT , and each regulator phase receives an input voltage at V IN input 136. , V OUT Output 148 to provide an output voltage.

「N+1」または「N+2」個の電圧レギュレータ相を電気的に並列に接続することができ、ここで、「N」は指定された電流を供給するために必要な最小の相数を表し、追加の1つまたは2つの相は、1つまたは2つの故障した電圧レギュレータ相を置き換えるのに役立つことができる。1つまたは複数の冗長相の故障または「障害」が発生した場合、残りのアクティブな相間で電流負荷を共有し、したがって中断のない電力供給を確保するために、障害のある冗長相を無効にすることができる。冗長相は、「マスクされた冗長性」を実施するために使用することもでき、これは、ある相が故障した場合、その障害がシステム制御機能108に報告されないことを意味する。その場合、冗長相を、冗長相として使用する代わりに、信頼性の高いレギュレータを生成するために使用することができる。このレギュレータ相の交換は、MPC122によって制御することができる。 "N + 1" or "N + 2" voltage regulator phases can be electrically connected in parallel, where "N" represents the minimum number of phases required to supply the specified current and is added. One or two phases of can help replace one or two failed voltage regulator phases. In the event of one or more redundant phase failures or "failures", disable the failed redundant phase to share the current load between the remaining active phases and thus ensure uninterrupted power supply. can do. Redundant phases can also be used to perform "masked redundancy", which means that if a phase fails, the failure is not reported to system control function 108. In that case, the redundant phase can be used to generate a reliable regulator instead of using it as the redundant phase. This regulator phase exchange can be controlled by the MPC 122.

レギュレータ相126A、126B、および126Cのそれぞれは、降圧レギュレータ116、入力保護デバイス114、論理和デバイス118、および相冗長コントローラ106を含む。相冗長コントローラ106は、入力保護デバイス114と共に、故障した降圧レギュレータ116の入力を装置100の他の相から絶縁するのに役立つことができる。相冗長コントローラ106は、レギュレータ相、例えば126Aの入力電流および出力電流、ならびに出力電圧を監視することができ、例えば、相内の異常な電流または電圧に応答して、入力保護デバイス114を制御することができる。このような異常な電流または電圧は、降圧レギュレータ116内のコンデンサまたはFETなどの構成要素の故障、例えば、短絡から生じる可能性がある。 Each of the regulator phases 126A, 126B, and 126C includes a step-down regulator 116, an input protection device 114, an OR device 118, and a phase redundant controller 106. The phase redundancy controller 106, along with the input protection device 114, can help isolate the input of the failed step-down regulator 116 from the other phases of the device 100. The phase redundancy controller 106 can monitor the input and output currents of the regulator phase, eg 126A, as well as the output voltage, eg, controlling the input protection device 114 in response to anomalous currents or voltages in the phase. be able to. Such anomalous currents or voltages can result from failure of components such as capacitors or FETs in the buck regulator 116, such as short circuits.

入力保護デバイス114は、それぞれのレギュレータ相、例えば、レギュレータ相1の126Aに入力過電流保護および出力過電圧保護を提供するために使用することができる。入力保護デバイス114は、相冗長コントローラ106によって生成された信号に応答して共通レギュレータ入力VINを降圧レギュレータ116から電気的に絶縁、すなわち切断することによって、レギュレータ相1の126Aを保護することができる。レギュレータ相126A、126B、および126Cのそれぞれはまた、レギュレータ相のVOUT出力148への逆電流の流れを制限または防止するために使用することができる論理和デバイス118を含む。このような逆電流は、レギュレータ相内のFETまたはコンデンサの短絡または故障から生じる可能性がある。 The input protection device 114 can be used to provide input overcurrent protection and output overvoltage protection for each regulator phase, eg, 126A of regulator phase 1. The input protection device 114 protects 126A of regulator phase 1 by electrically insulating, i.e. disconnecting , the common regulator input VIN from the step-down regulator 116 in response to the signal generated by the phase redundancy controller 106. Can be done. Each of the regulator phases 126A, 126B, and 126C also includes an OR device 118 that can be used to limit or prevent the flow of reverse current to the VOUT output 148 of the regulator phase. Such reverse current can result from a short circuit or failure of the FET or capacitor in the regulator phase.

MPC122は、検出された電流出力102および制御信号124を介して、レギュレータ相126A、126B、および126Cのそれぞれに電気的に結合されている。MPC122のマスタ・コントローラ112は、制御信号124を生成して、レギュレータ相126A、126B、および126Cのそれぞれを所定の期間にわたって、周期的にかつ順次アクティブ化する。一部の用途では、このアクティブ化を使用して、例えば、相間の制御された電流共有を生成することができる。MPC122は、冗長性を可能にするために設けられた1つまたは複数の相を有するレギュレータ相のうちの1つまたは複数の故障もしくは障害に続いて、アクティブなレギュレータ相間の電流共有を維持するために使用することができる。電流共有は、相のいずれも以前に故障していない場合は、複数のアクティブなレギュレータ相間で実施することもできる。 The MPC 122 is electrically coupled to each of the regulator phases 126A, 126B, and 126C via the detected current output 102 and control signal 124. The master controller 112 of the MPC 122 generates a control signal 124 to activate each of the regulator phases 126A, 126B, and 126C periodically and sequentially over a predetermined period of time. In some applications, this activation can be used, for example, to generate controlled current sharing between phases. The MPC 122 maintains current sharing between active regulator phases following a failure or failure of one or more of the regulator phases having one or more phases provided to allow redundancy. Can be used for. Current sharing can also be performed between multiple active regulator phases if none of the phases have previously failed.

MPC122の冗長障害報告回路104は、それぞれのレギュレータ相からの検出された電流出力102A、102B、および102Cに提示された複数の検出された電流信号に基づいて、相の障害/故障を収集および報告することができる。検出された電流信号は、1つまたは複数の特定のレギュレータ相の故障を示すために使用され、解釈され得る。一部の用途では、MPC122は、それぞれのVOUT出力148を互いに相がずれるように互い違いにすることによって、冗長レギュレータ相からのリップルおよび過渡応答時間を低減することができる。MPC122はまた、フィードバック入力101で受信される、共通レギュレータ出力VOUTからのフィードバック出力電圧に応答して制御信号124を調整するように構成されている。 The redundant failure reporting circuit 104 of the MPC 122 collects and reports phase failures / failures based on the plurality of detected current signals presented to the detected current outputs 102A, 102B, and 102C from their respective regulator phases. can do. The detected current signal can be used and interpreted to indicate a failure of one or more specific regulator phases. In some applications, the MPC 122 can reduce ripple and transient response times from the redundant regulator phase by staggering the respective V OUT outputs 148 so that they are out of phase with each other. The MPC 122 is also configured to adjust the control signal 124 in response to the feedback output voltage from the common regulator output V OUT received at the feedback input 101.

シリアル制御バス120は、MPC122のレギュレータ・シリアル・インターフェース110をシステム制御機能108に相互接続するために使用することができる。レギュレータ・シリアル・インターフェース110は、制御および監視信号をシステム制御機能108に送受信することができ、システム制御機能108は、電子システム内の1つまたは複数の相冗長レギュレータ装置100を制御することができる。アプリケーションでは、システム制御機能108は、システムのハードウェア機能の様々な態様を監視および制御するために、コンピュータまたはサーバなどの電子システムで使用することができるハードウェア・ユニットまたはソフトウェア・ユニットあるいはその両方を表すことができる。システム制御機能108は、例えば、電源および電圧レギュレータ機能、システム・クロック周波数、冷却などの機能を監視および制御するために電子システム内で使用することができる。 The serial control bus 120 can be used to interconnect the regulator serial interface 110 of the MPC 122 to the system control function 108. The regulator serial interface 110 can send and receive control and monitoring signals to and from the system control function 108, which can control one or more phase redundant regulator devices 100 in the electronic system. .. In an application, the system control function 108 is a hardware unit 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 system's hardware functions. Can be represented. The system control function 108 can be used within an electronic system, for example, to monitor and control functions such as power supply and voltage regulator functions, system clock frequency, cooling, and the like.

一部の用途では、シリアル制御バス120は、例えば、シリアル周辺インターフェース(SPI)バス、電力管理バス(PMBus)、または集積回路間(IC)インターフェースとすることができる。シリアル制御バス120は、例えば、どのレギュレータ相に故障または障害が発生したかを示す監視データをシステム制御機能108に送信するために使用することができ、システム制御機能108からコマンドおよびコントロールを受信することもできる。 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 integrated circuit-to-integrated circuit (I 2C ) interface. The serial control bus 120 can be used, for example, to send monitoring data indicating which regulator phase has failed or failed to the system control function 108 and receive commands and controls from the system control function 108. You can also do it.

図2は、図と一致する実施形態による、電圧レギュレータ相126を示す図と、予備電圧レギュレータ相227を示す図と、を含む2つのブロック図を含む。図2に示されている様々な回路、機能、および機能ブロックは、図1に示され、図1を参照して説明されたものと概ね一致している。図2は、これらの機能の、拡張された、より詳細な描写を提供するのに、ならびに予備電圧レギュレータ相227を形成するために、レギュレータ相、例えば図1の126Aにスイッチ・デバイス217および219、ならびに論理和デバイス118および118Aの追加を描写するのに役立つことができる。図の126は、単一のレギュレータ相、例えば、図1のレギュレータ相1である126Aに対応していることを理解することができる。複数のスイッチ・デバイス217および219、ならびに論理和デバイス118および118Aの追加は、降圧レギュレータ116のレギュレータ出力242を2つ以上の出力、例えば、予備電圧レギュレータ相227の一次出力204および二次出力206に選択的に電気的に接続することを可能にするのに特に役立つことができる。 FIG. 2 includes two block diagrams, including a diagram showing a voltage regulator phase 126 and a diagram showing a standby voltage regulator phase 227, according to an embodiment consistent with the figure. The various circuits, functions, and functional blocks shown in FIG. 2 are generally consistent with those shown in FIG. 1 and described with reference to FIG. FIG. 2 shows the switch devices 217 and 219 on a regulator phase, eg 126A of FIG. 1, to provide an expanded and more detailed depiction of these functions and to form a standby voltage regulator phase 227. , As well as the addition of the OR devices 118 and 118A can be useful. It can be seen that 126 in FIG. corresponds to a single regulator phase, eg, 126A, regulator phase 1 in FIG. The addition of multiple switch devices 217 and 219, as well as the OR devices 118 and 118A, causes the regulator output 242 of the step-down regulator 116 to have two or more outputs, such as the primary and secondary outputs 204 and 206 of the standby voltage regulator phase 227. Can be especially helpful in allowing you to selectively electrically connect to.

電圧レギュレータ相126は、レギュレータ入力240で入力電圧を受け取り、出力電圧をレギュレータ出力242に駆動することができる降圧レギュレータ116を含む。ドライバM1は、制御入力250で受信された制御信号、例えば、図1の124に応答して、降圧レギュレータ116内のFETを有効および無効にするように構成されている。実施形態によると、制御信号124は、0Vおよび3.3Vの、論理「0」レベルおよび論理「1」レベルをそれぞれ有するデジタル信号とすることができる。一部の実施形態では、他の電圧レベルを使用することができる。 The voltage regulator phase 126 includes a step-down regulator 116 capable of receiving an input voltage at the regulator input 240 and driving the output voltage to the regulator output 242. The driver M1 is configured to enable and disable the FET in the buck regulator 116 in response to a control signal received at the control input 250, eg 124 in FIG. According to the embodiment, the control signal 124 can be a digital signal having a logic "0" level and a logic "1" level, respectively, of 0V and 3.3V. In some embodiments, other voltage levels can be used.

電圧レギュレータ相126はまた、入力保護デバイス114、論理和デバイス118、および相冗長コントローラ106を含む。相冗長コントローラ106は、電流検出回路234、出力過電圧保護回路232、および入力過電流保護回路230を含む。入力過電流保護回路230は、VIN入力136で受信される電流を監視するように電気的に接続および構成され、一方、出力過電圧保護回路232は、レギュレータ出力242の出力電圧を監視することができる。ラッチ228は、出力過電圧保護回路232に電気的に接続された入力過電流保護回路230の一部である。電流検出回路234は、レギュレータ出力242の出力電流を監視するために使用することができる。 The voltage regulator phase 126 also includes an input protection device 114, an OR device 118, and a phase redundancy controller 106. The phase redundancy controller 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 may be electrically connected and configured to monitor the current received at the VIN input 136, while the output overvoltage protection circuit 232 may monitor the output voltage of the regulator output 242. can. The latch 228 is part of an input overcurrent protection circuit 230 electrically connected to the output overvoltage protection circuit 232. The current detection circuit 234 can be used to monitor the output current of the regulator output 242.

相冗長コントローラ106は、電圧レギュレータ相126の入力電流および出力電流ならびに出力電圧を監視するのに役立つことができ、これに応じて、電圧レギュレータ相126の入力過電流保護および出力過電圧保護を提供するために使用することができる入力保護デバイス114を制御することができる。 The phase redundancy controller 106 can help monitor the input and output currents as well as the output voltage of the voltage regulator phase 126, thereby providing input overcurrent protection and output overvoltage protection for the voltage regulator phase 126. It is possible to control the input protection device 114 that can be used for.

相冗長コントローラ106は、入力過電流保護回路230のラッチ228のQ出力をアサートすることによって入力保護デバイス114を制御することができる。ラッチ228のQ出力は、入力保護FET238のゲート入力Gの入力を制御するために使用される。入力保護FET238は、VIN入力136に結合されたドレイン入力Dと、レギュレータ入力240に結合されたソース入力Sと、を有する。入力保護FET238のゲート入力Gに印加される制御信号は、入力保護FET238をアクティブまたは非アクティブにすることができ、これにより、VIN入力136と降圧レギュレータ116のレギュレータ入力240をそれぞれ電気的に接続または切断する。相冗長コントローラ106による入力保護デバイス114の制御は、降圧レギュレータ116に障害または故障が発生したときに、レギュレータ入力240を電圧レギュレータ装置内の他の相から電気的に絶縁することによって、電圧レギュレータ相126に入力過電流保護および出力過電圧保護を提供するのに役立つことができる。 The phase redundancy controller 106 can control the input protection device 114 by asserting the Q output of the latch 228 of the input overcurrent protection circuit 230. The Q output of the latch 228 is used to control the input of the gate input G of the input protection FET 238. The input protection FET 238 has a drain input D coupled to the VIN input 136 and a source input S coupled to the regulator input 240. A control signal applied to the gate input G of the input protection FET 238 can activate or deactivate the input protection FET 238, thereby electrically connecting the VIN input 136 and the regulator input 240 of the step-down regulator 116, respectively. Or disconnect. The control of the input protection device 114 by the phase redundancy controller 106 is the voltage regulator phase by electrically insulating the regulator input 240 from the other phases in the voltage regulator device in the event of a failure or failure of the buck regulator 116. The 126 can be useful in providing input overcurrent protection and output overvoltage protection.

一部の用途では、電流検出回路234は、検出された電流出力202に、電圧レギュレータ相126のVOUT出力148から流出する検出された電流のレベルを比例的に表す0V~3.3Vのアナログ電圧レベルを有する信号を提供することができる。一部の用途では、他のアナログ電圧のレベル/範囲が使用されてもよい。実施形態では、検出された電流信号は、特定のレギュレータ相の故障を示すのに役立つことができる。 In some applications, the current detection circuit 234 is an analog from 0V to 3.3V that proportionally represents the level of the detected current flowing out of the V OUT output 148 of the voltage regulator phase 126 to the detected current output 202. A signal having a voltage level can be provided. Other analog voltage levels / ranges may be used in some applications. In embodiments, the detected current signal can serve to indicate a failure of a particular regulator phase.

論理和デバイス118は、電圧レギュレータ相126のVOUT出力148への逆電流の流れを制限または防止するために使用することができ、したがって、レギュレータ出力242への逆電流の流れも調節することができる。このような逆電流の流れは、降圧レギュレータ116内のFETまたはコンデンサの短絡または故障から生じる可能性がある。コンパレータ246は、出力論理和FET244のソース端子Sおよびドレイン端子Dに電気的に接続された入力を有する。コンパレータ246の出力は、出力論理和FET244のゲート端子Gに電気的に接続されている。コンパレータ246は、出力論理和FET244と共に、レギュレータ出力242の電圧よりも大きいVOUT出力148の電圧に応答して、レギュレータ出力242への電流の流れを制限するように構成および接続されている。VOUT出力148の電圧がレギュレータ出力242の電圧よりも大きく、逆電流の流れを示す場合、コンパレータ246は、出力論理和FET244のゲートGに低電圧を出力し、したがって、出力論理和FET244を無効にし、さらなる逆電流の流れを防止する。 The OR device 118 can be used to limit or prevent the flow of reverse current to the V OUT output 148 of the voltage regulator phase 126, and thus can also regulate the flow of reverse current to the regulator output 242. can. Such reverse current flow can result from a short circuit or failure of the FET or capacitor in the buck regulator 116. The comparator 246 has an input electrically connected to the source terminal S and the drain terminal D of the output logical sum FET 244. The output of the comparator 246 is electrically connected to the gate terminal G of the output logical sum FET 244. The comparator 246, together with the output OR FET 244, is configured and connected to limit the flow of current to the regulator output 242 in response to a voltage at the V OUT output 148 that is greater than the voltage at the regulator output 242. If the voltage of the V OUT output 148 is greater than the voltage of the regulator output 242 and exhibits a reverse current flow, the comparator 246 outputs a low voltage to the gate G of the output OR FET 244 and therefore invalidates the output OR FET 244. And prevent further reverse current flow.

予備電圧レギュレータ相227の相冗長コントローラ106、入力保護デバイス114、および降圧レギュレータ116は、電気的相互接続および機能に関して、電圧レギュレータ相126と概ね一致している。予備電圧レギュレータ相227はまた、出力スイッチング・デバイス217および219を含み、これらは、説明および議論を容易にするために、意味を失うことなく、本明細書では「FET217」および「FET219」として示され、参照される。実施形態では、スイッチ・デバイス217および219はまた、それぞれ、NFET、PFET、NPNトランジスタ、PNPトランジスタ、または他の適切なタイプのトランジスタもしくは半導体デバイスとすることができる。 The phase redundancy controller 106, input protection device 114, and buck regulator 116 of the standby voltage regulator phase 227 are generally consistent with the voltage regulator phase 126 in terms of electrical interconnection and function. The standby voltage regulator phase 227 also includes output switching devices 217 and 219, which are referred to herein as "FET 217" and "FET 219" without loss of meaning for ease of description and discussion. And referenced. In embodiments, the switch devices 217 and 219 can also be NFETs, PFETs, NPN transistors, PNP transistors, or other suitable types of transistors or semiconductor devices, respectively.

FET217およびFET219は、それぞれ、イネーブル入力216およびイネーブル入力218にそれぞれ電気的に接続されたゲート入力Gを有する。これらの相互接続により、相冗長コントローラ106のそれぞれのイネーブル入力216および218で受信された相イネーブル信号に応答して、FET217およびFET219をアクティブ化すること、すなわち、ドレインD端子とソースS端子との間の導電性経路を有効にすることができる。このアクティブ化を使用して、降圧レギュレータ116のレギュレータ出力242を、論理和デバイス118および二次論理和デバイス118Aをそれぞれ介して、一次出力204または二次出力206のいずれかに電気的に接続することができる。実施形態では、一次出力204および二次出力206は、相グループの共通レギュレータ出力に電気的に接続することができる(図3参照)。 The FET 217 and the FET 219 each have a gate input G electrically connected to the enable input 216 and the enable input 218, respectively. These interconnects activate the FETs 217 and 219 in response to the phase enable signals received at the enable inputs 216 and 218 of the phase redundancy controller 106, respectively, that is, the drain D and source S terminals. The conductive path between them can be enabled. Using this activation, the regulator output 242 of the buck regulator 116 is electrically connected to either the primary output 204 or the secondary output 206 via the OR device 118 and the secondary OR device 118A, respectively. be able to. In the embodiment, the primary output 204 and the secondary output 206 can be electrically connected to the common regulator output of the phase group (see FIG. 3).

予備電圧レギュレータ相227の論理和デバイス118ならびに二次論理和デバイス118Aの電気的構成および機能は、電圧レギュレータ相126の論理和デバイス118の構成および機能と一致している。電圧レギュレータ相126の論理和デバイス118と同様に、予備電圧レギュレータ相227の論理和デバイス118および二次論理和デバイス118Aは、予備電圧レギュレータ相227の一次出力204および二次出力206それぞれへの逆電流の流れを制限または防止するために使用することができ、したがって、レギュレータ出力242への逆電流の流れも調節することができる。 The electrical configuration and function of the OR device 118 and the secondary OR device 118A of the standby voltage regulator phase 227 are consistent with the configuration and function of the OR device 118 of the voltage regulator phase 126. Similar to the OR device 118 of the voltage regulator phase 126, the OR device 118 and the secondary OR device 118A of the standby voltage regulator phase 227 are reverse to the primary output 204 and the secondary output 206 of the standby voltage regulator phase 227, respectively. It can be used to limit or prevent the flow of current, and thus the flow of reverse current to the regulator output 242 can also be regulated.

図3は、図と概ね一致する実施形態による、共有冗長予備を有する相冗長電圧レギュレータ装置300を示すブロック図である。図3は、相グループ374および376に電気的に割り当て可能な予備電圧レギュレータ相227Aおよび227Bを含む、図1および図2と一致する相冗長電圧レギュレータ装置を示すのに特に役立つ。 FIG. 3 is a block diagram showing a phase redundant voltage regulator device 300 having a shared redundant spare according to an embodiment that is substantially the same as the figure. FIG. 3 is particularly useful to show a phase redundant voltage regulator device consistent with FIGS. 1 and 2, including standby voltage regulator phases 227A and 227B that can be electrically assigned to phase groups 374 and 376.

図3に示す実施形態の多くの態様は、図1および図2に示され、関連付けられた本文に記載されたものと特に一致しており、本明細書ではこれ以上説明しない。これらの態様は、回路、論理および制御機能、機能間の相互作用、電気的相互接続、信号の使用法、ならびに信号の電圧範囲を含む。 Many aspects of the embodiments shown in FIG. 3 are particularly consistent with those shown in FIGS. 1 and 2 and described in the associated text and are not described further herein. These aspects include circuits, logic and control functions, functional interactions, electrical interconnections, signal usage, and signal voltage ranges.

制御ロジック366、MPC122、電圧レギュレータ相、例えば126A、および予備電圧レギュレータ相、例えば227Aを含む相冗長電圧レギュレータ装置300の各要素は、電気的に相互接続され、それによって、様々なタイプの信号の使用を介して通信する。これらのタイプには、相障害信号、相イネーブル信号、ISHARE相制御信号、およびPWM相制御信号が含まれる。これらの信号タイプは、制御ロジック366によるレギュレータ相の機能および障害の監視と、レギュレータ相の制御および再割り当てとの両方を可能にするのに役立つことができる。 Each element of the phase redundant voltage regulator device 300, including the control logic 366, MPC 122, voltage regulator phase, eg 126A, and standby voltage regulator phase, eg 227A, is electrically interconnected, thereby representing various types of signals. Communicate through use. These types include phase fault signals, phase enable signals, ISHARE phase control signals, and PWM phase control signals. These signal types can help enable control logic 366 to both monitor the function and failure of the regulator phase and control and reassign the regulator phase.

相障害信号は、実施形態では、電圧レギュレータ装置300内の特定のレギュレータ相の障害または故障を示すために使用される。相障害信号は、電圧レギュレータ相、例えば126Aの個々の相冗長コントローラ(PRC)106から受信した検出された電流出力102に応答して、冗長障害報告回路104によって生成することができる。例えば、冗長障害報告回路104によって受信された検出された電流出力102が、他の検出された電流出力102よりも著しく高いか、または低い場合、結果として、冗長障害報告回路104は、対応する相のそれぞれの相障害信号を生成することができる。相障害信号は、予備レギュレータ相、例えば227Aおよび227BのPRC106によって直接生成することもできる。 The phase failure signal is, in the embodiment, used to indicate a failure or failure of a particular regulator phase within the voltage regulator device 300. The phase fault signal can be generated by the redundancy fault reporting circuit 104 in response to the detected current output 102 received from the voltage regulator phase, eg, the individual phase redundancy controller (PRC) 106 of the 126A. For example, if the detected current output 102 received by the redundant fault reporting circuit 104 is significantly higher or lower than the other detected current outputs 102, then the redundant fault reporting circuit 104 will result in a corresponding phase. Each phase failure signal can be generated. The phase fault signal can also be generated directly by the PRC106 of the spare regulator phase, eg 227A and 227B.

相障害信号には、信号302AのV障害、信号302BのV障害、VN-1障害信号308A、VN-2障害信号310A、VN-1障害信号308B、VN-2障害信号310B、S1障害信号312A、およびS2障害信号312Bが含まれる。 The phase failure signals include V 1 failure of signal 302A, V 2 failure of signal 302B, V 1 N-1 failure signal 308A, V 1 N-2 failure signal 310A, V 2 N-1 failure signal 308B, V 2 N. -2 The fault signal 310B, the S1 fault signal 312A, and the S2 fault signal 312B are included.

上記のような相障害信号の命名規則は、関連付けられた共通レギュレータ出力電圧、例えば「V」または「V」、予備レギュレータ相227Aおよび227Bにそれぞれ対応する予備レギュレータ・インジケータ、例えば「S1」または「S2」、および障害「レベル」インジケータ、例えば「N-1」または「N-2」を含む。「N-1」の障害レベル・インジケータは、障害信号が「単一障害」タイプであること、すなわち、障害信号の発生元である特定の相グループには、その相グループ内の電圧レギュレータの中で、報告された障害が1つだけあることを示す。同様に、「N-2」の障害レベル・インジケータは、障害信号が「二重障害」タイプであること、すなわち、障害信号の発生元の特定の相グループには、その相グループ内の電圧レギュレータの中で、報告された障害が2つあることを示す。「予備障害」信号、例えば、S1障害信号312Aは、予備レギュレータ相、例えば、227Aの故障を示すために使用することができる。様々な相障害信号は、1つまたは複数の相故障の場合に継続的で堅牢な電圧レギュレータ性能を提供するために予備相をどのように再割り当てするかを決定する際に制御ロジック366によって使用することができる障害の表示を提供するのに役立つことができる。 The naming convention for phase fault signals as described above is such as a spare regulator indicator corresponding to the associated common regulator output voltage, eg, "V 1 " or "V 2 ", spare regulator phases 227A and 227B, respectively, eg "S1". Or "S2" and include a fault "level" indicator, such as "N-1" or "N-2". The "N-1" fault level indicator indicates that the fault signal is of the "single fault" type, that is, for a particular phase group from which the fault signal is generated, in a voltage regulator within that phase group. Shows that there is only one reported failure. Similarly, the "N-2" fault level indicator indicates that the fault signal is of the "double fault" type, that is, for a particular phase group from which the fault signal originated, a voltage regulator within that phase group. Indicates that there are two reported failures. The "preliminary fault" signal, eg, the S1 fault signal 312A, can be used to indicate the fault of the spare regulator phase, eg, 227A. The various phase failure signals are used by the control logic 366 in determining how to reallocate the standby phase to provide continuous and robust voltage regulator performance in the event of one or more phase failures. Can help provide an indication of the obstacles that can be.

相イネーブル信号は、実施形態では、予備レギュレータ相、例えば227Aの出力をイネーブルにして、共通レギュレータ出力、例えば、Vに選択的に相互接続するために使用される。実施形態では、相イネーブル信号は、制御ロジック366によって生成される。相イネーブル信号には、S1イネーブルV信号316A、S1イネーブルV信号318A、S2イネーブルV信号316B、およびS2イネーブルV信号318Bが含まれる。上記のような相障害信号の命名規則は、関連付けられた共通レギュレータ出力電圧、例えば、「V」または「V」、および関連付けられた予備レギュレータ・インジケータ、例えば、「S1」または「S2」を含む。 The phase enable signal is, in the embodiment, used to enable the output of the spare regulator phase, eg 227A, to selectively interconnect to a common regulator output, eg V1. In embodiments, the phase enable signal is generated by control logic 366. Phase enable signals include S1 enable V1 signal 316A, S1 enable V2 signal 318A , S2 enable V1 signal 316B , and S2 enable V2 signal 318B . The naming convention for phase fault signals as described above is the associated common regulator output voltage, eg, "V 1 " or "V 2 ", and the associated spare regulator indicator, eg, "S1" or "S2". including.

PWM相制御信号は、少なくとも1つのレギュレータ相のデューティ・サイクルまたはアクティブ化時間を、一連の可変幅パルスの繰り返しによって表すデジタル信号である。PWM相制御信号は、例えば、相グループ、例えば374のMPC122によって、相グループ内の電圧レギュレータの相対的なアクティブ化時間の指標として生成することができる。相対的なデューティ・サイクルまたはアクティブ化時間は、電圧レギュレータの出力を変調して特定の動的電流負荷を供給するために、経時的に変化する場合がある。 The PWM phase control signal is a digital signal that represents the duty cycle or activation time of at least one regulator phase by repeating a series of variable width pulses. The PWM phase control signal can be generated, for example, by a phase group, eg, 374 MPC122, as an indicator of the relative activation time of the voltage regulator within the phase group. The relative duty cycle or activation time may change over time to modulate the output of the voltage regulator to provide a particular dynamic current load.

予備電圧レギュレータ相を相グループ内のアクティブな電圧レギュレータ相と同様に動作させるために、PWM相制御信号を受信および使用して、予備電圧レギュレータ相を変調することもできる。したがって、PWM相制御信号は、相イネーブル信号と共に、故障した電圧レギュレータ相をアクティブな予備電圧レギュレータ相と置き換えるのに特に役立つことができる。PWM相制御信号には、VPWMS1信号304A、VPWMS2信号306A、VPWMS1信号304B、VPWMS2信号306B、S1PWM信号314A、およびS2PWM信号314Bが含まれる。 A PWM phase control signal can also be received and used to modulate the standby voltage regulator phase in order for the reserve voltage regulator phase to operate like an active voltage regulator phase in a phase group. Therefore, the PWM phase control signal, along with the phase enable signal, can be particularly useful in replacing a failed voltage regulator phase with an active standby voltage regulator phase. The PWM phase control signal includes V 1 PWMS1 signal 304A, V1 PWMS2 signal 306A, V2 PWMS1 signal 304B, V2 PWMS2 signal 306B, S1 PWM signal 314A, and S2 PWM signal 314B.

実施形態では、ISHARE相制御信号は、アナログ電圧を介して、相グループ内の各レギュレータ相によって提供される電流量を表す信号である。実施形態では、電流「ISHARE」=ITOTAL/Nであり、ここで、=ITOTALは、相グループの総電流出力であり、「N」は、相グループの相の数である。一部の実施形態では、ISHARE信号は、それぞれ0V~3.3Vの範囲のアナログ電圧とすることができる。例として、0VのISHARE信号電圧は、0Aのレギュレータ相電流出力を表すことができ3.3VのISHARE信号電圧は、全定格、例えば最大のレギュレータ相出力電流を表すことができる。したがって、0V~3.3VのISHARE電圧は、0Aと全定格レギュレータ相出力電流との間で、それぞれのISHARE電圧に線形に比例するレギュレータ相出力電流を表すことができる。一部の実施形態では、他のスケーリング/制御スキームまたは電圧範囲あるいはその両方を使用することができる。 In embodiments, the ISHARE phase control signal is a signal that represents the amount of current provided by each regulator phase within the phase group via an analog voltage. In an embodiment, the current " ISHARE " = I TOTAL / N, where = I TOTAL is the total current output of the phase group and "N" is the number of phases in the phase group. In some embodiments, the ISHARE signals can be analog voltages in the range 0V to 3.3V, respectively. As an example, a 0V ISHARE signal voltage can represent a 0A regulator phase current output and a 3.3V ISHARE signal voltage can represent a total rating, eg, the maximum regulator phase output current. Therefore, the I SHARE voltage from 0V to 3.3V can represent the regulator phase output current linearly proportional to the respective I SHARE voltage between 0A and the total rated regulator phase output current. In some embodiments, other scaling / control schemes and / or voltage ranges may be used.

SHARE相制御信号は、例えば、相グループ内の各電圧レギュレータから要求される電流出力の指標として、相グループ、例えば374のMPC122によって生成することができる。ISHARE相制御信号は、電圧レギュレータの出力を変調して特定の動的電流負荷を供給するために、経時的に変化する場合がある。 The I SHARE phase control signal can be generated, for example, by the MPC 122 of the phase group, eg 374, as an indicator of the current output required by each voltage regulator in the phase group. The I SHARE phase control signal may change over time in order to modulate the output of the voltage regulator to provide a particular dynamic current load.

予備電圧レギュレータ相を相グループ内のアクティブな電圧レギュレータ相と同様に動作させるために、ISHARE相制御信号を受信および使用して、予備電圧レギュレータ相を変調するともできる。したがって、ISHARE相制御信号は、相イネーブル信号と共に、故障した電圧レギュレータ相をアクティブな予備電圧レギュレータ相と置き換えるのに特に役立つことができる。ISHARE相制御信号には、VSHARES1信号304A、VSHARES2信号306A、VSHARES1信号304B、VSHARES2信号306B、S1ISHARE信号314A、およびS2ISHARE信号314Bが含まれる。 To make the standby voltage regulator phase behave like an active voltage regulator phase in a phase group, the ISHARE phase control signal can also be received and used to modulate the standby voltage regulator phase. Therefore, the ISHARE phase control signal, along with the phase enable signal, can be particularly useful in replacing a failed voltage regulator phase with an active standby voltage regulator phase. The I SHARE phase control signals include V 1 I SHARE S1 signal 304A, V 1 I SHARE S2 signal 306A, V 2 I SHARE S1 signal 304B, V 2 I SHARE S2 signal 306B, S1 I SHARE signal 314A, and S2I SHARE signal 314. Is included.

実施形態によると、相障害信号、相イネーブル信号、ISHARE相制御信号およびPWM相制御信号はすべて、0Vおよび3.3Vの、論理「0」レベルおよび論理「1」レベルをそれぞれ有するデジタル信号とすることができる。一部の実施形態では、他の電圧レベルを使用することができる。図3は、上述した信号を矢印付き線として示しており、矢印の付いた信号線の端部が特定の信号の送信先を示し、反対側の端部が信号の送信元を示していることを理解することができる。 According to embodiments, the phase fault signal, phase enable signal, ISHARE phase control signal and PWM phase control signal are all digital signals having a logic "0" level and a logic "1" level of 0V and 3.3V, respectively. can do. In some embodiments, other voltage levels can be used. In FIG. 3, the above-mentioned signal is shown as a line with an arrow, the end of the signal line with an arrow indicates the destination of a specific signal, and the opposite end indicates the source of the signal. Can be understood.

相冗長電圧レギュレータ装置300は、それぞれが、複数の電圧レギュレータ相126A、126B、および126Cを含み、相互接続されたMPC122も含む、相グループ374ならびに376を含む。電圧レギュレータ装置300はまた、それぞれが、出力スイッチング・デバイス217および219と、論理和デバイス118および118Aと、を含む、予備レギュレータ相227Aならびに227Bを含む。不揮発性メモリ368およびレギュレータ・シリアル・インターフェース110を含む制御ロジック366は、電圧レギュレータ相、予備電圧レギュレータ相、およびMPCのそれぞれに電気的に接続されている。 The phase redundant voltage regulator device 300 includes phase groups 374 and 376, each comprising a plurality of voltage regulator phases 126A, 126B, and 126C, including an interconnected MPC 122. The voltage regulator device 300 also includes spare regulator phases 227A and 227B, each of which includes output switching devices 217 and 219 and OR devices 118 and 118A, respectively. The control logic 366, including the non-volatile memory 368 and the regulator serial interface 110, is electrically connected to each of the voltage regulator phase, the standby voltage regulator phase, and the MPC.

図1と一致して、各相グループ374および376は、複数の冗長電圧レギュレータ相126A、126B、および126Cを含み、これらの複数の冗長電圧レギュレータ相は、共通レギュレータ出力VおよびVへの電力の供給において相冗長性をそれぞれ提供するのに役立つことができる。相グループ内の各相のVOUT出力148は、共通レギュレータ出力、例えばVに接続されている。説明および議論を容易にするために、相冗長電圧レギュレータ装置300は、2つの出力電圧レベル、すなわち共通レギュレータ出力VおよびVを含み2つの予備レギュレータ相227Aおよび227Bを含む。しかしながら、実施形態では、特定の電子システムに対して、任意の数の電圧レベルおよび予備レギュレータ相の数を指定することができる。 Consistent with FIG. 1 , each phase group 374 and 376 includes a plurality of redundant voltage regulator phases 126A, 126B, and 126C, these redundant voltage regulator phases to the common regulator outputs V1 and V2. It can help provide phase redundancy in each of the power supplies. The V OUT output 148 of each phase in the phase group is connected to a common regulator output, eg V 1 . For ease of explanation and discussion, the phase redundant voltage regulator device 300 includes two output voltage levels, ie, common regulator outputs V 1 and V 2 , and two standby regulator phases 227A and 227B. However, in embodiments, any number of voltage levels and the number of spare regulator phases can be specified for a particular electronic system.

各相グループのMPC122は、相グループの各レギュレータ相、例えば126A、126B、および126Cに電気的に結合されている。MPC122は、相障害信号と、それぞれの相グループの各レギュレータ相から受信したパルス幅変調(PWM)相制御信号または共有電流(ISHARE)相制御信号のいずれかと、を制御ロジック366に転送するように構成されている。MPC122はまた、所定の期間、相グループの各レギュレータ相を順次アクティブ化するために使用することができるPWM制御信号またはISHARE制御信号を生成するように構成されており、これは、相グループ内で相間の制御された電流共有を管理するのに役立つことができる。 The MPC 122 of each phase group is electrically coupled to each regulator phase of the phase group, such as 126A, 126B, and 126C. The MPC 122 transfers the phase fault signal and either the pulse width modulation (PWM) phase control signal or the shared current ( ISHARE ) phase control signal received from each regulator phase of each phase group to the control logic 366. It is configured in. The MPC 122 is also configured to generate a PWM control signal or an ISHARE control signal that can be used to sequentially activate each regulator phase of a phase group for a predetermined period of time, which is within the phase group. Can help manage controlled current sharing between phases.

各予備レギュレータ相227Aおよび227Bは、出力スイッチング・デバイス217および219、ならびに論理和デバイス118および118Aを含み、これらは、予備レギュレータ相227Aおよび227Bを共通レギュレータ出力VまたはVあるいはその両方に相互接続するのに特に役立つことができる。実施形態によると、出力スイッチング・デバイス217および219をアクティブ化することができ、したがって、降圧レギュレータ116のレギュレータ出力242を、予備レギュレータ相、例えば227Aの一次出力204または二次出力206に接続することができる。このアクティブ化は、例えば、予備レギュレータ相227Aに対して、相S1イネーブルV信号316AまたはS1イネーブルV信号318Aをそれぞれ受信することに応答して生じ得る。これらの相イネーブル信号は、相冗長コントローラ106によって受信され、出力スイッチング・デバイス217および219にそれぞれ供給される(詳細は図2参照)。 Each spare regulator phase 227A and 227B includes output switching devices 217 and 219, as well as OR devices 118 and 118A, which connect the spare regulator phases 227A and 227B to the common regulator outputs V1 and / or V2. Can be especially helpful in connecting. According to embodiments, the output switching devices 217 and 219 can be activated, thus connecting the regulator output 242 of the step-down regulator 116 to a spare regulator phase, eg, 227A primary output 204 or secondary output 206. Can be done. This activation can occur, for example, in response to receiving the phase S1 enable V1 signal 316A or the S1 enable V2 signal 318A , respectively, for the spare regulator phase 227A. These phase enable signals are received by the phase redundancy controller 106 and supplied to the output switching devices 217 and 219, respectively (see FIG. 2 for details).

制御ロジック366は、相グループ374および376のそれぞれのMPC122に電気的に接続されている。制御ロジック366は、MPCから相制御信号を受信し、MPCと相障害信号を交換するように構成されている。制御ロジック366はまた、予備レギュレータ相に電気的に接続され、相イネーブル信号をアサートして、予備レギュレータ相に相制御信号を転送し、予備レギュレータ相から相障害信号を受信するように構成されている。例えば、S1イネーブルV信号318Aは、制御ロジック366によってアサートされて、予備レギュレータ相227Aの二次出力206(V出力)をイネーブルにすることができる。制御ロジック366はまた、PWM相制御信号またはISHARE相制御信号、例えば、VPWMS1(もしくはVSHARES1)信号304AまたはVPWMS2(もしくはVSHARES2)信号306Aを、それぞれ、接続380または接続382を介して、S1PWMまたはS1ISHARE信号314Aに転送することができる。制御ロジック366はまた、予備レギュレータ相から、相障害信号、例えばVN-2障害信号310Aを受信することができる。 The control logic 366 is electrically connected to the respective MPCs 122 of the phase groups 374 and 376. The control logic 366 is configured to receive a phase control signal from the MPC and exchange a phase fault signal with the MPC. The control logic 366 is also configured to be electrically connected to the spare regulator phase, assert the phase enable signal, transfer the phase control signal to the spare regulator phase, and receive the phase fault signal from the spare regulator phase. There is. For example, the S1 enable V2 signal 318A can be asserted by the control logic 366 to enable the secondary output 206 (V2 output) of the spare regulator phase 227A. The control logic 366 also receives a PWM phase control signal or an I SHARE phase control signal, eg, a V 1 PWM S1 (or V 1 I SHARE S1) signal 304A or a V 1 PWM S2 (or V 1 I SHARE S2) signal 306A, respectively. It can be transferred to the S1PWM or S1I SHARE signal 314A via the connection 380 or the connection 382. The control logic 366 can also receive a phase fault signal, eg, a V1 N-2 fault signal 310A, from the spare regulator phase.

制御ロジック366は、電圧レギュレータ相の障害を監視し、障害のあるレギュレータ相の検出に応答して、様々な相を有効または無効にし、アクティブ化された相にPWM制御信号またはISHARE制御信号を供給するのに特に役立つことができる。実施形態によると相グループから受信したPWM制御信号またはISHARE制御信号は、制御ロジック366によって予備レギュレータ相に転送することができ、これは、予備レギュレータ相を相グループのアクティブなレギュレータ相と一致するレベルで駆動させるのに役立つことができる。制御ロジック366によって実行される機能のさらなる例は、図4および関連付けられた本文においてさらに詳述される。 The control logic 366 monitors the failure of the voltage regulator phase, enables or disables various phases in response to the detection of the failed regulator phase, and sends a PWM control signal or I SHARE control signal to the activated phase. Can be especially helpful in supplying. According to embodiments, the PWM control signal or ISHARE control signal received from the phase group can be transferred to the spare regulator phase by the control logic 366, which coincides the spare regulator phase with the active regulator phase of the phase group. Can help drive at a level that does. Further examples of the functions performed by the control logic 366 are further detailed in FIG. 4 and the associated text.

実施形態では、制御ロジック366は、不揮発性メモリ368を含むことができ、この不揮発性メモリは、アクティブ化された予備レギュレータ相と、1つまたは複数の障害のあるレギュレータ相を有する相グループとの間の関連付けを記憶するために使用することができる。実施形態によると、制御ロジック366は、マイクロコントローラ、カスタム集積回路(IC)、プログラマブル・ロジック・デバイス(PLD)、特定用途向け集積回路(ASIC)などとすることができる。不揮発性メモリ368は、フラッシュメモリ、電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ(EEPROM)、または電源電圧が取り外されたときにデータを失わない他のタイプのメモリ・デバイスとすることができる。 In an embodiment, the control logic 366 may include a non-volatile memory 368, the non-volatile memory comprising an activated spare regulator phase and a phase group having one or more faulty regulator phases. It can be used to remember the association between. According to embodiments, the control logic 366 can be a microcontroller, a custom integrated circuit (IC), a programmable logic device (PLD), an application specific integrated circuit (ASIC), and the like. The non-volatile memory 368 can be a flash memory, an electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), or any other type of memory device that does not lose data when the power supply voltage is removed.

本開示の実施形態は、信頼性が高く、堅牢な電力供給を実現するために専用の電圧レギュレータ相を使用する電圧レギュレータ装置と比較して、電圧レギュレータのパッケージ・サイズおよびコストを低減するのに役立つことができる。これらの有効性は、電圧レベル専用の冗長電圧レギュレータ相の代わりに、共有予備電圧レギュレータ相を使用することによって得られる。 Embodiments of the present disclosure reduce the package size and cost of a voltage regulator as compared to a voltage regulator device that uses a dedicated voltage regulator phase to achieve a reliable and robust power supply. Can be useful. These benefits are obtained by using a shared standby voltage regulator phase instead of a redundant voltage regulator phase dedicated to the voltage level.

一部の実施形態では、図3に示すような共通レギュレータ入力VINは、すべての相グループ374および376のVIN入力136、ならびにすべての予備レギュレータ相227Aおよび227BのVIN入力136に接続することができる。一部の実施形態では、異なる共通レギュレータ入力をVIN入力136に接続して、各相グループおよび予備レギュレータ相に固有の電圧を供給するために使用することができる。実施形態によると、相グループ、例えば374内のレギュレータ相126A、126B、および126CのそれぞれのVOUT出力148はすべて、同じ共通レギュレータ出力、例えばVに接続されている。実施形態では、予備レギュレータ相227Aおよび227Bのそれぞれの一次出力204および二次出力206は両方とも、制御ロジック366によって予備レギュレータ相227Aおよび227Bにアサートされるイネーブル信号、例えば、S1イネーブルV信号316AまたはS1イネーブルV信号318Aに応答して、共通レギュレータ出力Vまたは共通レギュレータ出力Vのいずれかに選択的に接続することができる。 In some embodiments, the common regulator input V IN as shown in FIG. 3 is connected to the V IN inputs 136 of all phase groups 374 and 376, as well as the V IN inputs 136 of all spare regulator phases 227A and 227B. be able to. In some embodiments, different common regulator inputs can be connected to VIN input 136 and used to provide a unique voltage for each phase group and spare regulator phase. According to embodiments, the respective V OUT outputs 148 of the phase groups, eg, regulator phases 126A, 126B, and 126C in 374, are all connected to the same common regulator output, eg V 1 . In embodiments, the primary and secondary outputs 204 and 206 of the spare regulator phases 227A and 227B are both enabled signals asserted by the control logic 366 to the spare regulator phases 227A and 227B, eg, the S1 enable V1 signal 316A. Alternatively, in response to the S1 enable V2 signal 318A , it can be selectively connected to either the common regulator output V1 or the common regulator output V2.

実施形態によると、「N+1」または「N+2」個の電圧レギュレータ相を電気的に並列に接続することができ、ここで、「N」は、指定された電流を供給するために必要な最小限の相数であり、追加の1つまたは2つの相は、1つまたは2つの故障したレギュレータ相を置き換えるのに役立つことができる。1つまたは複数の冗長相の故障または「障害」が発生した場合、電流負荷を共有し、電力供給が確実に中断されないようにするために、障害のある冗長相を無効にすることができる。 According to embodiments, "N + 1" or "N + 2" voltage regulator phases can be electrically connected in parallel, where "N" is the minimum required to supply the specified current. And an additional one or two phases can help replace one or two failed regulator phases. In the event of one or more redundant phase failures or "failures", the failed redundant phase can be disabled to share the current load and ensure that the power supply is uninterrupted.

図3は、電圧レギュレータ相126Aと、126Bと、126Cとの間に電流共有回路を有さない相冗長電圧レギュレータを示す。しかしながら、電流共有が電圧レギュレータ相126Aと、126Bと、126Cとの間で維持される実施形態が企図される。一部のそのような実施形態では、独立した電流スロットル点を各レギュレータ相126A、126B、および126C内に実装して、ある電圧レギュレータ相がその電流出力限界で動作する一方で、1つまたは複数の他の電圧レギュレータ相が総電流負荷を満たすために必要な追加の電流を提供することができるようにする。本実施形態は、簡略化された電流共有を可能にすることができ、これにより、特定の電圧レギュレータ相を全電流負荷で動作させることができ、一方で、追加の電圧レギュレータ相をより低い電流レベルで動作させることができる。一部の実施形態では、受動または「垂下」共有を実施することができ、電流共有は、相冗長レギュレータ出力電圧が指定された基準電圧よりも下に垂下することから生じ、それに応答して、その出力に電気的に接続されている様々なレギュレータ相がそれぞれの電流出力をブーストすることができる。これにより、レギュレータ間で負荷の共有が可能になる。一部の実施形態では、能動または「強制」電流共有を、追加された電流監視、制御、およびフィードバック・ループを使用することによって実施することができる。 FIG. 3 shows a phase redundant voltage regulator that does not have a current sharing circuit between the voltage regulator phases 126A, 126B, and 126C. However, embodiments are contemplated in which current sharing is maintained between the voltage regulator phases 126A, 126B, and 126C. In some such embodiments, independent current throttle points are mounted within each regulator phase 126A, 126B, and 126C so that one or more voltage regulator phases operate at their current output limits. Allow other voltage regulator phases to provide the additional current needed to meet the total current load. This embodiment can allow for simplified current sharing, which allows a particular voltage regulator phase to operate at full current load, while the additional voltage regulator phase has a lower current. It can be operated at the level. In some embodiments, passive or "hanging" sharing can be performed, where current sharing results from the phase redundant regulator output voltage hanging below a specified reference voltage, in response. Various regulator phases electrically connected to that output can boost their current output. This allows load sharing between regulators. In some embodiments, active or "forced" current sharing can be performed by using additional current monitoring, control, and feedback loops.

図4は、図と一致する実施形態による、相冗長電圧レギュレータ装置内で、レギュレータ相のグループ間で冗長予備レギュレータ相のセットを共有するための方法400を示す流れ図である。相冗長電圧レギュレータ装置は、複数の予備レギュレータ相、例えば図3の227Aを含み、図1~図3を参照して図示および説明された相冗長電圧レギュレータおよび装置と一致する。方法400は、概して、図3の制御ロジック366を使用することによって実行され、この制御ロジックは、相グループ、例えば図3の相グループ374および376から受信した相障害信号を監視するように電気的に接続および構成されている。 FIG. 4 is a flow diagram illustrating a method 400 for sharing a set of redundant spare regulator phases between groups of regulator phases within a phase redundant voltage regulator device, according to an embodiment consistent with the figure. The phase redundant voltage regulator device includes a plurality of spare regulator phases, such as 227A in FIG. 3, and is consistent with the phase redundant voltage regulators and devices illustrated and described with reference to FIGS. 1-3. Method 400 is generally performed by using the control logic 366 of FIG. 3, which is electrically such as to monitor phase fault signals received from a phase group, eg, phase groups 374 and 376 of FIG. Connected to and configured to.

方法400の実行は、制御ロジックによって制御され割り当てられた共有冗長レギュレータ相の使用によって、電子システムへの電力供給の信頼性を高めることができる。電子システムの相冗長電圧レギュレータ装置と共に使用される場合、方法400は、共有冗長レギュレータ相の使用によって、電圧レギュレータのコスト、パッキング面積、設計の複雑さ、および故障率を実質的に減少させることもできる。このような改善は、それに対応して、電子システムのコスト、複雑さ、および故障率の全体的な減少につながる可能性がある。図4を参照して描写および説明する方法は、図1~図3を参照して描写および説明した、共有冗長予備を有する相冗長電圧レギュレータおよび装置と概ね一致する。 The execution of method 400 can increase the reliability of the power supply to the electronic system by using the shared redundant regulator phase controlled and assigned by the control logic. When used with a phase redundant voltage regulator device in an electronic system, Method 400 can also substantially reduce the cost, packing area, design complexity, and failure rate of the voltage regulator by using a shared redundant regulator phase. can. Such improvements can correspondingly lead to an overall reduction in the cost, complexity, and failure rate of electronic systems. The method depicted and described with reference to FIG. 4 is largely consistent with the phase redundant voltage regulators and devices with shared redundancy reserves described and described with reference to FIGS. 1-3.

開始402におけるシステムの動作状態は、電圧レギュレータ相障害を含まず、相グループ374および376は両方とも正常に動作しており、「N」個の相が、共通レギュレータ出力VおよびVに取り付けられた負荷にそれぞれ電流を供給するために使用されている。方法400は、開始402から動作404に進む。 The operating state of the system at start 402 does not include voltage regulator phase failure, both phase groups 374 and 376 are operating normally, and "N" phases are attached to the common regulator outputs V1 and V2. It is used to supply current to each of the applied loads. Method 400 proceeds from start 402 to operation 404.

動作404は、概して、第1の相障害を検出することを指す。図3の制御ロジック366を使用して、それぞれのMPC122の冗長障害報告回路104によって生成されるような「N-1」相単一障害信号、例えば、VN-1障害信号308AおよびVN-1障害信号308Bを監視する。制御ロジック366は、相単一障害信号がどの相グループから発生しているかを決定する。例として、相グループ374において第1の相障害を検出することができる。第1の相障害が検出されると、方法400は、動作406に進む。 Operation 404 generally refers to detecting the first phase failure. Using the control logic 366 of FIG. 3, "N-1" phase single point of failure signals such as those produced by the redundant fault reporting circuit 104 of each MPC 122, eg, V1 N - 1 fault signals 308A and V2. Monitor the N-1 failure signal 308B. The control logic 366 determines from which phase group the phase single point of failure signal originates. As an example, a first phase failure can be detected in phase group 374. When the first phase failure is detected, method 400 proceeds to operation 406.

動作406は、概して、第1の利用可能な予備レギュレータ相の出力を、第1の相障害を有する相グループの共通レギュレータ出力に電気的に結合する相イネーブル信号をアサートすることを指す。本例では、図3の予備電圧レギュレータ相227Aが第1の利用可能な予備レギュレータ相である。したがって、図3の制御ロジック366は、S1イネーブルV信号316Aを予備レギュレータ相227Aにアサートし、これにより、その一次出力204を相グループ374の共通レギュレータ出力Vに電気的に接続することが可能になる。実施形態によると、第1の予備レギュレータ相は、相イネーブル信号を使用して、共通レギュレータ出力Vに存在する電圧または共通レギュレータの出力Vに存在する電圧のいずれかを出力するように構成することができる。相イネーブル信号がアサートされると、方法400は、動作408に進む。 Operation 406 generally refers to asserting a phase enable signal that electrically couples the output of the first available spare regulator phase to the common regulator output of the phase group with the first phase failure. In this example, the standby voltage regulator phase 227A of FIG. 3 is the first available spare regulator phase. Therefore, the control logic 366 of FIG. 3 can assert the S1 enable V1 signal 316A to the spare regulator phase 227A, thereby electrically connecting its primary output 204 to the common regulator output V1 of the phase group 374. It will be possible. According to embodiments, the first spare regulator phase is configured to use a phase enable signal to output either the voltage present at the common regulator output V1 or the voltage present at the common regulator output V2. can do. When the phase enable signal is asserted, method 400 proceeds to operation 408.

動作408は、概して、PWM相制御信号またはISHARE相制御信号を第1の予備レギュレータ相に転送することを指す。実施形態では、転送される相制御信号は、相単一障害信号を生成する相グループ、本例では相グループ374から受信される。相制御信号は、相グループ374のMPC122によって生成される。本例では、制御ロジック366によって受信される相制御信号は、VSHARES1またはVPWMS1信号304Aであり、この信号は、次いで、S1ISHAREまたはS1PWM信号314Aとして予備レギュレータ相227Aに転送される。次いで、この相制御信号を使用して、予備レギュレータ相227Aの出力を、相グループ374のアクティブな電圧レギュレータ相の出力と整合的に変調する。相制御信号が第1の予備レギュレータ相に送信されると、方法400は、動作410に進む。 Operation 408 generally refers to transferring a PWM phase control signal or an ISHARE phase control signal to a first spare regulator phase. In an embodiment, the transferred phase control signal is received from a phase group that produces a phase single point of failure signal, in this example phase group 374. The phase control signal is generated by the MPC 122 of the phase group 374. In this example, the phase control signal received by the control logic 366 is the V1 ISHARE S1 or V1 PWMS1 signal 304A, which is then transferred to the spare regulator phase 227A as the S1I SHARE or S1 PWM signal 314A. To. This phase control signal is then used to modulate the output of the spare regulator phase 227A consistently with the output of the active voltage regulator phase of phase group 374. When the phase control signal is transmitted to the first spare regulator phase, method 400 proceeds to operation 410.

動作410は、概して、第1の予備レギュレータ相からの相障害信号を第1の相グループのMPCに電気的に接続することを指す。本例では、S1障害信号312Aは、制御ロジック366によって、相グループ374のMPC122の信号302AのV障害に電気的に接続される。このMPC122は、割り当てられた予備電圧レギュレータ相227Aの障害を監視し、障害を制御ロジック366に伝達することができる。相障害信号が接続されると、方法400は、動作412に進む。 Operation 410 generally refers to electrically connecting the phase failure signal from the first spare regulator phase to the MPCs of the first phase group. In this example, the S1 fault signal 312A is electrically connected by the control logic 366 to the V1 fault of the signal 302A of the MPC 122 of the phase group 374. The MPC 122 can monitor the fault of the assigned standby voltage regulator phase 227A and transmit the fault to the control logic 366. When the phase fault signal is connected, method 400 proceeds to operation 412.

動作412は、概して、相単一障害信号の監視を中止することを指す。相単一障害信号が図3の相グループ374から検出されると、図3の制御ロジック366は、相単一障害信号の監視を中止する。相単一障害信号の監視が中止されると、方法400は、動作414に進む。 Operation 412 generally refers to discontinuing monitoring of the phase single point of failure signal. When the phase single point of failure signal is detected from the phase group 374 of FIG. 3, the control logic 366 of FIG. 3 stops monitoring the phase single point of failure signal. When the monitoring of the phase single point of failure signal is stopped, method 400 proceeds to operation 414.

動作414は、概して、第1の使用された予備レギュレータ相と第1の相グループの共通レギュレータ出力との間の関連付けを、制御ロジック内の不揮発性メモリ、例えば図3の368に記憶することを指す。本例では、関連付けは、相グループ、すなわち「相グループ374」または共通レギュレータ出力V、および予備、すなわち予備レギュレータ相227Aに関する情報を含む。この情報は、不揮発性メモリ368に記憶され、電源故障が発生した場合に、予備レギュレータ相227Aの共通レギュレータ出力Vへのリンクを維持するのに役立つことができる。電源故障に続く電圧レギュレータの再起動時に、制御ロジック366は、予備レギュレータ相227Aの共通レギュレータ出力Vへの電気的な接続を再初期化することができる。関連付けが記憶されると、方法400は、動作416に進む。 Operation 414 generally stores the association between the first used spare regulator phase and the common regulator output of the first phase group in a non-volatile memory within the control logic, eg, 368 of FIG. Point to. In this example, the association includes information about a phase group, i.e. "phase group 374" or common regulator output V1, and a spare, i.e., spare regulator phase 227A. This information is stored in the non-volatile memory 368 and can be useful in maintaining a link to the common regulator output V1 of the spare regulator phase 227A in the event of a power failure. Upon restart of the voltage regulator following a power failure, the control logic 366 can reinitialize the electrical connection of the spare regulator phase 227A to the common regulator output V1. Once the association is stored, method 400 proceeds to operation 416.

動作416は、概して、追加の相障害を検出することを指す。実施形態では、追加の相障害は、相単一障害信号、相二重障害信号、または予備相障害信号によって示すことができる。図3の制御ロジック366を使用して、それぞれのMPC122の冗長障害報告回路104によって、および予備レギュレータ相、例えば227Aの相冗長コントローラ106によって生成されるような、これらのタイプの相障害信号のそれぞれを監視する。制御ロジック366は、追加の相障害信号がどの補足の電圧レギュレータ相グループまたは予備電圧レギュレータから発生したかを決定する。実施形態によると、補足の相グループは、第1の相グループまたは第2の相グループのいずれかとすることができる。例として、追加の相単一障害は、相グループ376において検出することができる。追加の相障害が検出されると、方法400は、動作418に進む。 Operation 416 generally refers to detecting an additional phase failure. In embodiments, the additional phase failure can be indicated by a phase single point of failure signal, a phase double failure signal, or a preliminary phase failure signal. Each of these types of phase fault signals, such as those produced by the redundant fault reporting circuit 104 of each MPC 122 and by the spare regulator phase, eg, the phase redundant controller 106 of 227A, using the control logic 366 of FIG. To monitor. The control logic 366 determines from which supplemental voltage regulator phase group or standby voltage regulator the additional phase fault signal originated. According to embodiments, the supplementary phase group can be either a first phase group or a second phase group. As an example, additional phase single points of failure can be detected in phase group 376. If an additional phase failure is detected, method 400 proceeds to operation 418.

動作418は、概して、第2の利用可能な予備レギュレータ相の出力を、追加の相障害を有する相グループの共通レギュレータ出力に電気的に結合する相イネーブル信号をアサートすることを指す。本例では、図3の予備電圧レギュレータ相227Bが第2の利用可能な予備レギュレータ相である。したがって、図3の制御ロジック366は、S2イネーブルV信号318Bを予備レギュレータ相227Bにアサートし、これにより、二次出力206を相グループ376の共通レギュレータ出力Vに電気的に接続することができる。実施形態によると、第2の予備レギュレータ相は、相イネーブル信号を使用して、共通レギュレータ出力Vに存在する電圧または共通レギュレータ出力Vに存在する電圧のいずれかを出力するように構成することができる。相イネーブル信号がアサートされると、方法400は、動作420に進む。 Operation 418 generally refers to asserting a phase enable signal that electrically couples the output of a second available spare regulator phase to the common regulator output of a group of phases with additional phase failure. In this example, the standby voltage regulator phase 227B of FIG. 3 is the second available spare regulator phase. Therefore, the control logic 366 of FIG. 3 can assert the S2 enable V2 signal 318B to the spare regulator phase 227B, thereby electrically connecting the secondary output 206 to the common regulator output V2 of the phase group 376. can. According to embodiments, the second spare regulator phase is configured to use a phase enable signal to output either the voltage present at the common regulator output V1 or the voltage present at the common regulator output V2. be able to. When the phase enable signal is asserted, method 400 proceeds to operation 420.

動作420は、概して、PWM相制御信号またはISHARE相制御信号を第2の予備レギュレータ相に転送することを指す。実施形態では、転送される相制御信号は、追加の相障害信号を生成する相グループ、本例では、相グループ376から受信される。相制御信号は、相グループ376のMPC122によって生成される。本例では、制御ロジック366によって受信される相制御信号は、VPWMS2またはVSHARES2信号306Bであり、この信号は、次いで、S2PWMまたはS2ISHARE信号314Bとして予備レギュレータ相227Bに転送される。次いで、この相制御信号を使用して、予備レギュレータ相227Bの出力を、相グループ376のアクティブな電圧レギュレータ相の出力と整合的に変調する。相制御信号が送信されると、方法400は、動作422に進む。 Operation 420 generally refers to transferring a PWM phase control signal or an ISHARE phase control signal to a second spare regulator phase. In an embodiment, the transferred phase control signal is received from a phase group that produces an additional phase fault signal, in this example phase group 376. The phase control signal is generated by the MPC 122 of the phase group 376. In this example, the phase control signal received by the control logic 366 is the V2 PWMS2 or V2 I SHARE S2 signal 306B, which is then transferred to the spare regulator phase 227B as the S2 PWM or S2I SHARE signal 314B. To. This phase control signal is then used to modulate the output of the spare regulator phase 227B consistently with the output of the active voltage regulator phase of phase group 376. When the phase control signal is transmitted, method 400 proceeds to operation 422.

動作422は、概して、第2の予備レギュレータ相からの相障害信号を補足の相グループのMPCに電気的に接続することを指す。本例では、S2障害信号312Bは、制御ロジック366によって、相グループ376のMPC122の信号302BのV障害に電気的に接続される。このMPC122は、割り当てられた予備電圧レギュレータ相227Bの障害を監視し、障害を制御ロジック366に伝達することができる。相障害信号が電気的に接続されると、方法400は、動作424に進む。 Operation 422 generally refers to electrically connecting the phase failure signal from the second spare regulator phase to the MPC of the complementary phase group. In this example, the S2 fault signal 312B is electrically connected by the control logic 366 to the V2 fault of signal 302B of the MPC 122 of the phase group 376. The MPC 122 can monitor the fault of the assigned standby voltage regulator phase 227B and transmit the fault to the control logic 366. When the phase fault signal is electrically connected, method 400 proceeds to operation 424.

動作424は、概して、追加の相障害信号の監視を中止することを指す。相グループ376から追加の相障害信号が検出されると、制御ロジック366は、追加の相障害信号の監視を中止する。追加の相障害信号の監視が中止されると、方法400は、動作426に進む。 Operation 424 generally refers to discontinuing monitoring of additional phase fault signals. When an additional phase fault signal is detected from the phase group 376, the control logic 366 discontinues monitoring of the additional phase fault signal. When the monitoring of the additional phase fault signal is discontinued, method 400 proceeds to operation 426.

動作426は、概して、第2の使用された予備レギュレータ相と追加の相グループの共通レギュレータ出力との間の関連付けを、図3の制御ロジック366内の不揮発性メモリ、例えば図3の368に記憶することを指す。本例では、関連付けは、相グループ、すなわち「相グループ376」または共通レギュレータ出力V、および予備、すなわち予備レギュレータ相227Bに関する情報を含む。この情報は、図3の不揮発性メモリ368に記憶され、電源故障が発生した場合に、予備レギュレータ相227Bの共通レギュレータ出力Vへのリンクを維持するのに役立つことができる。電源故障に続くシステムの再起動時に、制御ロジック366は、予備レギュレータ相227Bの共通レギュレータ出力Vへの電気的な接続を再初期化することができる。関連付けが不揮発性メモリに記憶されると、方法400は、動作428に進む。 Operation 426 generally stores the association between the second used spare regulator phase and the common regulator output of the additional phase group in a non-volatile memory in the control logic 366 of FIG. 3, eg, 368 of FIG. Refers to doing. In this example, the association includes information about a phase group, i.e. "phase group 376" or common regulator output V 2 , and a spare, i.e., spare regulator phase 227B. This information is stored in the non-volatile memory 368 of FIG. 3 and can be useful in maintaining a link to the common regulator output V2 of the spare regulator phase 227B in the event of a power failure. Upon system restart following a power failure, the control logic 366 can reinitialize the electrical connection of the spare regulator phase 227B to the common regulator output V2. Once the association is stored in the non-volatile memory, method 400 proceeds to operation 428.

動作428は、概して、レギュレータ置換え動作を要求するシステム通知を送信することを指す。この通知は、予備レギュレータ相227Aおよび227Bの両方が使用されていること、すなわち、相グループの共通レギュレータ出力に電気的に結合されていることに応答して開始され、電圧レギュレータ相がさらに故障した場合に利用可能な追加の予備レギュレータ相はない。レギュレータ置換え動作を要求するシステム通知は、例えば、電子メール・メッセージ、テキスト・メッセージ、システム・コンソール・メッセージ、またはボイスメール・メッセージとすることができる。システム通知が送信されると、方法400は、ブロック430で終了する。 Operation 428 generally refers to sending a system notification requesting a regulator replacement operation. This notification was initiated in response to the fact that both the spare regulator phases 227A and 227B were used, i.e., electrically coupled to the common regulator output of the phase group, and the voltage regulator phase further failed. There are no additional spare regulator phases available in case. The system notification requesting the regulator replacement operation can be, for example, an email message, a text message, a system console message, or a voicemail message. When the system notification is sent, method 400 ends at block 430.

上記の方法は、「N+2」個の電圧レギュレータ相構成、すなわち、特定の相グループの1つまたは複数の電圧レギュレータが故障した場合に使用することができる2つの利用可能な予備電圧レギュレータを含む構成に適していることを理解することができる。本開示の思想および範囲内の他の同様の方法は、1、3、4などの、異なる数の利用可能な予備電圧レギュレータを有する電圧レギュレータ装置に使用することができる。 The above method comprises an "N + 2" voltage regulator phase configuration, i.e., two available standby voltage regulators that can be used in the event of failure of one or more voltage regulators in a particular phase group. Can be understood to be suitable for. Other similar methods within the ideas and scope of the present disclosure can be used for voltage regulator devices with different numbers of available reserve voltage regulators, such as 1, 3, 4.

実施形態によると、相グループ内の各レギュレータ相の電流供給能力は、相グループ内の1つのレギュレータ相の故障に続いて、相グループの指定された累積出力電流の供給をもたらすように指定することができる。一部の実施形態では、相グループ内の各レギュレータ相の相ごとの電流供給能力は、相グループ内の少なくとも2つのレギュレータ相の故障に続いて、相グループの指定された累積出力電流の供給を可能にすることができる。 According to embodiments, the current supply capacity of each regulator phase within a phase group is specified to result in the supply of the specified cumulative output current of the phase group following the failure of one regulator phase within the phase group. Can be done. In some embodiments, the per-phase current supply capacity of each regulator phase in the phase group provides the specified cumulative output current of the phase group following the failure of at least two regulator phases in the phase group. Can be made possible.

本開示の様々な実施形態の説明は、例示の目的で提示されたが、網羅的であること、または開示された実施形態に限定されることを意図するものでもない。記載された実施形態の範囲および思想から逸脱することなく、多くの修正形態および変形形態が当業者には明らかであろう。本明細書で使用される用語は、実施形態の原理、市場で見出される技術に対する実際の適用または技術的改善を説明するために、または当業者が本明細書に開示された実施形態を理解することができるようにするために選択された。 The description of the various embodiments of the present disclosure has been presented for illustrative purposes, but is not intended to be exhaustive or limited to the disclosed embodiments. Many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and ideas of the embodiments described. The terminology used herein is to explain the principles of the embodiment, the actual application or technical improvement to the techniques found on the market, or to those skilled in the art to understand the embodiments disclosed herein. Selected to be able to.

Claims (20)

それぞれがレギュレータ入力で入力電圧を受け取り、レギュレータ出力でそれぞれの出力電圧を提供するように電気的に結合されたレギュレータを含む、複数のレギュレータ相と、
第1および第2の相グループを含む、前記複数のレギュレータ相の相グループのセットであって、各相グループが、
前記相グループのレギュレータのレギュレータ入力に電気的に相互接続された共通レギュレータ入力、
前記相グループのレギュレータのレギュレータ出力に電気的に相互接続された共通レギュレータ出力、
少なくとも1つの冗長レギュレータ相、
前記相グループの各レギュレータ相に電気的に結合された多相コントローラ(MPC)であって、相障害信号と、それぞれの相グループの各レギュレータ相から受信したパルス幅変調(PWM)相制御信号および共有電流(ISHARE)相制御信号のうちの1つと、を制御ロジックに転送するように構成された、前記多相コントローラ(MPC)、
を含む、
前記相グループのセットと、
第1および第2の予備レギュレータ相を含む、前記複数のレギュレータ相の予備レギュレータ相のセットであって、各予備レギュレータ相が、
前記予備レギュレータ相の二次出力への電流の流れを制限するように電気的に結合および構成された二次出力論理和デバイス、
第1の相イネーブル信号に応答して、前記予備レギュレータ相の前記レギュレータ出力を第1の共通レギュレータ出力に電気的に結合するように構成された第1の出力スイッチング・デバイス、および
第2の相イネーブル信号に応答して、前記予備レギュレータ相の前記レギュレータ出力を第2の共通レギュレータ出力に電気的に結合するように構成された第2の出力スイッチング・デバイス、
を含む、
前記予備レギュレータ相のセットと、
制御ロジックであって、
前記相グループのセットの各相グループのMPCに電気的に接続され、前記MPCから前記相制御信号を受信し、前記MPCと相障害信号を交換するように構成され、
前記予備レギュレータ相のセットの予備レギュレータ相に電気的に接続され、相イネーブル信号をアサートして、前記相制御信号を前記予備レギュレータ相に転送し、前記予備レギュレータ相から相障害信号を受信するように構成され、
MPCからの相障害信号の受信に応答して、予備レギュレータ相を故障したレギュレータ相を含む相グループに電気的に相互接続するように構成されている、
前記制御ロジックと、
を備える相冗長電圧レギュレータ装置。
With multiple regulator phases, each containing a regulator electrically coupled to receive the input voltage at the regulator input and provide the respective output voltage at the regulator output.
A set of the plurality of regulator phase phase groups, including the first and second phase groups, wherein each phase group is:
A common regulator input electrically interconnected to the regulator input of the regulator in the phase group,
A common regulator output electrically interconnected to the regulator output of the regulator in the phase group,
At least one redundant regulator phase,
A polyphase controller (MPC) electrically coupled to each regulator phase in the phase group, which includes a phase fault signal, a pulse width modulation (PWM) phase control signal received from each regulator phase in each phase group, and a pulse width modulation (PWM) phase control signal. The multiphase controller (MPC), configured to transfer one of the shared current ( ISHARE ) phase control signals to the control logic.
including,
With the set of phase groups
A set of spare regulator phases of the plurality of regulator phases, including the first and second spare regulator phases, each of which is a spare regulator phase.
A secondary output OR device, electrically coupled and configured to limit the flow of current to the secondary output of the spare regulator phase.
A first output switching device configured to electrically couple the regulator output of the spare regulator phase to the first common regulator output in response to the first phase enable signal, and a second phase. A second output switching device configured to electrically couple the regulator output of the spare regulator phase to the second common regulator output in response to an enable signal.
including,
With the set of spare regulator phases,
It ’s control logic,
It is electrically connected to the MPC of each phase group of the set of the phase groups, is configured to receive the phase control signal from the MPC and exchange phase fault signals with the MPC.
Electrically connected to the spare regulator phase of the set of spare regulator phases, the phase enable signal is asserted, the phase control signal is transferred to the spare regulator phase, and a phase failure signal is received from the spare regulator phase. Consists of
In response to receiving a phase fault signal from the MPC, the spare regulator phase is configured to electrically interconnect the phase group containing the failed regulator phase.
With the control logic
A phase redundant voltage regulator device.
前記複数のレギュレータ相の各レギュレータ相が、
前記レギュレータ入力の電流を監視するように構成され、前記レギュレータ出力の電流および電圧を監視するようにさらに構成された相冗長コントローラ(PRC)と、
それぞれのレギュレータ相の一次出力への電流の流れを制限するように構成された出力論理和デバイスと、
前記PRCからの制御信号に応答して、入力過電流保護および出力過電圧保護を前記それぞれのレギュレータ相に提供するように構成された入力保護デバイスと、
をさらに含む、請求項1に記載の相冗長電圧レギュレータ装置。
Each regulator phase of the plurality of regulator phases
With a phase redundancy controller (PRC) configured to monitor the current at the regulator input and further configured to monitor the current and voltage at the regulator output.
An output OR device configured to limit the flow of current to the primary output of each regulator phase,
An input protection device configured to provide input overcurrent protection and output overvoltage protection to each of the regulator phases in response to a control signal from the PRC.
The phase redundant voltage regulator device according to claim 1, further comprising.
各相グループの前記MPCが、
前記相グループの各レギュレータ相からフィードバック出力電圧を受信し、それぞれの検出された電流信号を受信し、
相間の制御された電流共有を管理するPWM制御信号またはISHARE制御信号を生成して、前記相グループの各レギュレータ相を所定の期間順次アクティブ化し、
前記相グループの1つまたは複数のレギュレータ相の故障に続いて、前記相グループのすべてのアクティブなレギュレータ相間の電流共有を維持する、
ようにさらに構成されている、請求項1に記載の相冗長電圧レギュレータ装置。
The MPC of each phase group
The feedback output voltage is received from each regulator phase of the phase group, and each detected current signal is received.
A PWM control signal or an ISHARE control signal that manages controlled current sharing between the phases is generated to sequentially activate each regulator phase of the phase group for a predetermined period of time.
Following the failure of one or more regulator phases in the phase group, the current sharing between all active regulator phases in the phase group is maintained.
The phase redundant voltage regulator device according to claim 1, further configured as described above.
各制御信号が、少なくとも1つのレギュレータ相のデューティ・サイクル/アクティブ化時間を一連のパルス幅によって表すデジタル信号である、請求項1に記載の相冗長電圧レギュレータ装置。 The phase redundant voltage regulator device according to claim 1, wherein each control signal is a digital signal representing the duty cycle / activation time of at least one regulator phase by a series of pulse widths. 前記出力論理和デバイスおよび前記二次出力論理和デバイスがそれぞれ、Nチャネル電界効果トランジスタ(NFET)、Pチャネル電界効果トランジスタ(PFET)、NPNトランジスタ、およびPNPトランジスタからなる群から選択される、請求項1に記載の相冗長電圧レギュレータ装置。 A claim, wherein the output logic sum device and the secondary output logic sum device are 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, respectively. The phase redundant voltage regulator device according to 1. MPCのレギュレータ・シリアル・インターフェースが、シリアル周辺インターフェース(SPI)インターフェース、電力管理バス(PMBus)インターフェース、および集積回路間(IC)インターフェースからなる群から選択されるシリアル制御バスを介してシステム制御機能に結合されている、請求項1に記載の相冗長電圧レギュレータ装置。 The MPC's regulator serial interface is system controlled via a serial control bus selected from the group consisting of a serial peripheral interface (SPI) interface, a power management bus (PMBus) interface, and an integrated circuit-to-integrated circuit ( IC2C ) interface. The phase redundant voltage regulator device according to claim 1, which is coupled to a function. 前記相グループのセットの前記第1の相グループが、電流共有を維持するように構成されている、請求項1に記載の相冗長電圧レギュレータ装置。 The phase redundant voltage regulator device according to claim 1, wherein the first phase group of the set of the phase groups is configured to maintain current sharing. それぞれがレギュレータ入力で入力電圧を受け取り、レギュレータ出力でそれぞれの出力電圧を提供するように電気的に結合されたレギュレータを含む、複数のレギュレータ相と、
第1および第2の相グループを含む、前記複数のレギュレータ相の相グループのセットであって、各相グループが、
前記相グループのレギュレータのレギュレータ入力に電気的に相互接続された共通レギュレータ入力、
前記相グループのレギュレータのレギュレータ出力に電気的に相互接続された共通レギュレータ出力、
少なくとも1つの冗長レギュレータ相、および
前記相グループの各レギュレータ相に電気的に結合された多相コントローラ(MPC)であって、相障害信号と、それぞれの相グループの各レギュレータ相から受信したパルス幅変調(PWM)相制御信号および共有電流(ISHARE)相制御信号のうちの1つと、を制御ロジックに転送するように構成された、前記多相コントローラ(MPC)、
を含む、
前記相グループのセットと、
第1および第2の予備レギュレータ相を含む、前記複数のレギュレータ相の予備レギュレータ相のセットであって、各予備レギュレータ相が、
前記レギュレータ出力と前記予備レギュレータの二次出力との間に電気的に結合された二次出力論理和電界効果トランジスタ(FET)、
前記二次出力論理和FETのソース端子およびドレイン端子に電気的に接続された入力を有する第2のコンパレータであり、前記二次出力論理和FETのゲート端子に電気的に接続された出力をさらに有し、前記二次出力論理和FETと共に、前記予備レギュレータ相の前記二次出力への電流の流れを制限するように構成された、前記第2のコンパレータ、
第1の相イネーブル信号に応答して、前記予備レギュレータ相の前記レギュレータ出力を第1の共通レギュレータ出力に電気的に結合するように電気的に接続および構成された第1の出力スイッチングFET、
第2の相イネーブル信号に応答して、前記予備レギュレータ相の前記レギュレータ出力を第2の共通レギュレータ出力に電気的に結合するように接続および構成された第2の出力スイッチングFET、
を含む、
前記予備レギュレータ相のセットと、
制御ロジックであって、
前記相グループのセットの各相グループのMPCに電気的に接続され、前記MPCから相制御信号を受信し、前記MPCと相障害信号を交換するように構成され、
前記予備レギュレータ相のセットの予備レギュレータ相に電気的に接続され、相イネーブル信号をアサートして、相制御信号を前記予備レギュレータ相に転送し、前記予備レギュレータ相から相障害信号を受信するように構成され、
MPCからの相障害信号の受信に応答して、予備レギュレータ相を故障したレギュレータ相を含む相グループに電気的に相互接続するように構成されている、
前記制御ロジックと、
を備える相冗長電圧レギュレータ装置。
With multiple regulator phases, each containing a regulator electrically coupled to receive the input voltage at the regulator input and provide the respective output voltage at the regulator output.
A set of the plurality of regulator phase phase groups, including the first and second phase groups, wherein each phase group is:
A common regulator input electrically interconnected to the regulator input of the regulator in the phase group,
A common regulator output electrically interconnected to the regulator output of the regulator in the phase group,
A multiphase controller (MPC) electrically coupled to at least one redundant regulator phase and each regulator phase in the phase group, with a phase fault signal and pulse width received from each regulator phase in each phase group. The polyphase controller (MPC), configured to transfer one of a modulation (PWM) phase control signal and a shared current ( ISHARE ) phase control signal to a control logic.
including,
With the set of phase groups
A set of spare regulator phases of the plurality of regulator phases, including the first and second spare regulator phases, each of which is a spare regulator phase.
A secondary output logical sum field effect transistor (FET) electrically coupled between the regulator output and the secondary output of the spare regulator,
A second comparator having an input electrically connected to the source terminal and the drain terminal of the secondary output logical sum FET, and further adding an output electrically connected to the gate terminal of the secondary output logical sum FET. The second comparator, which has and is configured to limit the flow of current of the spare regulator phase to the secondary output together with the secondary output OR FET.
A first output switching FET, electrically connected and configured to electrically couple the regulator output of the spare regulator phase to the first common regulator output in response to the first phase enable signal.
A second output switching FET, connected and configured to electrically couple the regulator output of the spare regulator phase to the second common regulator output in response to the second phase enable signal.
including,
With the set of spare regulator phases,
It ’s control logic,
It is electrically connected to the MPC of each phase group of the set of the phase groups, is configured to receive a phase control signal from the MPC and exchange a phase fault signal with the MPC.
Electrically connected to the spare regulator phase of the set of spare regulator phases, the phase enable signal is asserted to transfer the phase control signal to the spare regulator phase and receive a phase fault signal from the spare regulator phase. Configured,
In response to receiving a phase fault signal from the MPC, the spare regulator phase is configured to electrically interconnect the phase group containing the failed regulator phase.
With the control logic
A phase redundant voltage regulator device.
前記複数のレギュレータ相の各レギュレータ相が、
前記レギュレータ入力の電流を監視するように構成され、前記レギュレータ出力の電流および電圧を監視するようにさらに構成された相冗長コントローラ(PRC)と、
前記レギュレータの一次出力と前記共通レギュレータ出力との間に電気的に結合された出力論理和FETと、
前記出力論理和FETのソース端子およびドレイン端子に電気的に接続された入力を有する第1のコンパレータであって、前記出力論理和FETのゲート端子に電気的に接続された出力をさらに有し、前記出力論理和FETと共に、それぞれのレギュレータ相の前記一次出力への電流の流れを制限するように構成された、前記第1のコンパレータと、
前記共通レギュレータ入力と前記レギュレータのレギュレータ入力との間に結合された入力保護FETと、
前記入力保護FETのゲート端子に電気的に接続された出力を有するラッチであって、前記入力保護FETと共に、前記それぞれのレギュレータ相に入力過電流保護および出力過電圧保護を提供するように構成された、前記ラッチと、
をさらに含む、請求項8に記載の相冗長電圧レギュレータ装置。
Each regulator phase of the plurality of regulator phases
With a phase redundancy controller (PRC) configured to monitor the current at the regulator input and further configured to monitor the current and voltage at the regulator output.
An output logical sum FET electrically coupled between the primary output of the regulator and the common regulator output,
The first comparator having an input electrically connected to the source terminal and the drain terminal of the output disjunction FET, further having an output electrically connected to the gate terminal of the output disjunction FET. Along with the output OR FET, the first comparator configured to limit the flow of current to the primary output of each regulator phase.
An input protection FET coupled between the common regulator input and the regulator input of the regulator,
A latch having an output electrically connected to the gate terminal of the input protection FET, configured to provide input overcurrent protection and output overvoltage protection to each of the regulator phases along with the input protection FET. , The latch and
8. The phase redundant voltage regulator device according to claim 8.
各相グループの前記MPCが、
前記相グループの各レギュレータ相からフィードバック出力電圧を受信し、それぞれの検出された電流信号を受信し、
相間の制御された電流共有を管理するPWM制御信号またはISHARE制御信号を生成して、前記相グループの各レギュレータ相を所定の期間順次アクティブ化し、
前記相グループの1つまたは複数のレギュレータ相の故障に続いて、前記相グループのすべてのアクティブなレギュレータ相間の電流共有を維持する、
ようにさらに構成されている、請求項9に記載の相冗長電圧レギュレータ装置。
The MPC of each phase group
The feedback output voltage is received from each regulator phase of the phase group, and each detected current signal is received.
A PWM control signal or an ISHARE control signal that manages controlled current sharing between the phases is generated to sequentially activate each regulator phase of the phase group for a predetermined period of time.
Following the failure of one or more regulator phases in the phase group, the current sharing between all active regulator phases in the phase group is maintained.
The phase redundant voltage regulator device according to claim 9, further configured as described above.
各制御信号が、少なくとも1つのレギュレータ相のデューティ・サイクル/アクティブ化時間を一連のパルス幅によって表すデジタル信号である、請求項8に記載の相冗長電圧レギュレータ装置。 The phase redundant voltage regulator device according to claim 8, wherein each control signal is a digital signal representing the duty cycle / activation time of at least one regulator phase by a series of pulse widths. MPCのレギュレータ・シリアル・インターフェースが、シリアル周辺インターフェース(SPI)インターフェース、電力管理バス(PMBus)インターフェース、および集積回路間(IC)インターフェースからなる群から選択されるシリアル制御バスを介してシステム制御機能に結合されている、請求項8に記載の相冗長電圧レギュレータ装置。 The MPC's regulator serial interface is system controlled via a serial control bus selected from the group consisting of a serial peripheral interface (SPI) interface, a power management bus (PMBus) interface, and an integrated circuit-to-integrated circuit ( IC2C ) interface. The phase redundant voltage regulator device according to claim 8, which is coupled to a function. 前記相グループのセットの前記第1の相グループが電流共有を維持するように構成されている、請求項8に記載の相冗長電圧レギュレータ装置。 The phase redundant voltage regulator device of claim 8, wherein the first phase group of the set of phase groups is configured to maintain current sharing. レギュレータ相の相グループ間で冗長予備レギュレータ相のセットを共有する方法であって、前記相グループから受信した相障害信号の監視に応答して、
第1の相グループからの相単一障害信号の検出に応答して、前記冗長予備レギュレータ相のセットの第1の予備レギュレータ相に、前記第1の予備レギュレータ相の出力を前記第1の相グループの共通レギュレータ出力に電気的に結合する相イネーブル信号をアサートし、
前記第1の予備レギュレータ相に、前記第1の相グループの多相コントローラ(MPC)から受信したパルス幅変調(PWM)相制御信号および共有電流(ISHARE)相制御信号のうちの1つを送信し、
前記第1の予備レギュレータ相からの相障害信号を前記第1の相グループの前記MPCに電気的に接続し、
前記第1の相グループからの前記相単一障害信号の検出に応答して、前記相単一障害信号の監視を中止し、
制御ロジック内の不揮発性メモリに、前記第1の予備レギュレータ相と前記第1の相グループの前記共通レギュレータ出力との間の関連付けを記憶し、
前記冗長予備レギュレータ相のセットの第2の予備レギュレータ相に、補足の相グループからの追加の相障害信号の検出に応答して、前記第2の予備レギュレータ相の出力を前記補足の相グループの共通レギュレータ出力に電気的に結合する相イネーブル信号をアサートし、
前記第2の予備レギュレータ相に、前記補足の相グループのMPCから受信した相制御信号を送信し、
前記第2の予備レギュレータ相からの相障害信号を前記補足の相グループの前記MPCに電気的に接続し、
前記補足の相グループからの前記追加の相障害信号の検出に応答して、前記追加の相障害信号の監視を中止し、
前記不揮発性メモリに、前記第2の予備レギュレータ相と前記補足の相グループの前記共通レギュレータ出力との間の関連付けを記憶し、
前記相グループの共通レギュレータ出力に電気的に結合されているすべての前記冗長予備レギュレータ相の出力に応答して、レギュレータ置換え動作を要求するシステム通知を送信する、
ように構成されている制御ロジックを使用することを含む、方法。
A method of sharing a set of redundant spare regulator phases between phase groups of regulator phases, in response to monitoring of phase failure signals received from said phase group.
In response to the detection of a single failure signal for a phase from the first phase group, the output of the first spare regulator phase is transferred to the first spare regulator phase of the set of redundant spare regulator phases. Assert a phase enable signal that electrically couples to the group's common regulator output and
One of the pulse width modulation (PWM) phase control signal and the shared current ( ISHARE ) phase control signal received from the polyphase controller (MPC) of the first phase group is set in the first spare regulator phase. Send and
The phase failure signal from the first spare regulator phase is electrically connected to the MPC in the first phase group.
In response to the detection of the phase single point of failure signal from the first phase group, monitoring of the phase single point of failure signal is stopped.
The non-volatile memory in the control logic stores the association between the first spare regulator phase and the common regulator output of the first phase group.
To the second spare regulator phase of the set of redundant spare regulator phases, in response to the detection of an additional phase failure signal from the supplementary phase group, the output of the second spare regulator phase of the supplementary phase group. Assert a phase enable signal that electrically couples to the common regulator output and
The phase control signal received from the MPC of the supplementary phase group is transmitted to the second spare regulator phase.
The phase failure signal from the second spare regulator phase is electrically connected to the MPC in the supplementary phase group.
In response to the detection of the additional phase fault signal from the supplementary phase group, monitoring of the additional phase fault signal is discontinued.
The non-volatile memory stores the association between the second spare regulator phase and the common regulator output of the supplementary phase group.
In response to the output of all the redundant spare regulator phases electrically coupled to the common regulator output of the phase group, a system notification requesting a regulator replacement operation is sent.
A method that involves using control logic that is configured to be.
前記補足の相グループが、第1の相グループおよび第2の相グループからなる群から選択される、請求項14に記載の方法。 14. The method of claim 14, wherein the supplemental phase group is selected from a group consisting of a first phase group and a second phase group. 相グループ内の各レギュレータ相の電流供給能力が、相グループ内の1つのレギュレータ相の故障に続いて、前記相グループの指定された累積出力電流の供給をもたらすように指定されている、請求項14に記載の方法。 Claimed that the current supply capacity of each regulator phase in a phase group is specified to result in the supply of the specified cumulative output current of said phase group following the failure of one regulator phase in the phase group. 14. The method according to 14. 相グループ内の各レギュレータ相の電流供給能力が、相グループ内の少なくとも2つのレギュレータ相の故障に続いて、前記相グループの指定された累積出力電流の供給をもたらすように指定されている、請求項14に記載の方法。 The current supply capacity of each regulator phase in a phase group is specified to provide the specified cumulative output current supply for the phase group following the failure of at least two regulator phases in the phase group. Item 14. The method according to item 14. 前記第1の予備レギュレータ相が、第1の電圧および第2の電圧からなる群から選択される電圧を出力するように構成されている、請求項14に記載の方法。 14. The method of claim 14, wherein the first spare regulator phase is configured to output a voltage selected from the group consisting of a first voltage and a second voltage. 前記追加の相障害信号が、単一障害信号、二重障害信号、および予備障害信号からなる群から選択される、請求項14に記載の方法。 14. The method of claim 14, wherein the additional phase fault signal is selected from the group consisting of a single fault signal, a double fault signal, and a preliminary fault signal. レギュレータ置換え動作を要求する前記システム通知が、電子メール・メッセージ、テキスト・メッセージ、コンソール・メッセージ、およびボイスメール・メッセージからなる群から選択される、請求項14に記載の方法。 14. The method of claim 14, wherein the system notification requesting a regulator replacement operation is selected from the group consisting of email messages, text messages, console messages, and voice mail messages.
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