JP5095720B2 - 勾配非線形適応的電力アーキテクチャ及びスキーム - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

［関連出願］
本出願は、参照することによりその全てがここに含まれる、米国特許出願“ＧＲＡＤＩＥＮＴ ＮＯＮ−ＬＩＮＥＡＲ ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＰＯＷＥＲ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ＡＮＤ ＳＣＨＥＭＥ”の一部継続出願であり、優先権を主張する。

［背景］
電力アーキテクチャ及び電力変換技術が、特定の処理の下において特定のデバイスの電力消費の省力化に利用可能であるかもしれない。電源としてバッテリに頼るデバイスにとって特に重要であるが、電力低減アーキテクチャ及び技術はさらに、ＤＣ−ＤＣ電圧制御、ＡＣ−ＤＣ変換、ＤＣ−ＡＣ変換又はＡＣ−ＡＣ電圧制御を含む任意のデバイスに有用となるかもしれない。パラレル化又はインタリーブ化されたモジュールは、ときどき熱管理及び動的パフォーマンスを向上させるため、電力をパラレルに処理するのに利用されるかもしれない。このようなパラレル化されたモジュールは、パラレル化されたサブモジュール間で共有される一様な又は等しい（及びリニアな）電流／電力を利用するかもしれない。これらパラレル化されたサブモジュールの１以上がオフされるときでさえ、残りのサブモジュールは等しい電流共有を維持し、さらに順序付けされた形式により次々とオフされるかもしれない。これは常にベストな効率性とパフォーマンスをもたらすとは限らない。

デバイスの電力変換モジュールは、ロード要求と他の動作状態に基づき異なる効率性を有するかもしれない。例えば、電力変換モジュールは、それが可能な最大電力又は電流ロードに対して高い電流又は電力ロード（最大電力又は電流ロードの約４０％以上など）において効率的であるかもしれない。しかしながら、最大電力又は電流ロードに対してより低い電流又は電力ロードでは（最大電力又は電流ロードの約２０％以下など）、電力変換モジュールの効率性は低下するかもしれない。このため、電力変換及び電力送出のための電力低減技術の改善が必要であり、特に供給されるデバイスに典型的な電力範囲内における電力変換及び電力送出のための電力低減技術の改善が必要とされるかもしれない。

［詳細な説明］
勾配非線形適応的電力アーキテクチャ及びスキームの実施例が説明される。図面に示されるようなこれらの実施例の記載が詳細に参照される。実施例が図面に関して説明されるが、ここに開示される図面に限定されるものでない。他方、添付した請求項により規定されるような実施例の趣旨及び範囲内のすべての代替、変更及び均等をカバーする。

各種実施例は、一般に複数の電力サブモジュールを使用する電力モジュールに関する。より詳細には、実施例は、ロード電流、電力出力、入力電圧及び他の動作状態の変動に対して電力モジュール（個別のサブモジュールの組み合わせなど）の全体的な効率を向上させるため、変動する特性の複数の電力サブモジュールを組み合わせ及び制御する。さらに、実施例の電力モジュールの電力サブモジュールは、ロード電流、電力モジュール出力において必要とされる電力又は他の動作状態に応答して、個別に制御（イネーブル、非イネーブル又は変更など）されるかもしれない。さらに、電力モジュールは、それの電力サブモジュール間での適応的非線形及び非一様な電流／電力共有を利用するかもしれない。

図１は、デバイス１００の部分的なブロック図を示す。デバイス１００は、ここではまとめて“モジュール”と呼ばれる複数の要素、コンポーネント又はモジュールから構成されるかもしれない。モジュールは、回路、集積回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、集積回路アレイ、集積回路若しくは集積回路アレイを有するチップセット、ロジック回路、メモリ、集積回路アレイ若しくはチップセットの要素、スタック集積回路アレイ、プロセッサ、デジタル信号プロセッサ、プログラマブルロジックデバイス、コード、ファームウェア、ソフトウェア及びこれらの何れかの組み合わせとして実現可能である。図１はあるトポロジーによる限定数のモジュールしか示していないが、デバイス１００が与えられた実現形態に所望される任意数のトポロジーによるより多くの又はより少数のモジュールを有する可能性があることは理解されるかもしれない。

一実施例では、デバイス１００はモバイルデバイスから構成されるかもしれない。例えば、モバイルデバイス１００は、コンピュータ、ラップトップコンピュータ、ウルトララップトップコンピュータ、携帯コンピュータ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、無線ＰＤＡ、コンビネーション携帯電話／ＰＤＡ、ポータブルデジタル音楽プレーヤー、ページャ、双方向ページャ、ステーション、モバイル加入ステーションなどから構成されるかもしれない。実施例はこれに限定されるものでない。

一実施例では、デバイス１００はプロセッサ１１０を有するかもしれない。プロセッサ１１０は、ＣＩＳＣ（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）マイクロプロセッサ、ＲＩＳＣ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）マイクロプロセッサ、ＶＬＩＷ（Ｖｅｒｙ Ｌｏｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｗｏｒｄ）マイクロプロセッサ、命令セットの組み合わせを実現するプロセッサ又は他のプロセッサデバイスなどの何れかのプロセッサ又はロジックデバイスを用いて実現されるかもしれない。一実施例では、例えば、プロセッサ１１０は、カリフォルニア州サンタクララのインテル（登録商標）コーポレイションにより製造されるプロセッサなどの汎用プロセッサとして実現されるかもしれない。プロセッサ１１０は、コントローラ、マイクロコントローラ、埋め込みプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサ、メディアプロセッサ、入出力（Ｉ／Ｏ）プロセッサ、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）プロセッサ、ラジオベースバンドプロセッサ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）などの専用プロセッサとして実現されるかもしれない。実施例はこれに限定されるものでない。

一実施例では、デバイス１００は、プロセッサ１１０に接続するためのメモリ１２０を有するかもしれない。メモリ１２０は、与えられた実現形態に所望されるようなプロセッサ１１０とメモリ１２０との間の専用バス又はバス１６０を介しプロセッサ１１０に接続されるかもしれない。メモリ１２０は、揮発性メモリと不揮発性メモリの両方を含む、データを格納可能な何れかのマシーン可読媒体又はコンピュータ可読媒体を用いて実現されるかもしれない。例えば、メモリ１２０は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ ＲＡＭ）、ＤＤＲＡＭ（Ｄｏｕｂｌｅ−Ｄａｔａ−Ｒａｔｅ ＤＲＡＭ）、ＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ＤＲＡＭ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ ＲＡＭ）、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＰＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、強誘電性ポリマーメモリ、位相変化（ｏｖｏｎｉｃ）メモリ、フェーズチェンジ又は強誘電性メモリなどのポリマーメモリ、ＳＯＮＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）メモリ、磁気若しくは光カード、又は情報を格納するのに適した他の何れかのタイプの媒体を含むかもしれない。メモリ１２０の一部又はすべてがプロセッサ１１０と同じ集積回路に含まれる、又はメモリ１２０の一部又はすべてがハードディスクドライブなどのプロセッサ２０２の集積回路の外部の集積回路又は他の媒体に配置されるかもしれないことに留意すべきである。実施例はこれに限定されるものでない。

各種実施例では、デバイス１００は送受信機１３０を有するかもしれない。送受信機１３０は、所望の無線プロトコルに従って動作するよう構成される何れかの無線送信機及び／又は受信機であるかもしれない。適切な無線プロトコルの具体例として、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ、ＩＥＥＥ８０２．１６、ＩＥＥＥ８０２．２０などのＩＥＥＥ８０２．ｘｘプロトコルシリーズを含む各種ＷＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）プロトコルがあげられる。無線プロトコルの他の具体例として、ＧＰＲＳ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ）によるＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）セルラーラ無線電話システムプロトコル、１ｘＲＴＴによるＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）セルラー無線電話通信システム、ＥＤＧＥ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ Ｒａｔｅｓ ｆｏｒ Ｇｌｏｂａｌ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）システムなどの各種ＷＷＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）プロトコルがあげられる。無線プロトコルのさらなる具体例として、赤外線プロトコル、ブルートゥース仕様バージョンｖ１．０，ｖ１．１，ｖ１．２，ｖ２．０，ＥＤＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ Ｒａｔｅ）によるｖ２．０、１以上のブルートゥースプロファイルなどを含むブルートゥースＳＩＧ（Ｓｐｅｃｉａｌ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ Ｇｒｏｕｐ）プロトコルシリーズ（ここではまとめて“ブルートゥース仕様”と呼ばれる）からのプロトコルなどの無線ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を含むかもしれない。他の適切なプロトコルとして、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）、ＤＯ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｏｆｆｉｃｅ）、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｏｍｅ、ＴＰＭ（Ｔｒｕｓｔｅｄ Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｍｏｄｕｌｅ）、ＺｉｇＢｅｅ及び他のプロトコルがあげられる。実施例はこれに限定されるものでない。

各種実施例では、デバイスはマスストレージデバイス１４０を有するかもしれない。マスストレージデバイス１４０の具体例として、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ（ＣＤ Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＣＤ−ＲＷ（ＣＤ Ｒｅｗｒｉｔｅａｂｌｅ）、光ディスク、磁気メディア、光磁気メディア、リムーバブルメモリカード若しくはディスク、各種タイプのＤＶＤ、テープ装置、カセット装置などがあげられる。実施例はこれに限定されるものでない。

各種実施例では、デバイス１００は１以上のＩ／Ｏアダプタ１５０を有するかもしれない。Ｉ／Ｏアダプタ１５０の具体例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート／アダプタ、ＩＥＥＥ１３９４ファイアウェアポート／アダプタなどを含むかもしれない。実施例はこれに限定されるものでない。

一実施例では、デバイス１００はバス１６０を介し電源１８０に接続される電力供給１７０から主電力供給電圧を受け取るかもしれない。ここに示されるように、バス１６０は通信バスと、デバイス１００の各種モジュールがエネルギー供給される電力バスとの両方を表すかもしれない。

図２は、電源１８０と電力モジュール１７０の詳細を示す。例えば、電源１８０はバッテリ２１０を有するかもしれない。バッテリ２１０は、例えば、亜鉛バッテリ、アルカリバッテリ、ニッケルカドミウムバッテリ、ニッケル金属水素化物バッテリ、リチウムイオンバッテリ、鉛酸バッテリ、メタルエアバッテリ、酸化銀バッテリ、酸化水銀バッテリ、又は他の何れかのバッテリなどであるかもしれない。バッテリ２１０の代わりに又は加えて、電源はさらに、ＤＣソース２２０、ＡＣソース２３０又はＤＣソース２２０とＡＣソース２３０の両方を含むかもしれない。実施例はこれに限定されるものでない。

電源１８０の出力（バッテリ２１０、ＤＣソース２２０、ＡＣソース２３０又はこれらの組み合わせなどから）は、電力モジュール１７０への入力２４０である。デバイス１００により必要とされる入力２４０と出力２９０とに基づき、電力供給はＤＣ−ＤＣ電圧レギュレータ２５０、ＡＣ−ＤＣコンバータ２６０、ＤＣ−ＡＣコンバータ２７０、ＡＣ−ＡＣレギュレータ２８０又はこれらの組み合わせを含むかもしれない。全体的な動作について、実施例の電力モジュール１７０は、電源１８０から入力２４０を受け取り、出力２９０を生成するため、入力２４０を効率的に調整、変換又は変更するかもしれない。実施例では、電力モジュール１７０は、出力２９０に接続されるロード（電力、電流、電圧又はその組み合わせ）の実質的に範囲全体において効率的に動作する。図３〜８は、実施例の電力モジュール１７０のアーキテクチャと結果として得られる効率性をより詳細に示す。

図３は、電力モジュール又は実質的に同様の若しくは同一の電力モジュールのパラレルな組み合わせの効率性曲線３００を示す。このようなアーキテクチャでは、効率性は特定のロード範囲について最適化されるかもしれない。効率性曲線３００の近似的な有用な範囲３１０により示されるように、電力モジュール又は実質的に同様の若しくは同一の電力モジュールの組み合わせは、ロード範囲の一部についてのみ有用であるかもしれない。しばしば図示されるように、電力モジュール又は実質的に同様の若しくは同一の電力モジュールが、最大ロードの約７５％などに最適化される。しかしながら、より小さなロード及びより大きなロードでは、電力モジュール又は実質的に同様の若しくは同一の電力モジュールの組み合わせのパフォーマンスは低下するかもしれない。例えば、電力モジュール又は実質的に同様の若しくは同一の電力モジュールの組み合わせの効率性は、例えば、ロードが最大ロードの約３０％未満になると実質的に低下するかもしれない。さらに、電力モジュール又は実質的に同様の若しくは同一の電力モジュールの組み合わせの効率性は、例えば、ロードが最大ロードの約８５％を超えると実質的に低下するかもしれない。

実質的に固定されたロード又はその最大ロードの約７５％において主として動作するシステムについて、図３の効率性曲線３００は受け入れ可能な電力モジュールを表すかもしれない。しかしながら、システム（デバイス１００など）がより大きなロード変動により動作するとき、効率性曲線３００は相対的に小さなロード（最大ロードの約３０％以下など）又は相対的に大きなロード（最大ロードの約８５％以上など）に対して受け入れ可能な効率性を有しない電力モジュールを示すかもしれない。

図４は、複数の電力サブモジュールを使用する実施例の電力モジュール１７０のブロック図を示す。実施例では、Ｎ個の電力サブモジュール（サブモジュール１（４１０）、サブモジュール２（４２０）及びサブモジュールＮ（４３０）として示される）が、同じ入力２４０と同じ出力２９０をパラレルに共有して接続されるかもしれない。電力サブモジュール４１０〜４３０は、図２に関して示されるように、ＤＣ−ＤＣレギュレータ、ＡＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＡＣコンバータ又はＡＣ−ＡＣレギュレータであるかもしれない。実施例では、各電力サブモジュール４１０〜４３０は、第１サブモジュール４１０が第２サブモジュール４２０より大きく（及びより高い電力／電流において効率的な）、第１及び第２サブモジュールが第３サブモジュールより大きく（及びより高い電力／電流において効率的な）、電力サブモジュールＮまで同様に構成されるように、異なるサイズ又は効率的な電力／電流範囲を有するかもしれない。

実施例の電力モジュール１７０の各電力サブモジュール（電力サブモジュール４１０〜４３０など）は、異なる電流／電力範囲において効率的に動作するよう選択されるかもしれない。さらに、実施例の電力モジュール１７０は、例えば、個別の電力サブモジュール又はその組み合わせをイネーブル又は非イネーブルにすることによって、各種電力／電流ロードに適応可能である。実施例では、例えば、実質的にフルロードで動作するとき、すべての電力サブモジュール（電力サブモジュール４１０〜４３０など）が、個々の最大能力又は実質的に最大に近い能力によるロードにフル電力／電流を送出するようイネーブルにされるかもしれない。あるいは、より小さなロードにより動作するとき、電力モジュール１７０の１以上の電力サブモジュールは、残りの電力サブモジュールがそれらにとって効率的な電力／電流範囲で動作するよう非イネーブルとされるかもしれない。個別の電力モジュール（電力サブモジュール４１０〜４３０など）のイネーブル化及び非イネーブル化はさらに、変動するロード要求に動的に適応するよう動的制御されるかもしれない。このように、個別の電力サブモジュール（電力サブモジュール４１０〜４３０など）のイネーブル化又は非イネーブル化は、ロード電力／電流範囲において電力モジュール１７０の全体的な効率を向上させるよう適応されるかもしれない。さらに、電力サブモジュール４１０〜４３０は、出力リプルを最小化し、トランジェントレスポンスを向上させるため、互いにインフェーズ又はアウトオブフェーズ（マルチフェーズなど）となるよう駆動／制御されるかもしれない。

実施例では、電力モジュール１７０の各電力サブモジュール（電力サブモジュール４１０〜４３０など）は、それの動作範囲に対して電力モジュールの効率を向上させる設計パラメータを含むかもしれない。設計パラメータは、コンポーネント及びスイッチ選択、インダクタ設計、スイッチング頻度、ゲートドライバ電圧又は電源からの異なる入力電圧をい含むかもしれない。

実施例では、各電力サブモジュール（電力サブモジュール４１０〜４３０など）は、Ｂｕｃｋコンバータ、マルチフェーズＢｕｃｋコンバータの１チャネル又はより一般には何れかの電力ステージであるかもしれない。さらに、個別の電力サブモジュールは、それらの動作範囲に応じて可変的なタイプを有するかもしれない。実施例はこれに限定されるものでない。

例えば、ロードにより要求される出力２９０の電流は、ほぼ０Ａ〜６０Ａの範囲内にあるかもしれない。さらに、実施例の電力モジュール１７０は、３つのパラレル電力サブモジュール４１０〜４３０を有するかもしれない。電力サブモジュール４１０は、３０Ａで最大効率となるよう設計され、電力サブモジュール４２０は２０Ａで、電力サブモジュール４３０は１０Ａで最大効率となるよう設計され、トータルで６０Ａの効率的な電流キャパシティとなる。各電力サブモジュールの効率性曲線が図３の効率性曲線３００に類似していると仮定すると、電力サブモジュール４１０はほぼ１２Ａ超で動作するとき最も効率的となり、電力サブモジュール４２０はほぼ８Ａ超で動作するとき最も効率的となり、電力サブモジュール４３０はほぼ４Ａ超で動作するとき最も効率的となる。さらに、このようなコンフィギュレーションによると、これら３つの電力サブモジュールの間の電流共有の比率は、例えば、電力サブモジュール４１０〜４３０について３：２：１となるかもしれない。表１は、可能な電流／電力共有制御スキームを示す。

この制御テーブルは、各電力サブモジュール４１０〜４３０がそれの最大となる効率性の範囲で利用可能となるように、要求されるロード電流に応じて適切な電力サーブモジュール４１０〜４３０がオン又はオフ（イネーブル又は非イネーブルなど）となる電力モジュール１７０の一例を示す。表１の例は、追加的な電力モジュールに拡張され、実施例の範囲内においてロード電流又はロード要求を交替するようにしてもよいことは理解されるであろう。

図５は、各電力サブモジュール（電力サブモジュール５１０〜５３０など）が個別の入力（それぞれ入力５１５〜５３５など）を有する実施例の電力モジュール５００を示す。すべての電力モジュール４１０〜４３０が同一の入力２４０に接続される実施例の電力モジュール１７０と比較して、電力モジュール５００は、より広範なロード範囲において電力モジュール５００の全体的な効率をさらに向上させるため、入力５２５〜５３５の電圧を独立に変更するなどによって、さらなるフレキシビリティを提供するかもしれない。例えば、小さなロードのために設計された電力サブモジュール（電力サブモジュール５３０など）は、大きなロードのための設計された電力サブモジュールが動作可能な電圧と異なる電圧においてより効率的に動作するかもしれない。

図４及び５の電力モジュール４００と５００の両方について、各電力サブモジュール（電力サブモジュール４１０〜４３０及び５１０〜５３０など）は、自らの独立した設計パラメータを有することが可能である。例えば、他のパラメータとして、各電力サブモジュールは異なる入力電圧、スイッチング頻度、インダクタ及びキャパシティ値、スイッチ駆動電圧及び電流並びにスイッチ寄生低減などを有するかもしれない。さらに、電力モジュール４００及び５００の各電力サブモジュールは、特定の電力範囲に適した異なる電力処理トポロジー及び回路を有するかもしれない。さらに、各電力サブモジュールは、例えば、固定周波数パルス幅変調（ＰＷＭ）制御、可変周波数ＰＷＭ制御、ヒステリシス制御及び可変周波数共振制御などを含む異なる制御スキームにより制御される。

図６は、実施例の電力モジュール１７０を構成する電力サブモジュール４１０〜４３０などの効率性曲線を示す。図示されるように、電力サブモジュール４１０は最大ロードに対して高いロードにおいてより効率的であり、サブモジュール４３０は最大ロードに対して低いロードにおいてより効率的であり、サブモジュール４２０はサブモジュール４１０及び４３０が効率的であるロード間のロードにおいてより効率的である。あるいは、各電力サブモジュール４１０〜４３０は異なるピーク効率を有する。表１について示されるように、特定のロードに依存して、電力サブモジュール４１０〜４３０は、電力モジュール１７０の全体的な効率を向上させるため、個別に又は組み合わせて実現されてもよい。

図７は、各電力サブモジュール（電力サブモジュール４１０〜４３０など）の組み合わせの効率性曲線を含む効率性グラフ７００を示す。図示されるように、従来の曲線は、図３に示されるような単一の電力モジュール又は実質的に同様の又は同一の電力モジュールのパラレルな組み合わせを表すかもしれない。追加的な曲線は、例えば、実施例による可変数の電力サブモジュール（Ｎ個の電力サブモジュールなど）を有する電力モジュール１７０を表すかもしれない。上述されるように、追加的な各電力サブモジュールは、それの前の電力サブモジュールより小さいロードにおいて効率的であるかもしれない。従って、実施例の電力モジュール１７０は、増加するＮ個の電力サブモジュールの最大ロードに対して低いロードにおいて効率性を増大させるかもしれない。全体的な結果は、実施例の電力モジュール１７０が同様には設計されていない電力モジュールと比較して、より広範なトータル効率性曲線を有するかもしれない（例えば、電力モジュール１７０が効率的なより広範な範囲のロードなど）。

図８は、各電力サブモジュールにより処理される電力量／電流量が動的に変化し、すなわち、電流／電力共有パーセンテージ／レシオが動的に変化するように、非線形及び非一様な電流／電力共有を利用する他の実施例を示すグラフ８００を示す。例えば、ロード需要及び／又は他の動作状態に基づき各サブモジュールの電流／電力リファレンスを動的に変更することによって、実施例が実現されるかもしれない。実施例では、あるロード及び／又は他の動作状態について、第１電力サブモジュール（電力サブモジュール４３０又は５３０など）が電力／電流の２０％を処理し、第２電力サブモジュール（電力サブモジュール４２０又は５２０など）が電力／電流の３０％を処理し、第３電力サブモジュール（電力サブモジュール４１０又は５１０など）が電力／電流の５０％を処理するようにしてもよい。実施例では、ロード及び／又は他の動作状態が変化すると、第１電力サブモジュールが電力／電流の５％を処理し、第２電力サブモジュールが電力／電流の３５％を処理し、第３電力サブモジュールが電力／電流の６０％を処理するなど、電力サブモジュール４１０〜４３０又は５１０〜５３０は動的に調整されるようにしてもよい。表１により示されるように、非一様で非線形適応的かつ動的な電流共有がさらに非線形オン／オフスキームに関して実現可能である。

図９は、実施例のロジックフロー９００を示す。９１０において、ロード（出力２９０又は５５０などにおける）及び／又は他の動作状態が検出されるかもしれない。検出されたロード及び／又は他の動作状態に応じて、９２０において、何れの電力サブモジュール又は何れの電力サブモジュールの組み合わせが検出されたロード又は他の動作状態に対して最も効率的であるか決定される。この決定は、例えば、表１のように、検出されたロード及び／又は他の動作状態について何れの電力サブモジュール又は何れの電力サブモジュールの組み合わせが適切であるかを含むるルックアップテーブルを参照するかもしれない。あるいは、この決定は、各サブモジュールにより処理される電力量／電流量が動的に変化し、又は複数の電力サブモジュールにおける電流／電力共有パーセンテージ／レシオが動的に変化するように、非線形で非一様な電流／電力共有を利用するかもしれない。例えば、これは、ロード需要及び／又は他の動作状態に基づき各サブモジュールの電流／電力リファレンスを動的に変更することによって実現可能である。その後９３０において、９２０における決定に応答して、各電力サブモジュールは、ロード及び／又は他の動作状態を効率的にサポートするようイネーブル、非イネーブル又は変更される（例えば、複数のイネーブルとされた電力サブモジュールの電流共有レシオを変更するなどによって）。その後９４０において、ロード及び／又は他の動作状態における変更が検出された場合、ロジックフロー９００は、変更されたロード及び／又は他の動作状態に動的に調整するよう９１０にループバックする。これにより、ロジックフロー９００に従って動作する電力モジュール１７０は、効率を向上させ、特に上述されたように、最大ロードに対して低いロードにおける効率性を向上させるかもしれない。

各種実施例では、電力モジュール（電力モジュール１７０及び／又は５００など）及び／又は電力サブモジュール（電力サブモジュール２５０〜２８０及び／又は４１０〜４３０など）のそれぞれは、所与の出力を生成することが所望される任意数又は任意のタイプの電力ステージ又は電力処理ブロックを用いて実現されるかもしれない。このような電力ステージ又は電力処理ブロックの具体例として、図２を参照して上述されるように、ＤＣ−ＤＣ電圧レギュレータ２５０、ＡＣ−ＤＣコンバータ２６０、ＤＣ−ＡＣコンバータ２７０又はＡＣ−ＡＣ電圧レギュレータ２８０などがあげられる。さらに、電力モジュール１７０及び／又は電力サブモジュールのそれぞれは、１つの接続された出力しか有しない同一のモジュールにおいてさえ、異なる電力ステージ又は電力処理タイプを利用して実現されるかもしれない。

各種実施例では、電力モジュール及び／又は電力サブモジュールは、複数の電力ステージにより実現されてもよい。一実施例では、例えば、電力サブモジュールの１つは、第１ステージがＡＣ−ＤＣコンバータ２６０として実現され、第２ステージがＤＣ−ＤＣ電圧レギュレータ２５０として実現され、ＡＣ−ＤＣコンバータ２６０がＤＣ−ＤＣ電圧レギュレータ２５０に供給する少なくとも２つのステージを有するＡＣ−ＤＣコンバータ電力サブモジュールとして実現可能である。

各種実施例では、電力モジュール及び／又は電力サブモジュールは、非一様な方法により複数の電力ステージにより実現されてもよい。一実施例では、例えば、電力モジュールは、非一様な方法により複数ステージの電力サブモジュールの複数のステージにおける電流又は電力共有レシオを変更するよう構成されてもよい。このようにして、同じサブモジュール内の各ステージ間の電流又は電力共有は、各サブモジュール間での調整と同様に非一様に調整可能である。

各種実施例では、電力モジュール及び／又は電力サブモジュールは、各種タイプの回路トポロジーを用いて実現されてもよい。上述されるように、各電力サブモジュール（電力サブモジュール２５０〜２８０及び／又は４１０〜４３０など）は、Ｂｕｃｋコンバータ、マルチフェーズＢｕｃｋコンバータの１チャネル、又はより一般には任意の電力ステージとして実現されてもよい。適切な回路トポロジーのさらなる具体例として、限定することなく、ブースト、Ｂｕｃｋブースト、Ｓｅｐｉｃ、Ｃｕｋ、ｆｏｗａｒｄ、ｆｌｙｂａｃｋ、ｈａｌｆ−ｂｒｉｄｇｅ、ｆｕｌｌ−ｂｒｉｄｇｅなどがあげられる。各電力サブモジュールは、その動作範囲に応じて各種タイプを有するかもしれず、実施例はこれに限定されるものでない。

各種実施例では、電力モジュール及び／又は電力サブモジュールは、隔離アーキテクチャ、非隔離アーキテクチャ又は隔離アーキテクチャと非隔離アーキテクチャの組み合わせを用いて実現されてもよい。

各種実施例では、電力サブモジュール及び／又は電力サブモジュールは、異なる電力変換タイプ及びトポロジーを用いて実現されてもよい。これは、電力モジュールが１つの出力に接続される実施例を含む。

各種実施例では、電力モジュール及び／又は電力サブモジュールは、特定のパーツ、コンポーネント又は回路を共有することが可能である。例えば、複数の電力サブモジュールのパーツは、所与の実現形態について所望されるような磁気的に接続され、電気的に接続され、又は接続されないかもしれない。

各種実施例では、電力モジュール及び／又は複数の電力サブモジュールが、図５を参照して説明される電力モジュール５００を参照して示されるように、異なる入力に接続可能である。この場合、各電力サブモジュールへの入力ソースは、所与の実現形態について所望されるように、同一又は異なる電力タイプ及び形態を有することが可能である。入力ソースの具体例として、ＤＣ電力、ＡＣ電力、整流されたＡＣ電力又は他の所望される電力若しくは波形があげられる。

各種実施例では、電力モジュール及び／又は複数の電力サブモジュールはマルチセルバッテリ２１０により実現されてもよい。この場合、各電力サブモジュールの入力は、異なる入力電圧レベルを提供するため、マルチセルバッテリ２１０の異なるセルからのものとすることが可能である。例えば、各入力は、同じバッテリパック内の異なる接続においてタップされ、これにより、同じバッテリパックから異なる入力電力レベルを形成する。

各種実施例では、電力モジュール及び／又は電力サブモジュールは、動的かつ適応的に調整されてもよい。一実施例では、例えば、電力モジュール及び／又は電力サブモジュールは、動作状態を可能にする出力を生成するため、ロード状態、入力電力状態、温度変化、コンポーネント変更、回路のパーツの故障状態又は他の適切な状態を含む可変的な状態の少なくとも１つに基づき、各電力サブモジュールの間の電流又は電力共有レシオを選択的かつ動的にイネーブル、非イネーブル又は変更するよう構成されてもよい。電流又は電力レシオは、すべての状態において動作効率を向上又は最大化するため、すべての状態において動的なパフォーマンスを向上又は最大化するため、ワット当たりのパフォーマンスを向上又は最大化するためなど、動的に調整されるかもしれない。

各種実施例では、電力モジュール及び／又は電力サブモジュールは、検知された各種タイプの情報に基づき、電流又は電力共有レシオを動的に調整するかもしれない。検知された情報の具体例として、限定されることなく、電圧情報、電流情報、電力情報などがあげられるかもしれない。電力モジュール及び／又は電力サブモジュールはまた、プロセッサからの信号に基づき、又はルックアップテーブルにより格納される値若しくは信号に基づき、電流又は電力共有レシオを動的に調整するかもしれない。

各種実施例では、電力モジュール及び／又は電力サブモジュールは、異なる固定的及び／又は可変的パラメータセットに従って動作するかもしれない。このような固定的及び／又は可変的パラメータの具体例として、限定することなく、固定周波数、可変周波数、固定駆動電圧、可変駆動電圧、インダクタンス、スイッチの個数、スイッチのタイプ、他の所望される固定的及び／又は可変的パラメータなどの各パラメータがあげられる。

各種実施例では、電力モジュール及び／又は電力サブモジュールは、複数の静的及び／又は動的な電流又は電力共有レシオを利用するかもしれない。一実施例では、例えば、第１電力サブモジュール群は第１の固定的な電流又は電力共有レシオにより実現され、第２電力サブモジュール群は第２の固定的な電流又は電力共有レシオにより実現されてもよい。一実施例では、例えば、第１電力サブモジュール群は固定的な電流又は電力共有レシオにより実現され、第２電力サブモジュール群は可変的又は動的な電流又は電力共有レシオにより実現されてもよく、その反対も可能である。一実施例では、例えば、第１電力サブモジュール群は第１の可変的又は動的な電流又は電力レシオにより実現され、第２電力サブモジュール群は第２の可変的又は動的な電流又は電力共有レシオにより実現されてもよい。

実施例の完全な理解を提供するため、多数の具体的詳細が提供された。しかしながら、これらの実施例が上記具体的詳細なしに実現可能であることは当業者に理解されるであろう。他の例では、実施例を不明りょうにしないように、周知の処理、コンポーネント及び回路は詳細には説明されていない。ここに開示された具体的な構造的及び機能的詳細は典型例であり、実施例の範囲を必ずしも限定するものでないことは理解できる。

“一実施例”又は“実施例”という表現は、当該実施例に関して説明された機能、構成又は特徴が少なくとも１つの実施例に含まれることを意味することに留意することが重要である。明細書の各箇所における“一実施例では”という表現は、すべてが必ずしも同一の実施例を参照しているとは限らない。

一部の実施例は、所望の計算レート、電力レベル、熱耐性、処理サイクルバジェット、入力データレート、出力データレート、メモリリソース、データバススピード及び他のパフォーマンス制約などの任意数のファクタに従って変更可能なアーキテクチャを用いて実現されるかもしれない。例えば、汎用又は特定用途向けプロセッサにより実行されるソフトウェアを用いて実現されてもよい。他の例では、回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの専用のハードウェアとして実施例は実現されてもよい。さらなる他の例として、プログラムされた汎用コンピュータコンポーネント及びカスタムハードウェアコンポーネントの何れかの組み合わせによって、実施例が実現されてもよい。実施例はこれに限定されるものでない。

“接続される”と“結合される”という表現とその派生語を用いていくつかの実施例が説明されているかもしれない。これらの用語は互いに同義語として使用されていないことが理解されるべきである。例えば、“結合される”という用語を使用して、２以上の要素が互いに直接物理的又は電気的な接触を有していることを示すことによって、いくつかの実施例が説明されているかもしれない。他の例では、“接続される”という用語を使用して、２以上の要素が互いに直接物理的又は電気的な接触を有していることを示すことによって、いくつかの実施例が説明されているかもしれない。しかしながら、さらに“接続される”という用語は、２以上の要素が互いに直接的には接触していないが、以前として互いに協調又は相互作用することを意味するかもしれない。実施例はこれに限定されるものでない。

いくつかの実施例は、例えば、マシーンにより実行された場合、マシーンに実施例による方法及び／又は処理を実行させる命令又は命令セットを格納するマシーン可読媒体又は物などを用いて実現されるかもしれない。このようなマシーンは、例えば、何れか適切な処理プラットフォーム、計算プラットフォーム、計算装置、処理装置、計算システム、処理システム、コンピュータ、プロセッサなどを含むかもしれず、何れか適切なハードウェア及び／又はソフトウェアの組み合わせを用いて実現されるかもしれない。マシーン可読媒体又は物は、例えば、図２を参照して与えられた具体例など、何れか適切なタイプのメモリユニットを含むかもしれない。例えば、メモリユニットは、何れかのメモリデバイス、メモリ物、メモリ媒体、ストレージデバイス、ストレージ物、記憶媒体及び／又はストレージユニット、メモリ、着脱可能若しくは着脱不可な媒体、消去可能若しくは消去不可な媒体、書き込み可能若しくは書き込み不可な媒体、デジタル若しくはアナログ媒体、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、光ディスク、磁気メディア、各種タイプのＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、テープ、カセットなどを含むかもしれない。上記命令は、ソースコード、コンパイルされたコード、インタープリットされたコード、実行可能コード、静的コード、動的コードなどの何れか適したタイプのコードを含むかもしれない。上記命令は、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）、ＢＡＳＩＣ、Ｐｅｒｌ、Ｍａｔｌａｂ、Ｐａｓｃａｌ、Ｖｉｓｕａｌ ＢＡＳＩＣ、アセンブリ言語、マシーンコードなどの何れか適切な高レベル、低レベル、オブジェクト指向、ビジュアル、コンパイル及び／又はインタープリットプログラミング言語を用いて実現されるかもしれない。実施例はこれに限定されるものでない。

ここに説明されたように、実施例の特定の特徴が示されたが、当業者には多数の改良、置換、変更及び均等が想到するであろう。従って、添付した請求項は、実施例の真の趣旨に属するようなこのようなすべての改良及び変更をカバーするものであることが理解されるであろう。

図１は、実施例の電力モジュールを有するシステムを示す。 図２は、実施例の電源と電力モジュールとを示す。 図３は、従来の電力モジュールの有用な効率性範囲を示す。 図４は、実施例の勾配非線形適応的電力モジュールを示す。 図５は、他の実施例の勾配非線形適応的電力モジュールを示す。 図６は、個別の電力サブモジュールの効率性を示す。 図７は、実施例のＮ個の電力サブモジュールの集合的な効率性を示す。 図８は、非線形及び非一様電流／電力共有を用いた実施例を示すグラフを示す。 図９は、実施例のロジックフローを示す。

Claims (32)

1. 電力管理のための装置であって、
   各電力サブモジュールが異なる動作状態においてピーク効率を有する複数の電力サブモジュールを含む電力モジュールから構成され、
   前記複数の電力サブモジュールは、異なるロード電流レベルに対して前記複数の電力サブモジュールの組み合わせがイネーブル又は非イネーブルとされるべきか示す制御テーブルに従って、個別にイネーブル又は非イネーブルとされる装置。
2. 前記電力モジュールは、前記動作状態を可能にする出力を生成するため、各電力サブモジュールのピーク効率、安定状態パフォーマンス又は動的パフォーマンスの少なくとも１つに基づき、各電力サブモジュールの間の電流共有を選択的にイネーブル、非イネーブル又は変更する、請求項１記載の装置。
3. 前記電力モジュールはさらに、前記動作状態の変更に応答して、動的に各電力サブモジュールの間の電流共有を選択的にイネーブル、非イネーブル又は変更する、請求項１記載の装置。
4. 前記電力サブモジュールは、単一の入力に接続され、
   前記電力サブモジュールは、出力に接続される、請求項３記載の装置。
5. 各電力サブモジュールは、個別の入力に接続され、
   前記電力サブモジュールは、出力に接続される、請求項３記載の装置。
6. 電力管理のためのシステムであって、
   バッテリと、
   前記バッテリに接続される電力モジュールと、
   を有し、
   前記電力モジュールは、各電力サブモジュールが異なるロードにおいてピーク効率を有する複数の電力サブモジュールを含み、
   前記複数の電力サブモジュールは、異なるロード電流レベルに対して前記複数の電力サブモジュールの組み合わせがイネーブル又は非イネーブルとされるべきか示す制御テーブルに従って、個別にイネーブル又は非イネーブルとされるシステム。
7. 前記電力モジュールは、前記動作状態を可能にする出力を生成するため、各電力サブモジュールのピーク効率、安定状態パフォーマンス又は動的パフォーマンスの少なくとも１つに基づき、各電力サブモジュールの間の電流共有レシオを選択的にイネーブル、非イネーブル又は変更する、請求項６記載のシステム。
8. 前記電力モジュールはさらに、前記動作状態の変更に応答して、動的に各電力サブモジュールの間の電流共有を選択的にイネーブル、非イネーブル又は変更する、請求項６記載のシステム。
9. 前記電力サブモジュールは、単一の入力に接続され、
   前記電力サブモジュールは、出力に接続される、請求項８記載のシステム。
10. 各電力サブモジュールは、個別の入力に接続され、
    前記電力サブモジュールは、出力に接続される、請求項８記載のシステム。
11. 電力管理のための方法であって、
    複数の同一でない電力サブモジュールを含む電力モジュールによって、ロードを検出するステップと、
    前記電力モジュールによって、前記ロードを供給する電力サブモジュールを決定するステップと、
    前記決定に応答して、前記電力サブモジュールを選択的に制御するステップと、
    を有し、
    前記複数の電力サブモジュールは、異なるロード電流レベルに対して前記複数の電力サブモジュールの組み合わせがイネーブル又は非イネーブルとされるべきか示す制御テーブルに従って、個別にイネーブル又は非イネーブルとされる方法。
12. 前記電力サブモジュールを選択的に制御するステップはさらに、前記電力サブモジュールの間の電流又は電力共有を変更する、請求項１１記載の方法。
13. 前記電力サブモジュールを選択的に制御するステップはさらに、固定周波数パルス幅変調（ＰＷＭ）制御、可変周波数ＰＷＭ制御、ヒステリシス制御又は可変周波数共振制御により前記サブモジュールを制御する、請求項１１記載の方法。
14. 前記電力モジュールによって、他のロードを検出するステップをさらに有する、請求項１２記載の方法。
15. 前記電力モジュールによって、前記他のロードを検出する電力サブモジュールを決定するステップと、
    前記決定に応答して、前記電力サブモジュールを選択的に制御するステップと、
    をさらに有する、請求項１４記載の方法。
16. 実行されると、システムが、
    複数の同一でない電力サブモジュールを含む電力モジュールによって、ロードを検出するステップと、
    前記電力モジュールによって、前記ロードを供給する電力サブモジュールを決定するステップと、
    前記決定に応答して、前記電力サブモジュールを選択的に制御するステップと、
    を実行することを可能にする命令を含むマシーン可読記憶媒体から構成され、
    前記複数の電力サブモジュールは、異なるロード電流レベルに対して前記複数の電力サブモジュールの組み合わせがイネーブル又は非イネーブルとされるべきか示す制御テーブルに従って、個別にイネーブル又は非イネーブルとされる物。
17. 実行されると、前記システムが、前記電力サブモジュールの間の電流又は電力供給を変更することを可能にする命令をさらに有する、請求項１６記載の物。
18. 実行されると、前記システムが、固定周波数パルス幅変調（ＰＷＭ）制御、可変周波数ＰＷＭ制御、ヒステリシス制御又は可変周波数共振制御により前記電力サブモジュールを選択的に制御することを可能にする命令をさらに有する、請求項１６記載の物。
19. 実行されると、前記システムが、前記電力モジュールによって、他のロードを検出することを可能にする命令をさらに有する、請求項１７記載の物。
20. 実行されると、前記システムが、
    前記電力モジュールによって、前記他のロードを検出する電力サブモジュールを決定するステップと、
    前記決定に応答して、前記電力サブモジュールを選択的に制御するステップと、
    をさらに実行することを可能にする命令を含む、請求項１９記載の物。
21. 前記電力サブモジュールは、ＤＣ−ＤＣ電圧レギュレータ、ＡＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＡＣコンバータ又はＡＣ−ＡＣ電圧レギュレータから構成される、請求項１記載の装置。
22. 前記電力サブモジュールは、第１ステージにＡＣ−ＤＣコンバータと、第２ステージにＤＣ−ＤＣ電圧レギュレータとを有する２ステージＡＣ−ＤＣコンバータを含む、請求項１記載の装置。
23. 各電力サブモジュールは、隔離、非隔離又は隔離と非隔離の組み合わせとされる、請求項１記載の装置。
24. 各電力サブモジュールへの各入力は、同一の電力タイプ及び形態を有し、又は異なる電力タイプ及び形態を有することが可能である、請求項１０記載のシステム。
25. 各入力は、ＤＣ電力、ＡＣ電力又は整流されたＡＣ電力から構成可能である、請求項１０記載のシステム。
26. 前記バッテリは、マルチセルバッテリから構成され、
    各電力サブモジュールは、異なる入力電圧レベルを提供する異なるセルから入力を受け付ける、請求項６記載のシステム。
27. 前記電力モジュールは、前記動作状態を可能にする出力を生成するため、前記回路のロード状態、入力電力状態、温度変化、コンポーネント変更又は故障状態を含む可変的な状態の少なくとも１つに基づき、各電力サブモジュールの間の電流共有を選択的及び動的にイネーブル、非イネーブル又は変更する、請求項１記載の装置。
28. 前記電力モジュールは、電圧、電流又は電力を含む検知された情報に基づき、各電力サブモジュールの間の電流共有を選択的及び動的にイネーブル、非イネーブル又は変更する、請求項１記載の装置。
29. 前記電力モジュールは、プロセッサからの信号に基づき、各電力サブモジュールの間の電流共有を選択的及び動的にイネーブル、非イネーブル又は変更する、請求項１記載の装置。
30. 前記電力モジュールは、前記制御テーブルに基づき、各電力サブモジュールの間の電流共有を選択的及び動的にイネーブル、非イネーブル又は変更する、請求項１記載の装置。
31. ２以上の電力サブモジュールは、異なる固定的又は可変的なパラメータ群を用いて動作し、
    前記パラメータは、固定的な周波数、可変的な周波数、固定的な駆動電圧、可変的な駆動電圧、インダクタンス、スイッチの個数又はスイッチのタイプの少なくとも１つを含む、請求項１記載の装置。
32. 前記電力モジュールは、第１の電流又は電力共有レシオを用いる第１電力サブモジュール群と、第２の電流又は電力共有レシオを用いる第２電力サブモジュール群との各電力サブモジュールの間の電流共有を選択的及び動的にイネーブル、非イネーブル又は変更する、請求項１記載の装置。

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