[发明专利]用于提供混合式电压调节器的设备、系统和方法

说明书

本公开示出了一种混合式调节器拓扑结构，其能够更容易地被集成并且能够甚至利用小电感器维持在宽输出和输入电压范围上的高效率。所述混合式调节器拓扑结构能够包括两种类型的调节器：快速开关电感型调节器和将输入电压划分成输入电压的M/N分数的降压调节器。所述混合式调节器拓扑结构的所公开的实施例能够通过限制在快速开关电感型调节器中的开关上摇摆的电压来减少快速开关电感型调节器的电容性损耗。所述混合式调节器拓扑结构的所公开的实施例能够通过以高切换频率操作快速开关电感型调节器并且利用流过电感器的少量电流来减少快速开关电感型调节器的电阻器电阻性损耗。

相关申请的交叉引用

本申请基于35U.S.C.§119(e)要求于2013年4月11日提交的题为“SYSTEMS ANDMETHODS FOR PROVID_ING A HYBRID VOLTAGE REGULATOR”的美国临时申请No.61/810,998的较早申请日的权益，通过引用方式将其全部内容并入本文。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明利用基于由国家科学基金会(NSF)批准的1248828的政府支持进行。政府具有本发明的某些权利。

技术领域

本公开涉及用于提供混合式电压调节器的设备、系统和方法。

背景技术

存在减小电子系统的尺寸的强烈需求。尺寸减小在空间宝贵的移动电子设备中尤其是期望的，但是在被放置在大数据中心中的服务器中也是期望的，因为在固定房产中塞进尽可能多的服务器是重要的。

电子系统中的最大部件之一包括电压调节器(有时还被称为功率调节器)。电压(或功率)调节器被设计用于将源电压信号的源电压转换为目标电压，使得目标电压能够服务电压/功率调节器的输出负载。功率调节器常常包括大量笨重的片外部件以将电压递送到集成芯片，包括处理器、存储装置(例如，动态读取存取存储器(DRAM)、射频(RF)芯片、WiFi复合芯片和功率放大器。因此，期望减小电子系统中的电压调节器的尺寸。

功率调节器包括诸如DC-DC调节器芯片的半导体芯片，其将来自电源(例如电池)的功率递送到输出负载。输出负载能够包括电子设备中的各种集成芯片(例如，应用处理器、DRAM、NAND闪速存储器)。为了高效递送功率，电压调节器能够使用“buck”拓扑结构。这样的调节器被称为buck调节器。Buck调节器使用电感器将电荷从电源转移到输出负载。buck调节器能够使用功率开关来将电感器连接到多个电压中一个/与多个电压中的一个断开连接，由此提供为多个电压的加权平均的输出电压。Buck调节器能够通过控制电感器耦合到多个电压中的一个的时间量来调节输出电压。

遗憾的是，buck调节器不适合于高度集成的电子系统。buck调节器的转换效率取决于电感器的尺寸，尤其是当功率转换比率很高时并且当由输出负载消耗的电流量很高时。因为电感器能够占据很大面积并且对于集成在管芯上或封装上而言是笨重的，所以现有的buck调节器常常使用大量片外电感器部件。该策略常常需要印刷电路板上的很大面积，这转而增大了电子设备的尺寸。随着移动片上系统(SoC)变得越来越复杂并且需要越来越多数量的电压域要由电压调节器递送，该挑战被加重。

发明内容