[发明专利]实现功率循环的开关调制器

说明书

一种用于开关调制器的控制器，其接收输入电压并产生调节的输出电压。控制器激活降压控制电路，以产生具有小于输入电压的第一电压值的稳压输出电压。控制器激活升压控制电路以将存储在输出节点处的输出电容器上的电荷返回到输入节点，从而将经调节的输出电压驱动到低于第一电压值的第二电压值。在一些实施例中，响应于指示控制器允许输出电压衰减的命令，控制器在升压模式下操作，使用升压控制电路在输出节点处循环存储的电荷，同时降低输出电压。

技术领域

本发明涉及开关调制器的电路及方法，尤其是，涉及一种实现功率循环的开关调制器。

背景技术

笔记本电脑等电子系统通常包括电源管理集成电路，用于调制电子系统的电源使用。此外，集成电路的电子系统通常采用电压调制器，将系统电源的主母线电压转换为驱动其中集成电路所需的一个或多个电压。例如，提供给电子系统的5伏电源电压可能需要降低至1.8伏，以驱动电子系统中的集成电路。便携式计算设备，如笔记本电脑或笔记本电脑，包括处理器(或微控制器)和本地内存，这些处理器与组件耦合，并执行嵌入式软件来执行某些任务。实际上，处理器电源由电压调制器提供，将电源的输入电压转换为处理器指定的电压值。

开关电源或开关调制器，也称为直流到直流转换器，是一种电压调制器，通常用于将输入电源电压转换为集成电路所选电压电平下的所需输出电压。在一个例子中，为嵌入式处理器供电的12V或5V电源电压可以降低到1V或0.9V。开关调制器通过低损耗元件(如电容器、电感器和变压器)和电源开关提供电源功能，这些开关打开和关闭，以离散数据包的形式将能量从输入传输到输出。反馈控制电路用于调制能量传输，以将恒定输出电压保持在电路的期望负载限制内。

一些开关调制器采用脉宽调制(PWM)来控制电源开关的占空比。也就是说，通过调整脉冲宽度，可以在给定的固定或可变频率下控制电源开关的开启时间。采用PWM控制的开关调制器包括PWM控制器或调制器，用于驱动包括电源开关、电源开关的驱动电路和LC滤波器电路的电源块。在某些情况下，开关调制器是单相转换器，PWM控制器生成单相PWM信号以驱动单相功率块。在其他情况下，开关调制器是一个多相转换器，多相PWM控制器产生具有不同相移的开关信号来驱动多相功率块，每个PWM信号驱动一个相应的功率块单元。当电压调制器必须在薄型解决方案中提供高功率水平时，或者当需要在广泛的负载条件下保持高转换效率时，需要多相PWM控制器。

在某些应用中，主机系统命令开关调制器输出电压(如1V)的特定电压值，以驱动集成电路，如处理器。当处理器不使用时，主机系统可能会进一步命令开关调制器降低输出电压。当指令缓降时，有时开关调制器被指令停止电源开关的切换，并允许输出电压自放电或衰减，通常为0V。

发明内容

本发明公开了一种用于开关调制器的控制器，所述开关调制器被配置为接收输入电压并在用于驱动负载的输出节点上产生调节输出电压，所述控制器包括：一个降压控制电路，被配置为接收指示所述调节输出电压的反馈电压与参考电压之间的差的第一误差信号，所述降压控制电路生成第一PWM信号以驱动一功率级，所述功率级在输入节点上接收所述输入电压并通过电感器将第一相电流传送到输出节点，所述输出节点连接有输出电容器和负载，所述降压控制电路生成所述第一PWM信号将所述调节输出电压驱动到低于输入电压的第一电压值；以及一个升压控制电路，其被配置为接收指示至少有关流经所述功率级电流的一感应电流的第二误差信号，所述升压控制电路被配置为生成第二脉宽调制(PWM)信号，以驱动所述功率级，使第二相电流从所述输出节点流到所述输入节点，将存储在所述输出电容器上的电荷返回到所述输入节点，以将所述调节输出电压驱动到低于第一电压的第二电压值，其中响应于第一命令，所述降压控制电路被激活，以产生具有所述第一电压值的调节输出电压；并且响应于第二命令，所述升压控制电路被激活，以将存储在所述输出电容器上的所述输出节点处的电荷返回到所述输入节点，并将所述输出电压值驱动到所述第二电压值。