【技術領域】

本發(fā)明涉及電學技術領域，尤其涉及一種穩(wěn)壓器及控制穩(wěn)壓器的多個輸出級的方法。

背景技術：

為獲得更優(yōu)的電源效率(power efficiency)，傳統(tǒng)的直流-直流穩(wěn)壓器(voltage regulator)受控依據負載提供具有一個或多個相位的輸出電壓。更具體的，當向輕負載(也即，較小的負載電流)提供輸出電壓，直流-直流穩(wěn)壓器可提供具有單個(single)相位的輸出電壓；相反，當向重負載(也即，較大的負載電流)提供輸出電壓，直流-直流穩(wěn)壓器可提供具有兩個或更多個相位的輸出電壓。但是，當負載電流減小，直流-直流穩(wěn)壓器從雙相位模式(dual phase mode)切換為單相位模式(single phase mode)，負載電流可能出現(xiàn)過沖(overshoot)，而直流-直流穩(wěn)壓器可能誤以為負載加重了，由此，直流-直流穩(wěn)壓器立即再次切換為雙相位模式。如上所述，雙相位模式和單相位模式之間的切換將持續(xù)發(fā)生，電源效率由此變得惡化。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供穩(wěn)壓器及控制穩(wěn)壓器的多個輸出級的方法，可阻止穩(wěn)壓器不同模式之間來回不停切換。

本發(fā)明提供的一種穩(wěn)壓器，可包括：

多個輸出級，用于分別根據多個控制信號使能或禁能，其中，使能的輸出級產生輸出電壓和輸出電流，禁能的輸出級不產生輸出電流和輸出電壓；以及

控制器，用于感知所述多個輸出級的輸出電流，并根據所述感知的輸出電流產生控制信號用于控制所述多個輸出級；

其中，當所述控制器產生所述控制信號使使能的輸出級的數量減少，所述控制器判斷所述感知的輸出電流的總和是否大于第一閾值，以確定是否使能更多輸出級，一段時間之后，所述控制器判斷所述感知的輸出電流的總和是否大于第二閾值，以確定是否使能更多輸出級，其中，所述第二閾值小于所述第一閾值。

本發(fā)明提供的一種控制穩(wěn)壓器的多個輸出級的方法，可包括：

感知多個輸出級的輸出電流；

分別根據所述感知的輸出電流產生控制信號，以使能或禁能所述多個輸出級；

當所述多個輸出級受控減少已使能的輸出級的數量，判斷所述感知的輸出電流的總和是否大于第一閾值，以確定是否使能更多輸出級；一段時間之后，判斷所述感知的輸出電流的總和是否大于第二閾值，以確定是否使能更多輸出級，其中，所述第二閾值小于所述第一閾值。

本發(fā)明提供的另一種穩(wěn)壓器，包括：

第一輸出級，根據控制信號使能或禁能，當所述第一輸出級使能時產生具有第一相位的第一輸出電壓和第一輸出電流；

第二輸出級，根據所述控制信號使能或禁能，當所述第二輸出級使能時產生具有第二相位的第二輸出電壓和第二輸出電流；以及

控制器，用于根據所述第一輸出電流和所述第二輸出電流控制所述第一輸出級和所述第二輸出級處于使能或禁能狀態(tài)，以使所述穩(wěn)壓器操作在單相位模式或雙相位模式；

其中，當所述穩(wěn)壓器操作于單相位模式，所述控制器使能所述第一輸出級并禁能所述第二輸出級，當所述穩(wěn)壓器操作于雙相位模式，所述控制器使能所述第一輸出級和所述第二輸出級；

其中，當所述穩(wěn)壓器從所述雙相位模式切換為所述單相位模式，所述控制器判斷所述第一輸出電流和所述第二輸出電流的總和是否大于第一閾值，以確定是否切換回所述雙相位模式，一段時間之后，所述控制器判斷所述第一輸出電流和所述第二輸出電流的總和是否大于第二閾值，以確定是否將所述穩(wěn)壓器切換回所述雙相位模式，其中，所述第二閾值小于所述第一閾值

由上可知，由于本發(fā)明所提供的穩(wěn)壓器及控制穩(wěn)壓器的多個輸出級的方法，在穩(wěn)壓器在各種模式之間切換之前，判斷感知的多個輸出級的輸出電流的總和是否大于第一閾值，以確定是否使能更多輸出級，一段時間之后，所述控制器判斷所述感知的輸出電流的總和是否大于第二閾值，以確定是否使能更多輸出級，其中，所述第二閾值小于所述第一閾值。也即，本發(fā)明實施例通過時間條件和閾值條件兩方面形成了穩(wěn)壓器的模式之間的自適應滯后切換，避免穩(wěn)壓器在不同模式之間連續(xù)不停地切換。

【附圖說明】

圖1依據本發(fā)明的一個實施例示出穩(wěn)壓器100。

圖2依據本發(fā)明的一個實施例示出了輸出電壓VLX1、輸出電壓VLX2、輸出電流IL1和輸出電流IL2的時序圖。

圖3為穩(wěn)壓器100操作于單相位模式和雙相位模式時電源效率和負載的關系圖。

圖4為依據本發(fā)明的實施例的控制穩(wěn)壓器100的輸出級110_1和110_2的方法流程圖。

圖5依據本發(fā)明的一個實施例示出了包括步驟S402、S404和S410的流程支路。

圖6依據本發(fā)明的一個實施例示出了包括步驟S402、S406、S408和S410的流程支路。

圖7依據本發(fā)明的一個實施例示出了控制器120的內部電路。

【具體實施方式】

在說明書及權利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定的組件。本領域技術人員應可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權利要求并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準則。在通篇說明書及權利要求當中所提及的“包含”及“包括”為一開放式的用語，故應解釋成“包含但不限定于”?！按篌w上”是指在可接受的誤差范圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差范圍內解決所述技術問題，基本達到所述技術效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接于該第二裝置，或通過其它裝置或連接手段間接地電性連接至該第二裝置。以下所述為實施本發(fā)明的較佳方式，目的在于說明本發(fā)明的精神而非用以限定本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明的保護范圍當視后附的權利要求所界定者為準。

請參考圖1，其依據本發(fā)明的一個實施例示出穩(wěn)壓器100。如圖1所示，穩(wěn)壓器100包括多個輸出級(在本實施例中，包括兩個輸出級110_1和110_2)、一個控制器120和一個電壓補償電路130。在本實施例中，輸出級110_1由電源電壓VCC供電，且該輸出級110_1包括P溝道金屬氧化物半導體(Positive Channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS)MP1和N溝道金屬氧化物半導體(Negative Channel Metal Oxide Semiconductor，NMOS)MN1；輸出級110_2由電源電壓VCC供電，且該輸出級110_2包括MP2和MN2；電壓補償電路130包括運算放大器132、電容器C1和電阻器R1和R2，其中，運算放大器用于根據一個反饋電壓和偏置電壓VB向控制器120提供補償信號。此外，穩(wěn)壓器100為直流-直流穩(wěn)壓器，用于根據電源電壓VCC向輸出節(jié)點Nout輸出要求的直流電壓。

穩(wěn)壓器100可設置在一個芯片內，該芯片包括多個襯墊(pads)(例如，圖1所示的N1、N2、NFB)，輸出級110_1通過襯墊N1和電感器L1向輸出節(jié)點Nout提供輸出電壓VLX1和輸出電流IL1，輸出級110_2通過襯墊N2和電感器L2向輸出節(jié)點Nout提供輸出電壓VLX2和輸出電流IL2。另外，輸出節(jié)點Nout處的電容器Cout代表負載。

在該實施例中，穩(wěn)壓器100為多相位直流-直流穩(wěn)壓器，也即，控制器120可根據感知的輸出級110_1和110_2的電流ICS1和ICS2操作于單相位模式或雙相位模式。其中，感知的電流ICS1和ICS2可大致分別等于輸出電流IL1和IL2(也即，ICS1等于IL1，ICS2等于IL2)，或者，感知的電流ICS1和ICS2可分別與輸出電流IL1和IL2具有預定關系(例如，預定比率)(也即，ICS1與IL1具有預定關系，ICS2與IL2具有預定關系)。當控制器120操作于單相位模式，其可產生控制信號VC11，VC12，VC21和VC22，以使能輸出級110_1提供輸出電壓VLX1和輸出電流IL1，并禁能輸出級110_2不向輸出節(jié)點Nout提供輸出。當控制器120操作于雙相位模式，其可產生控制信號VC11，VC12，VC21和VC22，同時使能輸出級110_1和輸出級110_2，其中，來自輸出級110_1的輸出電壓VLX1和來自輸出級110_2的輸出電壓VLX2具有不同的相位。

圖2依據本發(fā)明的一個實施例示出了輸出電壓VLX1、輸出電壓VLX2、輸出電流IL1和輸出電流IL2的時序圖。如圖2所示，當控制器120操作于雙相位模式，輸出級110_1和輸出級110_2輸出的輸出電壓VLX1和VLX2具有相同的頻率和不同的相位。

請參考圖3，其為穩(wěn)壓器100操作于單相位模式和雙相位模式時電源效率和負載的關系圖。如圖3所示，當負載(也即，負載電流IL1+IL2)發(fā)生變化時，穩(wěn)壓器100需要改變模式以獲得更優(yōu)的電源效率。例如，倘若穩(wěn)壓器100操作于雙相位模式且負載電流下降，穩(wěn)壓器100可切換至單相位模式以維持電源效率。但是，如背景技術所述，當穩(wěn)壓器100從雙相位模式切換為單相位模式，由于輸出級110_2被禁能，來自輸出級110_1的輸出電流IL1可能發(fā)生過沖，瞬態(tài)的輸出電流IL1將大于此前的負載電流，由此引發(fā)穩(wěn)壓器100誤認為負載加重而立即切換回雙相位模式。為解決該問題，提供圖4所示的實施例來設計一種自適應滯后(adaptive hysteresis)以阻止穩(wěn)壓器在雙相位模式和單相位模式之間來回不停切換。

圖4為依據本發(fā)明的實施例的控制穩(wěn)壓器100的輸出級110_1和110_2的方法流程圖。在步驟S402，穩(wěn)壓器100從雙相位模式切換為單相位模式，也即控制器120產生控制信號VC11和VC12至輸出級110_1以產生輸出電壓VLX1和輸出電流IL1，此外，控制器120還產生控制信號VC21和VC22以禁能輸出級110_2。在切換至單相位模式之后，在步驟S404，控制器120立刻判斷輸出電流IL1是否大于第一閾值TH1。如果輸出電流IL1仍未超過第一閾值TH1，控制器120短暫保持在單相位模式，如果輸出電流IL1大于第一閾值TH1，意味著負載可能突然變重，因此流程進入步驟S410，且控制器120切換回雙相位模式以同時使能輸出級110_1和輸出級110_2來降低輸出電流IL1。圖5依據本發(fā)明的一個實施例示出了包括步驟S402、S404和S410的流程支路(在圖5中，在步驟S404，判斷出輸出電流IL1大于第一閾值TH1，因此，流程進入步驟S410，也即切換回雙相位模式)。

在切換至單相位模式一段時間(也即，圖6所示的時間延遲)之后(步驟S406)，在步驟S408，控制器120繼續(xù)判斷輸出電流IL1是否大于第二閾值TH2，其中，第二閾值TH2小于第一閾值TH1。如果輸出電流IL1仍未超過第二閾值TH2，控制器120繼續(xù)保持在單相位模式，如果輸出電流IL1大于第二閾值TH2，意味著負載的確(indeed)變重，因此流程進入步驟S410且控制器120切換回雙相位模式以同時使能輸出級110_1和輸出級110_2來降低輸出電流IL1。圖6依據本發(fā)明的一個實施例示出了包括步驟S402、S406、S408和S410的流程支路(在圖6中，在步驟S406之后的步驟S408判斷出輸出電流IL1小于第二閾值TH2，因此，繼續(xù)保持在單相位模式)，其中，步驟S408的延時時間大于圖6所示的過沖時間Δt，以便在輸出電流IL1處于正常水平時執(zhí)行步驟S408。

此外，當穩(wěn)壓器切換至雙相位模式，在步驟S412，控制器120連續(xù)監(jiān)控輸出信號IL1和IL2的總和，并判斷輸出信號IL1和IL2的總和是否低于第三閾值TH3。如果輸出信號IL1和IL2的總和低于第三閾值TH3，意味著負載變輕，因此控制器120禁能輸出級110_2，以便穩(wěn)壓器100操作于單相位模式(S402)；如果輸出信號IL1和IL2的總和大于或等于第三閾值TH3，穩(wěn)壓器100繼續(xù)維持在雙相位模式。

在圖4-圖6所示的實施例中，在步驟S404、S406和S408，有兩個滯后窗口(兩個閾值TH1和TH2)用于判斷是否切換回雙相位模式。具有更高層次的第一閾值用于在步驟S404中當穩(wěn)壓器100切換至單相位模式之后立即執(zhí)行，而具有較低層次的第二閾值TH2用于步驟S408中當穩(wěn)壓器100切換至單相位模式之后的一段時間后執(zhí)行。通過實施該實施例，穩(wěn)壓器100可在維持電源效率和保護電路的同時，避免雙相位模式和單相位模式之間來回不停切換。

例如，假設TH1＝2.5A(安)、TH2＝2.0A(安)以及TH3＝1.7A(安)，如果穩(wěn)壓器操作于雙相位模式且兩個輸出IL1和IL2均下降為0.8A，由于輸出電流IL1和IL2的總和小于第三閾值TH3(0.8A+0.8A＝1.6A<1.7A)，穩(wěn)壓器100將切換至單相位模式。當輸出級110_2禁能后，理想的輸出電流IL1等于1.6A，但是，由于過沖，實際的輸出電流IL1可上升至2.2A或更高。通過實施前面提及的實施例，由于在圖6所示的過沖時間Δt之后執(zhí)行步驟S408，穩(wěn)壓器將不會因為所述過沖而切換回雙相位模式，由此即可避免模式之間的來回不停切換。

圖7依據本發(fā)明的一個實施例示出了控制器120的內部電路。如圖7所示，所述電路包括一個加法器、一個多工器模塊(包括多工器710和720)、一個比較器730以及驅動電路740。在圖7所示的電路的操作中，加法器702用于提供感知的電流ICS1和ICS2(大致分別等于IL1和IL2)的總和并產生總和結果ICS_SUM；比較器730用于將所述總和結果ICS_SUM與來自多工器720的閾值TH1、TH2以及TH3中的其中一個進行比較并產生比較結果；驅動電路740用于根據所述比較結果產生控制信號VC11、VC12、VC21和VC22至輸出級110_1和110_2。

關于多工器710和720的操作，多工器710接收第一閾值TH1和第二閾值TH2，并根據定時器輸出的時間控制信號VC_timer輸出第一閾值TH1或第二閾值TH2中的一個；多工器720接收第三閾值TH3和多工器710的輸出，并根據模式控制信號VC_mode輸出第三閾值TH3或多工器710的輸出中的一個。更具體的，同時參考圖4-圖7，當穩(wěn)壓器100切換至單相位模式(S402)，首先，時間控制信號VC_timer控制多工器710輸出第一閾值TH1，且模式控制信號VC_mode控制多工器720輸出第一閾值TH1至比較器730用于步驟S404的操作；接著一段時間之后，時間控制信號VC_timer控制多工器710輸出第二閾值TH2，且模式控制信號VC_mode控制多工器720輸出第二閾值TH2至比較器730用于步驟S408的操作。此外，當穩(wěn)壓器100操作于雙相位模式(S402)，且模式控制信號VC_mode控制多工器720輸出第三閾值TH3至比較器730用于步驟S412的操作。

可注意到，上述實施例僅提及單相位模式和雙相位模式之間的切換，但是，本領域技術人員在閱讀本發(fā)明上述披露的內容之后，應該理解如何實現(xiàn)雙相位模式和三相位模式(或更多相位模式)之間的切換。例如，當控制器120產生控制信號減少使能的輸出級的數量時，控制器判斷感知的輸出電流的總和是否大于一個閾值以確定是否使能更多輸出級，接著，在一段時間之后，控制器120判斷感知的輸出電流是否大于另一個具有更低層次的閾值以確定是否使能更多輸出級。

簡言之，本發(fā)明的穩(wěn)壓器中提供兩個滯后窗口來阻止穩(wěn)壓器在雙相位模式和單相位模式之間來回不停切換，因此電源效率得到改善。

權利要求書中用以修飾元件的“第一”、“第二”等序數詞的使用本身未暗示任何優(yōu)先權、優(yōu)先次序、各元件之間的先后次序、或所執(zhí)行方法的時間次序，而僅用作標識來區(qū)分具有相同名稱(具有不同序數詞)的不同元件。

本發(fā)明雖以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權利要求所界定者為準。