060] 其中Dl是開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)602的占空比，D2是開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)604的占空比，VOUT 是開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)602的輸出電壓，VAC是開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)604的輸出電壓，且VIN是通至兩個(gè) 級(jí)的輸入電壓。在一項(xiàng)實(shí)施例中，VIN大于VAC，且VAC大于VOUT (例如，兩個(gè)級(jí)都是降壓 「buck」電壓變換器）。因此，在某些有利示例性實(shí)施方案中，第二開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)的占空比 (D2)大于第一開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)的占空比（Dl)。對(duì)于降壓開關(guān)調(diào)節(jié)器，占空比設(shè)定平均輸出電 壓。因此，占空比設(shè)定正向電感壓擺率（即，Vin-Vout/L)和負(fù)向電感壓擺率（即，-Vout/ L)。具有設(shè)定AC相的占空比的自由度有利地允許對(duì)AC相的正向及負(fù)向電流壓擺率最佳設(shè) 置的選擇且優(yōu)化系統(tǒng)以獲得良好調(diào)節(jié)性能。
[0061] 在下文更詳細(xì)闡述的一項(xiàng)示例性實(shí)施例中，第一控制回路維持輸出節(jié)點(diǎn)610上的 電壓處于第一電壓V0UT，且第二控制回路維持介于電感器與電容器Cl之間的節(jié)點(diǎn)612上的 電壓處于第二電壓VAC，其可以是輸入電壓VIN和/或第一電壓VOUT的函數(shù)。舉例而言，在 一項(xiàng)示例性實(shí)施方式中，VAC可以被調(diào)節(jié)為約VIN的一半（即，VAC = 1/2VIN)。在下文更 詳細(xì)闡述的另一示例中，VAC如下：
[0062] VAC = VIN - VREF，其中 VREF = V0UT。
[0063] 在后者條件下，如下文進(jìn)一步闡述的，正向及負(fù)向電流及電壓壓擺率可以相等。
[0064] 圖6B示出了說明根據(jù)一項(xiàng)實(shí)施例的示例性開關(guān)調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)。開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)602 接收輸入電壓VIN且在節(jié)點(diǎn)610上產(chǎn)生輸出電壓V0UT。開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)604接收輸入電壓 VIN且產(chǎn)生輸出電壓VAC。在此示例中，VIN對(duì)于兩個(gè)級(jí)是相同電壓，但舉例而言，在某些應(yīng) 用中，兩個(gè)級(jí)可接收不同輸入電壓水平以提高效率。在此示例中，控制電路630自節(jié)點(diǎn)610 接收反饋輸入以感測(cè)電壓VOUT及自節(jié)點(diǎn)612接收另一反饋輸入以感測(cè)VAC?？刂齐娐?30 可包含耦合至開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)602的第一輸出及耦合至開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)604的第二輸出以配置 級(jí)602及604來(lái)產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)電壓VOUT及VAC。在一項(xiàng)實(shí)施例中，控制電路630包含兩個(gè)內(nèi) 部電壓參考（例如，VREF_DC及VREF_AC)以調(diào)節(jié)級(jí)602及604上的電壓。舉例而言，在一項(xiàng) 實(shí)施例中，用于調(diào)節(jié)VAC的參考電壓VREF_AC是至少基于用于調(diào)節(jié)VOUT的參考電壓VREF_ AC而產(chǎn)生。在一項(xiàng)實(shí)施例中，VREF_AC大于VREF_DC。
[0065] 圖6C示出了說明根據(jù)一項(xiàng)實(shí)施例的另一示例性開關(guān)調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)。在此示例中，控 制電路690包含具有耦合至節(jié)點(diǎn)610的輸入及耦合至開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)604以修改開關(guān)調(diào)節(jié)器 級(jí)604的操作的輸出的控制電路631。此外，控制電路690包含具有耦合至節(jié)點(diǎn)612的輸 入及耦合至開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)602以修改開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)602的操作的輸出的控制電路632。舉 例而言，在一項(xiàng)實(shí)施例中，電路631具有用于對(duì)節(jié)點(diǎn)610上的瞬變作出響應(yīng)的第一帶寬及電 路632具有用于重設(shè)節(jié)點(diǎn)612上的電壓的第二帶寬，且第一帶寬大于第二帶寬。在一項(xiàng)實(shí) 施例中，控制電路632可在節(jié)點(diǎn)610中產(chǎn)生電流以使節(jié)點(diǎn)610中的對(duì)應(yīng)電流自開關(guān)調(diào)節(jié)器 級(jí)604偏移以重設(shè)節(jié)點(diǎn)612上的電壓VAC。
[0066] 出于說明性目的，下文在圖17及圖22中提供控制電路的兩個(gè)示例性實(shí)施方案。
[0067] 圖7示出了說明根據(jù)一項(xiàng)特定實(shí)施例的示例性應(yīng)用。在此示例中，處理電路 702 (或「處理器」）在Vdd端子上接收電源供電電壓VOUT。電源供電電壓VOUT由可調(diào)整 開關(guān)調(diào)節(jié)器電源704 (包括第一開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)706及第二開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)708)產(chǎn)生。為減少 功率消耗，可期望改變處理電路702所使用的電源供電電壓VOUT (例如，基于處理器的工作 量）。在一項(xiàng)示例性實(shí)施例中，電源管理電路714(或「電源管理器」）可監(jiān)視處理電路702 的狀態(tài)且可判定何時(shí)電源供電電壓VOUT可改變以減少功率消耗。舉例而言，開關(guān)電源704 可接收對(duì)應(yīng)于來(lái)自電源管理器714的期望電壓輸出VOUT的控制信號(hào)712。因此，當(dāng)用于改 變電源供電電壓VOUT的條件發(fā)生時(shí)，諸如當(dāng)處理器工作量增加時(shí)，處理電路702可將控制 信號(hào)710發(fā)送至電源管理器714以改變（舉例而言）開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)706和/或708所使用 的參考電壓（例如，VREF)且繼而改變VOUT處的電壓。舉例而言，示例性處理電路702可 包含若干種不同類型的處理器，諸如一個(gè)或多個(gè)微處理器、內(nèi)存、系統(tǒng)統(tǒng)單芯片或基于改變 操作條件在不同時(shí)間周期期間消耗不同功率量的其他類型的復(fù)雜電子電路，包含但不限于 數(shù)據(jù)處理器（諸如CPU、內(nèi)存、圖形處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器等）。在某些實(shí)施例中，單個(gè)處理器 可接收來(lái)自多個(gè)開關(guān)電源704的多個(gè)不同電源供電電壓以為不同功率域提供功率，且在每 一功率域中，電源供電電壓可隨時(shí)間改變以減小功率消耗。
[0068] 當(dāng)開關(guān)電源704接收指示輸出電壓VOUT需要的改變（例如，在REFctrl輸入上） 的信號(hào)712時(shí)，用于開關(guān)電源704的內(nèi)部參考電壓可變?yōu)樾码妷?。開關(guān)電源704可以產(chǎn)生自 第一開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)706穿過第一電感器至輸出的第一電流，且可進(jìn)一步產(chǎn)生自第二開關(guān)調(diào) 節(jié)器級(jí)708穿過第二電感器及電容器（Cl) 720至輸出節(jié)點(diǎn)的第二電流?；陔娏鞯臉O性， 可以改變開關(guān)電源704的輸出處的電壓VOUT(例如，處理電路的電源供應(yīng)端子Vdd上的電 壓）。
[0069] 圖8示出了說明根據(jù)一項(xiàng)實(shí)施例的另一示例。此示例包含控制電路 (「C0NTR0L」）802及根據(jù)所示拓?fù)渑渲玫碾姼衅骷半娙萜骶W(wǎng)絡(luò)。控制電路802可包含一個(gè) 或多個(gè)參考電壓，諸如VREF。舉例而言，在一項(xiàng)示例性實(shí)施例中，VREF經(jīng)外部控制以改變 輸出電壓VOUT。在某些實(shí)施例中，控制電路802可產(chǎn)生多個(gè)不同參考電壓（例如，VREF DC 及VREF AC)用于在不同電壓下調(diào)節(jié)VOUT及VAC?？刂齐娐?02可包含耦合至節(jié)點(diǎn)814以 接收電壓VOUT及耦合至節(jié)點(diǎn)812以接收電壓VAC的控制電路以控制開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)的操作。 下文更詳細(xì)闡述示例性控制電路。
[0070] 從圖8可以看到，第一開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)806接收輸入電壓VIN且在輸出節(jié)點(diǎn)814產(chǎn)生 輸出電壓VOUT。在此示例中，VOUT等于參考電壓VREF，但在其他實(shí)施例中，VOUT可與VREF 相關(guān)（例如，經(jīng)由控制電路中的電阻分壓器或增益級(jí)與VREF線性相關(guān)）。第一開關(guān)調(diào)節(jié)器 級(jí)806 (在本文中偶爾稱為「DC級(jí)」）包含開關(guān)S3及S4、電感器LDC以及用于接通（開關(guān)短 路或「閉合」）及關(guān)斷（開關(guān)開路或「斷開」）開關(guān)S3及S4的控制電路。開關(guān)S3具有耦合 至用以接收輸入電壓VIN(例如，從電源）的節(jié)點(diǎn)的第一端子。S3的第二端子耦合至開關(guān)節(jié) 點(diǎn)SWDC。開關(guān)S4具有耦合至開關(guān)節(jié)點(diǎn)SWDC的第一端子及耦合至用以接收參考電壓（例 如，接地或另一低側(cè)電源供電電壓）的節(jié)點(diǎn)的第二端子。第一電感器LDC具有耦合至開關(guān) 節(jié)點(diǎn)SWDC的第一端子及耦合至節(jié)點(diǎn)814的第二端子。
[0071] 第二開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)804接收輸入電壓VIN且在輸出節(jié)點(diǎn)812上產(chǎn)生輸出電壓VAC。 第二開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)804 (在本文中偶爾稱為「AC級(jí)」）包含開關(guān)SI及S2、電感器LAC以及用 于接通及關(guān)斷開關(guān)Sl及S2的控制電路。開關(guān)Sl具有耦合至用以接收輸入電壓VIN的節(jié) 點(diǎn)的第一端子。Sl的第二端子耦合至開關(guān)節(jié)點(diǎn)SWAC。開關(guān)S2具有耦合至開關(guān)節(jié)點(diǎn)SWAC 的第一端子及耦合至用以接收地電位的節(jié)點(diǎn)的第二端子。第二電感器LAC具有耦合至開關(guān) 節(jié)點(diǎn)SWAC的第一端子及耦合至節(jié)點(diǎn)812的第二端子。開關(guān)Sl至S4可使用各種技術(shù)（諸 如晶體管（例如，MOS晶體管））實(shí)施。
[0072] 電容器CAC 820耦合于具有第一電壓VOUT的第一開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)806的輸出節(jié)點(diǎn) 814與具有第二電壓VAC的第二開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)804的輸出節(jié)點(diǎn)812。輸出節(jié)點(diǎn)814又可耦 合輸出電容器COUT 821及負(fù)載電路850。如上所述，操作級(jí)804及806中的開關(guān)以調(diào)節(jié)電 壓VOUT及VAC。VOUT又可用于從級(jí)804至CAC電容器以快速擺動(dòng)能力補(bǔ)充提供電壓及電 流至跨越負(fù)載電流和/或電壓的范圍的負(fù)載電路850。
[0073] 控制電路802包含耦合至節(jié)點(diǎn)814的第一反饋輸入（標(biāo)記為V0UT)及耦合至節(jié)點(diǎn) 812的第二反饋輸入（標(biāo)記為VAC)。控制電路802可包含通過電路836 (例如，驅(qū)動(dòng)電路及 其他控制電路）耦合至開關(guān)S3及開關(guān)S4的第一輸出以在節(jié)點(diǎn)814上產(chǎn)生調(diào)節(jié)電壓V0UT。 類似地，控制電路802可包含通過電路834 (例如，驅(qū)動(dòng)電路及其他控制電路）耦合至開關(guān) Sl及開關(guān)S2的第二輸出以在節(jié)點(diǎn)812上產(chǎn)生調(diào)節(jié)電壓VAC。因此，控制電路802及開關(guān)級(jí) 804及806調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)814上的電壓VOUT及調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)812上的電壓VAC。在下文所闡述的示 例性實(shí)施例中，控制電路802可具有多個(gè)反饋路徑及相關(guān)的控制電路。舉例而言，在一項(xiàng)實(shí) 施例中，控制電路802可包含：第一控制電路，該第一控制電路具有耦合至節(jié)點(diǎn)814的輸入 及耦合至開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)804以修改開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)804的操作的輸出；及第二控制電路，該 第二控制電路具有耦合至節(jié)點(diǎn)812的輸入及耦合至開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí)806以修改開關(guān)調(diào)節(jié)器級(jí) 806的操作的輸出。在一項(xiàng)示例性實(shí)施例中，控制電路802包含：第一控制電路，該第一控 制電路具有用于對(duì)節(jié)點(diǎn)814上的瞬變作出響應(yīng)的第一帶寬；及第二控制電路，該第二控制 電路具有用于重設(shè)節(jié)點(diǎn)812上的電壓的第二帶寬，其中該第一帶寬大于該第二帶寬?？刂?電路802可進(jìn)一步產(chǎn)生多個(gè)不同參考電壓以用于調(diào)節(jié)VOUT及VAC，如下所述。
[0074] 本發(fā)明的實(shí)施例包含能夠利用高降壓比的開關(guān)變換器。特定實(shí)施例可在多個(gè)閉合 回路的控制下結(jié)合DC相（LDC)中的高正向電感電流壓擺率與AC相（LAC)中的高負(fù)向電感 電流壓擺率以響應(yīng)于參考電壓步階或電流負(fù)載步階而提供快速電壓調(diào)節(jié)。DC相以高正向電 流壓擺率及低負(fù)向電流壓擺率為特征。AC相以相反情況（低正向電流壓擺率及高負(fù)向電流 壓擺率）為特征。
[0075] 在諸多應(yīng)用中，諸如如上所述的DVFS，可期望盡可能快速地轉(zhuǎn)變電壓（例如，以使 得盡可能緊密地遵循處理電路的實(shí)際工作量曲線以獲得最大功率節(jié)省）。在某些應(yīng)用中，亦 可期望擺動(dòng)是對(duì)稱的或至少正向邊緣及負(fù)向邊緣具有類似速度。舉例而言，某些示例性實(shí) 施例可結(jié)合DC相電流及AC相電流以支持± (Vin/L)的對(duì)稱電流壓擺率。
[0076] 本發(fā)明的某些實(shí)施例的特征及優(yōu)點(diǎn)包含正向輸出電流壓擺率等于負(fù)向輸出電路 壓擺率。除了此對(duì)稱壓擺率性質(zhì)外，某些實(shí)施例的特征在于推拉和/或拉推電流動(dòng)作能夠 大大增加輸出節(jié)點(diǎn)814的電壓壓擺率。
[0077] 在一項(xiàng)實(shí)施例中，對(duì)稱電流壓擺率可通過將VAC節(jié)點(diǎn)812閉合回路調(diào)節(jié)至等于下 式的電壓而獲得
[0078] VAC = AXVIN+BXV0UT+C,
[0079] 其中A、B及C是系統(tǒng)系數(shù)。系數(shù)可以根據(jù)廣泛應(yīng)用范圍的所期望的性能被配置成 各種值。舉例而言，在下文更詳細(xì)闡述的一項(xiàng)實(shí)施例中，系數(shù)可以被設(shè)置為A = 1、B = -1 及C = 0( 即，VAC = VIN-V0UT)，用于對(duì)稱響應(yīng)性能。在另一示例性實(shí)施例中，系數(shù)可以被 配置為A = 1/2 ;B = C = 0(即，VAC = 1/2VIN)。對(duì)于以下的示例，將假定A = 1、B = -1 及C = 0,但也可使用不同值。
[0080] 圖9示出了圖8中的電路的一項(xiàng)示例性結(jié)構(gòu)，用于VAC = VIN-VOUT的情形下的 正向電流擺動(dòng)。圖10示出了圖8中的電路的一項(xiàng)示例性結(jié)構(gòu)，用于VAC = VIN-VOUT的情 形下的負(fù)向電流擺動(dòng)。在這些示例中，系統(tǒng)利用CAC電容器以驅(qū)迫VAC節(jié)點(diǎn)812上的電壓 等于VIN-V0UT。在圖9及10中，假定VOUT = VREF，因此，VAC在以下說明中被設(shè)置為等于 VIN-VREFo
[0081] 如圖9中所示，跨越電感器LDC的電壓是大正向電壓（VIN-VREF)。因此，來(lái)自LDC 的電感電流正向壓擺率是：
[0082] (VIN-VREF)/L。
[0083] 類似地，跨越電感器LAC的電壓是VIN- (VIN-VREF)。因此，來(lái)自LAC的電感電流 正向壓擺率是：
[0084] VREF/L〇
[0085] 因此，對(duì)于正向擺動(dòng)，LDC電感器具有比LAC電感器大得多的電壓及對(duì)應(yīng)壓擺率。 然而，兩個(gè)電感電流的總和以下式擺動(dòng)上升：
[0086] VREF/L+(VIN - VREF)/L = VIN/L〇
[0087] 圖10顯示了用于負(fù)向電流擺動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)。如圖10中所示，跨越電感器LAC的 電壓是大負(fù)向電壓（_ (VIN-VREF))。因此，來(lái)自LAC的電感器負(fù)向電流壓擺率是：
[0088] -(VIN-VREF)/L。
[0089] 類似地，跨越電感器LDC的電壓是（-VREF)。因此，來(lái)自LAC的電感電流負(fù)向壓擺 率是：
[0090] - (VREF/L)。
[0091] 如此，對(duì)于負(fù)向擺動(dòng)，LAC電感器具有比LDC電感器大得多的電壓及對(duì)應(yīng)壓擺率。 然而，兩個(gè)電感電流的總和以下式擺動(dòng)下降：
[0092] (-VREF/L) + (-(VIN - VREF)/L) = -VIN/L。
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