説明

勾配非線形適応的電力アーチテクチャ及びスキーム

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技術が説明される。より詳細には、実施例は、可変的なロード電流、電力出力、入力電圧及び他の動作状態に対して電力モジュールの全体的な効率を向上させるため、可変的な特性の複数の電力サブモジュールを組み合わせて制御する。さらに、電力モジュールは、それの電力サブモジュールの間の適応的な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。他の実施例が説明及び請求される。

【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【0001】
[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。
【0002】
[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。
【0003】
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。
【0004】
[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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
【表1】


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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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)。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
“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。
【0045】
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。
【0046】
“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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】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】図2は、実施例の電源と電力モジュールとを示す。
【図3】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】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】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】図6は、個別の電力サブモジュールの効率性を示す。
【図7】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】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】図9は、実施例のロジックフローを示す。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
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る装置。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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、前記出力に接続される、請求項3記載の装置。
【請求項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、前記出力に接続される、請求項3記載の装置。
【請求項6】
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、
を有するシステムであって、
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むシステム。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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、前記出力に接続される、請求項8記載のシステム。
【請求項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、前記出力に接続される、請求項8記載のシステム。
【請求項11】
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、
を有する方法。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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る物。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項23】
前記電力サブモジュールは、マルチステージを有する電力サーブモジュールを含み、
前記電力モジュールは、前記マルチステージ電力サブモジュールの複数ステージの間の電流又は電力共有レシオを非一様な方法により変更する、請求項1記載の装置。
【請求項24】
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。
【請求項25】
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。
【請求項26】
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。
【請求項27】
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。
【請求項28】
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。
【請求項29】
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。
【請求項30】
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。
【請求項31】
前記電力モジュールは、ルックアップテーブルからの値に基づき、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。
【請求項32】
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。
【請求項33】
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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公表番号】特表2009−529747(P2009−529747A)
【公表日】平成21年8月20日(2009.8.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−500534(P2009−500534)
【出願日】平成19年4月2日(2007.4.2)
【国際出願番号】PCT/US2007/008430
【国際公開番号】WO2007/117521
【国際公開日】平成19年10月18日(2007.10.18)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.ZIGBEE
【出願人】(593096712)インテル コーポレイション (931)
【Fターム(参考)】