(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子システムであって、
外部電源から第1の電圧を受け取り、前記電子システムの1つまたは複数の電子コンポーネントへの第2の電圧を生成するように構成された1つまたは複数の電源回路と、
前記1つまたは複数の電源回路の1つまたは複数の出力電流を決定するように構成された電力管理回路と
を備え、
前記電力管理回路が、前記外部電源に、少なくとも1つの電源回路の電力損失を低減するように、前記少なくとも1つの電源回路の少なくとも1つの出力電流に基づいて、前記第1の電圧を変化させ、
前記電力管理回路が、前記1つまたは複数の電源回路の前記1つまたは複数の出力電流が目標範囲外であるか否かを決定し、前記出力電流が前記目標範囲外にあることに応答して、前記1つまたは複数の電源回路の1つまたは複数の出力電流が前記目標範囲内になるまで、前記外部電源に前記第1の電圧を変化させる、電子システム。
【請求項２】
前記電力管理回路が、前記電子システムの動作状態の変化が生じているか否かを決定し、検出されない変化に応答して、前記外部電源に前記第1の電圧を変化させることを一時停止する、請求項1に記載の電子システム。
【請求項３】
前記1つまたは複数の電源回路のうちの1つが、バッテリを充電するように構成されたスイッチングレギュレータであり、前記少なくとも1つの出力電流が、前記バッテリ内への充電電流であり、前記電力管理回路が、前記バッテリ内への前記充電電流が設定された充電電流に合致するまで、前記外部電源に前記第1の電圧を上昇させる、請求項1に記載の電子システム。
【請求項４】
前記1つまたは複数の電源回路が、少なくとも1つのスイッチングレギュレータを備える、請求項1に記載の電子システム。
【請求項５】
前記電力管理回路が、さらに、許容入力電圧範囲と、前記許容入力電圧範囲に対する電力損失推定値と、前記1つまたは複数の電源回路の出力電流との入力情報に基づいて、前記1つまたは複数の電源回路の全体的な電圧変換損失を最小化するために、前記外部電源に前記第1の電圧を変化させるように構成された、請求項1に記載の電子システム。
【請求項６】
電子システムであって、
外部電源から第1の電圧を受け取り、前記電子システムの1つまたは複数の電子コンポーネントへの第2の電圧を生成するように構成された1つまたは複数の電源回路と、
前記1つまたは複数の電源回路の1つまたは複数の出力電流を決定するように構成された電力管理回路と
を備え、
前記電力管理回路が、前記外部電源に、少なくとも1つの電源回路の電力損失を低減するように、前記少なくとも1つの電源回路の少なくとも1つの出力電流に基づいて、前記第1の電圧を変化させ、
前記電力管理回路が、最も高い電力を引き出す前記電子コンポーネントを決定するために前記1つまたは複数の電子コンポーネントをポーリングするように構成され、さらに、前記最も高い電力を引き出す前記電子コンポーネントが低電圧コンポーネントであるか否かを決定し、前記最も高い電力の電子コンポーネントが低電圧コンポーネントではない場合、前記外部電源に前記第1の電圧を上昇させ、前記最も高い電力の電子コンポーネントが低電圧コンポーネントである場合、前記外部電源に前記第1の電圧を低下させるように構成された、電子システム。
【請求項７】
電力管理回路によって実施される方法であって、
1つまたは複数の電源回路の少なくとも1つの出力電流を決定するステップであって、前記1つまたは複数の電源回路は、外部電源から電子システムの1つまたは複数の電源回路において第1の電圧を受け取って前記電子システムの1つまたは複数の電子コンポーネントに第2の電圧を提供する、ステップと、
1つまたは複数の電子コンポーネントへの前記第2の電圧が目標範囲外であるか否かを決定するステップと、
1つまたは複数の電子コンポーネントへの前記第2の電圧が前記目標範囲外にあることに応答して、前記第1の電圧を変化させるように、少なくとも1つの電源回路の前記少なくとも1つの出力電流に基づいて前記第1の電圧を変化させて前記少なくとも1つの電源回路の電力損失を低減するために前記電子システムから前記外部電源への信号を発生するステップと
を含む、方法。
【請求項８】
動作状態が、1つまたは複数の電源回路によって引き出される電力であり、
前記第1の電圧を変化させるために前記電子システムから前記外部電源への前記信号を発生するステップが、前記電子システムにおける電力損失を低減するものである、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
前記1つまたは複数の電源回路のうちの1つが、バッテリを充電するように構成されたスイッチングレギュレータであり、前記バッテリ内への少なくとも1つの充電電流が、前記スイッチングレギュレータに関連する前記第2の電圧に関連し、
前記方法が、前記バッテリ内への前記充電電流が設定された充電電流に合致するまで、前記第1の電圧を上昇させるように、前記電子システムから前記外部電源への前記信号を発生するステップをさらに含む、請求項7に記載の方法。
【請求項１０】
前記1つまたは複数の電源回路が、少なくとも1つのスイッチングレギュレータを備える、請求項7に記載の方法。
【請求項１１】
電力管理回路によって実施される方法であって、
1つまたは複数の電源回路の少なくとも1つの出力電流を決定するステップであって、前記1つまたは複数の電源回路は、外部電源から電子システムの1つまたは複数の電源回路において第1の電圧を受け取って前記電子システムの1つまたは複数の電子コンポーネントに第2の電圧を提供する、ステップと、
最も高い電力を引き出す前記電子コンポーネントを決定するために前記1つまたは複数の電子コンポーネントをポーリングするステップと、
前記最も高い電力を引き出す前記電子コンポーネントが低電圧コンポーネントであるか否かを決定するステップと
前記電子コンポーネントが低電圧コンポーネントではないことに応答して前記第1の電圧を上昇させ、前記電子コンポーネントが低電圧コンポーネントであることに応答して前記第1の電圧を低下させるように、少なくとも1つの電源回路の前記少なくとも1つの出力電流に基づいて前記第1の電圧を変化させて前記少なくとも1つの電源回路の電力損失を低減するために前記電子システムから前記外部電源への信号を発生するステップと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2013年11月21日に出願した、米国仮出願第61/907,304号の優先権を主張するものでもある、2014年4月25日に出願した、米国非仮出願第14/262,181号の優先権を主張するものであり、その両方の内容は、すべての目的のためにそれらの全体において参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本開示は、電子回路および方法に関し、具体的には、電源電圧を調整するための回路および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
本明細書において別途示されない限り、このセクションで説明する手法は、このセクションに含めることによって、従来技術であるとは認められない。
【０００４】
熱および電力消費を低減することは、バッテリ駆動および非バッテリ電源の電子デバイスにおける大きな課題である。たとえば、大部分のバッテリ充電器集積回路(IC)は、一定の入力電圧において動作する。しかしながら、効率は、バッテリ電圧範囲全体にわたって一定ではない。これは、最適でない効率をもたらす。
【０００５】
具体的には、電子デバイスがそのバッテリを電源アダプタ(wall adapter)から充電しているとき、CPUに負担がかかる作業負荷、グラフィックスに負担がかかる作業負荷、およびモデム(ワイヤレス)に負担がかかる作業負荷は、最悪な場合の熱条件を引き起こす可能性があり、最悪な場合の熱条件は、デバイスをユーザに使用できなくし、おそらくはデバイスに損傷さえ引き起こす、デバイスの表面温度の上昇を引き起こす可能性がある。
【０００６】
現在のデバイスの高い電力消費傾向は、また、コネクタサイズに対するフォームファクタの制限などの、他の物理的制限に広く及び、これは、たとえば、外部電源にデバイスを接続するために使用されるケーブルの電流制限を減少させる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、電源電圧を調整することに関する。一実施形態において、外部電源からの電圧の変化は、電子デバイス内の1つまたは複数の電源回路の動作状態に基づいて、電子デバイスによって要求される。
【０００８】
一実施形態において、本開示は、外部電源から第1の電圧を受け取り、電子システムの1つまたは複数の電子コンポーネントへの第2の電圧を生成するように構成された1つまたは複数の電源回路と、1つまたは複数の電源回路の1つまたは複数の出力電流を決定するように構成された電力管理回路とを備える電子システムを含み、電力管理回路は、外部電源に、少なくとも1つの電源回路の電力損失を低減するように、少なくとも1つの電源回路の少なくとも1つの出力電流に基づいて、第1の電圧を変化させる。
【０００９】
一実施形態において、電力管理回路は、1つまたは複数の電源回路の1つまたは複数の出力電流が目標範囲外であるか否かを決定し、出力電流が目標範囲外にあることに応答して、1つまたは複数の電源回路の1つまたは複数の出力電流が目標範囲内になるまで、外部電源に第1の電圧を変化させる。
【００１０】
一実施形態において、電力管理回路は、電子システムの動作状態の変化が生じているか否かを決定し、検出されない変化に応答して、外部電源に第1の電圧を変化させることを一時停止する。
【００１１】
一実施形態において、1つまたは複数の電源回路のうちの1つは、バッテリを充電するように構成されたスイッチングレギュレータであり、少なくとも1つの出力電流は、バッテリ内への充電電流であり、電力管理回路は、バッテリ内への充電電流が設定された充電電流に合致するまで、外部電源に第1の電圧を上昇させる。
【００１２】
一実施形態において、1つまたは複数の電源回路は、少なくとも1つのスイッチングレギュレータを備える。
【００１３】
一実施形態において、電力管理回路は、最も高い電力を引き出す電子コンポーネントを決定するために1つまたは複数の電子コンポーネントをポーリングするように構成され、さらに、最も高い電力を引き出す前記電子コンポーネントが低電圧コンポーネントであるか否かを決定し、最も高い電力の電子コンポーネントが低電圧コンポーネントではない場合、外部電源に第1の電圧を上昇させ、最も高い電力の電子コンポーネントが低電圧コンポーネントである場合、外部電源に第1の電圧を低下させるように構成される。
【００１４】
一実施形態において、電力管理回路は、さらに、許容入力電圧範囲と、許容入力電圧範囲に対する電力損失推定値と、1つまたは複数の電源回路の出力電流との入力情報に基づいて、1つまたは複数の電源回路の全体的な電圧変換損失を最小化するために、外部電源に第1の電圧を変化させるように構成される。
【００１５】
別の実施形態において、本開示は、電子システムの1つまたは複数の電子コンポーネントに第2の電圧を提供するために、外部電源から電子システムの1つまたは複数の電源回路において第1の電圧を受け取るステップと、1つまたは複数の電源回路の動作状態を決定するステップと、決定された動作状態に応答して第1の電圧を変化させるために電子システムから外部電源への信号を発生するステップとを含む方法を含む。
【００１６】
一実施形態において、動作状態は、1つまたは複数の電源回路によって引き出される電力である。第1の電圧を変化させるために電子システムから外部電源への信号を発生するステップは、電子システムにおける電力損失を低減するものである。
【００１７】
一実施形態において、方法は、さらに、1つまたは複数の電子コンポーネントへの第2の電圧が目標範囲外であるか否かを決定するステップと、1つまたは複数の電子コンポーネントへの第2の電圧が目標範囲外にあることに応答して、第1の電圧を変化させるために、電子システムから外部電源への信号を発生するステップとを含む。
【００１８】
一実施形態において、1つまたは複数の電源回路のうちの1つは、バッテリを充電するように構成されたスイッチングレギュレータである。バッテリ内への少なくとも1つの充電電流は、スイッチングレギュレータに関連する第2の電圧に関連する。方法は、さらに、バッテリ内への充電電流が設定された充電電流に合致するまで、第1の電圧を上昇させるように、電子システムから外部電源への信号を発生するステップを含む。
【００１９】
一実施形態において、方法は、さらに、最も高い電力を引き出す電子コンポーネントを決定するために1つまたは複数の電子コンポーネントをポーリングするステップと、最も高い電力を引き出す前記電子コンポーネントが低電圧コンポーネントであるか否かを決定するステップとを含む。電子システムから外部電源への信号を発生するステップは、さらに、前記電子コンポーネントが低電圧コンポーネントではないことに応答して第1の電圧を上昇させ、前記電子コンポーネントが低電圧コンポーネントであることに応答して第1の電圧を低下させるように、電子システムから外部電源への信号を発生するステップを含む。
【００２０】
一実施形態において、1つまたは複数の電源回路は、少なくとも1つのスイッチングレギュレータを備える。
【００２１】
一実施形態において、本開示は、許容入力電圧範囲と、許容入力電圧範囲に対する電力損失推定値と、複数の電源回路の出力電流との入力情報に基づいて、コンピューティングシステム内の複数の電源回路における全体的な電圧変換損失を最小化するために、外部電源の最適な電圧を決定するステップを含む方法を含む。
【００２２】
一実施形態において、1つまたは複数の電源回路は、少なくとも1つの電圧レギュレータを備える。
【００２３】
一実施形態において、方法は、さらに、電源回路の動作状態に基づいて、1つの電源回路に優先度を割り当てるステップと、割り当てられた優先度にさらに基づいて、最適な電圧を決定するステップとを含む。
【００２４】
一実施形態において、1つの電源回路は、バッテリ充電器であり、動作状態は、バッテリの充電である。
【００２５】
1つの例示的な実施形態において、入力電圧は、高効率の動作を得るために、バッテリ充電器内のバッテリ電圧および電流(入力または出力)に基づいて特定され得る。他の実施形態において、入力電圧は、システム内の表面温度および他の温度を低減するために、全体的な電力消費および発熱を低減するように特定され得る。電子デバイスのいくつかのコンポーネントが高電力状態に入ったとき、そのようなコンポーネントの要件は、全体的なシステム効率を最適化するために、要求される入力電圧の決定の考慮に入れられ得る。
【００２６】
1つの例示的な実施形態において、高電圧専用充電ポート(HVDCP:high voltage dedicated charge port)は、たとえば、高効率点追跡アルゴリズムに基づいて、バッテリ充電器集積回路またはシステム負荷への電圧を生成する。
【００２７】
別の実施形態において、本開示は、ソフトウェアアルゴリズムを含む。たとえば、ソフトウェアアルゴリズムは、許容入力電圧範囲と、許容入力電圧範囲に対する電力損失推定値と、複数の電圧レギュレータの出力電流との入力情報に基づいて、コンピューティングシステム内の複数の電圧レギュレータにおける全体的な電圧変換損失を最小化するために、外部電源の最適な電圧を決定するステップを含む方法を実行することができる。
【００２８】
一実施形態において、複数の電源回路(たとえば、レギュレータ)は、アルゴリズムによって処理するための出力電圧および出力電流を報告することができる。アルゴリズムは、(たとえば、報告された出力電圧および記憶されたマージンに基づいて、記憶された上側電圧および下限を使用して)各電源回路のための許容範囲を決定することができる。各レギュレータの許容範囲ならびに出力電流および/または電圧は、外部電源からの外部電圧を設定することによって、電源回路の総合変換効率を最大化するために使用され得る。
【００２９】
別の実施形態において、外部電源からの追加の電圧マージンは、外部電源からコンピューティングシステムまでの全体のシステム電流負荷およびIR降下に基づいて、動的に調整され得る。
【００３０】
一実施形態において、各内部電圧レギュレータについての入力情報は、たとえば、集中コントローラによって維持され得、または、各電圧レギュレータによって維持され得、範囲の制約を満たし、コンピューティングシステム内部の変換損失を最小化する外部電源の最適な電圧を決定するために、電圧範囲、および好ましい電圧に関して、各電圧レギュレータから集中コントローラに「投票」(報告)され得る。
【００３１】
一実施形態において、電子デバイスは、スイッチモードバッテリ充電器(SMBC:switch mode battery charger)と、スイッチモード電源(SMPS:switch mode power supply)と、1つまたは複数のブーストSMPSとを含む。各電源回路は、電流負荷における電圧範囲に関する「許容入力電圧範囲」および「電力損失推定値」(たとえば、V_range_SMBC、P_loss_SMBC(V_range_SMBC、I_SMBC_output)、V_range_SMPS、P_loss_SMPS(V_range_SMPS、I_SMPS_output)、V_range_Boost、P_loss_Boost(V_range_Boost、I_Boost_output))を報告することができる。
【００３２】
一実施形態において、電子デバイスは、アダプタ電流を測定し、報告することができる。
【００３３】
一実施形態において、主電力管理集積回路(PMIC:power management integrated circuit)は、外部電源からの電圧がすべての許容可能範囲内になり、範囲内のSMBC+SMPS+ブーストSMPSの電力損失を最小化し、(現在のシステム電力+ガードバンド)/最大コネクタ電流制限よりも高くなるように、最適な目標アダプタ出力電圧を決定し、要求を外部電源に送ることができる。主PMICからの信号に応答して、外部電源は、たとえば、主PMICが要求した目標までアダプタ出力電圧を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一実施形態による動的電圧調整システムのブロック図である。
【図２】一実施形態による動的電圧調整のための方法を示す図である。
【図３】一実施形態によるバッテリ充電器回路の動的電圧調整を示す図である。
【図４】一実施形態によるバッテリ充電器回路を含む動的電圧調整のための方法を示す図である。
【図５】別の実施形態による動的電圧調整の一例を示す図である。
【図６】別の実施形態による動的電圧調整の別の例を示す図である。
【図７】別の実施形態による動的電圧調整の別の例を示す図である。
【図８】一実施形態によるポーリングのための動的電圧調整のための方法を示す図である。
【図９】別の実施形態による動的電圧調整システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本開示は、システム性能を改善するためにシステムに提供される電圧を調整することに関する。以下の説明において、説明の目的のため、多くの例および具体的な詳細は、本開示の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、特許請求の範囲に表される本開示は、これらの例における特徴の一部またはすべてを、単独で、または以下で説明する他の特徴との組合せで含むことができ、さらに、本明細書で説明する特徴および概念の変更例および等価物を含むことができることは、当業者には明らかであろう。
【００３６】
図1は、一実施形態による動的電圧調整システム100のブロック図を示す。図1は、外部電源102に結合された電子デバイス101を示す。外部電源102は、電圧Vin(本明細書では、VBUSとも呼ばれる)および電流を電子デバイス101に提供する。電子デバイス101は、外部電源102から電圧VBUSを受け取り、たとえば、プロセッサ、ワイヤレストランシーバ、ディスプレイ回路(たとえば、バックライト)、またはバッテリ充電器などの、1つまたは複数の電子コンポーネント(たとえば電子コンポーネント121、122、および123)に電圧および電流を提供する1つまたは複数の電源回路(たとえば、電源回路111、112、および113)を含むことができる。この例において、外部電源102は、コネクタ161および162を使用して取付けられたケーブル160を介して電子デバイス101に結合される。ケーブル160は、電圧Vinおよび接地のためのワイヤ、ならびに、電子デバイス101と外部電源102との間で情報を通信するための1つまたは複数のデータワイヤを含むことができる。
【００３７】
外部電源102は、ユニバーサルシリアルバス(USB)ホスト、USBハブ、または、たとえば、電源コンセントに差込み、AC電力をDC電力に変換する電源アダプタであり得る。特定の実施形態において使用され得る1つの例示的な電源アダプタは、高電圧専用充電ポート(HVDCP)である。HVDCPを使用する実施形態は、たとえば、外部から供給される電圧を調整することができる。電源回路がバッテリ充電器であり、電子コンポーネントがバッテリであり、バッテリ電圧に依存する場合において、外部電源102からの入力電圧は、充電およびシステム負荷が常に高い(または、最大)効率において動作しているように調整され得る。HVDCPなどの外部電源102は、たとえば、電子デバイス101内の通信回路150からケーブル160を介して受信した信号に応答して、電圧Vinを異なるレベルに変更することができる電圧制御コンポーネント103を含むことができる。
【００３８】
この例において、外部電源102からの電圧Vinは、電源回路111に結合される。電源回路111は、電圧Vinを受け取り、電子コンポーネント121への出力電圧Vdd1を生成する。電源回路111は、電力管理回路110におよび/またはそこから、信号を送信するおよび/または受信することができる。電力管理回路110は、たとえば、電圧Vdd1または電流出力を設定するなどの動作のために、電源回路111を設定することができる。いくつかの用途において、1つの電源回路の出力は、別の電源回路への入力として提供され得る。たとえば、電源回路111からの電圧Vdd1は、電源回路112への入力として提供され得る。電源回路112は、電子コンポーネント122への別の出力電圧Vdd2を発生することができる。同様に、電源回路112は、電力管理回路110におよび/またはそこから、信号を送信するおよび/または受信することができる。電力管理回路110は、たとえば、電圧Vdd2または電流出力を設定するなどの動作のために、電源回路112を設定することができる。最後に、この例において、別の電源回路113は、電圧Vinを受け取り、電子コンポーネント123への出力電圧Vdd3を生成する。電源回路113は、電力管理回路110におよび/またはそこから、信号を送信するおよび/または受信することができる。電力管理回路110は、たとえば、電圧Vdd3または電流出力を設定するなどの動作のために、電源回路113を設定することができる。いくつかの例示的な実施態様において、電力管理回路110は、1つまたは複数の電源回路を含む電力管理集積回路(PMIC)であり得、他の例示的な実施態様は、PMICとは別の別個の電源回路(たとえば、いくつかのバッテリ充電器用途)を有することができる。加えて、いくつかの実施形態において、1つまたは複数の電源回路111、112、および/または113は、たとえば、スイッチングレギュレータであり得、他のものは、低ドロップアウトレギュレータ(LDO:low dropout regulator)であり得る。
【００３９】
本開示の特徴および利点は、1つの電源回路111、112、113、または、さらに一緒に動作する複数の電源回路111、112、113の効率を改善するために、外部電源102からの電圧Vinを調整することを含むことができる。一実施形態において、電源回路111、112、113のうちの1つは、たとえば、特定の充電電流を使用してバッテリを充電するバッテリ充電器であり得る。外部電源からの電圧Vinが低すぎる場合、所望の充電電流の全量は、電源回路111、112、113から利用可能ではない可能性がある。したがって、電子デバイス101は、電源回路111、112、113が充電電流の所望の値を提供することができるように、電圧Vinを上昇させるために、(たとえば、通信回路150を介して)外部電源102に信号を送信することができる。より具体的には、電子デバイス101内の1つまたは複数の電源回路111、112、113の現在の負荷を考えると、外部電源102から受け取った電圧は、電源回路111、112、113の効率および性能を最適化するために変更され得る。以下でより詳細に説明する1つの例示的な実施形態において、複数の電源回路動作状態は、外部電源電圧Vinにおける上昇または低下が改善された効率をもたらすかどうかを決定するために、電力管理回路によって分析され得る。
【００４０】
図2は、一実施形態による動的電圧調整のための方法200を示す。201において、1つまたは複数の電源回路出力電流が決定され得る。たとえば、バッテリ充電器の出力電流は、以下でより詳細に説明するように感知され得る。電源回路111、112、113の動作に基づいて、外部電源からの電圧は、たとえば、電源回路111、112、113の効率を改善するために、202において変更され得る。203において、出力電流チェックが行われ得る。たとえば、バッテリ充電器回路は、バッテリ内への充電電流の大きさが設定(または、目標)充電電流値に等しいかどうかを決定するために、チェックを実行することができる。電流が目標を満たさない場合、システムは、203から202にループバックし、バッテリ充電器の場合、外部電源からの電圧を上昇させることができる。同様に、出力電流チェックが目標を満たし、電源電圧Vinにおけるさらなる変化を生じさせない場合、204における動作状態における変化は、システムを201にループバックさせ、電源回路出力電流を決定し、上記で説明したように、電源電圧を調整することができる。システムは、たとえば、動作状態における変化まで、205において電源電圧Vinを保持することができる。
【００４１】
図3は、一実施形態によるバッテリ充電器回路の動的電圧調整を示す。図3は、バッテリ充電器が電圧VBUSを外部電源から受け取り、たとえば、バッテリを充電するために、電圧および電流をバッテリ350に結合する例を示す。この例において、電源回路は、スイッチングレギュレータ301であり、VBUSは、バッテリ350に提供される電圧よりも高い。したがって、スイッチングレギュレータ301は、ステップダウン(または「バック」)DC-DCコンバータである。スイッチングレギュレータ301は、バッテリを充電するために、バッテリ305内への設定された量の電流(たとえば、電流Ichg)を生成するように構成され得、出力電流を感知するために、フィードバックループ(図示せず)を含むことができ、所望の充電電流を生成するように、スイッチングレギュレータ301を設定することができる。たとえば、一実施形態において、スイッチングレギュレータ301は、充電電流Ichg=3Aを発生するように構成され得る。
【００４２】
最初は、VBUSは、低い設定に設定される。たとえば、外部電源がプログラム可能なアダプタまたはUSB電源である場合、VBUSにおける初期電圧は、5Vであり得る。しかしながら、外部電源は、最大出力電流(Imax)を有することができ、外部電源から利用可能な全出力電力は、Imax*VBUSである。Imaxが低すぎる場合、外部電源は、スイッチングレギュレータが設定された量の充電電流を発生することを可能にするために、スイッチングレギュレータ301に十分な電力を提供することができない可能性がある。したがって、いくつかの例示的な実施形態は、出力電流(たとえば、Ichg)を感知し、実際の出力電流を所望の(または、期待される)出力電流と比較することができる。電流感知は、たとえば、(図3に示すような)直列抵抗302を用いて、または、感知FET(すなわち、レギュレータを流れる電流を感知するように構成された小さいFET)を使用して実行され得る。この例において、感知抵抗302は、増幅器303を使用して充電電流Ichgを検出する。増幅器303の出力は、比較器304に提供され、比較器304は、検出された電流を、設定された(または、目標の)充電電流値と比較する。加えて、回路は、オプションで、VBUSにおける電圧を決定するために、スイッチングレギュレータ301の入力における外部デバイスからの電圧を検出するために、アナログ-デジタル変換器320を含むことができる。検出された充電電流が目標充電電流未満である場合、比較器出力は、VBUSにおける電圧を上昇させるため、外部電源と通信するために、通信回路310をトリガすることができる。この例において、電子デバイスと外部電源との間の通信は、2線式インターフェースを介してであってもよく、2線式インターフェースは、この場合には、USB接続のD+およびD-データラインである。通信回路310からのD+/D-上の信号に応答して、外部電源は、検出された充電電流が目標充電電流と等しくなるまで、VBUSにおける電圧を漸次上昇させることができる。
【００４３】
図4は、一実施形態によるバッテリ充電器回路を含む動的電圧調整のための方法400を示す。401において、バッテリ充電器は、使用可能にされ得る。402において、外部電源は、低い値(たとえば、利用可能な値のうちの最小値)に設定され得る。403において、外部電源の電流制限は、外部電源から利用可能な最大出力電流を決定するように決定され得る。404において、充電電流(Ichg)が設定される。一実施形態において、充電電流は、たとえば、複数の利用可能な値のうちの1つに、デジタル的にプログラムされ得る。405において、バッテリ内への充電電流が検出される。406において、検出された充電電流(Isense)が設定された充電電流(Ichg)よりも小さい場合、電子デバイスは、電圧を上昇させるように外部電源に合図することができる。407において、外部電圧は、(たとえば、現在の値よりも上の次の利用可能な値に)上昇され得る。設定された充電電流Ichgが感知電流Isenseに等しい場合、プロセスは、408において停止することができる。外部電源は、回路動作状態が変化するまで、VBUS上の電圧を維持することができ、プロセスは、たとえば、異なる状態のもとで繰返され得る。
【００４４】
図5は、別の実施形態による動的電圧調整の一例を示す。図5に示す例において、複数の異なる電源回路からの情報は、外部電源によって提供される電圧を決定するために組み合わされ得る。この例において、主PMICは、たとえば、アプリケーションプロセッサに電圧および電流を提供するために、バッテリを充電するためのスイッチドモードバッテリ充電器(SMBC:switched mode battery charger)電源回路と、1つまたは複数のスイッチモード電源(SMPS)およびLDOとを含むことができる。加えて、SMBCは、たとえば、モデム(たとえば、1つまたは複数のトランシーバ)に電圧および電流を提供するために二次SMPSおよびLDOに電圧および電流を提供し、たとえば、LCDバックライト用の電圧を上昇させる(ブーストする)ためのSMPSに電圧および電流を提供する。
【００４５】
この例において、システム入力電圧を変化させることは、たとえば、SMBCおよびSMPCによって引き起こされる損失および発熱を最小化することができる。加えて、システムの総電流がコネクタ電流制限に近づいている場合、外部電源電圧における上昇は、たとえば、(たとえば、より低い電流における)システム内へのより多くの電力を可能にする。
【００４６】
各レギュレータは、たとえば、ポーリングに応答して、現在の負荷電流における電圧範囲に対する許容入力範囲および電力損失推定値を報告することができる。たとえば、一実施形態において、各レギュレータは、出力電圧および出力電流を測定し、この情報をPMICに送信することができる。各レギュレータの測定された出力電圧は、入力電圧の許容範囲を決定するために使用され得る。たとえば、許容入力電圧範囲の上限は、それを超えるとレギュレータの損傷が発生する可能性がある特定のレギュレータに関する最大入力電圧に対応する予め記憶された値であり得る。下限は、報告された出力電圧を予め記憶されたマージン(たとえば、特定のレギュレータが動作するための出力電圧よりも入力電圧が高くなければならない量)と組み合わせることによって決定され得る。1つまたは複数の変換効率は、たとえば、ルックアップテーブルとして記憶され得、または、式として符号化され得る。したがって、アルゴリズムは、個々の電源回路の動作状態(たとえば、各レギュレータの出力電圧および出力電流)に基づいて、組み合わされた電源回路の最大の総合効率を達成するために、外部電源電圧を決定することができる。様々な実施形態において、システム効率を改善するために、複数のレギュレータからの情報を受信し、外部電源からの新しい出力電圧を決定するためのアルゴリズムは、たとえば、PMIC上のソフトウェアもしくはファームウェアとして、またはプロセッサ上のソフトウェア(たとえば、PMICドライバ)として実装され得、揮発性または不揮発性メモリなどの非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶され得る。SMBCは、現在の負荷における電圧範囲に対する「許容入力電圧範囲」(V_range_SMBC)および「電力損失推定値」(P_loss_SMBC(V_range_SMBC、I_SMBC_output))を報告することができる。SMPSは、現在の負荷における電圧範囲に対する「許容入力電圧範囲」(V_range_SMPS)および「電力損失推定値」(P_loss_SMPS(V_range_SMPS、I_SMPS_output))を報告することができる。ディスクリートブーストSMPSは、現在の負荷における電圧範囲に対する「許容入力電圧範囲」(V_range_Boost)および「電力損失推定値」(P_loss_Boost(V_range_Boost、I_Boost_output))を報告することができる。
【００４７】
加えて、外部電源からシステム内へのアダプタ電流は、測定され、PMICに報告され得る。主PMICは、最適な目標外部電源電圧を決定し、外部電源(たとえば、USBまたはアダプタ)に要求を送信することができる。PMICは、外部電源タイプ(たとえば、USBタイプまたはアダプタタイプ)を決定し、外部電源が生成することができる電圧を求めて外部電源に合図することができる。PMICにおけるアルゴリズムは、たとえば、特定の外部電源から利用可能な電圧範囲内のSMBC、SMPS、およびブーストSMPSの電力損失を最小化することができる。一実施形態において、外部電源電圧は、有利には、たとえば、最大コネクタ電流制限で割ったガードバンドを加えた現在のシステム電力よりも高くてもよい。モデム(ワイヤレス)活動度、アプリケーションプロセッサ(たとえば、ARM、グラフィックスプロセッサ、など)活動度、バッテリ充電、などの変化する状態は、たとえば、システムに、システムへ供給される外部電圧を変更するように外部電源に対して合図させる可能性がある。これらの技術の利点は、バッテリ充電の間のより低い温度と、CPUのためのより多くの熱予算(thermal budget)と、グラフィックス集約型の作業負担とを含むことができる。加えて、SMBCのためのより良好なサーマルルーム(thermal room)が存在するので、より速いバッテリ充電が達成され得る。さらに、改善された効率および熱性能は、低減したフォームファクタの、より薄い設計をもたらすことができ、たとえば、電流制限を有することがある標準的なUSBコネクタの使用を可能にする。本発明の実施形態は、たとえば、高電圧専用充電ポート(HVDCP)電源アダプタと、たとえば、いくつかの実施形態における互換性のあるUSBシステムにおける変更の必要がないUSBケーブルとを使用して実施され得る。
【００４８】
図6は、別の実施形態による動的電圧調整の別の例を示す。図6において、許容電圧範囲602-1、602-2、および602-3、ならびに電力損失604-1、604-2、および604-3は、電子デバイス動作状態が、バッテリが充電しており、ビデオ会議が行われており、バッテリがほぼ空であり(たとえば、バッテリ電圧約3.0V)、液晶ディスプレイ(LCD)が、それぞれ、中間輝度に設定されている状態について示されている。図示のように、バッテリ充電器変換損失604-1およびプロセッサ/モデムSMPS変換損失604-2は、入力電圧の上昇とともに増加するが、ブースタに関する変換損失604-3は、電圧の上昇とともに減少する。したがって、システム最適条件は、矢印606によって示すように、外部から供給される電圧に対する許容システム電圧範囲(システムに供給され得る外部電圧の範囲)602-4の境界に示すような約3ボルトと3.7ボルトとの間に生じ、範囲602-4において総変換損失604-4を有する可能性がある。いくつかの実施形態において、バッテリ充電は、ビデオ会議よりも高い優先順位を与えられ、したがって、バッテリ充電のための関連する電源回路は、ビデオ会議のための関連する電源回路よりも高い優先順位を与えられる。したがって、総変換損失604-4は、バッテリ充電に関する変換損失604-1と同じ、または実質的に同じになる。図6の動的電圧調整のための方法は、たとえば、図8の方法によって実施され得る。
【００４９】
図7は、別の実施形態による動的電圧調整の別の例を示す。この例において、動作状態は、ウェブブラウジングが行われており、バッテリが満充電であり(たとえば、バッテリ電圧約4.35V)、バッテリ充電器がオフにされており、LCDが最大輝度であることである。図示のように、バッテリ充電器変換損失704-1は、許容電圧範囲702-1におけるゼロラインとして示されており、無視され得る。プロセッサ/モデムSMPS変換損失704-2は、許容電圧範囲702-2内の入力電圧の上昇とともに(図6におけるよりも低い割合だが)増加するが、ブースタに関する変換損失704-3は、許容電圧範囲702-3内の電圧の上昇とともに(図6におけるよりも高い割合だが)減少する。この例において、システム最適条件は、矢印706によって示すように、たとえば、約9.5Vの許容システム電圧範囲702-4の他の境界で生じる可能性がある。図7の動的電圧調整のための方法は、たとえば、図8の方法によって実施され得る。
【００５０】
図8は、一実施形態による動的電圧調整のための方法800を示す。図9は、一実施形態による動的電圧調整システム900のブロック図を示す。動的電圧調整システム900は、電子コンポーネント121がバッテリ充電器であり、電子コンポーネント122がプロセッサであり、電子コンポーネント123がLCDバックライトである、動的電圧調整システム100の例示的な例である。さらに、電圧Vdd1も、電源回路113に印加される。この例において、入力電圧Vinは、5〜9Vである。電源回路111は、たとえば、バックコンバータを使用することによって、3〜5Vの範囲に電圧を降圧する。電源回路111は、電源回路112および113に電圧を提供する。電源回路112は、0.5〜3Vの範囲に電圧を降圧し、電源回路113は、24.8〜33.3Vの範囲に電圧を昇圧する。
【００５１】
図8を参照すると、802において、入力電圧Vinは、電子デバイス101に印加される。804において、電力管理回路110は、充電が可能であるかどうかを決定する。充電が可能である場合、806において、電力管理回路110は、方法400(図4参照)などの充電方法を実行する。いくつかの実施形態において、充電は、他の電源回路よりも高い優先順位を与えられ、したがって、方法400は、実行される。そうでなければ、804において、充電が有効になっていない場合、電力管理回路110は、ポーリングアルゴリズムを開始する。810において、電力管理回路110は、どの電子コンポーネント122、123が最も高い電力を必要とするのかを決定する。812において、電力管理回路110は、最も高い電力を必要とする電子コンポーネント122、123が低電圧コンポーネントであるかどうかを決定する。図7および図9の例において、電子コンポーネント123(LCDバックライト)は、最も高い電力引出しを有する。電子コンポーネントが低電圧コンポーネントである場合、814において、電力管理回路110は、入力電圧Vinを低下させることによって、システム電圧を低下させ、十分な電力が入力電圧Vinから利用可能であることを保証し、810においてコンポーネントを決定することに戻る。そうでなければ、812において、電子コンポーネントが低電圧コンポーネントではない場合、816において、電力管理回路110は、入力電圧Vinを上昇させることによって、システム電圧を上昇させ、十分な電力が入力電圧Vinから利用可能であることを保証し、810においてコンポーネントを決定することに戻る。この例において、LCDバックライトは、低電圧コンポーネントではなく、したがって、電力管理回路110は、外部電源102からの入力電圧Vinを上昇させる。この例において、入力電圧Vinは、9V近くである範囲の上限まで上昇される。電源回路113による電圧ブーストは、5Vなどのより低い電圧ではなく9Vからであるので、これは、効率を改善する。別の例において、高電力引出しコンポーネントが、低電力コンポーネントでもあるプロセッサであった場合である。入力電圧Vinは、プロセッサのための電圧における降圧が、9Vから降圧するのではなく、5Vから0.5〜3Vまでであるように、範囲の下端まで低下されることになる。
【００５２】
上記の説明は、特定の実施形態の態様が実施され得る方法の例とともに、本開示の様々な実施形態を示す。上記の例は、唯一の実施形態であるとみなされるべきではなく、以下の特許請求の範囲によって定義される特定の実施形態の柔軟性および利点を示すために提示される。上記の開示および以下の特許請求の範囲に基づいて、他の構成、実施形態、実装、および等価物は、特許請求の範囲によって定義される本開示の範囲から逸脱することなく、用いられ得る。
【符号の説明】
【００５３】
101  電子デバイス
102  外部電源
103  電圧制御コンポーネント
110  電力管理回路
111  電源回路
112  電源回路
113  電源回路
121  電子コンポーネント
122  電子コンポーネント
123  電子コンポーネント
150  通信回路
160  ケーブル
161  コネクタ
162  コネクタ
301  スイッチングレギュレータ
302  直列抵抗、感知抵抗
303  増幅器
304  比較器
310  通信回路
320  アナログ-デジタル変換器
350  バッテリ
【図１】
0006277273.tif 000002
【図２】
0006277273.tif 000003
【図３】
0006277273.tif 000004
【図４】
0006277273.tif 000005
【図５】
0006277273.tif 000006
【図６】
0006277273.tif 000007
【図７】
0006277273.tif 000008
【図８】
0006277273.tif 000009
【図９】
0006277273.tif 000010