DE112005002255B4

DE112005002255B4 - Vorrichtung und Verfahren für Mehrphasentransformatoren

Info

Publication number: DE112005002255B4
Application number: DE112005002255.2T
Authority: DE
Inventors: Gerhard Schrom; Peter Hazucha; Donald Gardner; Vivek De; Tanay Karnik
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: TW200611284A; JP2008515225A; WO2006039048A3; TWI288421B; US7315463B2; WO2006039048A2; US20060071649A1; JP4886696B2; CN101031986A; CN101031986B; DE112005002255T5

Abstract

Transformator, der umfasst: eine serienparallel gekoppelte Spulentopologie aus Primärspulen (210, 220, 230, 240) und Sekundärspulen (222, 232, 242), die so angeordnet sind, dass sie eine gemeinsame Knotenspannung als einen Mittelwert von N Eingangsknotenspannungen bereitstellen, wobei N eine ganze Zahl größer als zwei ist, und mindestens zwei Sekundärspulen in Serie gekoppelt sind, wobei die serienparallel gekoppelte Spulentopologie umfasst: N Primärspulen (210, 220, 230, 240), wobei jede der Primärspulen elektrisch an jeweils einen von N Eingangsknoten (201-1–201-4) und einen gemeinsamen Ausgangsknoten (250) gekoppelt ist; und N – 1 Sekundärspulen (222, 232, 242), die elektrisch in Serie zwischen einen Eingangsknoten und den gemeinsamen Ausgangsknoten (250) gekoppelt sind, wobei die N – 1 Sekundärspulen (222, 232, 242) so angeordnet sind, dass sie induktiv Energie von N – 1 der Primärspulen (220, 230, 240) koppeln.

Description

Gebiet der Erfindung
Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung betreffen allgemein das Gebiet integrierter Schaltkreise und der Computersystemauslegung. Insbesondere betreffen eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung für Mehrphasentransformatoren.
Allgemeiner Stand der Technik
Die Netzteile eines Computersystems sind dazu ausgelegt, die spezifischen Leistungsanforderungen der integrierten Schaltkreischips (ICs) zu erfüllen, welche die Komponenten des Systems sind. Die Nennbetriebsspannungen für die ICs sind typischerweise bekannt, da die meisten ICs derart hergestellt werden, dass sie die Industriestandards des Gerätebetriebs erfüllen. Beispielsweise beträgt die Nennspeisespannung für Transistor-Transistor-Logik-(TTL)-Vorrichtungen 5,0 Volt, während die Nennspeisespannung für komplementäre Metalloxidhalbleiter-(CMOS)-Vorrichtungen 3,3 Volt beträgt.
Ein Netzteil liefert die Nennspannungspegel idealerweise mit Zuverlässigkeit und Genauigkeit, doch Netzteile sind aufgrund einiger Faktoren typischerweise ungenau. Ein typischer Bereich von Zuverlässigkeit für ein Netzteil liegt zwischen plus oder minus fünf Prozent. Entsprechend sind die meisten ICs dazu ausgelegt, in einem Bereich von plus oder minus fünf Prozent der Nennspannung zu arbeiten. Einige ICs sind jedoch weniger tolerant gegenüber einer ungenauen Leistungsversorgung, und einige ICs können eine Nennbetriebsspannung benötigen, die von den Standard-TTL- und CMOS-Spannungen abweicht. Die Betriebsspannung eines IC, der eins von diesen Merkmalen oder beide aufweist, kann von einem DC-DC-Wandler bereitgestellt werden, der den DC-Ausgang des Netzteils in eine gewünschte DC-Betriebsspannung umwandelt.
DC-DC-Wandler sind typischerweise Spannungsschaltregler, die effizienter sind als lineare Regler. Der Bedarf an Effizienz wird unterstrichen, wenn der DC-DC-Wandler dazu benutzt werden soll, einen einzelnen IC mit Spannung zu versorgen, wobei es sich um den Prozessor des Computersystems handeln kann. Wenn zu viel Energie umgewandelt wird, während der DC-DC-Wandler arbeitet, werden Wärmesenken benötigt, und der Fußabdruck des DC-DC-Wandlers erhöht sich. Dies ist besonders unerwünscht, wenn die Menge an verfügbarem Unterbringungsraum begrenzt ist.
Ferner haben der maximale Stromverbrauch, die Stromdichte und die Stromübergangsanforderungen von Hochleistungsmikroprozessoren trotz Skalierung der Speisespannung (V_CC) um 50% pro Generation zugenommen. Die Reduzierung von V_CC macht das Problem der Bereitstellung größerer Ströme mit hoher Umwandlungseffizienz zu einer noch größeren Herausforderung, insbesondere, da die maximal akzeptable V_CC-Schwankung im Bereich von 10% des V_CC-Zielwerts liegt. Der Einsatz traditioneller Verfahren zum Erfüllen der V_CC-Zielschwankungen am Mikroprozessorchip unter Anwesenheit großer Stromübergänge erfordert einen unrealisierbar hohen Grad an Chip-Entkopplungskapazität (Decap). Alternativ wird ein Hauptplatinen-Spannungsregler- und Wandlermodul (VRM) benötigt, um bei einer höheren Frequenz zu arbeiten.
Die DE 638 313 A offenbart eine Einrichtung an Mehrphasentransformatoren mit wenigstens einer Sternwicklung zur Erzielung einer beliebigen Lage des Sternpunktes. Die Einrichtung umfasst zwei auf den gleichen Schenkeln eines Mehrphasentransformators oder auf mehreren Einphasenkernen phasenweise angeordnete Mehrphasenwicklungen, die beide mindestens in je einer Phase verschiedene Windungszahlen haben und von denen die eine in Sternschaltung an das Mehrphasensystem angeschlossen, die andere in sich in einem Polygon geschlossen ist.
Die WO 02/17 469 A1 offenbart ein Leistungsumwandlungssystem, bei dem kombinierende Transformatoren verwendet werden.
Die WO 01/26 210 A1 offenbart einen Umrichter für die Umformung von elektrischer Energie, wobei die Verbindung zwischen dem gemeinsamen Anschluss der High-Side- und der Low-Side-Schalter mit dem die elektrische Energie erzeugenden Mittel jeweils wenigstens eine Induktivität aufweist und die Induktivitäten als Längsdrosseln in Serie zwischen einander zugeordneten Schaltern oder als Querdrosseln zwischen jeweils vier Schaltern liegen.
Die Erfindung ist definiert im Hauptanspruch 1.
Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind beispielhaft und nicht einschränkend in den begleitenden Figuren dargestellt, wobei:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines DC-DC-Wandlers ist, der einen Mehrphasenmikrotransformator gemäß einer Ausführungsform benutzt.
2 eine schematische Darstellung ist, die einen Transformator zeigt, der eine gekoppelte Spulentypologie gemäß einer Ausführungsform aufweist.
3 eine schematische Darstellung ist, die einen Transformator zeigt, der eine gekoppelte Spulentypologie gemäß einer Ausführungsform aufweist.
4 eine schematische Darstellung ist, die einen Transformator zeigt, der eine gekoppelte Spulentypologie gemäß einer Ausführungsform aufweist.
5A ein Blockdiagramm ist, das einen Mehrphasenmikrotransformator gemäß einer Ausführungsform zeigt.
5B ein Blockdiagramm ist, das einen Querschnitt des Mehrphasenmikrotransformators aus 5A gemäß einer Ausführungsform zeigt.
6A eine Darstellung ist, die ein elektronisches System mit einem DC-DC-Transformator zeigt, der auf einem Prozessorchip integriert ist, gemäß einer Ausführungsform.
6B eine Darstellung ist, die ein elektronisches System zeigt, das einen DC-DC-Wandler auf einem dreidimensionalen (3D) gestapelten Chip (Stacked Die) mit Durchgangsbohrungen gemäß einer Ausführungsform aufweist.
7 ein Blockdiagramm ist, das verschiedene Auslegungsdarstellungen oder Formate zur Emulation, Simulation und Fertigung einer Auslegung unter Benutzung der offenbarten Verfahren zeigt.
Detaillierte Beschreibung
Die Reduzierung der Speisespannung (V_CC) für Niedrigspannungsanwendungen (z. B. mobile/tragbare Vorrichtungen) gestaltet das Problem der Bereitstellung großer Ströme mit hoher Umwandlungseffizienz recht schwierig. Das Verwenden traditioneller Verfahren zum Erfüllen der V_CC-Zielschwankungen auf dem Mikroprozessorchip in Anwesenheit großer Stromübergänge erfordert einen unrealisierbar hohen Grad an Chip-Entkopplungskapazität, insbesondere für Plattformen mit niedriger Spannung. Ein alternatives Verfahren zum Erfüllen der V_CC-Schwankung ist die Benutzung eines Hauptplatinen-Spannungsregler- und Wandlermoduls (VRM), das bei hoher Frequenz arbeitet. Ferner werden teure Lösungen benötigt, um die Impedanz (Z_ext) des nicht am Chip angeordneten Versorgungsnetzes zu minimieren, das den hohen Strom vom VRM über die Platine, die Anschlüsse und Paketspuren dem Chip zuführt.
Entsprechend zeigt 1 einen Gleichstrom-(DC)-zu-DC-(DC-DC)-Wandler 100, der auf einem Chip eines Prozessors gemäß einer Ausführungsform entweder paketiert oder integriert sein kann. Ein DC-DC-Wandler ist eine Vorrichtung, die eine DC-Eingangsspannung akzeptiert und eine DC-Ausgangsspannung erzeugt. Typischerweise weist der erzeugte Ausgang einen anderen Spannungspegel auf als der Eingang. Ein DC-DC-Wandler kann dazu konfiguriert sein, die Ausgangsspannung in Bezug auf die Eingangsspannung hoch zu setzen (Boost), tief zu setzen (Buck) oder zu invertieren.
Wie in 1 gezeigt, weist der DC-DC-Wandler 100 Brücken 120 (120-1, 120-2, 120-3, 120-4) auf, die an einen Eingangsknoten 101 gekoppelt sind, um eine Eingangsspannung (V_m) Von beispielsweise 12 Volt zu empfangen. Jede Brücke kann einen oder mehrere Schalter 122 (122-1, 122-2, 122-3, 122-4) und 124 (124-1, 124-2, 124-3, 124-4) aufweisen, die dazu benutzt werden können, einen Transformator 200 anzutreiben, damit dieser einem Ausgangsknoten 150 eine Ausgangsspannung (V_out) zuführt, bei der es sich um einen Mittelwert der empfangenen Eingangsspannungen (V1, V2, V3, V4) handelt. Repräsentativ ist ein Entkopplungskondensator (C) 130 an den Ausgangsknoten 150 gekoppelt. In einer Ausführungsform weist der Steuerschaltkreis 110 die Brücken 120 an, ihre jeweiligen Schalter 122 und 124 zu öffnen und zu schließen, um an Ausgangsknoten 150 V_out zu erzeugen. In einer Ausführungsform ist der Transformator 200 gemäß einer gekoppelten Spulentypologie konfiguriert, beispielsweise wie unter Bezugnahme auf 2 bis 5B gezeigt.
2 ist eine schematische Darstellung, die Transformator 200 zeigt, der eine gekoppelte Spulentopologie gemäß einer Ausführungsform aufweist. In einer Ausführungsform ist der Transformator 200 ein Mehrphasentransformator, der N Phasen (N = 4) aufweist. In einer Ausführungsform nähert sich der Transformator 200 einem idealen Mehrphasentransformator an, derart, dass bei Windungszahlverhältnissen von 1:1:1:1 eine feste Kopplung beschrieben werden kann als: (V1 + V2 + V3 + V4)/4 = VS (1)
Mit anderen Worten, der Transformator 200 weist Eingangsknoten 201 (201-1, 201-2, 201-3, 201-4) zum Empfangen von Eingangsspannungen V1, V2, V3, V4, und einen gemeinsamen Knoten 250 zum Bereitstellen der Ausgangsspannung des gemeinsamen Knotens (VS) auf. Allgemein ist der ideale Transformator für eine größere Anzahl von Phasen (N größer als 2) aufgrund der asymmetrischen Kopplung zwischen den Wicklungen schwer zu implementieren. Auch ist ein Dreiphasentransformator mit einer idealen Mehrphasentransformatortypologie auf die Benutzung in Hochenergieanwendungen beschränkt, und für die Chipintegration ungeeignet.
Entsprechend ist in einer Ausführungsform gezeigt, dass der Transformator 200 eine erste Primarspule (L1) 210 aufweist, die zwischen den ersten Eingangsknoten 201-1 und den gemeinsamen Knoten 250 gekoppelt ist. Ebenso ist eine zweite Primärspule (L2) zwischen einen zweiten Eingangsknoten 201-2 und den gemeinsamen Ausgangsknoten 250 gekoppelt. Eine dritte Primärspule (L3) ist zwischen den dritten Eingangsknoten 201-3 und den gemeinsamen Ausgangsknoten 250 gekoppelt. Schließlich ist eine vierte Primarspule (L4) 240 zwischen einen vierten Eingangsknoten 201-4 und den gemeinsamen Ausgangsknoten 250 gekoppelt.
In einer Ausführungsform sind eine erste Sekundärspule (L × 2) 222, eine zweite Sekundärspule (L × 3) und eine dritte Sekundärspule (L × 4) 242 in Serie zwischen den ersten Eingangsknoten 201-1 und den gemeinsamen Ausgangsknoten 250 gekoppelt. In einer Ausführungsform nimmt die Serienverbindung der Wicklungen L × 2 222 L × 3 232 und L × 4 242 folgende Spannungssumme auf: (V2 – V3) + (V3 – VS) + (V4 – VS) (2)
Repräsentativ sind die Sekundärspulen (222, 232, 242) antiparallel zur Primärspule L1 210 angeordnet, was die Spannungssumme gleich macht zu: (V1 – VS) + (V2 – VS) + (V3 – VS) + (V4 – VS) = 0 (3) V1 + V2 + V3 + V3 + V4 = 4VS (4)
Im Sinne dieser Beschreibung wird diese Serienverbindung der Sekundärspulen (222, 232, 242) zwischen dem ersten Eingangsknoten 201-1 und dem gemeinsamen Ausgangsknoten 250 als „serienparallele Kopplung von Spulen” bezeichnet. Ferner wird im Sinne dieser Beschreibung die Anordnung der Primär- (210, 220, 230, 240) und Sekundärspulen (222, 232, 242) zum Bereitstellen der Transformatoren, die unter Bezugnahme auf 2 bis 5B gezeigt sind, als „a”-gekoppelte Spulentopologie bezeichnet.
3 ist ein Blockdiagramm, das einen symmetrischen Transformator 300 gemäß einer Ausführungsform zeigt, wobei der Transformator 300 repräsentativ vier reguläre Transformatoren mit Wicklungen 310, 320, 330 und 340 aufweist, die hier als „Hauptwicklungen” bezeichnet werden. Repräsentativ sind die Hauptwicklungen 310 an Sekundärwicklungen 312, 314 und 316 gekoppelt. Die Zuordnung des verfügbaren Leitungsquerschnitts zwischen den Hauptwicklungen (310, 320, 330 und 340) und den gekoppelten Wicklungen bestimmt die Unterteilung des Stroms in die „a”-Komponenten 304 (304-1, 304-2, 304-3, 304-4) und die „b”-Komponenten 306 (306-1, 306-2, 306-3, 306-4) sowie den gesamten effektiven Widerstand.
In einer Ausführungsform kann der Querschnitt derart ausgewählt sein, dass der Nettofluss in einem Magnetkern minimiert wird (auf Kosten eines Gesamtwiderstands-Overhead von N/2), oder derart, dass der Serienwiderstand der gekoppelten Wicklungen eine zusätzliche Dämpfung einer Spannungsregeldifferenz bereitstellt. Im Allgemeinen wird die Spannungsregeldifferenz als eine Differenz der Spannung zwischen keiner Last und Volllast definiert, ausgedrückt als Prozentsatz des vollen Lastwerts. Bei einem DC-DC-Wandler hängt der optimale Widerstand von dem äquivalenten Serienwiderstand des Entkopplungskondensators ab. In einer Ausführungsform können die Primär- und Sekundärspulen des Transformators 300 durch Autotransformatoren ersetzt werden, um die Anzahl der Phasen zu verdoppeln.
4 ist ein Blockdiagramm, das einen Dreiphasentransformator 400 gemäß einer Ausführungsform zeigt. Wie dargestellt, sind Primärwicklungen 410, 420 und 430 zwischen einen entsprechenden Eingangsknoten 402 (402-1, 402-2, 402-3) und einen gemeinsamen Ausgangsknoten 450 gekoppelt. Ebenso sind Sekundärwicklungen 412 und 414 dazu angeordnet, Energie von der Primärwicklung 410 zu koppeln; Sekundärwicklungen 422 und 424 sind dazu angeordnet, Energie von der Primarwicklung 420 zu koppeln. Schließlich sind Sekundärwicklungen 432 und 434 dazu angeordnet, Energie aus Primärwicklung 430 zu koppeln. Aufgrund einer solchen Anordnung stellt das Koppeln von Energie zwischen den Sekundärwicklungen und den Primärwicklungen eine gemeinsame Ausgangsspannung bereit, die ein Mittelwert der Eingangsknotenspannungen (V1–V3) ist, die von den Eingangsknoten 401 empfangen wird.
5A ist ein Blockdiagramm eines Mehrphasenmikrotransformators, der integrierte Mikrotransformatoren gemäß einer Ringkonfigurierung gemäß einer Ausführungsform benutzt. Im Sinne dieser Beschreibung bezeichnet der Begriff „Mikrotransformator” einen Transformator, der auf einem integrierten Schaltkreis-(IC)-Chip oder einem IC-Paket ausgebildet ist. In einer Ausführungsform zeigt 5A eine Darstellung des Transformators 300, wie in 3 gezeigt, gemäß einer Ausführungsform. In einer Ausführungsform sind Sekundärwicklungen dazu angeordnet, Energie von Primärwicklungen zu koppeln. Repräsentativ sind Sekundärwicklungen 512, 514 und 516 dazu angeordnet, Energie von Primärwicklungen 510 (510-1, 510-2 und 510-3) zu koppeln. Ebenso sind Sekundärwicklungen 522, 524 und 526 dazu angeordnet, Energie von Primärwicklungen 520 (520-1, 520-2 und 520-3) zu koppeln. Außerdem sind Sekundärwicklungen 532, 534 und 536 dazu angeordnet, Energie von Primärwicklungen 530 (530-1, 530-2 530-3) zu koppeln; und Sekundärwicklungen 542, 544 und 546 sind dazu angeordnet, Energie von Primärwicklungen 540 (540-1, 540-2 und 540-3) zu koppeln. Wie oben beschrieben, stellt die Anordnung der Primär- und Sekundärwicklungen gemäß der gekoppelten Spulentypologie, wie in Bezug auf 5A dargestellt, eine Ausgangsspannung VS bereit, die ein Mittelwert der Eingangsspannungen V1, V2, V3 und V4 gemäß Gleichung (4) ist.
5B zeigt einen Querschnitt entlang Linie 560, um Primärwicklung 510 zu zeigen, die mit Sekundärwicklungen 510, 514 und 516 angeordnet ist. Repräsentativ sind die Primärwicklung 510 und die Sekundärwicklungen (512, 514 und 516) in Magnetkern 570 angeordnet. Entsprechend stellt in einer Ausführungsform die gekoppelte Spulentypologie, wie unter Bezugnahme auf 2 bis 5A gezeigt, die feste Kopplung bereit, die nötig ist, um eine Steuerung der Spannungsregeldifferenz für einen DC-DC-Wandler sicherzustellen, der auf einem Chip oder einem gestapelten 3D-DC-DC-Wandler integriert ist, wenn Raum zum Bereitstellen eines Entkopplungskondensators begrenzt ist.
In einer Ausführungsform stellt die gekoppelte Spulentypologie eine beliebige Anzahl von Phasen in einem gleichmäßigen Leitungsschema mit Transformatoren gleicher Größe und mit Optimierung entweder für minimalen Spitzenfluss oder optimale Regeldifferenzsteuerung bereit. Entsprechend stellen die Möglichkeit, eine Optimierung entweder für einen minimalen Spitzenfluss (bei Wandlern mit hoher Leistungsdichte) oder eine optimale Regeldifferenzsteuerung (bei Wandlern mit niedrigerer Leistung und hoher Effizienz) durchzuführen, und die optimale Kombination mit Autotransformatoren eine beträchtliche Flexibilität für den DC-DC-Wandler gemäß den offenbarten Ausführungsformen bereit.
6A ist ein Blockdiagramm, das einen DC-DC-Wandler darstellt, der beispielsweise einen oder mehrere Mehrphasentransformatoren 500 (5A) aufweist, die auf Prozessorchip 630 integriert sind. Repräsentativ ist der DC-DC-Wandler 100 auf dem Prozessorchip 630 implementiert, indem er mittels Flip-Chip-Verfahren beispielsweise mit C4-(Controlled Collapsed Chip Connection)-Bump zwischen einem Chip und dem Paket paketiert wird. In einer Ausführungsform bietet diese Anordnung den zusätzlichen Vorteil, C4-Bump-Ströme zu reduzieren, die aus Gründen der Zuverlässigkeit begrenzt sind. Repräsentativ ist der Prozessorchip 630, der einen integrierten DC-DC-Wandler 100 aufweist, zwischen einem Kühlkörper 620 und einem Interposer 640 gekoppelt; ebenso ist eine Wärmesenke 610 an den Kühlkörper 620 gekoppelt, um das elektronische System 600 bereitzustellen, das einen integrierten Chip-DC-DC-Wandler aufweist.
6B ist ein Blockdiagramm, das ein elektronisches System 700 zeigt, das einen gestapelten 3D-DC-DC-Wandler-Chip 700 aufweist. Repräsentativ ist der Mikroprozessorchip 730 unter Benutzung eines dreidimensionalen (3D) „Durchgangsbohrungs”-Montageverfahrens auf einem separaten DC-DC-Wandler-Chip 750 „gestapelt”, um die zwei Chips so nah wie möglich zueinander anzuordnen. In einer Ausführungsform ermöglicht die Anordnung aus 6B es, dass das Prozessverfahren separat für den umgewandelten Chip chipoptimiert wird, und nicht die bereits knappen Verbindungsressourcen auf dem Mikroprozessorchip beeinflusst. Wie dargestellt, ist der DC-DC-Wandler-Chip auf dem Prozessorchip 730 gestapelt, der an Kühlkörper 720 und Wärmesenke 710 gekoppelt ist.
7 ist ein Blockdiagramm, das verschiedene Darstellungen oder Formate für die Simulation, Emulation und Fertigung einer Auslegung zeigt, welche die offenbarten Verfahren benutzen. Daten, die eine Auslegung darstellen, können die Auslegung in verschiedener Weise darstellen. Zunächst, was bei Simulationen nützlich ist, kann die Hardware unter Benutzung einer Hardware-Beschreibungssprache oder einer anderen funktionalen Beschreibungssprache dargestellt werden, die essentiell ein computerisiertes Modell dazu bereitstellt, wie die entworfene Hardware arbeiten soll. Das Hardwaremodell 810 kann in einem Speichermedium 800, wie z. B. einem Computerspeicher, gespeichert sein, damit das Modell unter Benutzung von Simulationssoftware 720 simuliert werden kann, die eine bestimmte Testreihe auf das Hardwaremodell 710 anwendet, um zu bestimmen, ob es tatsächlich wie vorgesehen arbeitet. In einigen Ausführungsformen ist die Simulationssoftware nicht in dem Medium aufgezeichnet, erfasst oder enthalten.
Außerdem kann auf einigen Stufen des Auslegungsprozesses ein Schaltkreisebenenmodell mit Logik- und/oder Transistorgattern erzeugt werden. Das Modell kann ebenso bisweilen durch dedizierte Hardwaresimulatoren simuliert werden, die das Modell unter Benutzung programmierbarer Logik bilden. Dieser Typ der Simulation kann, wenn er einen Schritt weiter geführt wird, ein Emulationsverfahren sein. In jedem Fall ist neu konfigurierbare Hardware eine andere Ausführungsform, die ein maschinenlesbares Medium beinhalten kann, das ein Modell speichert, welches die offenbarten Verfahren verwendet.
Außerdem erreichen die meisten Auslegungen auf einer bestimmten Stufe eine Datenebene, die die physikalischen Anordnungen verschiedener Vorrichtungen in dem Hardwaremodell darstellt. Falls übliche Halbleiterfertigungsverfahren benutzt werden, können die Daten, die das Hardwaremodell darstellen, Daten sein, die die Anwesenheit oder Abwesenheit verschiedener Merkmale auf verschiedenen Maskierungsschichten oder Masken angeben, die benutzt werden, um den integrierten Schaltkreis herzustellen. Wiederum verkörpern diese Daten, die den integrierten Schaltkreis darstellen, die offenbarten Verfahren, indern die Schaltlogik und die Daten dazu simuliert oder gefertigt werden können, diese Verfahren auszuführen.
Bei jeder Darstellung der Auslegung können die Daten auf jeder beliebigen Form eines maschinenlesbaren Mediums gespeichert sein. Eine optische oder elektrische Welle 860, die moduliert oder in anderer Weise erzeugt wird, um derartige Information zu transportieren, ein Speicher 850 oder ein magnetischer oder optischer Speicher 840, wie z. B. eine Platte, können das maschinenlesbare Medium sein. Jedes dieser Medien kann die Auslegungsinformation tragen. Der Begriff „tragen” (z. B. ein maschinenlesbares Medium, das Information trägt) deckt also Information ab, die auf einer Speichervorrichtung gespeichert ist, oder Information, die in oder auf einer Trägerwelle codiert oder moduliert ist. Die Bitmenge, die die Auslegung oder eine Einzelheit der Auslegung beschreibt, ist (bei Verkörperung in einem maschinenlesbaren Medium, wie z. B. einem Träger- oder Speichermedium) ein Gegenstand, der in sich und aus sich heraus abgeschlossen sein kann, oder von anderen zur weiteren Auslegung oder Fertigung benutzt werden kann.
Alternative Ausführungsformen
Man wird verstehen, dass für andere Ausführungsformen eine andere Systemkonfigurierung benutzt werden kann. Beispielsweise weisen die Systeme 600/700 zwar eine einzelne CPU 630/730 auf, doch kann bei anderen Ausführungsformen ein Mehrprozessorsystem (bei dem einer oder mehrere Prozessoren in ihrer Konfigurierung und ihrem Betrieb ähnlich wie die beschriebene CPU 630/730 sein können) von dem Mehrphasentransformator verschiedener Ausführungsformen profitieren. Weitere unterschiedliche Typen von Systemen oder unterschiedliche Typen von Computersystemen, wie z. B. ein Server, eine Workstation, ein Desktop-Computersystem, ein Spielsystem, ein eingebettetes Computersystem, ein Blade-Server usw. können für andere Ausführungsformen benutzt werden.

Claims

Transformator, der umfasst: eine serienparallel gekoppelte Spulentopologie aus Primärspulen (210, 220, 230, 240) und Sekundärspulen (222, 232, 242), die so angeordnet sind, dass sie eine gemeinsame Knotenspannung als einen Mittelwert von N Eingangsknotenspannungen bereitstellen, wobei N eine ganze Zahl größer als zwei ist, und mindestens zwei Sekundärspulen in Serie gekoppelt sind, wobei die serienparallel gekoppelte Spulentopologie umfasst: N Primärspulen (210, 220, 230, 240), wobei jede der Primärspulen elektrisch an jeweils einen von N Eingangsknoten (201-1–201-4) und einen gemeinsamen Ausgangsknoten (250) gekoppelt ist; und N – 1 Sekundärspulen (222, 232, 242), die elektrisch in Serie zwischen einen Eingangsknoten und den gemeinsamen Ausgangsknoten (250) gekoppelt sind, wobei die N – 1 Sekundärspulen (222, 232, 242) so angeordnet sind, dass sie induktiv Energie von N – 1 der Primärspulen (220, 230, 240) koppeln.
Transformator nach Anspruch 1, wobei jede der N – 1 Sekundärspulen (222, 232, 242) parallel mit einer Primärspule der N Primärspulen gekoppelt ist, um induktiv Energie von N – 1 der Primärspulen (220, 230, 240) zu koppeln.
Transformator nach Anspruch 1, wobei die N – 1 Sekundärspulen (222, 232, 242) antiparallel zu einer ersten Primärspule (210) der N Primärspulen (210, 220, 230, 240) angeordnet sind, derart, dass die N – 1 Sekundärspulen (222, 232, 242) elektrisch in Serie zwischen einen ersten Knoten (201-1) und den gemeinsamen Ausgangsknoten (250) gekoppelt sind, um induktiv Energie von N – 1 der Primärspulen (220, 230, 240) zu koppeln.
DC-DC-Wandler, der umfasst: einen Transformator gemäß Anspruch 1 und zusätzlich: N Brücken, wobei jede Brücke an einen Eingangsknoten gekoppelt ist; und einen Steuerungsschaltkreis zum Steuern der N Brücken derart, dass die Spannung mit gemeinsamem Modus an einem gemeinsamen Transformatorknoten bereitgestellt wird.
Transformator, der umfasst: eine serienparallel gekoppelte Spulentopologie aus Primärspulen (310, 320, 330, 340) und Sekundärspulen (312, 314, 316, 322, 324, ..., 344, 346), die so angeordnet sind, dass sie eine gemeinsame Knotenspannung als einen Mittelwert von N Eingangsknotenspannungen bereitstellen, wobei N eine ganze Zahl größer als zwei ist, wobei die serienparallel gekoppelte Spulentopologie umfasst: – N Primärspulen (310, 320, 330, 340), wobei jede Primärspule an jeweils einen von N Eingangsknoten (301-1–301-4) und einen gemeinsamen Ausgangsknoten (350) elektrisch gekoppelt ist; und – N Gruppen von Sekundärspulen (312, 314, 316), (322, 324, 326), ..., (342, 344, 346), wobei jede Gruppe von Spulen höchstens N – 1 Sekundärspulen (312, 314, 316, 322, 324, ..., 344, 346) aufweist, die elektrisch in Serie zwischen jeweils einen Eingangsknoten (301-1) und den gemeinsamen Ausgangsknoten (350) gekoppelt sind, wobei die N Gruppen von Sekundärspulen so angeordnet sind, dass sie induktiv Energie von den Primärspulen (310, 320, 330, 340) koppeln.
DC-DC-Wandler nach Anspruch 1, wobei die serienparallel gekoppelte Spulentopologie aufweist: N Primärspulen (210, 220, 230, 240), wobei jede Primärspule an jeweils einen von N Eingangsknoten (201-1–201-4) und einen gemeinsamen Ausgangsknoten (250) elektrisch gekoppelt ist; und N – 1 Sekundärspulen (222, 232, 242), die elektrisch in Serie zwischen einen Eingangsknoten (201-1) und den gemeinsamen Ausgangsknoten (250) gekoppelt sind, wobei die N – 1 Sekundärspulen (222, 232, 242) so angeordnet sind, dass sie induktiv Energie von N – 1 der Primärspulen (220, 230, 240) koppeln.
DC-DC-Wandler nach Anspruch 6, der außerdem einen Kondensator aufweist, der an den gemeinsamen Ausgangsknoten (250) gekoppelt ist.
DC-DC-Wandler nach Anspruch 6, wobei der Transformator (200) einen Mehrphasenmikrotransformator aufweist.
Maschinenlesbares Medium, auf dem eine Schaltkreisauslegung zum Einbauen in einen DC-DC-Wandler ausgebildet ist, die nach dem Einbauen aufweist: einen Transformator (200) gemäß Anspruch 1 und zusätzlich: N Brücken, wobei jede Brücke an einen Transformatoreingangsknoten gekoppelt ist; und einen Steuerungsschaltkreis zum Steuern der N Brücken derart, dass die Spannung mit gemeinsamem Modus an einem gemeinsamen Transformatorknoten bereitgestellt wird.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 9, wobei die serienparallel gekoppelte Spulentopologie aufweist: N Primärspulen (210, 220, 230, 240), wobei jede Primarspule (210, 220, 230, 240) an jeweils einen von N Eingangsknoten (201-1–201-4) und einen gemeinsamen Ausgangsknoten (250) gekoppelt ist; und N – 1 Sekundärspulen (222, 232, 242), die elektrisch in Serie zwischen einen Eingangsknoten (201-1) und den gemeinsamen Ausgangsknoten (250) gekoppelt sind, wobei die N – 1 Sekundärspulen (222, 232, 242) so angeordnet sind, dass sie induktiv Energie von N – 1 der Primärspulen (220, 230, 240) koppeln.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 9, wobei der DC-DC-Wandler ferner einen Kondensator aufweist, der an den gemeinsamen Transformatorknoten (250) elektrisch gekoppelt ist.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 9, wobei der Transformator (200) einen Mehrphasenmikrotransformator aufweist.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 9, wobei der DC-DC-Wandler auf einem Prozessorchip integriert ist.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 9, wobei jede der N Brücken einen ersten Schalter aufweist, der an eine Eingangsspannung gekoppelt ist, und einen zweiten Schalter, der an einen Masseanschluss gekoppelt ist.
Elektronisches System, das aufweist: eine Wärmesenke; einen Kühlkörper, der an die Wärmesenke gekoppelt ist; einen Prozessorchip, der an den Kühlkörper gekoppelt ist; einen DC-DC-Wandler, der aufweist: einen Transformator (200) gemäß Anspruch 1, N Brücken, wobei jede Brücke an einen Transformatoreingangsknoten gekoppelt ist, und einen Steuerungsschaltkreis zum Steuern der N Brücken derart, dass die Spannung mit gemeinsamem Modus an dem Transformatorknoten bereitgestellt wird; einen Interposer, der an den Prozessorchip gekoppelt ist; und ein Speichersystem, das an den Prozessorchip gekoppelt ist.
Elektronisches System nach Anspruch 15, wobei der DC-DC-Wandler auf dem Prozessorchip integriert ist.
Elektronisches System nach Anspruch 15, wobei der DC-DC-Wandler einen DC-DC-Wandlerchip umfasst, der zwischen den Prozessorchip und den Interposer gekoppelt ist.
Elektronisches System nach Anspruch 15, das ferner einen Kondensator umfasst, der an den gemeinsamen Transformatorknoten (250) gekoppelt ist.
Elektronisches System nach Anspruch 15, wobei der Transformator (200) einen Mehrphasenmikrotransformator umfasst.