特開 2023-167006 混合トポロジスイッチングレギュレータを使用する熱管理のためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023167006

(43)【公開日】2023-11-22

(54)【発明の名称】混合トポロジスイッチングレギュレータを使用する熱管理のためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20231115BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 C

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023077335

(22)【出願日】2023-05-09

(31)【優先権主張番号】17/740,637

(32)【優先日】2022-05-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】503260918

【氏名又は名称】アップル インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ａｐｐｌｅ Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】Ｏｎｅ Ａｐｐｌｅ Ｐａｒｋ Ｗａｙ，Ｃｕｐｅｒｔｉｎｏ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９５０１４， Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヨシモト， マーク エー．

(72)【発明者】

【氏名】メサロス， マーク ディー．

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA20

5H730AS04

5H730AS05

5H730BB13

5H730BB14

5H730BB15

5H730BB82

5H730BB88

5H730DD04

5H730FD31

5H730FD61

5H730FF09

5H730XX04

5H730XX19

5H730XX26

5H730XX38

(57)【要約】      （修正有）

【課題】半導体ダイ、半導体パッケージ、集積回路、プリント回路基板、システムレベルプリント回路基板又は電子デバイス例えば、スマートフォン又は他のコンピューティングデバイス）上のスイッチングレギュレータの熱及び電流管理を提供する。
【解決手段】混合トポロジスイッチングレギュレータ５０は、半導体ダイ上に配置された１つ以上の電子部品を有するパッケージ５２と、１つ以上の電力段（内部電力段）５６Ａ、５６Ｂと、１つ以上の電力段に電気的に結合され、ダイの温度に関連するデータを判定するための１つ以上のセンサ５５と、ダイの外部にある１つ以上のオフダイ電力段５８Ａ、５８Ｂと、温度が温度閾値よりも高いことを示すデータに基づいて、１つ以上のオフダイ電力段をアクティブにさせる制御ユニット５４と、を含む。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子デバイスであって、
ダイと、
前記ダイ上に配置された１つ以上の電力段と、
前記１つ以上の電力段に電気的に結合され、前記ダイの温度に関連するデータを判定するように構成された１つ以上のセンサと、
前記ダイの外部の１つ以上のオフダイ電力段と、
前記温度が温度閾値よりも高いことを前記データが示すことに基づいて、前記１つ以上のオフダイ電力段をアクティブにするように構成された処理回路と、
を備える、電子デバイス。

【請求項2】

前記１つ以上の電力段の各電力段は、前記１つ以上のオフダイ電力段の各オフダイ電力段よりもサイズが小さい、請求項１に記載の電子デバイス。

【請求項3】

前記１つ以上のセンサは、１つ以上の温度センサを含み、前記１つ以上の電力段の各電力段は、前記１つ以上の温度センサの個別の温度センサに結合されている、請求項１に記載の電子デバイス。

【請求項4】

前記データは前記ダイ内の電流に関連付けられ、前記処理回路は、前記電流が電流閾値よりも大きいことを前記データが示すことに基づいて前記１つ以上のオフダイ電力段をアクティブにさせるように構成されている、請求項１に記載の電子デバイス。

【請求項5】

前記処理回路は、前記電子デバイスの履歴性能値、前記ダイに関連付けられた履歴電流データ、前記１つ以上の電力段に関連付けられた履歴電流データ、前記１つ以上のオフダイ電力段に関連付けられた履歴電流データ、前記１つ以上の電力段の数、前記１つ以上のオフダイ電力段の数、又はそれらの任意の組み合わせに基づいて、前記電流閾値を動的に決定するように構成されている、請求項４に記載の電子デバイス。

【請求項6】

前記処理回路は、前記電流が電流閾値よりも大きいことを前記データが示すことに基づいて、前記ダイにおける前記電流を減少させるように構成されている、請求項４に記載の電子デバイス。

【請求項7】

前記処理回路は、前記電流が前記電流閾値を超えないと判定したことに応答して、前記温度が前記温度閾値を超えるかどうかを判定するように構成されている、請求項４に記載の電子デバイス。

【請求項8】

前記処理回路は、前記電子デバイスの履歴性能値、前記ダイに関連付けられた履歴温度データ、前記１つ以上の電力段に関連付けられた履歴温度データ、又はそれらの任意の組合せに基づいて前記温度閾値を動的に決定するように構成されている、請求項１に記載の電子デバイス。

【請求項9】

前記温度閾値は所定の値である、請求項１に記載の電子デバイス。

【請求項10】

方法であって、
プロセッサを介して、ダイ上に配置された１つ以上の内部電力段に関連付けられたセンサデータを受信することと、
前記プロセッサを介して、第１の温度閾値よりも高い前記ダイの温度を前記センサデータが示すと判定することと、
前記プロセッサを介して、前記ダイの前記温度が前記第１の温度閾値よりも高いことを前記センサデータが示すことに基づいて、１つ以上の外部電力段をアクティブにさせることと、を含み、前記１つ以上の外部電力段は前記ダイの外部に配置される、方法。

【請求項11】

前記プロセッサを介して、電流制限よりも大きい前記ダイ上の電流負荷を前記センサデータが示すと判定することと、
前記プロセッサを介して、前記電流負荷が前記電流制限よりも大きいことを前記センサデータが示すことに基づいて、前記１つ以上の外部電力段をアクティブにさせることと、
を含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記プロセッサを介して、前記１つ以上の内部電力段に関連付けられた追加のセンサデータを受信することと、
前記プロセッサを介して、前記電流制限以下である前記ダイの前記電流負荷を前記追加のセンサデータが示すと判定することと、
前記プロセッサを介して、前記電流負荷が前記電流制限よりも小さいことを前記追加のセンサデータが示すことに基づいて、前記１つ以上の外部電力段を非アクティブにさせることと、
を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記プロセッサを介して、前記ダイの前記温度が第２の温度閾値未満であることを前記追加のセンサデータが示すと判定することを含み、前記プロセッサを介して、前記１つ以上の外部電力段を非アクティブにさせることは、前記ダイの前記温度が前記第２の温度閾値未満であることを前記追加のセンサデータが示すことに基づく、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記プロセッサを介して、前記１つ以上の内部電力段のうちのアクティブにされた電力段の数を受信することと、
前記プロセッサを介して、前記１つ以上の内部電力段の前記アクティブにされた電力段の数が前記１つ以上の内部電力段の電力段の総数に等しいことを判定することと、を含み、前記プロセッサを介して、前記１つ以上の外部電力段をアクティブにさせることは、前記１つ以上の内部電力段の前記アクティブにされた電力段の数が前記１つ以上の内部電力段の電力段の総数に等しいことに基づく、
請求項１０に記載の方法。

【請求項15】

電子デバイスであって、
第１のセットの電力段を含む回路パッケージと、
前記第１のセットの電力段に結合された第２のセットの電力段と、を備え、前記第１のセットの電力段及び前記第２のセットの電力段は各々、入力電圧を出力電圧に変換するように構成されており、前記第２のセットの電力段は前記回路パッケージの外部に配置されており、前記第２のセットの電力段は前記第１のセットの電力段の温度に基づいてアクティブにされる、電子デバイス。

【請求項16】

前記回路パッケージは、第１のダイ上に配置されており、
前記第２のセットの電力段は、第２のダイ上に配置されている、
請求項１５に記載の電子デバイス。

【請求項17】

前記第２のセットの電力段は、前記回路パッケージを含む同じダイ上に配置されている、請求項１５に記載の電子デバイス。

【請求項18】

前記第１のセットの電力段は第１のスイッチング周波数に関連付けられており、
前記第２のセットの電力段は第２のスイッチング周波数に関連付けられており、前記第１のスイッチング周波数は前記第２のスイッチング周波数よりも大きい、
請求項１５に記載の電子デバイス。

【請求項19】

前記第２のセットの電力段は、１つ以上の電界効果トランジスタを備える、請求項１５に記載の電子デバイス。

【請求項20】

前記第１のセットの電力段及び前記第２のセットの電力段の各電力段は、前記第１のセットの電力段及び前記第２のセットの電力段の他の電力段とは独立してアクティブにされるように構成されている、請求項１５に記載の電子デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、半導体ダイ、半導体パッケージ、集積回路、プリント回路基板、システムレベルプリント回路基板、又は電子デバイス（例えば、スマートフォン又は他のコンピューティングデバイス）の熱管理に関し、より詳細には、そのような構成要素又はデバイス上のスイッチングレギュレータの熱及び電流管理に関する。

【背景技術】

【0002】

モバイルデバイスにおいて、熱管理は重要な設計要素である。特に、電力管理又は発電に関連する構成要素は、より高いレベルの熱出力を生成することができる。これらの構成要素のうちの１つは、電力レギュレータ（例えば、スイッチングレギュレータ）であり得る。スイッチングレギュレータは、パッケージ内に配置された１つ以上の電力段を含み得る。しかしながら、１つ以上の電力段は、パッケージ上及び／又はパッケージ外の他の構成要素の設計又は組み込みを制限し得る熱を生成することがあり、その理由は、生成された熱が、パッケージ上及び／又はパッケージ外の構成要素の寿命を短縮し、性能を低下させ、更には損傷させることがあるからである。

【発明の概要】

【0003】

一実施形態では、電子デバイスは、ダイと、ダイ上に配置された１つ以上の電力段と、１つ以上の電力段に電気的に結合され、ダイの温度に関連するデータを判定するための１つ以上のセンサとを含み得る。電子デバイスは、ダイの外部にある１つ以上のオフダイ電力段と、温度が温度閾値よりも高いことを示すデータに基づいて、１つ以上のオフダイ電力段をアクティブにさせるための処理回路とを含み得る。

【0004】

別の実施形態では、方法は、プロセッサを介して、ダイ上に配置された１つ以上の内部電力段に関連付けられたセンサデータを受信することと、プロセッサを介して、センサデータが第１の温度閾値よりも高いダイの温度を示すと判定することと、プロセッサを介して、ダイの温度が第１の温度閾値よりも高いことを示すデータに基づいて、１つ以上の外部電力段をアクティブにさせることと、を含んでもよく、１つ以上の外部電力段はダイの外部に配置される。

【0005】

更なる実施形態では、電子デバイスは、第１のセットの電力段を含む回路パッケージを含み得る。電子デバイスは、第１のセットの電力段に結合された第２のセットの電力段と、を含んでもよく、第１のセットの電力段及び第２のセットの電力段は各々、入力電圧を出力電圧に変換するように構成されており、第２のセットの電力段は回路パッケージの外部に配置されており、第２のセットの電力段は第１のセットの電力段の温度に基づいてアクティブにされる。

【0006】

本開示の様々な態様に関連して、上述の特徴の様々な改良が存在し得る。更なる特徴もまた、これらの様々な態様において、同様に組み込むことができる。これらの改良及び追加的特徴は、個別に、又は任意の組み合わせで存在し得る。例えば、例示される実施形態のうちの１つ以上に関連して以下で論じられる様々な特徴は、本開示の上述の態様のうちのいずれにも、単独で、又は任意の組み合わせで、組み込むことができる。上記で提示された概要は、特許請求される主題を限定することなく、本開示の実施形態の特定の態様及び文脈を読者に周知させることのみを意図するものである。

【図面の簡単な説明】

【0007】

以下の「発明を実施するための形態」を読了し、かつ以下の図面を参照することにより、本開示の様々な態様を、より良好に理解することができる。以下の図面では、同様の番号は同様の部分を指す。

【0008】

【図1】本開示の実施形態に係る、電子デバイスを示すブロック図である。

【0009】

【図2】本開示の一実施形態による、ノートブックコンピュータの形態の図１の電子デバイスの斜視図である。

【0010】

【図3】本開示の実施形態による、ハンドヘルドデバイスの形態の図１の電子デバイスの正面図である。

【0011】

【図4】本開示の実施形態による、ポータルタブレットコンピュータの形態の図１の電子デバイスの正面図である。

【0012】

【図5】本開示の一実施形態による、デスクトップコンピュータの形態の図１の電子デバイスの正面図である。

【0013】

【図6】本開示の一実施形態による、装着型電子デバイスの形態の図１の電子デバイスの正面及び側面図である。

【0014】

【図7】本開示の一実施形態による、図１の電子デバイスの混合トポロジスイッチングレギュレータを示す概略図である。

【0015】

【図8】本開示の一実施形態による、パッケージの温度に基づいて電力管理機能を１つ以上の外部電力段にオフロードすることによって、図１の電子デバイスの半導体パッケージ上の温度を下げるための方法のフローチャートである。

【0016】

【図9】本開示の一実施形態による、パッケージの電流及び温度に基づいて電力管理機能を１つ以上の外部電力段にオフロードすることによって、図１の電子デバイスの半導体パッケージ上の温度を下げるための方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本開示の１つ以上のある特定の実施形態を以下に述べる。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、本明細書に実際の実施態様の全ての特徴が示されるとは限らない。あらゆる工学的又は設計プロジェクトにおけるように、あらゆるこのような実際の実装形態の開発において、実装形態ごとに変動し得るシステム関連及びビジネス関連の制約への準拠などの開発者の具体的な目標を達成するために、実装形態に特有の多数の決定がなされなければならないことを理解されたい。また、このような開発努力は、複雑であり得時間がかかり得るが、本開示の利益を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の慣例的な仕事であることを理解されたい。

【0018】

本開示の様々な実施形態の要素を導入するときに、冠詞「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、１つ以上の要素があることを意味することが意図されている。用語「を備える、を含む（comprising）」、「を含む（including）」、及び「を有する（having）」は、包括的であることを意図し、列挙した要素以外の付加的な要素がある可能性があることを意味する。更に、本開示の「一実施形態」又は「実施形態」の参照は、列挙した特徴を組み込む追加の実施形態の存在を除外するように解釈されることを意図したものではないことを理解されたい。更に、特定の特徴、構造、又は特性が、１つ以上の実施形態において適切に組み合わせられてもよい。「およそ」、「近い」、「約」、「近接する」、及び／又は「実質的に」という用語の使用は、適切又は予想可能ないずれの誤差の許容範囲内（例えば、目標の０．１％以内、目標の１％以内、目標の５％以内、目標の１０％以内、目標の２５％以内など）なども、目標（例えば、設計、値、量）の近くを含むことを意味すると理解されるべきである。更に、理解すべきこととして、本明細書で提供される正確な値、数、測定などはいずれも、正確な値、数、測定などの近似値（例えば、適切又は予想可能な誤差の許容範囲内）を含むと意図される。

【0019】

上記で説明したように、スイッチングレギュレータは、アクティブであるときに熱エネルギー（例えば、熱）を生成する１つ以上の内部電力段を含み得る。すなわち、スイッチングレギュレータは、１つ以上の内部電力段が配置されるパッケージを含んでもよい。パッケージは、１つ以上の半導体デバイス及び／又は集積回路を有するケーシングを含んでもよい。例えば、パッケージは、回路基板に電気的に結合する電気接点を支持することができる。パッケージは、ダイ（例えば、集積回路ダイ）上に配置され、ダイ上の１つ以上の構成要素に結合され得る。いくつかの実施形態では、パッケージは、ダイの外部に配置された１つ以上の構成要素に結合されてもよい。パッケージ内の熱エネルギーが上昇するにつれてパッケージの性能及び／又は寿命が影響を受ける可能性があるので、パッケージ内の熱エネルギーの量は、設計における制限要因となり得る。

【0020】

したがって、本明細書で開示される実施形態は、ダイ上のパッケージ上に配置された１つ以上の内部電力段と、パッケージ及び／又はダイの外部に位置する１つ以上の外部電力段とを有する混合トポロジスイッチングレギュレータを実装することを含む。すなわち、１つ以上の外部又はオフダイ電力段は、パッケージ上に配置されなくてもよく、及び／又はパッケージが配置されるダイとは異なる又は別個のダイ又は集積回路上に配置されてもよい。追加又は代替として、１つ以上の外部電力段は、ダイ及び／若しくはパッケージを含まない回路基板上に、又はダイ及び／若しくはパッケージを含むがダイ及び／若しくはパッケージ自体ではない回路基板上に配置され得る。更に、１つ以上の外部電力段は、１つ以上の内部電力段よりも大きい表面積を有することができる。したがって、パッケージの外部に１つ以上の外部電力段を配置することは、電力段の全表面積の周囲空気へのより大きい露出を可能にし得、したがって、より良好な冷却を可能にし得る。すなわち、１つ以上の外部電力段の各外部電力段のより大きい表面積は、熱がより容易に放散されること、及び空気が各外部電力段の間を流れて熱を更に放散することを可能にし得る。更に、１つ以上の外部電力段をアクティブにすることは、１つ以上の内部電力段によって処理される電流を１つ以上の外部電力段にオフロードし得る。パッケージの温度が温度閾値に達する及び／又は超えるとき、１つ以上の外部電力段がアクティブにされ得る。１つ以上の外部電力段を作動させることによって、パッケージ内で生成され得る熱エネルギーは、パッケージの外部に放散され得る。したがって、動作中のパッケージ内の熱エネルギーの量を低減することができる。

【0021】

いくつかの実施形態では、１つ以上の外部電力段は、パッケージの電流負荷に基づいてアクティブにされ得る。例えば、１つ以上の外部電力段は、熱エネルギーの量に基づいて１つ以上の外部電力段をアクティブにする前に、各アクティブ電力段によって処理される電流負荷に基づいてアクティブにされ得る。パッケージ上の電流負荷が電流負荷閾値に達する及び／又はそれを超えるとき、１つ以上の外部電力段がアクティブにされ得る。パッケージ上の電流負荷に基づく１つ以上の外部電力段のアクティブ化は、パッケージ内の熱エネルギーの量に基づく１つ以上の外部電力段のアクティブ化よりも優先され得る。

【0022】

上記を考慮して、回路内にスイッチング混合トポロジレギュレータを使用することができる適切な電子デバイスの一般的な説明を以下に提供する。最初に図１に移ると、本開示の一実施形態に係る電子デバイス１０は、特に、１つ以上のプロセッサ（単数又は複数）１２、メモリ１４、不揮発性記憶装置１６、ディスプレイ１８、入力構造２２、入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース２４、ネットワークインタフェース２６、及び電源２８を含んでもよい。図１に示された様々な機能ブロックは、ハードウェア要素（回路を含む）、ソフトウェア要素（コンピュータ可読媒体上に記憶されたコンピュータコードを含む）、又はハードウェア要素とソフトウェア要素両方の組み合わせを含むことがある。図１が、特定の実施態様の一実施例に過ぎず、電子デバイス１０内にあることがある構成要素のタイプを示すものであることに注意されたい。

【0023】

例として、電子デバイス１０は、図２に示すノートブックコンピュータ、図３に示すハンドヘルドデバイス、図４に示すハンドヘルドデバイス、図５に示すデスクトップコンピュータ、図６に示すウェアラブル電子デバイス、又は類似デバイスのブロック図を表し得る。図１のプロセッサ（単数又は複数）１２及び他の関連項目は、全般的に、本明細書では「データ処理回路」と称され得る点に留意されたい。そのようなデータ処理回路は、全体的に又は部分的に、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はこれらの任意の組み合わせとして実施されてもよい。更に、データ処理回路は、単一の収容された処理モジュールでもよく、全体的又は部分的に電子デバイス１０内の他の要素のうちのいずれかの要素内に組み込まれてもよい。

【0024】

図１の電子デバイス１０では、プロセッサ（単数又は複数）１２は、メモリ１４及び不揮発性記憶装置１６と動作可能に結合されて、様々なアルゴリズムを実行することができる。プロセッサ１２によって実行されるそのようなプログラム又は命令は、メモリ１４及び不揮発性記憶装置１６などの命令又はルーチンを少なくとも集合的に記憶する１個以上の実体のあるコンピュータ可読有機媒体を含む任意の適切な製品に記憶されてもよい。メモリ１４及び不揮発性記憶装置１６は、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、書き換え可能フラッシュメモリ、ハードドライブ、及び光ディスクなどの、データ及び実行可能命令を記憶するための任意の適切な製造物品を含み得る。更には、そのようなコンピュータプログラム製品上に符号化されているプログラム（例えば、オペレーティングシステム）はまた、様々な機能を電子デバイス１０が提供することを可能にするためにプロセッサ（単数又は複数）１２によって実行することが可能な、命令も含み得る。

【0025】

特定の実施形態では、ディスプレイ１８が、電子デバイス１０上で生成された画像をユーザが表示することを可能にし得る液晶ディスプレイ（liquid crystal display、ＬＣＤ）であってもよい。一部の実施形態では、ディスプレイ１８が、ユーザが電子デバイス１０のユーザインタフェースと対話することを可能にし得るタッチスクリーンを含んでもよい。更に、一部の実施形態では、ディスプレイ１８が、１つ以上の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、又はＬＣＤパネル及びＯＬＥＤパネルの何らかの組み合わせを含んでもよいことを理解されたい。

【0026】

電子デバイス１０の入力構造体２２は、ユーザが電子デバイス１０と対話すること（例えば、ボタンを押すことにより音量レベルを増減させること）を可能にし得る。Ｉ／Ｏインタフェース２４は、ネットワークインタフェース２６と同様に、電子デバイス１０が様々な他の電子デバイスとインタフェースすることを可能にし得る。ネットワークインタフェース２６には、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ネットワークなどのパーソナルエリアネットワーク（personal area network、ＰＡＮ）のためのインタフェース、ローカルエリアネットワーク（local area network、ＬＡＮ）若しくは８０２．１１ｘ Ｗｉ－Ｆｉネットワークなどの無線ローカルエリアネットワーク（wireless local area network、ＷＬＡＮ）のためのインタフェース、及び／又は第３世代（３ｒｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ、３Ｇ）セルラーネットワーク、第４世代（4thgeneration、４Ｇ）セルラーネットワーク、ロングタームエボリューション（long term evolution、ＬＴＥ）セルラーネットワークなどの広域ネットワーク（wide area network、ＷＡＮ）、ロングタームエボリューションライセンスアシストアクセス（ＬＴＥ－ＬＡＡ）セルラーネットワーク、第５世代（５Ｇ）セルラーネットワーク、若しくは新無線（ＮＲ）セルラーネットワークなどの広域ネットワーク（wide area network、ＷＡＮ）のための１つ以上のインタフェースが含まれ得る。ネットワークインタフェース２６は、例えば、ブロードバンド固定無線アクセスネットワーク（ＷｉＭＡＸ（登録商標））、モバイルブロードバンド無線ネットワーク（モバイルＷｉＭＡＸ）、非同期デジタル加入者線（例えば、ＡＤＳＬ、ＶＤＳＬ）、地上デジタルビデオ放送（digital video broadcasting-terrestrial、ＤＶＢ－Ｔ）及びその拡張版であるＤＶＢハンドヘルド（DVB Handheld、ＤＶＢ－Ｈ）、超広帯域（ultra Wideband、ＵＷＢ）、交流（alternating current、ＡＣ）電力ラインなどのための１つ以上のインタフェースも含んでもよい。上述したようなネットワークインタフェース２６は、本明細書で説明するような高分子コンデンサを含み得る同調回路、インピーダンス整合回路、及び／又はノイズフィルタリング回路の使用から利益を得ることができる。更に示されるように、電子デバイス１０は電源２８を含んでもよい。電源２８が、再充電可能なリチウムポリマー（Ｌｉ－ｐｏｌｙ）バッテリ及び／又は交流（ＡＣ）電力変換器などの任意の好適な電源を含んでもよい。

【0027】

ある特定の実施形態では、電子デバイス１０は、コンピュータ、ポータブル電子デバイス、ウェアラブル電子デバイス、又は他の種類の電子デバイスの形を取ってもよい。このようなコンピュータには、一般的にポータブルなコンピュータ（例えば、ラップトップ、ノートブック、及びタブレットコンピュータ）並びに一般的に１つの場所で使用されるコンピュータ（従来のデスクトップコンピュータ、ワークステーション及び／又はサーバなど）が挙げられる。特定の実施形態では、コンピュータの形態の電子デバイス１０は、Ａｐｐｌｅ Ｉｎｃ．から入手可能なＭａｃＢｏｏｋ（登録商標）、ＭａｃＢｏｏｋ（登録商標）Ｐｒｏ、ＭａｃＢｏｏｋ Ａｉｒ（登録商標）、ｉＭａｃ（登録商標）、Ｍａｃ（登録商標）ｍｉｎｉ、又はＭａｃ Ｐｒｏ（登録商標）のモデルであってもよい。例として、本開示の一実施形態に係る、ノートブックコンピュータ１０Ａの形態を取る電子デバイス１０が、図２に示される。示されたコンピュータ１０Ａは、筐体又はエンクロージャ３６、ディスプレイ１８、入力構造２２、及びＩ／Ｏインタフェース２４のポートを含んでもよい。一実施形態では、入力構造２２（キーボード及び／又はタッチパッドなど）が、コンピュータ１０Ａと相互作用して、コンピュータ１０Ａ上で動作するＧＵＩ又はアプリケーションの起動、制御、又は操作などを行うために使用されてもよい。例えば、キーボード及び／又はタッチパッドは、ユーザが、ディスプレイ１８に表示されたユーザインタフェース又はアプリケーションインタフェースを移動することを可能にする。

【0028】

図３は、電子デバイス１０の一実施形態を表すハンドヘルドデバイス１０Ｂの正面図を示す。ハンドヘルドデバイス１０Ｂは、例えば、携帯電話、メディアプレーヤ、パーソナルデータオーガナイザ、ハンドヘルドゲームプラットフォーム、又はそのようなデバイスの任意の組み合わせを表す。例として、ハンドヘルドデバイス１０Ｂは、Ａｐｐｌｅ Ｉｎｃ．（Ｃｕｐｅｒｔｉｎｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から入手可能なｉＰｏｄ（登録商標）又はｉＰｈｏｎｅ（登録商標）のモデルである。ハンドヘルドデバイス１０Ｂは、内部構成要素を物理的破損から守り、電磁干渉から遮蔽するエンクロージャ３６を含んでもよい。エンクロージャ３６は、ディスプレイ１８を取り囲んでいてもよい。Ｉ／Ｏインタフェース２４は、エンクロージャ３６を通して開放されてもよく、かつ例えば、Ａｐｐｌｅ Ｉｎｃ．によって提供されているＬｉｇｈｔｎｉｎｇ（登録商標）コネクタ、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などの標準的なコネクタ及びプロトコル、又は他の類似するコネクタ及びプロトコルを用いた充電及び／又は、コンテンツ操作のための配線接続を目的としたＩ／Ｏポートを含んでもよい。

【0029】

ユーザ入力構造２２は、ディスプレイ１８との組み合わせで、ユーザがハンドヘルドデバイス１０Ｂを制御することを可能にしてもよい。例えば、入力構造２２が、ハンドヘルドデバイス１０Ｂを起動するか又は停止させ、ユーザインタフェースをホーム画面、ユーザ構成変更可能なアプリケーションスクリーンへとナビゲートし、及び／又はハンドヘルドデバイス１０Ｂの音声認識機能をアクティブにしてもよい。別の入力構造２２が、音量調節を行うか、又は振動モードと鳴音モードとの切換えを行ってもよい。入力構造２２が、様々な音声関連機能のためにユーザの声を取得することの可能なマイクロフォン並びに、音声再生及び／又は何らかの電話機能を可能にするスピーカを更に有してもよい。入力構造２２が、外部スピーカ及び／又はヘッドフォンへの接続を可能にするヘッドフォン入力を更に有してもよい。

【0030】

図４は、電子デバイス１０の別の実施形態を表す別のハンドヘルドデバイス１０Ｃの正面図を示す。ハンドヘルドデバイス１０Ｃは、例えば、タブレットコンピュータ、又は各種ポータブルコンピューティングデバイスのうちの１つを表し得る。例として、ハンドヘルドデバイス１０Ｃは、電子デバイス１０のタブレットサイズの実施形態であってもよく、この実施形態は、例えば、カリフォルニア州クパチーノのＡｐｐｌｅ Ｉｎｃ．から入手可能なｉＰａｄ（登録商標）のモデルであってもよい。

【0031】

図５に移ると、コンピュータ１０Ｄは、図１の電子デバイス１０の別の実施形態を表してもよい。コンピュータ１０Ｄは、デスクトップコンピュータ、サーバ、又はノートブックコンピュータなどの任意のコンピュータであってもよいが、スタンドアロンのメディアプレーヤ又はビデオゲーミングマシンであってもよい。例として、コンピュータ１０Ｄは、ｉＭａｃ（登録商標）、ＭａｃＢｏｏｋ（登録商標）、又はＡｐｐｌｅ Ｉｎｃ．の他の同様のデバイスであってもよい。コンピュータ１０Ｄは、別の製造業者のパーソナルコンピュータ（personal computer、ＰＣ）も表してもよいことに留意されたい。同様のエンクロージャ３６が、ディスプレイ１８などのコンピュータ１０Ｄの内部構成要素を保護及び収容するために提供されてもよい。ある一定の実施形態では、コンピュータ１０Ｄのユーザが、コンピュータ１０Ｄに接続できるキーボード２２Ａ又はマウス２２Ｂ（例えば入力構造２２）などの様々な外付け入力デバイスを使用して、コンピュータ１０Ｄとの対話を行ってもよい。

【0032】

同様に、図６は、本明細書に記載の技術を使用して動作するように構成されていてもよい図１の電子デバイス１０の別の一実施形態を表す装着型電子デバイス１０Ｅを図示している。例として、リストバンド４３を含み得る装着型電子デバイス１０Ｅは、Ａｐｐｌｅ，Ｉｎｃ．のＡｐｐｌｅ Ｗａｔｃｈ（登録商標）を含んでもよい。ただし、他の実施形態では、装着型電子デバイス１０Ｅが、例えば、装着型運動監視デバイス（例えば、歩数計、加速度計、心拍数モニタ）などの任意の装着型電子デバイス、又は別の製造業者の他のデバイスを含んでもよい。装着型電子デバイス１０Ｅのディスプレイ１８が、（例えばＬＣＤ、ＯＬＥＤディスプレイ、アクティブマトリクス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイなどの）タッチスクリーンディスプレイ１８並びに、ユーザが装着型電子デバイス１０Ｅのユーザインタフェースと相互作用を行うことを可能にする入力構造２２を有してもよい。

【0033】

電子デバイス１０は、様々なレベルの電圧で動作する１つ以上の構成要素を有することができる。したがって、電子デバイス１０は、入力直流（ＤＣ）電圧の所望の出力ＤＣ電圧への変換を容易にするために、ダイ上に配置されたスイッチングレギュレータを含み得る。上記で説明したように、スイッチングレギュレータのメインパッケージの外部に配置された１つ以上の電力段を有するスイッチングレギュレータを実装することは、メインパッケージ内で生成された熱がメインパッケージの外部に放散されることを可能にし得る。

【0034】

上記を念頭に置いて、図７は、本開示の実施形態による、電子デバイス１０の混合トポロジスイッチングレギュレータ５０を示す。混合トポロジスイッチングレギュレータ５０は、パッケージ５２を含むことができる。パッケージ５２は、半導体ダイ上に配置された１つ以上の電子部品を有する密閉構造であってもよい。加えて、パッケージ５２は、シリコンパッケージ、回路パッケージ、又は１つ以上の電子部品を含む又は組み込む任意の好適なパッケージを含んでもよい。パッケージ５２は、制御ユニット５４と、１つ以上の内部電力段５６のセットを含むことができる。制御ユニット５４は、降圧制御ユニット、昇圧制御ユニット、及び／又は昇降圧制御ユニットを含んでもよい。降圧制御ユニットは、所望の電圧レベルに一致又は相関するように入力電圧からより低い電圧レベルを有する出力電圧を生成することができ、昇圧制御ユニットは、所望の電圧レベルに一致又は相関するように入力電圧からより高い電圧レベルを有する出力電圧を生成することができ、昇降圧制御ユニットは、降圧制御ユニット及び昇圧制御ユニットの両方の動作を実行することができる。いくつかの実施形態では、混合トポロジスイッチングレギュレータ５０は、電子デバイス１０内に配置されたプロセッサ１２に通信可能に結合され得る。プロセッサ１２は、入力電圧から所望の電圧に等しい出力電圧を生成するために、混合トポロジスイッチングレギュレータ５０の制御ユニット５４に１つ以上のコマンドを送信することができる。すなわち、プロセッサ１２は、電子デバイス１０内に配置された１つ以上の構成要素から所望の電圧の要求を受信することができ、その要求に基づいて１つ以上のコマンドを生成することができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ１２は、制御ユニット５４を含むことができる。

【0035】

更に、１つ以上のセンサ５５がパッケージ５２と物理的に接触するように配置された１つ以上のセンサ５５があってもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のセンサ５５は、パッケージ５２及び／又は混合トポロジスイッチングレギュレータ５０の１つ以上の出力に結合されてもよい。特に、１つ以上のセンサ５５は、パッケージ５２を含むダイ上に、又はダイの外部に配置され得る。１つ以上のセンサ５５は、温度センサ、電流センサ、抵抗センサ、電圧センサ、又はパッケージ５２及び／又は混合トポロジスイッチングレギュレータ５０に関するデータを検出及び／又は記録することができる任意の他の実行可能なセンサを含むことができる。

【0036】

１つ以上の内部電力段５６は各々、入力直流（ＤＣ）電圧の所望の出力ＤＣ電圧への変換を容易にするために、逆バイアスの２つのトランジスタ５７Ａ、５７Ｂ（集合的に５７）（例えば、Ｎ型金属酸化膜半導体電界効果（ＮＭＯＳ）トランジスタ５７Ａ及びＰ型金属酸化膜半導体電界効果（ＰＭＯＳ）トランジスタ５７Ｂ）を含み得る。いくつかの実施形態において、トランジスタ５７ＡはＰＭＯＳトランジスタであってもよく、トランジスタ５７ＢはＮＭＯＳトランジスタであってもよい。更に、トランジスタ５７Ａ及びトランジスタ５７Ｂは、いずれもＮＭＯＳトランジスタであってもよいし、いずれもＰＭＯＳトランジスタであってもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上の内部電力段５６は各々、特定のバイアスの１つのトランジスタ５７（例えば、ＮＭＯＳ又はＰＭＯＳトランジスタ）と、非同期動作のためのダイオードとを含み得る。各内部電力段５６は、互いに独立してアクティブ及び非アクティブにされ得る。例として、内部電力段５６Ａは、内部電力段５６Ｂをアクティブにする前にアクティブにされてもよく、又はその逆であってもよい。１つ以上の内部電力段５６は、動作中に熱を生成することがあり、それは、１つ以上の内部電力段５６並びに／あるいはパッケージ５２と同じダイ上及び／又はその周りに配置された追加の構成要素の性能及び／又は寿命を制限することがある。

【0037】

上記で説明したように、１つ以上の外部電力段５８のセットは、パッケージ５２から外部に熱を放散するために、混合トポロジスイッチングレギュレータ５０内に実装され得る。１つ以上の外部電力段５８は、パッケージ５２の外部に配置され、パッケージ５２の制御ユニット５４に結合されてもよい。１つ以上の外部電力段５８は各々、入力直流（ＤＣ）電圧の所望の出力ＤＣ電圧への変換を容易にするために、逆バイアスの２つのトランジスタ５７（例えば、ＮＭＯＳトランジスタ５７Ａ及びＰＭＯＳトランジスタ５７Ｂ）を含み得る。２つのトランジスタ５７は、入力電圧信号の同期整流を提供することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の外部電力段５８は、特定のバイアスの１つのトランジスタ５７（例えば、ＮＭＯＳトランジスタ５７Ａ又はＰＭＯＳトランジスタ５７Ｂ）と、非同期動作のためのダイオードとを含み得る。各外部電力段５８は、互いに独立してアクティブ化及び非アクティブにされ得る。一例として、外部電力段５８Ａは、外部電力段５８Ｂをアクティブにする前にアクティブにされてもよく、逆もまた同様である。

【0038】

いくつかの実施形態では、１つ以上の外部電力段５８は、パッケージ５２及び１つ以上の内部電力段５６とは異なるダイ上に配置され得る。１つ以上の内部電力段５６及び１つ以上の外部電力段５８は、異なるサイズであってもよく、異なるサイズのダイ上に配置されてもよいことに留意されたい。すなわち、１つ以上の外部電力段５８は、１つ以上の内部電力段５６よりもサイズが大きくてもよく、それにより、１つ以上の外部電力段５８の各々は、より多くの熱エネルギーを放散し、パッケージ５２の全体温度を低下させるために、１つ以上の内部電力段５６と比較してより大きな表面積を有してもよい。更に、パッケージ５２の外部に１つ以上の外部電力段５８を配置することは、パッケージ５２の空間の量を低減し、追加の構成要素がパッケージ５２上に配置されることを可能にし、及び／又はパッケージ５２のより小さいサイズに起因して、追加の構成要素が電子デバイス１０内のパッケージ５２外に配置されることさえ可能にし得る。いくつかの実施形態では、１つ以上の内部電力段５６及び１つ以上の外部電力段５８は、同じダイ上にあってもよい。更に、１つ以上の内部電力段５６及び１つ以上の外部電力段５８は、異なる製造技術によって製造することができる。すなわち、１つ以上の外部電力段５８は、１つ以上の内部電力段５６と比較して改善された冷却構成要素及び／又は追加の熱的改善を含むことができる。例として、１つ以上の外部電力段５８は、１つ以上の内部電力段５６の制限のために１つ以上の内部電力段５６に利用できない冷却構成要素を含むことができる。すなわち、１つ以上の内部電力段５６は、１つ以上の内部電力段５６及び／又はパッケージ５２内に配置され得る構成要素のタイプ及び／又は数を制限する１つ以上の構成要素（例えば、アナログ信号処理構成要素及び／又はデジタル信号処理構成要素）を含み得る。

【0039】

更に、パッケージ５２の外部に及び／又はパッケージ５２とは異なるダイ上に１つ以上の外部電力段５８を配置することは、電子デバイス１０の構成要素間の周囲空気流を可能にし得る。上記で説明したように、１つ以上の外部電力段５８は、１つ以上の内部電力段５６よりも大きい表面積を有することができ、より大きい表面積は、より良好な熱放散を可能にすることができる。更に、１つ以上の外部電力段５８は、パッケージ５２の外部に配置される。したがって、パッケージの外部に１つ以上の外部電力段を配置することは、電力段の全表面積の周囲空気へのより大きい露出を可能にし得、したがって、より良好な冷却を可能にし得る。更に、各外部電力段５８は、電子デバイス１０全体にわたって熱を効率的に放散するために、電子デバイス１０内の異なる位置に配置することができる。例えば、１つ以上の外部電力段５８は、パッケージ５２を有する回路基板とは異なる電子デバイス１０内の１つ以上の回路基板上に実装され得る。いくつかの実施形態では、１つ以上の外部電力段５８は、パッケージ５２とともに回路基板上に実装されてもよい。１つ以上の外部電力段５８は、より良好な冷却を可能にするために、熱を１つ以上の回路基板に直接放散することができる。すなわち、パッケージ５２内の各構成要素は、パッケージ５２のモノリシックな性質に起因して、共有されたはんだ接続（例えば、はんだボール）及び／又はビアを通して熱を放散し得る。このようにして、１つ以上の外部電力段５８は、共有されたはんだ接続及び／又はビアを通して熱を放散することに頼ることなく、回路基板に直接熱を放散することができる。更に、１つ以上の外部電力段５８のトランジスタ５７は、１つ以上の内部電力段５６のトランジスタ５７よりも低いスイッチング周波数で動作することができ、これは、より良好な電力効率をもたらすことができる。すなわち、トランジスタ５７がアクティブ化と非アクティブ化との間でより頻繁に切り替わる（例えば、スイッチング周波数がより高い）ほど、より多くの電力が失われ得、混合トポロジスイッチングレギュレータ５０の効率がより低くなる。したがって、１つ以上の外部電力段５８を実装することは、電力消費を減少させ、電力効率を増加させ得る。

【0040】

１つ以上の内部電力段５６及び１つ以上の外部電力段５８は、出力電圧リップルを低減するために、１つ以上の容量性要素６０Ａ及び６０Ｂ（集合的に６０）に結合され得る。更に、内部電力段５６Ａは、接地接続６４Ａに結合された１つのトランジスタ５７と、接地接続６４Ｂに結合された第２のトランジスタ５７とを有することができる。１つ以上の外部電力段５８は、容量性要素６０Ｂに結合され得る。更に、１つ以上の内部電力段５６及び１つ以上の外部電力段５８は、１つ以上の誘導性要素６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、及び６２Ｄ（集合的に６２）に結合され得る。特に、内部電力段５６Ａは誘導性要素６２Ａに結合されてもよく、内部電力段５６Ｂは誘導性要素６２Ｂに結合されてもよい。更に、外部電力段５８Ａは誘導性要素６２Ｃに結合されてもよく、外部電力段５８Ｂは誘導性要素６２Ｄに結合されてもよい。１つ以上の誘導性要素６２は各々、接地接続６４Ｃに結合され得る。１つ以上の誘導性要素６２は、入力供給電圧に対抗し、供給電圧をより低い出力電圧にダウンコンバート、低減、又は「降圧」することができる。

【0041】

構成要素及びそれらの対応する接続の説明は単なる例であり、限定するものではないことに留意されたい。図７に示されていない他の適切な構成要素の中でも、追加の又はより少ない内部電力段５６、外部電力段５８、容量性要素６０、及び／又は誘導性要素６２があってもよい。更に、混合トポロジスイッチングレギュレータのトポロジは、制御ユニット５４のタイプに基づいて修正されてもよい。すなわち、混合トポロジスイッチングレギュレータのトポロジは、降圧制御ユニット、昇圧制御ユニット、及び／又は昇降圧制御ユニットの間で変化し得る。

【0042】

電子デバイス１０の通常動作中、混合トポロジスイッチングレギュレータ５０は、１つ以上の内部電力段５６及び／又は１つ以上の外部電力段５８を利用して、入力ＤＣ電圧の所望の出力ＤＣ電圧への変換を容易にすることができる。上述したように、各内部電力段５６は、アクティブにされるときに熱を発生する可能性がある。パッケージ５２上の熱出力を低減するために、パッケージ５２又は１つ以上の内部電力段５６の温度が安全動作のための閾値を超えたことに応答して、追加の外部電力段５８がアクティブにされ得る。パッケージ５２の消費された熱出力を低減することによって、パッケージ５２の構成要素の性能及び寿命、結果として、電子デバイス１０の性能及び寿命を向上させることができる。

【0043】

上記を念頭において、図８は、本開示の実施形態による、パッケージ５２の温度に基づいて電力管理機能を１つ以上の外部電力段５８にオフロードすることによってパッケージ５２上の温度を低下させるための方法８０のフローチャートである。制御ユニット５４、プロセッサ１２など、混合トポロジスイッチングレギュレータ５０及び／又は電子デバイス１０の構成要素を制御することができる任意の適切な構成要素が、方法８０を実行することができる。いくつかの実施形態では、方法８０は、制御ユニット５４及び／又はプロセッサ１２を使用して、メモリ１４又は記憶装置１６などの、有形の非一時的コンピュータ可読媒体内に記憶されている命令を実行することによって、実施することができる。方法８０は、特定の順序のステップを使用して説明されているが、本開示は、説明されているステップを、示されている順序とは異なる順序で実行することが可能であり、説明されている特定のステップを、省略するか又は全く実行しないことも可能であることが想到されている点を理解されたい。

【0044】

ブロック８２において、制御ユニット５４は、パッケージ５２の温度を示す温度データを受信する。特に、１つ以上の内部電力段５６の各段が１つ以上の温度センサのうちの１つの温度センサに関連付けられるように、ダイ上に配置された１つ以上の温度センサ（例えば、１つ以上のセンサ５５）があってもよい。すなわち、１つ以上の温度センサは、各温度センサが各内部電力段５６と物理的又はほぼ物理的に接触するように配置することができる。各温度センサは、個別の内部電力段５６の温度、パッケージ５２の温度、混合トポロジスイッチングレギュレータ５０の温度、及び／又はパッケージ５２が配置されるダイの温度を検出することができる。いくつかの実施形態では、混合トポロジスイッチングレギュレータ５０及び／又はパッケージ５２は各々、混合トポロジスイッチングレギュレータ５０及び／又はパッケージ５２の温度を検出する個別の温度センサに関連付けられてもよい。温度センサは、サーミスタ、熱電対、抵抗温度検出器、又は電子デバイス１０の１つ以上の構成要素における温度を検出するのに適した任意の他の温度センサを含むことができる。更に、１つ以上の温度センサは、パッケージ５２と同じダイ上、パッケージ５２とは異なるダイ上、及び／又はパッケージ５２が配置されるダイの上若しくは下に配置され得る。

【0045】

１つ以上の温度センサは、制御ユニット５４に結合されてもよく、制御ユニット５４は、１つ以上の温度センサによって検出された温度データを受信してもよい。温度データは、温度測定値、電流測定値、電圧測定値、抵抗測定値、及び／又は１つ以上の温度センサによって検出される任意の他の適切な測定値を含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御ユニット５４は、温度データを使用して温度測定値を導出することができる。

【0046】

ブロック８４において、制御ユニット５４は、パッケージの温度が第１の温度閾値を超えているかどうかを判定する。制御ユニット５４は、ブロック８２で受信された温度データに基づいて導出又は受信されたパッケージの温度を第１の温度閾値と比較することができる。いくつかの実施形態では、パッケージ５２の温度は、混合トポロジスイッチングレギュレータ５０の温度、パッケージ５２の温度、１つ以上の内部電力段５６の温度、及び／又はパッケージ５２の１つ以上の追加の構成要素の温度のうちの１つ以上に基づいて算術関数（例えば、平均、合計、最大、最小、中央値など）を実行することによって決定され得る。第１の温度閾値は、メモリ１４に記憶された所定の値を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１の温度閾値は、電子デバイス１０の履歴性能値、パッケージ５２の履歴温度データ、及び／又は１つ若しくは内部電力段５６に基づいて動的に決定された値であり得る。更に、第１の温度閾値は、周期的に（例えば、毎日又はそれ以上の頻度で、毎週又はそれ以上の頻度で、毎月又はそれ以上の頻度で、毎年又はそれ以上の頻度でなど）決定され得る。代替的に、第１の温度閾値は、温度が第１の閾値を超えること、電子デバイス１０がある期間にわたって（例えば、閾値期間を超える）高温で（例えば、第１の閾値を超える）動作すること、及び／又は温度が通常動作の温度を超えて上昇することなど、１つ以上の発生に基づいて決定され得る。例として、制御ユニット５４などの制御回路は、閾値温度（例えば、接合動作温度）を超えないように集積回路のシリコンパッケージを動作させることができる。すなわち、接合動作温度は、パッケージ５２内のドーパント元素の拡散速度、パッケージ５２内の電荷キャリアのキャリア運動性、及び／又は電荷キャリアの熱生成がパッケージ５２内で影響を受ける前にパッケージ５２が動作し得る最高温度を含み得る。したがって、第１の温度閾値は、より高い又は最大温度閾値と呼ばれることがあり、接合動作温度を含むことがある。いくつかの実施形態では、第１の温度閾値は、９０℃～１５０℃、１００℃～１４０℃、１１０℃～１３０℃、例えば１２５℃を含み得る。

【0047】

いくつかの実施形態において、制御ユニット５４は、ダイの温度が第１の温度閾値を超えているかどうかを判定する。制御ユニット５４は、ブロック８２で受信された温度データに基づいて導出又は受信されたダイの温度を第１の温度閾値と比較することができる。ダイの温度は、混合トポロジスイッチングレギュレータ５０の温度、パッケージ５２の温度、１つ以上の内部電力段５６の温度、パッケージ５２の１つ以上の追加の構成要素の温度、及び／又は１つ以上の外部電力段５８の温度のうちの１つ以上に基づいて算術関数（例えば、平均、合計、最大、最小、中央値など）を実行することによって決定され得る。制御ユニット５４がダイの温度を第１の温度閾値と比較している場合、第１の温度閾値を調整することができることに留意されたい。

【0048】

ブロック８６において、制御ユニット５４は、パッケージ５２からの温度が第１の温度閾値を超えていると判定し、パッケージ５２の外部の外部電力段５８のうちの１つ以上をアクティブにする。いくつかの実施形態では、制御ユニット５４は、１つ以上の内部電力段５６及び／又は１つ以上の外部電力段５８を順次アクティブにすることができる。例として、制御ユニット５４は、プロセッサ１２によって制御ユニット５４に送られたコマンドに応じて、任意の追加の内部電力段５６及び／又は外部電力段５８をアクティブにする前に、内部電力段５６Ａをアクティブにし得る（例えば、パッケージ５２からの温度が第１の温度閾値を超えた場合）。更に、制御ユニット５４は、第１の外部電力段５８を起動する前に、１つ以上の内部電力段５６の各内部電力段５６をアクティブにすることができる。すなわち、１つ以上の内部電力段５６の全てをアクティブにする際、制御ユニット５４は、パッケージ５２からの温度が第１の温度閾値を超えるとき、１つ以上の外部電力段５８をアクティブにし始めることができる。追加の外部電力段５８がアクティブにされるとき、全てのアクティブにされた電力段（例えば、各アクティブにされた内部電力段５６及び各アクティブにされた外部電力段５８）の電流負荷は、追加の外部電力段５８と共有され得、それは、１つ以上の内部電力段５６の全体的な電流負荷及び／又はパッケージ５２の温度を低減し得る。更に、制御ユニット５４及び／又はプロセッサ１２は、（例えば、１つ以上の内部電力段５６及び１つ以上の外部電力段５８の全てがアクティブにされているとき）電子デバイス１０に、電子デバイス１０の熱出力を低減するために電流負荷を減少させ得る。

【0049】

ブロック８８において、制御ユニット５４は、温度が第１の温度閾値を超えていないと判定し、温度が第２の温度閾値未満であるかどうかを判定する。制御ユニット５４は、ブロック８２において受信された温度データから導出又は受信された温度を第２の温度閾値と比較することができる。特に、第２の温度閾値は、パッケージ５２の寿命を減少させることなく、及び／又は混合トポロジスイッチングレギュレータ５０の効率を低下させることなく、パッケージ５２を動作させるのに適した温度範囲を含むことができる。例えば、第２の温度閾値は、４５℃～７５℃、５５℃～７０℃、６０℃～６５℃であってもよい。第２の温度閾値は、メモリ１４に記憶された所定の値であってもよい。いくつかの実施形態では、第２の温度閾値は、電子デバイス１０の履歴性能値、パッケージ５２の履歴温度データ、及び／又は１つ若しくは内部電力段５６、又はそれらの任意の組み合わせに基づいて動的に決定された値であり得る。更に、第２の温度閾値は、周期的に（例えば、毎日又はそれ以上の頻度で、毎週又はそれ以上の頻度で、毎月又はそれ以上の頻度で、毎年又はそれ以上の頻度でなど）決定され得る。代替的に、第２の温度閾値は、温度が第２の温度閾値を下回ること、電子デバイス１０がある時間期間にわたって低温で動作すること（例えば、第２の閾値を下回ること）、温度が通常動作の温度を超えて低下すること、又はそれらの任意の組合せなど、１つ以上の発生に基づいて決定され得る。

【0050】

ブロック９０において、制御ユニット５４は、パッケージ５２における温度が第２の温度閾値未満であると決定し、１つ以上の外部電力段５８を非アクティブにする。すなわち、パッケージ５２が冷却され、熱エネルギーを第２の温度閾値未満に放散したので、制御ユニット５４は、１つ以上の外部電力段５８を非アクティブにすることができる。いくつかの実施形態では、制御ユニット５４は、１つ以上の外部電力段５８の各々がアクティブにされた順序とは逆の順序で、１つ以上の外部電力段５８を非アクティブにすることができる。すなわち、制御ユニット５４は、外部電力段５８Ａを非アクティブにする前に外部電力段５８Ｂを非アクティブにすることができる。更に、制御ユニット５４は、第１の内部電力段５６を非アクティブにする前に、１つ以上の外部電力段５８の各外部電力段５８を非アクティブにすることができる。すなわち、１つ以上の外部電力段５８の全てを非アクティブにする際、制御ユニット５４は、パッケージ５２からの温度が第２の温度閾値を下回るとき、１つ以上の内部電力段５６を非アクティブにし始めることができる。更に、制御ユニット５４は、１つ以上の外部電力段５８の全て及び／又は１つ以上の内部電力段５６の全てが非アクティブにされたとき、電子デバイス１０の追加の構成要素における電流負荷を増加させるために、電子デバイス１０の残りの部分に信号を送信することができる。

【0051】

１つ以上の内部電力段５６及び／又は１つ以上の外部電力段５８をいつアクティブ化又は非アクティブにするかを決定するために温度を監視することに加えて、制御ユニット５４はまた、（例えば、温度に起因して１つ以上の内部電力段５６及び／又は１つ以上の外部電力段５８をアクティブ化又は非アクティブにするときを決定する前に）各内部電力段５６及び／又は各外部電力段５８、パッケージ５２、及び／又は混合トポロジスイッチングレギュレータ５０内の電流を監視して、１つ以上の内部電力段５６及び／又は１つ以上の外部電力段５８をアクティブ化又は非アクティブにすることができる。すなわち、いくつかの実施形態では、制御ユニット５４は、特定の内部電力段５６及び／又は特定の外部電力段５８の電流を電流制限に制限して、ダイがパッケージ５２に結合された構成要素の故障などの特定の結果に遭遇することを回避することができる。したがって、前の電力段の電流が電流制限を超えることに基づいて次の電力段をアクティブにすることは、温度が第１の温度閾値（例えば、接合動作温度）を超えることに基づいて次の電力段をアクティブにすることよりも優先され得る。

【0052】

上記を念頭において、図９は、パッケージ５２の電流及び温度に基づいて電力管理機能を１つ以上の外部電力段５８にオフロードすることによってパッケージ５２上の温度を低下させるための方法９２のフローチャートである。制御ユニット５４及び／又はプロセッサ１２など、電子デバイス１０及び／又は混合トポロジスイッチングレギュレータ５０の構成要素を制御することができる任意の適切な構成要素（例えば、プロセッサ）が、方法９２を実行することができる。いくつかの実施形態では、方法９２は、制御ユニット５４を使用して、メモリ１４又は記憶装置１６などの、有形の非一時的コンピュータ可読媒体内に記憶されている命令を実行することによって、実施することができる。方法９２は、特定の順序のステップを使用して説明されているが、本開示は、説明されているステップを、示されている順序とは異なる順序で実行することが可能であり、説明されている特定のステップを、省略するか又は全く実行しないことも可能であることが想到されている点を理解されたい。

【0053】

ブロック９４において、制御ユニット５４は、パッケージ５２上の電流負荷を示す電流データを受信する。電流データは、特定の電力段及び／又はパッケージ５２の電流負荷を示し得る。すなわち、１つ以上の電流センサ（例えば、１つ以上のセンサ５５）は、ダイ上に配置されてもよく、パッケージ５２内に配置されてもよく、制御ユニット５４内に組み込まれてもよく、又は１つ以上の内部電力段５６、１つ以上の外部電力段５８、パッケージ５２、及び／又はダイの電流を検出するための任意の適切な位置に配置されてもよい。１つ以上の電流センサ５５は、１つ以上の内部電力段５６、１つ以上の外部電力段５８、容量性要素６０、誘導性要素６２、及び／又は接地接続６４などの１つ以上の構成要素を通って流れる電流を検出することができる。例として、１つ以上の電流センサ５５は、１つ以上の内部電力段５６及び１つ以上の外部電力段５８の各段を流れる電流を検出し、電流データを制御ユニット５４に送ることができる。更に、制御ユニット５４は、電流測定値、電圧測定値、抵抗測定値、及び／又は１つ以上の電流センサ５５によって検出された任意の他の適切な測定値に基づいて、電流データから電流負荷を導出することができる。

【0054】

ブロック９６において、制御ユニット５４は、パッケージ５２上の電流負荷が電流制限を超えているかどうかを判定する。制御ユニット５４は、ブロック９４で受信された電流データから導出された電流を電流制限と比較することができる。パッケージ５２及び現在アクティブにされている電力段の電流データは、各アクティブにされた内部電力段５６及び／又は各アクティブにされた外部電力段５８の電流負荷に基づいて算術関数（例えば、平均、合計、最大、最小、中央値など）を実行することによって決定され得る。電流制限は、メモリ１４に記憶された所定の値であってもよい。いくつかの実施形態では、電流制限は、電子デバイス１０の履歴性能値、パッケージ５２及び／又は１つ以上の内部電力段５６の履歴電流データ、外部電力段５８の数、又はそれらの任意の組合せに基づいて動的に決定された値であり得る。いくつかの実施形態では、電流制限は、１つ以上の内部電力段５６の電流制限と１つ以上の外部電力段５８の電流制限との比に基づくことができる。例として、１つ以上の内部電力段５６の電流制限は、１つ以上の外部電力段５８の電流制限の０．７５以下、０．５以下、０．２５以下、又は任意の他の適切な比率若しくはパーセンテージ（例えば、１／３）に設定され得る。上述した比率は単に例示的な例であり、比率は任意の適切な値であってもよいことを理解されたい。更に、電流制限は、電力の各位相に対する平均電流制限、又は１つ以上の内部電力段５６及び／又は１つ以上の外部電力段５８に対する瞬時電流制限を指し得ることを理解されたい。

【0055】

ブロック９８において、制御ユニット５４は、パッケージ５２からの電流が電流制限を超え、パッケージ５２の外部に配置された１つ以上の電力段をアクティブにさせることを決定する。制御ユニット５４が、電流データから導出された電流が電流制限を超えると判定するとき、制御ユニット５４は、外部電力段５８のうちの１つ以上をアクティブにさせることができる。上述したように、制御ユニット５４は、１つ以上の内部電力段５６及び／又は１つ以上の外部電力段５８の作動の順次の順番を含むことができる。例として、内部電力段５６Ａは、内部電力段５６Ｂの前にアクティブにされてもよい。混合トポロジスイッチングレギュレータ５０がアクティブであるとき、内部電力段５６Ａは、プロセッサ１２から制御ユニット５４によって受信される１つ以上のコマンドに応じて、任意の他の電力段をアクティブにすることなくアクティブにされる第１の電力段であり得る。追加の外部電力段５８がアクティブにされるとき、各前の電力段の電流負荷は、追加の外部電力段５８の間で共有される。いくつかの実施形態では、制御ユニット５４は、全ての内部電力段５６がまだアクティブにされていないときに、次の内部電力段５６をアクティブにさせることができる。すなわち、制御ユニット５４は、アクティブにされた内部電力段５６の数に基づいて、内部電力段５６を作動させるか外部電力段５８を作動させるかを決定することができる。したがって、制御ユニット５４は、アクティブにされた内部電力段５６の数が内部電力段５６の総数に等しいと制御ユニット５４が判断したとき、１つ以上の外部電力段５８をアクティブにしてもよい。

【0056】

ブロック８２において、制御ユニット５４は、ダイからの電流が電流制限を超えていないと判定し、ダイの温度を示す温度データを受信する。制御ユニット５４が、１つ以上の内部電力段５６及び／又は１つ以上の外部電力段５８の電流負荷が、追加の電力段がアクティブにされることにつながらないと判定したとき、制御ユニット５４は、方法８０において上記で説明した温度判定を開始することができる。上記で説明したように、１つ以上の内部電力段５６の各段が温度センサに関連付けられるように、ダイ上に配置された１つ以上の温度センサ５５があってもよい。すなわち、各温度センサは、個別の内部電力段５６と物理的又はほぼ物理的に接触していてもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上の温度センサは、パッケージ５２と物理的又はほぼ物理的に接触していてもよい。各温度センサは、個別の内部電力段５６の温度、パッケージ５２の温度、混合トポロジスイッチングレギュレータ５０の温度、及び／又はパッケージ５２が配置されるダイの温度を検出することができる。いくつかの実施形態では、混合トポロジスイッチングレギュレータ５０及び／又はパッケージ５２は各々、混合トポロジスイッチングレギュレータ５０及び／又はパッケージ５２の温度を検出する個別の温度センサに関連付けられてもよい。更に、１つ以上の温度センサは、パッケージ５２と同じダイ上、パッケージ５２とは異なるダイ上、及び／又はパッケージ５２が配置されるダイの上若しくは下に配置され得る。制御ユニット５４は、ブロック９４、９６、及び９８において、電流負荷がパッケージ５２からの電流制限を超えているかどうかを判定し、ブロック８２、８４、８６、８８、及び９０において、互いに独立して、温度が第１の温度閾値を超えているか、及び／又は第２の温度閾値未満であるかどうかを判定することができることを理解されたい。すなわち、制御ユニット５４は、ブロック８２、８４、８６、８８及び９０と、ブロック９４、９６及び９８とを平行又は連続して実行することができる。いくつかの実施形態において、制御ユニット５４は、ファームウェア、ソフトウェアを介して、又はハードウェア状態マシンによって制御されてもよい。

【0057】

ブロック８４において、制御ユニット５４は、温度が第１の温度閾値を超えているか否かを判定する。図９のブロック８４は、上述した図８のブロック８４と同様であることに留意されたい。制御ユニット５４は、ブロック８２において受信された温度データに基づいて導出又は受信された温度を第１の温度閾値と比較することができる。

【0058】

ブロック８６において、制御ユニット５４は、ダイからの温度が第１の温度閾値を超えていると判定し、パッケージ５２の外部の１つ以上の外部電力段５８のうちの１つ以上をアクティブにする。図９のブロック８６は、上述した図８のブロック８６と同様であることに留意されたい。上述したように、制御ユニット５４は、１つ以上の内部電力段５６及び／又は１つ以上の外部電力段５８を順次アクティブにすることができる。例として、制御ユニット５４は、プロセッサ１２によって制御ユニット５４に送られたコマンドに応じて、任意の追加の内部電力段５６及び／又は外部電力段５８をアクティブにする前に、内部電力段５６Ａをアクティブにし得る（例えば、パッケージ５２からの温度が第１の温度閾値を超えた場合）。更に、制御ユニット５４は、第１の外部電力段５８を起動する前に、１つ以上の内部電力段５６の各内部電力段５６をアクティブにすることができる。すなわち、１つ以上の内部電力段５６の全てをアクティブにする際、制御ユニット５４は、パッケージ５２からの温度が第１の温度閾値を超えるとき、１つ以上の外部電力段５８をアクティブにし始めることができる。

【0059】

ブロック８８において、制御ユニット５４は、温度が第１の温度閾値を超えていないことを判定し、温度が第２の温度閾値未満であるかどうかを判定する。図９のブロック８８は、上述した図８のブロック８８と同様であることに留意されたい。制御ユニット５４は、ブロック８２において受信された温度データから導出又は受信された温度を第２の温度閾値と比較することができる。

【0060】

ブロック９０において、制御ユニット５４は、パッケージ５２からの温度が第２の温度閾値未満であると決定し、１つ以上の外部電力段５８のうちの１つ以上の外部電力段５８を非アクティブにする。図９のブロック９０は、上述した図８のブロック９０と同様であることに留意されたい。制御ユニット５４は、１つ以上の外部電力段５８の各々がアクティブにされた順序とは逆の順序で、１つ以上の外部電力段５８を非アクティブにすることができる。すなわち、制御ユニット５４は、外部電力段５８Ａを非アクティブにする前に外部電力段５８Ｂを非アクティブにすることができる。更に、制御ユニット５４は、第１の内部電力段５６を非アクティブにする前に、１つ以上の外部電力段５８の各外部電力段５８を非アクティブにすることができる。すなわち、１つ以上の外部電力段５８の全てを非アクティブにする際、制御ユニット５４は、パッケージ５２からの温度が第２の温度閾値を下回るとき、１つ以上の内部電力段５６を非アクティブにし始めることができる。

【0061】

ブロック８２、８４、８６、８８、及び９０の間の任意の時点で、制御ユニット５４は、１つ以上のアクティブにされた電力段の電流が電流制限を超えていることを検出し得ることに留意されたい。制御ユニット５４は、ブロック９４、９６、及び９８において実行されるプロセスに基づいて、追加の電力段をアクティブにし始めることができる。すなわち、制御ユニット５４は、各アクティブにされた電力段についての温度データを受信しながら、同時に各アクティブにされた電力段についての電流データを連続的に受信していてもよい。すなわち、制御ユニット５４による電流制限検出及び温度検出は、平行又は連続して実行される２つの異なるループに分離されてもよい。例えば、制御ユニット５４は、ブロック９４、９６、及び９８を有する第１のループを実行することができ、ブロック９８において、制御ユニット５４が、電流が電流制限よりも大きいと判定した場合、制御ユニット５４は、ブロック８６において説明した動作を実行し、次いでブロック９４に戻ることができる。そうでない場合、制御ユニット５４は、ブロック９０に記載された動作を実行し、次いでブロック９４に戻ることができる。制御ユニット５４はまた、第１のループの実行と並行して（例えば、同時又は一斉に）第２のループを実行することができ、第２のループは、ブロック８２、８４、８６、８８、及び９０を有し、ブロック８２に戻る。

【0062】

更に、追加の電力段の作動は、温度が第１の温度閾値を超える前、又は電流が電流制限を超える前に実行されてもよい。制御ユニット５４は、電流制限を超える入力電流負荷が存在することを判定してもよく、各アクティブにされた電力段の電流が各電力段の電流制限を超えない（例えば、それ以下である）ように追加の電力段をアクティブにしてもよい。

【0063】

上記の具体的な実施形態は、例として示されており、これらの実施形態は、様々な修正形態及び代替形態が可能であり得ることを理解されたい。特許請求の範囲は、開示の特定の形態に限定されることは意図されておらず、むしろ、本開示の本旨及び範疇内の全ての修正形態、均等物、及び代替形態を包含することが意図されていることを更に理解されたい。

【0064】

本明細書に提示されており特許請求されている技法は、本技術分野を実証可能に改善する、実用的な性質の有形物（material object）及び実際の例に参照及び適用され、よって、抽象的な、無形の、又は純粋に理論的なものではない。更には、本明細書の末尾に添付されている、いずれかの特許請求の範囲が、「～［機能］を［実行］する手段」又は「～［機能］を［実行］するためのステップ」として指定されている１つ以上の要素を含む場合には、そのような要素は、米国特許法第１１２条（ｆ）に従って解釈されるべきであることが意図されている。しかしながら、他の方法で示された要素を含む請求項については、このような要素は、米国特許法第１１２条（ｆ）下で解釈されるべきではないことが意図されている。

【0065】

個人特定可能な情報の使用は、ユーザのプライバシーを維持するための業界又は政府の要件を満たす又は超えるとして一般に認識されているプライバシーポリシ及びプラクティスに従うべきであることに十分に理解されたい。特に、個人特定可能な情報データは、意図されていない、又は許可されていない、アクセス又は使用のリスクを最小限に抑えるように管理され、かつ取り扱われるべきであり、許可された使用の性質は、ユーザに明確に示されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【外国語明細書】