特許第6585037号(P6585037)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6585037
(24)【登録日】2019年9月13日
(45)【発行日】2019年10月2日
(54)【発明の名称】電子的電流制限装置
(51)【国際特許分類】
   G05F 1/56 20060101AFI20190919BHJP
【FI】
   G05F1/56 320S
【請求項の数】18
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2016-516785(P2016-516785)
(86)(22)【出願日】2014年5月28日
(65)【公表番号】特表2016-520241(P2016-520241A)
(43)【公表日】2016年7月11日
(86)【国際出願番号】US2014039818
(87)【国際公開番号】WO2014193971
(87)【国際公開日】20141204
【審査請求日】2017年5月26日
(31)【優先権主張番号】13/903,736
(32)【優先日】2013年5月28日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390020248
【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ合同会社
(73)【特許権者】
【識別番号】507107291
【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド
(74)【上記1名の代理人】
【識別番号】100098497
【弁理士】
【氏名又は名称】片寄 恭三
(72)【発明者】
【氏名】ヘクター トレス
(72)【発明者】
【氏名】チャールズ パークハースト
【審査官】 小林 秀和
(56)【参考文献】
【文献】 特開2002−169618(JP,A)
【文献】 特開2008−276477(JP,A)
【文献】 特開昭63−192112(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2012/0038332(US,A1)
【文献】 特開2009−094571(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G05F 1/56
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子的電流制限装置であって、
パス(pass)要素であって、電圧レギュレーション制御入力経路上の電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、前記電圧レギュレーション制御入力信号の大きさに基づく、前記パス要素を介する電流フローの大きさを可能にするための前記パス要素と、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、第1の過電流状態を感知し、前記第1の過電流状態に応答して前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるために、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される高速遷移フィードバック回路と、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、第2の過電流状態を感知し、前記第2の過電流状態を感知することに応答して前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるために、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合されるプレシジョンフィードバック回路であって、前記パス要素と前記プレシジョンフィードバック回路の少なくとも1つの構成要素との間の構成要素特性ミスマッチを補正することによって、前記高速遷移フィードバック回路により前記第1の過電流状態に対して提供される制御よりも精密に前記第2の過電流状態を制御し、基準電流源を含む、前記プレシジョンフィードバック回路と、
を含む、電子的電流制限回路。
【請求項2】
請求項1に記載の電子的電流制限装置であって、
前記高速遷移フィードバック回路が、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、前記パス要素を介する電流フローの前記大きさに比例する高速遷移フィードバック感知電流ISENSE_Fを生成するために、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される高速遷移電流感知要素と、
ISENSE_Fを基準電流と比較し、電流クランプ制御信号CC_Fを生成するために、前記高速遷移電流感知要素の出力に通信可能に結合される電流コンパレータと、
を含む、電子的電流制限回路。
【請求項3】
請求項2に記載の電子的電流制限装置であって、
前記高速遷移フィードバック回路が、前記基準電流との比較のためにレシオ(ratio)1/N(ISENSE_F)の減衰された感知電流を生成するために、前記高速遷移電流感知要素と前記電流コンパレータとの間に通信可能に結合される電流ミラーを更に含む、電子的電流制限回路。
【請求項4】
請求項2に記載の電子的電流制限装置であって、
前記高速遷移フィードバック回路が、前記電流クランプ制御信号CC_Fを受け取り、前記第1の過電流状態に関連付けられる前記パス要素を介する前記電流フローの前記大きさを低減するために前記電圧レギュレーション制御入力信号の大きさを低減させるために、前記電流コンパレータの出力に通信可能に結合される過電流クランプを更に含む、電子的電流制限回路。
【請求項5】
請求項1に記載の電子的電流制限装置であって、
前記プレシジョンフィードバック回路が、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、前記パス要素を介する電流フローの前記大きさに比例するプレシジョンフィードバック電流感知信号ISENSE_PSを生成するために、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合されるプレシジョン電流感知要素と、
プレシジョンフィードバック感知電流ISENSE_Pを生成するために、前記プレシジョン電流感知要素の出力に通信可能に結合される第1の入力と電圧レギュレーション出力経路に通信可能に結合される第2の入力とを備える要素マッチング回路と、
前記第1の入力における信号に出力電圧を追跡させ、前記パス要素と前記プレシジョン電流感知要素との間の少なくとも1つの構成要素特性ミスマッチを補償するために、前記要素マッチング回路の出力と前記第1の入力との間に通信可能に結合される負のフィードバック要素と、
を更に含む、電子的電流制限回路。
【請求項6】
請求項5に記載の電子的電流制限装置であって、
前記プレシジョン電流感知要素が、前記パス要素の整数の半導体フィンガー比(fraction)である幾何学的サイズを有し、前記要素マッチング回路が信号コンパレータである、電子的電流制限回路。
【請求項7】
請求項5に記載の電子的電流制限装置であって、
前記プレシジョンフィードバック回路が、前記プレシジョンフィードバック感知電流ISENSE_Pを基準電流と比較し、電流クランプ制御信号CC_Pを生成するために、信号コンパレータの出力に通信可能に結合される電流コンパレータを更に含む、電子的電流制限回路。
【請求項8】
請求項7に記載の電子的電流制限装置であって、
前記プレシジョンフィードバック回路が、前記基準電流との比較のためにレシオ1/N(ISENSE_P)の減衰された感知電流をつくるために、前記信号コンパレータの前記出力と前記電流コンパレータとの間に通信可能に結合される電流レシオ装置を更に含む、電子的電流制限回路。
【請求項9】
請求項7に記載の電子的電流制限装置であって、
前記プレシジョンフィードバック回路が、前記電流クランプ制御信号CC_Pを受け取り、前記第2の過電流状態に関連付けられる前記パス要素を介する前記電流フローの前記大きさを低減するために前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるために、前記電流コンパレータに通信可能に結合される過電流クランプを更に含む、電子的電流制限回路。
【請求項10】
電子的電流制限装置であって、
パストランジスタであって、ゲート端子において電圧レギュレーション制御入力経路上の電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、前記電圧レギュレーション制御入力信号の大きさに基づく、前記パストランジスタに関連付けられる電流チャネルを介する電流フローの大きさを可能にするための、前記パストランジスタと、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、第1の過電流状態を感知し、前記第1の過電流状態に応答して前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるために、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される高速遷移フィードバック回路と、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、第2の過電流状態を感知し、前記第2の過電流状態を感知することに応答して前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるために、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合されるプレシジョンフィードバック回路であって、前記パストランジスタと前記プレシジョンフィードバック回路内の電流感知トランジスタとの間の少なくとも1つの構成要素特性ミスマッチを補償することによって、前記高速遷移フィードバック回路により前記第1の過電流状態に対して提供される制御よりも精密に前記第2の過電流状態を制御する、前記プレシジョンフィードバック回路と、
を含み、
前記プレシジョンフィードバック回路が、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、前記パストランジスタを介する電流フローの前記大きさに比例するプレシジョンフィードバック電流感知信号を生成するために、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合されるプレシジョン電流感知トランジスタと、
プレシジョンフィードバック感知電流を生成するために、前記プレシジョン電流感知トランジスタの出力に通信可能に結合される第1の入力と電圧レギュレーション出力経路に通信可能に結合される第2の入力とを備えるオペレーショナルトランスコンダクタンス増幅器(OTA)と、
前記第1の入力における信号にレギュレータ出力電圧を追跡させ、前記パストランジスタと前記プレシジョン電流感知トランジスタとの間の少なくとも1つの構成要素特性ミスマッチを補償するために、前記OTAの出力と前記第1の入力との間に通信可能に結合される特性マッチングフィードバックトランジスタと、
基準電流を生成するための基準電流源と、
プレシジョンループトランジスタであって、前記プレシジョンループトランジスタのゲートにおいて前記プレシジョンフィードバック感知電流を受け取り、前記基準電流との比較のために減衰された感知電流を生成するために、前記OTAの出力にゲート結合され、且つ、電圧レールと前記基準電流源との間にチャネル結合される、前記プレシジョンループトランジスタと、
を含む、電子的電流制限装置。
【請求項11】
請求項10に記載の電子的電流制限装置であって、
前記高速遷移フィードバック回路が、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、前記パストランジスタを介する電流フローの前記大きさに比例する高速遷移感知電流ISENSE_Fを生成するために、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される高速遷移電流感知トランジスタと、
前記高速遷移感知電流ISENSE_F又は減衰された感知電流1/N(ISENSE_F)の少なくとも一方の大きさが基準電流I(REF_F)を超えるときに、前記第1の過電流状態の間に前記パストランジスタを介する前記電流フローの前記大きさを低減するために前記電圧レギュレーション制御入力信号をクランプするために、前記電圧レギュレーション制御入力経路にチャネル結合される過電流クランプトランジスタと、
前記基準電流I(REF_F)を生成するために、前記過電流クランプトランジスタのゲートに通信可能に結合される基準電流源と、
を含む、電子的電流制限装置。
【請求項12】
請求項11に記載の電子的電流制限装置であって、
前記高速遷移フィードバック回路が、電流ミラーソーストランジスタにおいてISENSE_Fを受け取り、電流ミラー出力トランジスタの電流チャネルを介して前記減衰された感知電流1/N(ISENSE_F)を生成するために、前記高速遷移電流感知トランジスタに通信可能に結合される電流ミラーであって、前記電流ミラー出力トランジスタの前記電流チャネルが前記基準電流源に直列に構成される、前記電流ミラーを更に含む、電子的電流制限装置。
【請求項13】
請求項10に記載の電子的電流制限装置であって、
前記プレシジョン電流感知トランジスタが、前記パストランジスタの整数の半導体フィンガー比である幾何学的サイズを有する、電子的電流制限装置。
【請求項14】
請求項10に記載の電子的電流制限装置であって、
前記プレシジョンフィードバック回路が、前記減衰された感知電流が前記基準電流よりも大きいときに前記第2の過電流状態の間に導通して駆動され、前記第2の過電流状態に関連付けられる前記パストランジスタを介する前記電流フローの前記大きさを低減するために前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるように、前記基準電流源と前記プレシジョンループトランジスタとの間のノードにゲート結合される第2の過電流クランプトランジスタを含む、電子的電流制限装置。
【請求項15】
電流制限される電圧レギュレータであって、
パス要素であって、電圧レギュレーション制御入力経路上の電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、前記電圧レギュレーション制御入力信号の大きさに基づく、前記パス要素を介する電流フローの大きさを可能にするための、前記パス要素と、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、第1の過電流状態において前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるために、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される高速遷移フィードバック回路と、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、第2の過電流状態を感知し、前記第2の過電流状態において前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるために、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合されるプレシジョンフィードバック回路であって、前記パス要素と前記プレシジョンフィードバック回路の電流感知要素との間の構成要素特性ミスマッチを補正することによって、前記高速遷移フィードバック回路により前記第1の過電流状態に対して提供される制御よりも精密に前記第2の過電流状態を制御するためのものであり、基準電流源を含む、前記プレシジョンフィードバック回路と、
電圧感知信号を提供するために、前記電圧レギュレータの出力と電圧レールとの間に通信可能に結合される分圧器と、
前記電圧感知信号を受け取り、前記電圧感知信号を基準電圧入力と比較し、前記電圧レギュレーション制御入力信号を生成するために、前記分圧器に通信可能に結合される電圧レギュレーションエラー増幅器と、
を含む、電圧レギュレータ。
【請求項16】
請求項15に記載の電流制限される電圧レギュレータであって、
前記高速遷移フィードバック回路が、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、前記パス要素を介する電流フローの前記大きさに比例する高速遷移フィードバック感知電流ISENSE_Fを生成するために、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される高速遷移電流感知要素と、
ISENSE_Fを基準電流と比較し、電流クランプ制御信号CC_Fを生成するために、前記高速遷移電流感知要素の出力に通信可能に結合される電流コンパレータと、
前記基準電流との比較のためにレシオ1/N(ISENSE_F)の減衰された感知電流を生成するために、前記高速遷移電流感知要素と前記電流コンパレータとの間に通信可能に結合される電流ミラーと、
前記電流クランプ制御信号CC_Fを受け取り、前記第1の過電流状態に関連付けられる前記パス要素を介する前記電流フローの前記大きさを低減するために前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるために、前記電流コンパレータの出力に通信可能に結合される過電流クランプと、
を含む、電圧レギュレータ。
【請求項17】
請求項15に記載の電流制限される電圧レギュレータであって、
前記プレシジョンフィードバック回路が、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取り、前記パス要素を介する電流フローの前記大きさに比例するプレシジョンフィードバック電流感知信号ISENSE_PSを生成するために、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合されるプレシジョン電流感知要素と、
プレシジョンフィードバック感知電流ISENSE_Pを生成するために、前記プレシジョン電流感知要素の出力に通信可能に結合される第1の入力と電圧レギュレーション出力経路に通信可能に結合される第2の入力とを備える信号コンパレータと、
前記第1の入力における信号に出力電圧を追跡させ、前記パス要素と前記プレシジョン電流感知要素との間の少なくとも1つの構成要素特性ミスマッチを補償するために、前記信号コンパレータの出力と前記第1の入力との間に通信可能に結合される負のフィードバック要素と、
を更に含む、電圧レギュレータ。
【請求項18】
請求項17に記載の電流制限される電圧レギュレータであって、
前記プレシジョンフィードバック回路が、
前記プレシジョンフィードバック感知電流ISENSE_Pを基準電流と比較し、電流クランプ制御信号CC_Pを生成するために、前記信号コンパレータの出力に通信可能に結合される電流コンパレータと、
前記基準電流との比較のためにレシオ1/N(ISENSE_P)の減衰された感知電流をつくるために、前記信号コンパレータの前記出力と前記電流コンパレータとの間に通信可能に結合される電流レシオ装置と、
前記電流クランプ制御信号CC_Pを受け取り、前記第2の過電流状態に関連付けられる前記パス要素を介する前記電流フローの前記大きさを低減するために前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるために、前記電流コンパレータに通信可能に結合される過電流クランプと、
を更に含む、電圧レギュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は概して電子回路要素に関し、特に電子的電流制限装置に関連する。
【背景技術】
【0002】
電子的電力供給レギュレータには、過電流保護回路要素を含むものがあり得る。過電流保護は、短絡回路、又はレギュレータ出力での重負荷状態の事象において、特にパワートランジスタ出力段など、レギュレータ構成要素の破局的な故障を防ぎ得る。
【0003】
幾つかの電力供給レギュレータは、過駆動状態を感知するために感知トランジスタを用い得、過駆動状態が存在する間にパワー出力段への駆動信号を一時的に低減するために電流クランプ用い得る。しかし、感知トランジスタベースの電流クランプは慣例的に直流(DC)精度が劣る。劣った精度は、チャネル長さ調整効果、パス要素マッチングに対する感知要素、並びに、プロセス、電源、及び/又は温度(PVT)における変動、の組み合わせに起因し得る。
【発明の概要】
【0004】
記載される例において、電圧レギュレーション制御入力経路上の電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び電圧レギュレーション制御入力信号の大きさに比例するパス要素を介する電流フローの大きさを可能にするため、電子的電流制限装置がパス要素を含む。電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び過電流状態において電圧レギュレーション制御入力信号の大きさを低減させるため、高速遷移フィードバック回路が電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される。電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び過電流状態において電圧レギュレーション制御入力信号の大きさを低減させるため、プレシジョンフィードバック回路が電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される。プレシジョンフィードバック回路は、パス要素とプレシジョンフィードバック回路の少なくとも1つの構成要素との間の構成要素特性ミスマッチを補正することによって、高速遷移フィードバック回路により提供される制御よりも精密に過電流状態を制御する。
【図面の簡単な説明】
【0005】
図1】第1の例示の実施例に従った、電子的電流制限装置のブロック図である。
【0006】
図2】第2の例示の実施例に従った、電子的電流制限装置のブロック図である。
【0007】
図3】例示の実施例に従った、電子的電流制限装置の回路図である。
【0008】
図4】例示の実施例に従った、電流制限された電圧レギュレータのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
図1及び図2は、第1及び第2の例示の実施例に従った、電子的電流制限装置100及び200のブロック図である。電流制限装置100及び200はパス要素110を含む。パス要素110は、電流制限装置200においてパワーMOSFET215として具現化される。パス要素110は、電圧レギュレーション制御入力経路115上の電圧レギュレーション制御入力信号114を受け取る。パス要素110は、電圧レギュレーション制御入力信号114の大きさに比例するパス要素110の電流チャネルを介する電流フローの大きさを可能にする。また、電流制限装置100及び200はいずれも、並列に動作する高速遷移フィードバック回路118及びプレシジョンフィードバック回路124を含む。
【0010】
高速遷移フィードバック回路118は、電圧レギュレーション制御入力経路115に通信可能に結合される。高速遷移フィードバック回路118は、電圧レギュレーション制御入力信号114を受け取り、過電流状態において経路115上の電圧レギュレーション制御入力信号114の大きさを減少させる。高速遷移フィードバック回路118は、電圧レギュレーション制御入力経路115に通信可能に結合される高速遷移電流感知要素128を含む。高速遷移電流感知要素128は、電圧レギュレーション制御入力信号114を受け取り、高速遷移フィードバック感知電流ISENSE_Fを生成する。ISENSE_Fは、パス要素110を介する電流フローの大きさに比例する。
【0011】
図1において、電流制限装置100の高速遷移フィードバック回路118は、高速遷移電流感知要素128の出力に通信可能に結合される第1の電流コンパレータ135を含む。第1の電流コンパレータ135は、ISENSE_Fを第1の基準電流I(REF_F)と比較し、第1の電流クランプ制御信号CC_Fを生成する。
【0012】
高速遷移フィードバック回路118の幾つかの実施例が、電流制限装置200のための図2に示すように、電流ミラー210を含む。電流ミラー210は、高速遷移電流感知要素128と第1の電流コンパレータ135との間に通信可能に結合される。電流ミラー210は、第1の基準電流I(REF_F)との比較のため、レシオ(ratio)1/N(ISENSE_F)の第1の減衰された感知電流を生成する。
【0013】
また、高速遷移フィードバック回路118は、第1の電流コンパレータ135の出力に通信可能に結合される第1の過電流クランプ150を含む。第1の過電流クランプ150は、第1の電流クランプ制御信号CC_Fを受け取る。CC_Fに応答して、第1の過電流クランプ150は、電圧レギュレータ制御入力経路115をクランプするため、及び電圧レギュレーション制御入力信号114の大きさを低減させるため、導通する。その結果、過電流状態に関連付けられるパス要素110を介する電流の大きさが減少する。
【0014】
更に、電流制限装置100及び200は、電圧レギュレーション制御入力経路115に通信可能に結合されるプレシジョンフィードバック回路124を含む。プレシジョンフィードバック回路124は、パス要素110/パストランジスタ215を介する電流フローの大きさを表すものとして電圧レギュレーション制御入力信号114を受け取る。プレシジョンフィードバック回路124は、過電流状態において電圧レギュレーション制御入力信号114の大きさを低減させるため、高速遷移フィードバック回路118に並列に動作する。反応するのは遅いが(?)、プレシジョンフィードバック回路124は、高速遷移フィードバック回路118により提供される制御よりも精密に過電流状態を制御することができる。プレシジョンフィードバック回路124は、パス要素110/パストランジスタ215と、プレシジョンフィードバック回路124の1つ又は複数の構成要素との間の1つ又は複数の構成要素特性ミスマッチを補正することによって一層精密な制御をもたらす。
【0015】
プレシジョンフィードバック回路124は、プレシジョン電流感知要素155を含む。幾つかの実施例において、プレシジョン電流感知要素155は、パス要素110/パストランジスタ215の整数の半導体フィンガー比(fraction)である幾何学的サイズを用いて実装される。そうすることにより、プレシジョン電流感知要素155とパス要素110/パストランジスタ215との間の特性マッチングを高めることができる。
【0016】
プレシジョン電流感知要素155は、電圧レギュレーション制御入力経路115に通信可能に結合される。プレシジョン電流感知要素155は、電圧レギュレーション制御入力信号114を受け取り、プレシジョンフィードバック電流感知信号ISENSE_PSを生成する。ISENSE_PSは、パス要素110/パストランジスタ215を介する電流フローの大きさに比例する。
【0017】
図1において、電流制限装置100のプレシジョンフィードバック回路124は、要素マッチング回路158を含む。要素マッチング回路158の第1の入力160が、プレシジョン電流感知要素155の出力に通信可能に結合される。第2の入力161が、電圧レギュレーション出力経路162に通信可能に結合される。負のフィードバック要素165が、要素マッチング回路158の出力168と第1の入力160との間に通信可能に結合される。内部フィードバックループ173が、そのように形成され、第1の入力160における信号に、レギュレーション出力経路162における電圧を追跡させる。パス要素110とプレシジョン電流感知要素155との間の1つ又は複数の構成要素特性ミスマッチが、内部フィードバックループ173を介して補償される。
【0018】
再び図2を参照すると、電流制限装置200は、電流制限装置100のループ173の代わりに、構成要素特性マッチング内部ループ230を含む。装置200は、プレシジョン電流感知要素155の出力に通信可能に結合される第1の入力240を備えた信号コンパレータ235を含む。第2の入力241が、電圧レギュレーション出力経路162に通信可能に結合される。また、プレシジョンフィードバック回路124は、信号コンパレータ235の出力と第1の入力240との間に通信可能に結合される負のフィードバック要素165を含む。内部ループ230は、第1の入力240における信号に、レギュレータ出力経路162における電圧を追跡させる。そうすることにより、パストランジスタ215とプレシジョン電流感知要素155との間の特性ミスマッチが補償される。
【0019】
信号コンパレータ235は、プレシジョンフィードバック感知電流ISENSE_Pを生成する。プレシジョンフィードバック回路124の幾つかの実施例は、信号コンパレータ235の出力に結合される電流レシオ装置250を含む。電流レシオ装置250は、ISENSE_Pを因数Nで割り、第2の減衰された感知電流1/N(ISENSE_P)が得られる。電流レシオ装置250は、相互接続される段間の幾何学的フィンガーサイズレシオである、1つ又は複数の電流ミラー、及びその他の方法を用いて実装され得る。
【0020】
更に、プレシジョンフィードバック回路124は、第2の電流コンパレータ180を含む。第2の電流コンパレータ180は、図1の電流制限装置100の場合、要素マッチング回路158の出力168に通信可能に結合される。第2の電流コンパレータ180は、図2の電流制限装置200の場合、信号コンパレータ235の出力に又は電流レシオ装置250の出力に通信可能に結合される。適用可能なように、プレシジョンフィードバック感知電流ISENSE_P又は第2の減衰されたフィードバック感知電流1/N(ISENSE_P)のいずれかが、第2の基準電流I(REF_P)と比較される。過電流状態の事象において第2の電流コンパレータ180の出力で第2の電流クランプ制御信号CC_Pが生成される。
【0021】
また、プレシジョンフィードバック回路124は、第2の電流コンパレータ180に通信可能に結合される第2の過電流クランプ185を含む。第2の過電流クランプ185は、第2の電流クランプ制御信号CC_Pを受け取り、電圧レギュレーション制御入力信号114の大きさを減少させる。その結果、電流制限装置100(図1)のパス要素110を介して及び/又は電流制限装置200(図2)のパストランジスタ215を介して流れる過電流の大きさが低減される。
【0022】
図3は、例示の実施例に従った、電子的電流制限装置300の回路図である。電流制限装置300はパストランジスタ215を含む。パストランジスタ215は、ゲート端子310において電圧レギュレーション制御入力信号114を受け取る。パストランジスタ215は、電圧レギュレーション制御入力信号114の大きさに比例するパストランジスタ215に関連付けられる電流チャネルを介する電流フローの大きさを可能にする。また、電流制限装置300は、高速遷移フィードバック回路315及びプレシジョンフィードバック回路318を含む。高速遷移フィードバック回路315及びプレシジョンフィードバック回路318は、まず最速立ち上がり時間電流遷移を制御するため、及びその後、プレシジョンフィードバック回路318が関与(engage)するにつれて一層精密に過電流を制御するため、並列に動作する。
【0023】
高速遷移フィードバック回路315は、電圧レギュレーション制御入力信号114を受け取るため電圧レギュレーション制御入力経路115に通信可能に結合される。高速遷移フィードバック回路315は、電圧レギュレーション制御入力信号114の大きさからパストランジスタ215を介して流れる電流の大きさを解読する。高速遷移フィードバック回路315は、過電流状態において電圧レギュレーション制御入力信号114の大きさを低減させ、それにより、パストランジスタ215への駆動を低減させ、過電流状態が緩和される。
【0024】
高速遷移フィードバック回路315は、電圧レギュレーション制御入力経路115にゲート結合される高速遷移電流感知トランジスタ322を含む。電流感知トランジスタ322は、電圧レギュレーション制御入力信号114を受け取り、高速遷移感知電流ISENSE_Fを生成する。ISENSE_Fは、パストランジスタ215を介する電流フローの大きさに比例する。幾つかの実施例において、高速遷移フィードバック回路315は、高速遷移電流感知トランジスタ322に通信可能に結合されるNレシオ電流ミラー325を含む。Nレシオ電流ミラー325は、電流ミラーソーストランジスタ328においてISENSE_Fを受け取る。
【0025】
電流ミラー325は、電流ミラー出力トランジスタ333の電流チャネルを介する第1の減衰された感知電流1/N(ISENSE_F)を生成する。ISENSE_F、又は、電流ミラー325実装の場合の1/N(ISENSE_F)は、第1の基準電流I(REF_F)と比較される。第1の基準電流I(REF_F)は、第1の基準電流源337により生成される。第1の電流基準ソース337は、電流ミラー出力トランジスタ333の電流チャネルに直列に結合される。
【0026】
また、高速遷移フィードバック回路315は、第1の過電流クランプトランジスタ340を含む。第1の過電流クランプトランジスタ340は、第1の基準電流源337と電流ミラー出力トランジスタ333の電流チャネルとの間のノード341にゲート結合される。過電流状態において、第1の減衰された感知電流1/N(ISENSE_F)は第1の基準電流I(REF_F)を超え、クランプトランジスタ340のゲート343を低にプルさせる。従って、第1の過電流クランプトランジスタ340は、入力経路115上の電圧レギュレーション制御入力信号114を導通及びクランプする。パストランジスタ215のゲート310は、パストランジスタ215を介する電流フローの大きさを低減するためクランプされ、それにより、過電流状態が緩和される。
【0027】
更に、電流制限装置300は、プレシジョンフィードバック回路318を含み、プレシジョンフィードバック回路318は、電圧レギュレーション制御入力信号114を受け取るため電圧レギュレーション制御入力経路115に通信可能に結合される。プレシジョンフィードバック回路318は、過電流状態において電圧レギュレーション制御入力信号114の大きさを、高速遷移フィードバック回路315により提供される制御よりも精密に低減させる。プレシジョンフィードバック回路318は、パストランジスタ215とプレシジョンフィードバック回路318との間の1つ又は複数の構成要素特性ミスマッチを補償することによって一層精密に動作する。
【0028】
プレシジョンフィードバック回路318は、電圧レギュレーション制御入力経路115に通信可能に結合されるプレシジョン電流感知トランジスタ350を含む。プレシジョン電流感知トランジスタ350は、パストランジスタ215を介する電流フローの大きさを表すものとして電圧レギュレーション制御入力信号114を受け取る。プレシジョン電流感知トランジスタ350は、パストランジスタ215を介する電流フローの大きさに比例する、プレシジョンフィードバック電流感知信号ISENSE_PSを生成する。
【0029】
幾つかの実施例において、プレシジョン電流感知トランジスタ350は、パストランジスタ215の整数の半導体フィンガー比である幾何学的サイズとなるように製造される。そうすることにより、これら2つのデバイス間の特性マッチングを高めることができる。
【0030】
また、プレシジョンフィードバック回路318はOTA355を含む。OTA355の第1の入力358が、プレシジョン電流感知トランジスタ350の出力に通信可能に結合される。OTA355の第2の入力362が、電圧レギュレーション出力経路162に通信可能に結合される。OTA355は、出力368上にプレシジョンフィードバック感知電流ISENSE_Pを生成する。
【0031】
更に、プレシジョンフィードバック回路318は、特性マッチングフィードバックトランジスタ365を含む。フィードバックトランジスタ365は、OTAの出力368にゲート結合され、第1のOTA入力358に結合される電流チャネルである。OTA355及びフィードバックトランジスタ365は、プレシジョンフィードバック回路318内の内部構成要素マッチングループ372として動作する。内部マッチングループ372は、第1のOTA入力358における信号にレギュレータ出力電圧を追跡させ、それにより、パストランジスタ215とプレシジョン電流感知トランジスタ350との間の1つ又は複数の構成要素特性ミスマッチを補償させる。
【0032】
また、プレシジョンフィードバック回路318は、第2の基準電流源375を含む。第2の基準電流源375は、第2の基準電流I(REF_P)を生成する。プレシジョンループトランジスタ380が、OTA355の出力368にゲート結合され、電圧レール383と第2の基準電流源375との間にチャネル結合される。プレシジョンループトランジスタ380は、そのゲート385でISENSE_Pを受け取り、第2の基準電流I(REF_P)との比較のため第2の減衰された感知電流1/N(ISENSE_P)を生成する。
【0033】
また、プレシジョンフィードバック回路318は、第2の過電流クランプトランジスタ390を含む。クランプトランジスタ390は、第2の基準電流源375とプレシジョンループトランジスタ380の電流チャネルとの間のノード392にゲート結合される。クランプトランジスタ390は、第2の減衰された感知電流1/N(ISENSE_P)が第2の基準電流I(REF_P)より大きいとき過電流状態の間導通するように駆動され、ノード392を低にプルさせる。クランプトランジスタ390の導通は、電圧レギュレーション制御入力信号114の大きさを低減させる。その結果、過電流状態に関連付けられるパストランジスタ215を介する過剰な電流フローが減少する。
【0034】
図3において説明され及び図示される電流制限装置300は、電圧レールV(IN)395及び接地383に適したPMOS及びNMOSトランジスタで実装される。NMOS及びPMOSトランジスタの他の組み合わせが、他の電圧レール対に適しており、MOSFET以外のトランジスタタイプ(例えば、バイポーラトランジスタタイプ)が可能である。
【0035】
図4は、例示の実施例に従った、電流制限された電圧レギュレータ400のブロック図である。電流制限された電圧レギュレータ400は、図2に関連して説明したように配される、電流制限装置200に関連付けられる要素を含む。
【0036】
また、電流制限された電圧レギュレータ400は分圧器410を含む。分圧器410は、出力電圧感知信号V(SENSE)を提供するため電圧レギュレータ400の出力162と電圧レール383との間に通信可能に結合される。更に、電圧レギュレータ400は、分圧器410に通信可能に結合される電圧レギュレーションエラー増幅器420を含む。エラー増幅器420は、V(SENSE)を受け取り、V(SENSE)を基準電圧入力V(REF)と比較し、電圧レギュレーション制御入力信号114を生成する。
【0037】
本明細書に記載の装置は、場合によっては、電流制限された電圧レギュレーション装置以外の応用例において有用である。電子的電流制限装置100、200、及び300の、及び電流制限された電圧レギュレーション装置400の例が種々の実施例の構造の一般的な理解を提供し、これらは、レセプタクルパワーコンバータ、コンピュータにおいて用いられる電子回路要素、通信及び信号処理回路要素、シングルプロセッサ又はマルチプロセッサモジュール、単一又は複数の埋め込みプロセッサ、マルチコアプロセッサ、データスイッチ、及び、特に、多層、マルチチップモジュールを含む特定用途向けモジュール、に用いるための半導体アナログ及びデジタル回路に組み込まれ得る。このような装置及びシステムはまた、テレビ、携帯電話、パーソナルコンピュータ(例えば、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、タブレットコンピュータ)、ワークステーション、ラジオ、ビデオプレーヤ、オーディオプレーヤ(例えば、MP3(Motion Picture Experts Group, Audio Layer 3)プレーヤ)、車両、医療デバイス(例えば、心拍モニタ、血圧モニタ)、セットトップボックスなどの、種々の電子的システム内のサブ構成要素として含まれ得る。
【0038】
記載される例において、装置は、電子的電圧レギュレータに含まれ得るなどの、高速遷移プレシジョン電流リミッタを実装する。電流リミッタは、2つの電流感知要素/電流クランプ制御ループを含む。高速応答時間制御ループが、まず電流スパイクに関与し(engage)、クランプする。その後、プレシジョン制御ループが、パストランジスタを含む、パス要素の特性に対してプレシジョン電流感知要素の構成要素電気的特性をマッチングさせることにより、プログラムされたセットポイントに出力電流を一層精密にクランプするように関与する。
【0039】
制御ループの各々は、電圧レギュレーション制御入力に結合される電流感知要素を含む。電圧レギュレーション制御回路要素が、過電流状態を電圧レギュレータ出力端子における電圧降下として感知する。電圧レギュレーション制御回路要素は、電圧レギュレータからの電流がそれを介して負荷へと流れるパス要素への電圧レギュレーション制御駆動信号の大きさを増大させることによって応答する。従って、電圧レギュレーション制御駆動信号の大きな増大は過電流状態を示す。これら2つの電流制限制御ループに関連付けられる感知要素は、電圧レギュレーション制御駆動信号の増大を過電流条件として感知する。
【0040】
プレシジョン制御ループは、プレシジョン電流感知要素を線形化するため内部ループを含む。内部ループは、プレシジョン感知要素のドレイン−ソース電圧(VDS)に、レギュレータパス要素のVDSを追跡させる。一層精密なクランピングオペレーションが生じる。プレシジョン制御ループが関与する一方で高速応答時間制御ループが保護回路要素に並列に動作するため、全体的な速度は犠牲にならない。線形化ループは要素マッチング回路を含み、要素マッチング回路は、幾つかの実施例において、オペレーショナルトランスコンダクタンス増幅器(OTA)などの信号コンパレータとして実装され得る。このコンパレータは、コンパレータ入力におけるレギュレータ出力電圧を感知し、出力信号を生成し、これは、第2のコンパレータ入力にフィードバックされると、第2のコンパレータ入力電圧にレギュレータ出力電圧を追跡させる。
【0041】
線形化ループは効果的にプレシジョン電流感知要素にレギュレータ出力パス要素のVDSを追随させる。コンパレータは、選択されたクランピングポイントを表すプレシジョン基準ソースと比較されるべき一層精密なプレシジョン感知信号を生成する。一層精密なクランピングオペレーションが生じる。プレシジョン制御ループが関与する一方で高速応答時間クランピングループが保護回路要素に並列に動作するため、全体的な速度は犠牲にならない。
【0042】
本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得、多くの他の実施例が可能である。
図1
図2
図3
図4