特許 6974814 ＤＣ／ＤＣコンバータのためのブートストラップ回路

(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】6974814

(24)【登録日】2021年11月9日

(45)【発行日】2021年12月1日

(54)【発明の名称】ＤＣ／ＤＣコンバータのためのブートストラップ回路

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20211118BHJP

   H02M 1/08 20060101ALI20211118BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/155 H

   H02M1/08 C

【請求項の数】20

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-520838(P2019-520838)

(86)(22)【出願日】2017年10月18日

(65)【公表番号】特表2019-531691(P2019-531691A)

(43)【公表日】2019年10月31日

(86)【国際出願番号】US2017057262

(87)【国際公開番号】WO2018075686

(87)【国際公開日】20180426

【審査請求日】2020年10月8日

(31)【優先権主張番号】15/296,733

(32)【優先日】2016年10月18日

(33)【優先権主張国】US

(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)【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】シャオチュン ザオ

(72)【発明者】

【氏名】ハシブール ラフマン

(72)【発明者】

【氏名】アーサー レウィンスキ

(72)【発明者】

【氏名】トゥロン ヤン

【審査官】 栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０１１８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６６５０１００（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１４−１６６０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２４０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６０７１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

Ｈ０２Ｍ １／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回路であって、
出力基準電圧を生成するためのチャージポンプと、
前記チャージポンプから前記基準電圧を受信するように結合され、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１及び第２のブートストラップノードの間に更に結合され、第１の充電電流を供給するための第１のブートストラップリフレッシュ回路であって、前記第１の充電電流が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の動作モードを示す制御信号に基づいてコンデンサを充電するために前記第１のブートストラップノードから前記第２のブートストラップノードへソースされ、前記第１の動作モードから第２の動作モードへの切り替えに応答してブートストラップを促進する、前記第１のブートストラップリフレッシュ回路と、
前記チャージポンプから前記基準電圧を受信するように結合され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１及び第２のブートストラップノードの間に更に結合される第２のブートストラップリフレッシュ回路であって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２の動作モードを示す前記制御信号に基づいて前記コンデンサを充電するために前記第２のブートストラップノードから前記第１のブートストラップノードへ第２の充電電流を供給し、前記第２の動作モードから前記第１の動作モードへの切り替えに応答してブートストラップを促進する、前記第２のブートストラップリフレッシュ回路と、
を含む、回路。

【請求項2】

請求項１に記載の回路であって、
前記第１のブートストラップリフレッシュ回路が、前記出力基準電圧に基づいて前記第１の充電電流を制御するための第１のリフレッシュ制御回路を含み、
前記第２のブートストラップリフレッシュ回路が、前記出力基準電圧に基づいて前記第２の充電電流を制御するための第２のリフレッシュ制御回路を含む、回路。

【請求項3】

請求項２に記載の回路であって、
前記第１のリフレッシュ制御回路が、第１の電流信号と、前記第１の動作モードを示す前記制御信号とに基づいて、前記第１の充電電流を前記第２のブートストラップノードに供給する第１の充電回路を駆動し、
前記第２のリフレッシュ制御回路が、第２の電流信号と、前記第２の動作モードを示す前記制御信号とに基づいて、前記第２の充電電流を前記第１のブートストラップノードに供給する第２の充電回路を駆動する、回路。

【請求項4】

請求項３に記載の回路であって、
前記第１のリフレッシュ制御回路と前記第１の充電回路とが、前記第１の電流信号を生成して前記出力基準電圧に基づいて前記第１の充電電流を制御するために第１の電流ミラーを介して結合され、
前記第２のリフレッシュ制御回路と前記第２の充電回路とが、前記第２の電流信号を生成して前記出力基準電圧に基づいて前記第２の充電電流を制御するために第２の電流ミラーを介して結合される、回路。

【請求項5】

請求項４に記載の回路であって、
前記第１のリフレッシュ制御回路が第１のバイアス抵抗器を含み、前記第１の電流ミラーが第２のバイアス抵抗器を含み、前記第１の電流信号を制御するために前記第１のバイアス抵抗器が前記第２のバイアス抵抗器とマッチングされ、
前記第２のリフレッシュ制御回路が第３のバイアス抵抗器を含み、前記第２の電流ミラーが第４のバイアス抵抗器を含み、前記第２の電流信号を制御するために前記第３のバイアス抵抗器が前記第４のバイアス抵抗器とマッチングされる、回路。

【請求項6】

請求項１に記載の回路であって、
前記チャージポンプと前記第１及び第２のブートストラップリフレッシュ回路との各々が、半導体基板上に配置される、回路。

【請求項7】

請求項６に記載の回路であって、
前記チャージポンプが、前記半導体基板上に配置されるバッファと充電コンデンサとを含み、前記バッファが前記出力基準電圧を生成するために前記充電コンデンサを駆動する、回路。

【請求項8】

請求項１に記載の回路であって、
前記第１のブートストラップノードに結合される前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のインダクタノードを駆動するためのバックサイドドライバ回路と、
前記第２のブートストラップノードに結合される前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第２のインダクタノードを駆動するためのブーストサイドドライバ回路と、
を更に含む、回路。

【請求項9】

請求項８に記載の回路であって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第１及び第２のインダクタノードの間の電流フローの方向を制御するためのレギュレータ制御回路を更に含む、回路。

【請求項10】

請求項９に記載の回路であって、
前記レギュレータ制御回路が、バック動作モードとブースト動作モードとバック／ブースト動作モードとの少なくとも１つを含むように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのオペレーションを制御する、回路。

【請求項11】

回路であって、
基準電圧を生成するためのチャージポンプと、
前記チャージポンプから前記基準電圧を受信するための第１の電圧入力を含み、前記基準電圧に基づき、そして制御信号入力に応答して第１の出力電流を生成する第１のリフレッシュ制御回路と、
前記第１のリフレッシュ制御回路からの前記第１の出力電流に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータの第１のブートストラップノードから第２のブートストラップノードに第１の充電電流を供給するために前記第１のリフレッシュ制御回路に結合される第１の充電回路と、
前記チャージポンプから前記基準電圧を受信するための第２の電圧入力を含み、前記基準電圧に基づき、そして前記制御信号入力に応答して第２の出力電流を生成する第２のリフレッシュ制御回路と、
前記第２のリフレッシュ制御回路からの前記第２の出力電流に基づいて前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２のブートストラップノードから前記第２のブートストラップノードに第２の充電電流を供給するために前記第２のリフレッシュ制御回路に結合される第２の充電回路と、
を含む、回路。

【請求項12】

請求項１１に記載の回路であって、
前記第１のリフレッシュ制御回路と前記第１の充電回路とが、前記基準電圧と第１の電流信号とに基づいて前記第１の充電電流を制御するために第１の電流ミラーを介して結合される、回路。

【請求項13】

請求項１２に記載の回路であって、
前記第２のリフレッシュ制御回路と前記第２の充電回路とが、前記基準電圧と第２の電流信号とに基づいて前記第２の充電電流を制御するために第２の電流ミラーを介して結合される、回路。

【請求項14】

請求項１１に記載の回路であって、
前記チャージポンプと前記第１及び第２のリフレッシュ制御回路と前記第１及び第２の充電回路との各々が、半導体基板上に配置される、回路。

【請求項15】

請求項１４に記載の回路であって、
前記チャージポンプが、前記半導体基板上に配置されるバッファと充電コンデンサとを含み、前記バッファが前記基準電圧を生成するために前記充電コンデンサを駆動する、回路。

【請求項16】

請求項１１に記載の回路であって、
前記第１のブートストラップノードに結合される前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のインダクタノードを駆動するためのバックサイドドライバ回路と、
前記第２のブートストラップノードに結合される前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第２のインダクタノードを駆動するためのブーストサイドドライバ回路と、
を更に含む、回路。

【請求項17】

請求項１６に記載の回路であって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第１及び第２のインダクタノードの間の電流フローの方向を制御するためのレギュレータ制御回路を更に含む、回路。

【請求項18】

集積回路であって、
半導体基板と、
少なくとも１つの充電コンデンサの基準電圧を生成するためのチャージポンプであって、前記チャージポンプと前記充電コンデンサとが前記半導体基板上に形成される、前記チャージポンプと、
前記半導体基板上に形成され、前記チャージポンプから前記基準電圧を受信するように結合され、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１及び第２のブートストラップノードの間に更に結合され、第１の充電電流を供給するための第１のブートストラップリフレッシュ回路であって、前記第１の充電電流が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の動作モードを示す制御信号に基づいて前記第１のブートストラップノードから前記第２のブートストラップノードへ供給される、前記第１のブートストラップリフレッシュ回路と、
前記半導体基板上に形成され、前記チャージポンプから前記基準電圧を受信するように結合され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１及び第２のブートストラップノードに間に更に結合される第２のブートストラップリフレッシュ回路であって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第２の動作モードを示す前記制御信号に基づいて前記第２のブートストラップノードから前記第１のブートストラップノードへ第２の充電電流を供給する、前記第２のブートストラップリフレッシュ回路と、
を含む、集積回路。

【請求項19】

請求項１８に記載の集積回路であって、
前記第１及び第２のブートストラップリフレッシュ回路の各々が、前記基準電圧に基づいて、それぞれ、前記第１の充電電流及び前記第２の充電電流を制御するためのリフレッシュ制御回路を含む、集積回路。

【請求項20】

請求項１９に記載の集積回路であって、
前記リフレッシュ制御回路の各々が、電流信号と、前記第１又は第２の動作モードの一方を示す前記制御信号とに基づいて、前記第１及び第２のブートストラップノードの各々に、それぞれ、前記第１の充電電流及び第２の充電電流を供給する、関連する充電回路を駆動する、集積回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、集積回路に関し、更に特定して言えば、ＤＣ／ＤＣコンバータのためのブートストラップ充電電流を提供するための回路に関連する。

【背景技術】

【0002】

直流対直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータは、電力供給設計のための主要なカテゴリーを代表する。スイッチドモードＤＣ／ＤＣコンバータは、９０パーセントの電力変換効率を達成し得、また、それを超える場合もあり、そのため、例えば、コンピュータ、携帯電話、テレビ、自動車など、あらゆるタイプの電子デバイスにおいて電力を効率的に提供するために幅広く用いられてきている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、応用例に応じて、種々の入力及び出力変換モードを提供し得る。例えば、バックモードコンバータは、より大きい入力電圧をより小さいＤＣ出力電圧に変換する。ブーストモードコンバータは、より小さい入力電圧をより高いＤＣ出力電圧にブーストする。幾つかの構成は、入力及び出力間で実質的に一定の電圧を維持するために、バック及びブースト能力を提供する。幾つかの応用例では、バック、ブースト、及びバック／ブーストモード能力を提供することが必要とされ得る。例えば、幾つかのオートモーティブ応用例において、ブーストモードは、バッテリーが、通常は約１２ボルトである通常動作電圧に達する際のコールドスタートの間、電力を供給するために選択され得る。通常電圧を達成した後、このような電圧を供給するためにバックモードが用いられ得る、バッテリー電圧より低い他の電圧が電子回路に必要とされ得る。複数のコンバータ動作モードをサポートするため、コンバータの電流イナクティブモードをサポートするＤＣコンバータのイナクティブ部分に電力を供給するためにブートストラップ回路が用いられ得る。

【発明の開示】

【0003】

一例において、回路が、出力基準電圧を生成するためのチャージポンプを含む。第１のブートストラップリフレッシュ回路が、チャージポンプから基準電圧を受け取る。第１のブートストラップリフレッシュ回路は更に、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１及び第２のブートストラップノード間に結合される。第１のブートストラップリフレッシュ回路は、第１の動作モードから第２の動作モードへのスイッチングに応答してブートストラップを促進するために、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の動作モードを示す制御信号に基づいてコンデンサを充電するための第１のブートストラップノードから第２のブートストラップノードにソースされる第１の充電電流を供給する。第２のブートストラップリフレッシュ回路が、チャージポンプから基準電圧を受け取る。第２のブートストラップリフレッシュ回路は更に、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１及び第２のブートストラップノード間に結合される。第２のブートストラップリフレッシュ回路は、第２の動作モードから第１の動作モードへのスイッチングに応答してブートストラップを促進するため、ＤＣ／ＤＣコンバータの第２の動作モードを示す制御信号に基づいて充電コンデンサに対して第２のブートストラップノードから第１のブートストラップノードへ第２の充電電流を供給する。

【0004】

別の例において、回路が、出力基準電圧を生成するためのチャージポンプを含む。第１のリフレッシュ制御回路が、チャージポンプから基準電圧を受信するための第１の電圧入力を含む。第１のリフレッシュ制御回路は、基準電圧に基づいて及び制御信号入力に応答して第１の出力電流を生成する。第１の充電回路が、第１のリフレッシュ制御回路からの第１の出力電流に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のブートストラップノードから第２のブートストラップノードへ第１の充電電流を供給するため、第１のリフレッシュ回路に結合される。第２のリフレッシュ制御回路が、チャージポンプから基準電圧を受信するための第２の電圧入力を含む。第２のリフレッシュ制御回路は、基準電圧に基づいて及び制御信号入力に応答して第２の出力電流を生成する。第２の充電回路が、第２のリフレッシュ制御回路からの第２の出力電流に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの第２のブートストラップノードから第２のブートストラップノードへ第２の充電電流を供給するために第２のリフレッシュ回路に結合される。

【0005】

更に別の例において、集積回路が、半導体基板、及び少なくとも一つの充電コンデンサに基準電圧を生成するチャージポンプを含む。チャージポンプ及び充電コンデンサは半導体基板上に形成される。第１のブートストラップリフレッシュ回路が、半導体基板上に形成され、チャージポンプから基準電圧を受け取る。第１のブートストラップリフレッシュ回路は更に、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１及び第２のブートストラップノード間に結合される。第１のブートストラップリフレッシュ回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の動作モードを示す制御信号に基づいて第１のブートストラップノードから第２のブートストラップノードにソースされる第１の充電電流を供給する。第２のブートストラップリフレッシュ回路が、半導体基板上に形成され、チャージポンプから基準電圧を受け取る。第２のブートストラップリフレッシュ回路は更に、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１及び第２のブートストラップノード間に結合される。第２のブートストラップリフレッシュ回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータの第２の動作モードを示す制御信号に基づいて、第２のブートストラップノードから第１のブートストラップノードへ第２の充電電流を供給する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】ＤＣ／ＤＣコンバータ回路のためのブートストラップ充電回路の例示の概略ブロック図を図示する。

【0007】

【図2】ＤＣ／ＤＣコンバータ回路のためのブートストラップ充電回路及びドライバ回路の例示の概略ブロック図を図示する。

【0008】

【図3】ＤＣ／ＤＣコンバータ回路のためのブートストラップ充電回路の例示の回路図を図示する。

【0009】

【図4A】ＤＣ／ＤＣコンバータ回路のためのブートストラップ充電回路及びドライバ回路の例示の回路図を図示する。

【図4B】ＤＣ／ＤＣコンバータ回路のためのブートストラップ充電回路及びドライバ回路の例示の回路図を図示する。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本記載は、ＤＣ／ＤＣコンバータのためのブートストラップ充電電流を提供するための回路に関連する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、バック、ブースト、及びバックブーストモード能力を含み、コンバータにおけるイナクティブスイッチング回路に対して開始電圧を提供するために、ブートストラップコンデンサがコンバータにおいて用いられる。例えば、バックモードにおいて、バックサイドドライバ回路は、インダクタのためのリターン電流経路を提供するためにブーストサイドドライバ回路に接続されるインダクタを駆動するためアクティブである。バックモードにおいて、ブーストサイド回路のほとんどは、アクティブブーストサイド回路に対してリターン電流経路を提供する以外、イナクティブである。バックモードからブーストモードへの（又はその逆の）動的な切り替えをサポートするため、ブートストラップコンデンサは、切り替えオペレーションをサポートするために充電される。幾つかの既存のアプローチでは、ブートストラップコンデンサが（例えば、半導体集積回路（ＩＣ）の外部にある）外部チャージポンプを介して直接充電されていた。チャージポンプへのこの外部接続は、チャージポンプに対する一層ロバストな充電構成要素の追加のピンと共に、ＩＣ上の付加的なピンを必要としていた。

【0011】

本明細書に記載するように、ブートストラップ充電回路は、アクティブコンバータサイドブートストラップコンデンサを用いる、リフレッシュ制御及び充電回路を含み、アクティブコンバータサイドブートストラップコンデンサは、コンバータの反対のイナクティブ側のブートストラップコンデンサを充電するために、コンバータのスイッチングアクションに起因して充電される。幾つかの既存の回路におけるように外部チャージポンプにより外部から及び排他的にソースされる代わりに、充電電流は、コンバータにおける充電される回路構成要素から引き出される。従って、ブートストラップ充電回路は、チャージポンプを、他のコンバータ回路と共に、共通基板上の内部半導体回路として実装させ得るために、ずっと小さい充電構成要素（例えば、コンデンサ、バッファ）を用い得る。一つのブートストラップコンデンサから別のブートストラップコンデンサに充電電流を向けること、及び内部チャージポンプを制御基準として用いることにより、外部チャージポンプからブートストラップ充電電流をソースする代わりに、本記載に従って、大きな外部構成要素へのより少ない外部半導体接続を用いる半導体実装が提供され得、これはコストを低減するのを助ける。

【0012】

図１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路のためのブートストラップ充電回路１００の一例を図示する。本明細書において用いられるように、「回路」という用語は、アナログ回路又は制御回路などの回路機能を実施する、能動及び／又は受動要素の集まりを含み得る。付加的に又は代替として、例えば、「回路」という用語は、回路要素の全て及び／又は幾つかが共通基板（例えば、半導体基板）上に製造される集積回路（ＩＣ）を含み得る。

【0013】

図１の例において示されるように、回路１００は、電圧チャージポンプ（ＶＣＰ）として示される出力基準電圧を生成するためのチャージポンプ１１０を含む。本明細書において用いられるように、チャージポンプは、より高い又はより低い電圧電源をつくるために、コンデンサをエネルギー蓄積要素として用いるＤＣ／ＤＣコンバータのタイプである。チャージポンプは、電圧のコンデンサ（例えば、図３参照）への接続を制御するためにスイッチングデバイスの幾つかの形態を用いる。第１のブートストラップリフレッシュ回路１２０が、チャージポンプ１１０から基準電圧ＶＣＰを受け取る。第１のブートストラップリフレッシュ回路１２０は更に、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１及び第２のブートストラップコンデンサノード１２４及び１２６間に結合される。第１のブートストラップリフレッシュ回路１２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の動作モードを示す制御信号１３０に基づいて、第１のブートストラップコンデンサノード１２４から第１の充電経路ＩＰＨ１を介して第２のブートストラップコンデンサノード１２６にソースされる第１の充電電流を提供する。第２のブートストラップリフレッシュ回路１４０も、チャージポンプ１１０から基準電圧ＶＣＰを受け取る。第２のブートストラップリフレッシュ回路１４０は更に、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１及び第２のブートストラップコンデンサノード１２４及び１２６間に結合される。第２のブートストラップリフレッシュ回路１４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータの第２の動作モードを示す制御信号１３０に基づいて、第２のブートストラップコンデンサノード１２６から第２の充電経路ＩＰＨ２を介して第１のブートストラップコンデンサノード１２４に第２の充電電流を供給する。

【0014】

第１及び第２のブートストラップリフレッシュ回路１２０及び１４０の各々は、それぞれ、基準電圧ＶＣＰ及び制御信号１３０に基づいて充電経路ＩＰＨ１及びＩＰＨ２を介して第１の充電及び第２の充電電流を制御するためのリフレッシュ制御回路１４４及び１４６を含む。リフレッシュ制御回路１４４及び１４６の各々は、１６４及び１６６において示される電流信号、及び第１又は第２の動作モードのいずれかを示す制御信号１３０に基づいて、それぞれ、第１及び第２のブートストラップコンデンサノード１２４及び１２６の各々に、第１の充電電流及び第２の充電電流を供給する関連する充電回路１５０及び１６０を駆動する。例えば、制御信号１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを、ブースト、バック、又はバック／ブーストモードとして示し得る。

【0015】

図３及び図４に関して後述されるように、リフレッシュ制御回路１４４及び１４６及び関連する充電回路１５０及び１６０の各々は、電流信号１６４及び１６６を生成するため、及び、それぞれ基準電圧ＶＣＰに基づいて第１の充電及び第２の充電電流を制御するために、電流ミラーを介して結合される。電流ミラーの各々は、それぞれ、電流信号１６４及び１６６を制御するように構成される電流ミラー抵抗器ネットワークにおける相対抵抗に基づいてバイアスされ得る。幾つかの例において、チャージポンプ１１０は、第１及び第２のブートストラップリフレッシュ回路１２０及び１４０と共に共通半導体基板上で動作し得る。従って、外部チャージポンプピン及び構成要素を取り除くことができ、これにより、既存のアプローチよりも回路コストが低減される。チャージポンプ１１０は更に、基準電圧ＶＣＰを生成するために充電コンデンサ（又はコンデンサ）を駆動するバッファを含み得、バッファ及び充電コンデンサの各々は、本明細書に記載するように、他のコンバータ回路を備える半導体基板上で動作し得る。

【0016】

図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２００のためのブートストラップ充電回路及びドライバ回路の一例を図示する。回路２００は、本明細書に記載するようなＤＣ／ＤＣコンバータオペレーションを提供するためにコンバータインダクタＬＣと共に、外部ブートストラップコンデンサＣ１及びＣ２と動作する共通半導体基板上に実装され得る。回路２００は、リフレッシュ回路２０４及びバック／ブーストレギュレータ回路２０６を含む。チャージポンプ２０８が、第１のブートストラップリフレッシュ回路２１０のための出力基準電圧ＶＣＰを生成する。第１のリフレッシュ制御回路２１２が、チャージポンプ２０８から基準電圧ＶＣＰを受信するための電圧入力を含む。第１のリフレッシュ制御回路２１２は、基準電圧ＶＣＰに基づいて及び制御信号入力２１６に応答して、出力電流を電流信号２１４として生成する。第１の充電回路２１８が、第１のリフレッシュ制御回路２１２からの出力電流２１４に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ１から充電電流を供給する。充電電流は、第１のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ１から第１の充電回路２１８を介して充電経路ＩＰＨ１を介して第２のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ２にソースされる。

【0017】

第２のブートストラップリフレッシュ回路２２０が、第２のリフレッシュ制御回路２２２を含み、第２のリフレッシュ制御回路２２２は、チャージポンプ２０８から基準電圧ＶＣＰを受信するための電圧入力を含む。第２のリフレッシュ制御回路２２２は、基準電圧ＶＣＰに基づいて及び制御信号入力２１６に応答して、電流信号２２４を介して出力電流を生成する。第２の充電回路２２６が、第２のリフレッシュ制御回路２２２の信号２２４からの出力電流に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの第２のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ２から充電電流を供給する。充電電流は、第２のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ２から第１のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ１に第２の充電回路２２６及び第２の充電経路ＩＰＨ２を介してソースされる。示されるように、ブートストラップコンデンサＣ１及びＣ２が、それぞれのブートストラップノードＢＳＴ１及びＢＳＴ２と、コンバータインダクタＬＣの相対する端部との間に結合され得、コンバータインダクタＬＣは、コンバータノードＬ１及びＬ２にも結合される。

【0018】

第１のリフレッシュ制御回路２１２及び第１の充電回路２１８は、基準電圧ＶＣＰ及び第１の電流信号２１４に基づいて第１の充電電流を制御するために、第１の電流ミラー（例えば、図３参照）を介して結合され得る。同様に、第２のリフレッシュ制御回路２２２及び第２の充電回路２２６は、基準電圧ＶＣＰ及び第２の電流信号２２４に基づいて第２の充電電流を制御するために、第２の電流ミラーを介して結合され得る。第１及び第２の電流ミラーの各々は、構成抵抗器（例えば、マッチド抵抗器ペア）を介してバイアスされ得る。構成抵抗器間の相対抵抗は、電流ミラーのそれぞれの電流信号を制御するように設定され得る。幾つかの例において、チャージポンプ２０８は、それぞれ、第１及び第２のリフレッシュ制御回路２１２及び２２２及び第１及び第２の充電回路２１８及び２２６と共に、共通半導体基板上に実装される。

【0019】

チャージポンプ２０８は、基準電圧ＶＣＰを生成するために充電コンデンサを駆動するバッファを含み得、バッファ及び充電コンデンサの各々は、半導体基板上で動作する。図２の例において、バック／ブーストレギュレータ回路２０６は、第１のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ１と共に作用し得るＤＣ／ＤＣコンバータの第１のインダクタノードＬ１を（バックモードにおいて）駆動するため、バックサイドドライバ回路２３０を含む。ブーストサイドドライバ回路２４０が、第２のブートストラップコンデンサＢＳＴ２と作用し得るＤＣ／ＤＣコンバータの第２のインダクタノードＬ２を（ブーストモードにおいて）駆動する。レギュレータ制御回路２５０が、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１及び第２のインダクタノードＬ１及びＬ２の間の電流フローの方向を制御する。バックモードにおいて、バックサイドドライバ回路２３０は、交流（ＡＣ）（例えば、矩形波）信号をＬ１ノードを介してインダクタに駆動する一方、ブーストサイドドライバ回路２４０は、比較的イナクティブ（非スイッチングモード）であり、ノードＬ２を介してインダクタＬＣのための接地リターン経路を提供する。バックモードの間、Ｃ１が充電され、充電電流を第１の充電回路２１８を介してＢＳＴ２及びＣ２に供給する。

【0020】

反対に、ブーストモードでは、ブーストサイドドライバ回路２４０は、ＡＣ信号をＬ２ノードを介してインダクタに駆動する一方、バックサイドドライバ回路２３０は、比較的イナクティブ（非スイッチングモード）であり、ノードＬ１を介してインダクタＬＣのための接地リターン経路を提供する。ブーストモードの間、Ｃ２が充電され、充電電流を第２の充電回路２２６を介してＢＳＴ１及びＣ１に供給する。制御回路２５０は、バックモードオペレーション、ブーストモードオペレーション、及びバック／ブーストモードオペレーションの少なくとも一つを含む、ＤＣ／ＤＣコンバータのオペレーションを制御し、ここで、バック／ブーストとは、出力電圧をレギュレートするためのバックとブーストとの間の断続的なスイッチングを指す。

【0021】

図３は、充電回路１５０、１６０、２１８、及び／又は２２６を実装するために用いることができるなど、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路のためのブートストラップ充電回路３００の一例を図示する。回路３００は、電圧チャージポンプ（ＶＣＰ）として示される出力基準電圧を生成するためのチャージポンプ３１０を含む。チャージポンプ３１０は、チャージポンプクロックＣＰＣＬＫから駆動されるバッファ３１４を含み、チャージポンプコンデンサＣ３、及びダイオードＤ１及び第２のチャージポンプコンデンサＣ４と直列のノードＣＰ２を駆動する。Ｄ１に結合されるノードＣＰ１が、ＶＩＮＰとして示されるコンバータへの入力電圧と共に、ブートストラップノードＢＳＴ１及びＢＳＴ２からの電圧を受け取る。

【0022】

第１のリフレッシュ制御回路３２０が、チャージポンプ３１０から基準電圧ＶＣＰを受け取る。第１のリフレッシュ制御回路３２０は、基準電圧ＶＣＰに基づいて及び制御信号入力３２４に応答して、出力電流を電流信号３２２として生成する。第１のリフレッシュ制御回路３２０はトランジスタスイッチデバイスＭ０及びＭ１を含み、トランジスタスイッチデバイスＭ０及びＭ１は、ＶＣＰを受け取り、電流信号３２２を制御するマッチド抵抗器Ｒ１及びＲ２を介してＭ２及びＭ３に結合される。バッファ３２６が、制御信号３２４を受け取り、制御信号に応答してデバイスＭ２を駆動する。トランジスタデバイスＭ４及びダイオードＤ２を含む第１の充電回路３２８が、第１のリフレッシュ制御回路３２０からの出力電流３２２に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ１から充電電流を供給する。充電電流は、第１のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ１から第１の充電回路３２８を介して第２のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ２にソースされる。

【0023】

第２のリフレッシュ制御回路３３０が、チャージポンプ３１０から基準電圧ＶＣＰを受け取る。第２のリフレッシュ制御回路３３０は、基準電圧ＶＣＰに基づいて及び制御信号入力３２４に応答して、出力電流を電流信号３３２として生成する。第２のリフレッシュ制御回路３３０は、トランジスタスイッチデバイスＭ５及びＭ６を含み、これらは、ＶＣＰを受け取り、電流信号３３２を制御するマッチド抵抗器Ｒ３及びＲ４を介してＭ７及びＭ８に結合される。バッファ３３６が、制御信号３２４を受け取り、制御信号に応答してデバイスＭ７を駆動する。トランジスタデバイスＭ９及びダイオードＤ３を含む第２の充電回路３３８が、第２のリフレッシュ制御回路３３０からの出力電流３３２に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの第２のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ２から充電電流を供給する。充電電流は、第２のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ２から第２の充電回路３３８を介して第１のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ１にソースされる。

【0024】

第１のリフレッシュ制御回路３２０及び第１の充電回路３２８は、基準電圧ＶＣＰ及び第１の電流信号３２２に基づいて第１の充電電流を制御するためＭ３及びＭ４から形成される第１の電流ミラーを介して結合され得る。同様に、第２のリフレッシュ制御回路３３０及び第２の充電回路３３８は、基準電圧ＶＣＰ及び第２の電流信号３３２に基づいて第２の充電電流を制御するためにＭ８及びＭ９から形成される第２の電流ミラーを介して結合され得る。第１及び第２の電流ミラーの各々は、電流ミラーのそれぞれの電流信号３２２及び３３２を制御するように構成される抵抗器ペアＲ１／Ｒ２及びＲ３／Ｒ４を介してバイアスされ得る。図４Ａ及び図４Ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータを備えるブートストラップ充電を提供するためにブートストラップ充電回路３００がどのように用いられ得るかを図示する。

【0025】

図４Ａ及び図４Ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路のためのブートストラップ充電回路及びドライバ回路の例示の回路４００を図示する。図３に関して上述したブートストラップ充電回路は、図４Ａのボックス４１０内に示されている。簡潔にするため、ボックス４１０における構成要素の各々は更に説明はしない。図４Ａの充電回路は、図４Ｂのバック／ブーストレギュレータ回路４２０に結合される。回路４２０は、第１のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ１と作用し得るＤＣ／ＤＣコンバータの第１のインダクタノードＬ１を（バックモードにおいて）駆動するためのバックサイドドライバ回路４３０を含み得る。バックサイドドライバ回路４３０は、トランジスタスイッチデバイスＭ１０及びＭ１１を含み、これらは、コンバータの入力電圧ＶＩＮＰに結合される。Ｍ１１は、ダイオードＤ４及び抵抗器Ｒ５に接続されるバッファ４３４から駆動される。トランジスタＭ１２が、コントローラ４４０からの制御信号４３６に応答してバッファ４３４を駆動する。コントローラ４４０からの制御信号４３６出力は、Ｍ１０及びＭ１２のスイッチング動作を制御するバッファ４４４を駆動する。

【0026】

ブーストサイドドライバ回路４５０が、第２のブートストラップコンデンサノードＢＳＴ２と作用し得るＤＣ／ＤＣコンバータの第２のインダクタノードＬ２を（ブーストモードにおいて）駆動する。ブーストサイドドライバ回路４５０は、トランジスタスイッチデバイスＭ１３及びＭ１４を含み、これらは、コンバータの出力電圧ＶＯＵＴに結合される。Ｍ１３は、ダイオードＤ５及び抵抗器Ｒ６に接続されるバッファ４５４から駆動される。トランジスタＭ１５が、コントローラ４４０からの制御信号４５６に応答してバッファ４５４を駆動する。コントローラ４４０からの出力４５６は、Ｍ１４及びＭ１５のスイッチング動作を制御するバッファ４５８を駆動する。

【0027】

コントローラ４４０は、ランプ回路４６２からのランプ信号に基づいて、レギュレータモード（例えば、バック、ブースト、バック／ブースト）を決定するコンパレータ４６０を含む。ランプ信号の急峻さに基づいて、回路４２０が、バックモード（ＶＯＵＴより大きいＶＩＮＰ）にあるか、ブーストモード（ＶＯＵＴより小さいＶＩＮＰ）にあるか、又はバック／ブーストモード（ＶＯＵＴにほぼ等しいＶＩＮＰ）にあるかを制御する。コンパレータ４６０は、コンバータ制御信号４３６及び４５６を生成するため、ランプ回路４６２からのランプ信号を電流エラー増幅器信号ＣＥＡ ＯＵＴと比較する。信号ＣＥＡ ＯＵＴは、電圧エラー増幅器ＶＥＡから電流エラー増幅器ＣＥＡを介して駆動される。増幅器ＶＥＡは、ＶＯＵＴを制御するために、所定の閾値設定ＲＥＦに対してＲ７及びＲ８のディバイダネットワークを介してＶＯＵＴを監視する。

【0028】

本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に改変が成され得、他の実施例が可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】