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特開2024-102834マルチレベル電圧コンバータ用フライングキャパシタスタートアップ回路
(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】P2024102834
(43)【公開日】2024-07-31
(54)【発明の名称】マルチレベル電圧コンバータ用フライングキャパシタスタートアップ回路
(51)【国際特許分類】
H02M 3/155 20060101AFI20240724BHJP
【ＦＩ】
H02M3/155 H
H02M3/155 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024004376
(22)【出願日】2024-01-16
(31)【優先権主張番号】18/156,766
(32)【優先日】2023-01-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】518364964
【氏名又は名称】ルネサス エレクトロニクス アメリカ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＥＳＡＳ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＡＭＥＲＩＣＡ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】１００１ Ｍｕｒｐｈｙ Ｒａｎｃｈ Ｒｏａｄ， Ｍｉｌｐｉｔａｓ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９５０３５， Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】バリー・ジョン・コンクリン
【テーマコード（参考）】
5H730
【Ｆターム（参考）】
5H730AS04
5H730AS05
5H730BB13
5H730BB14
5H730BB57
5H730DD02
5H730FD11
5H730FD21
5H730FG05
5H730XC01
(57)【要約】
【課題】 マルチレベル電圧コンバータを動作させるための装置、デバイス、および方法を提供する。
【解決手段】
半導体装置は、回路を含むことができる。回路は、複数の電流源を含むことができる。回路は、マルチレベル電圧コンバータのフライングキャパシタにわたるフライングキャパシタ電圧を測定するように構成され得る。さらに、回路は、フライングキャパシタ電圧と、接地とマルチレベル電圧コンバータに提供される入力電圧との間の中間電圧に相当する電圧レベルとを比較するように構成され得る。さらに、回路は、比較の結果に基づいて、複数の電流源のうちの１つの電流源を切り替えて、フライングキャパシタ電圧を中間電圧に維持するように構成され得る。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】
半導体装置は、回路を含むことができる。回路は、複数の電流源を含むことができる。回路は、マルチレベル電圧コンバータのフライングキャパシタにわたるフライングキャパシタ電圧を測定するように構成され得る。さらに、回路は、フライングキャパシタ電圧と、接地とマルチレベル電圧コンバータに提供される入力電圧との間の中間電圧に相当する電圧レベルとを比較するように構成され得る。さらに、回路は、比較の結果に基づいて、複数の電流源のうちの１つの電流源を切り替えて、フライングキャパシタ電圧を中間電圧に維持するように構成され得る。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電流源を含む回路を備える半導体装置であって、
前記回路は、
マルチレベル電圧コンバータのフライングキャパシタにわたるフライングキャパシタ電圧を測定し、
前記フライングキャパシタ電圧と、接地と前記マルチレベル電圧コンバータに提供される入力電圧との間の中間電圧に相当する電圧レベルとを比較し、
前記比較の結果に基づいて、前記複数の電流源のうちの１つの電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧を前記中間電圧に維持するように構成される、
半導体装置。
前記回路は、
マルチレベル電圧コンバータのフライングキャパシタにわたるフライングキャパシタ電圧を測定し、
前記フライングキャパシタ電圧と、接地と前記マルチレベル電圧コンバータに提供される入力電圧との間の中間電圧に相当する電圧レベルとを比較し、
前記比較の結果に基づいて、前記複数の電流源のうちの１つの電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧を前記中間電圧に維持するように構成される、
半導体装置。
【請求項2】
前記回路は、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタを放電させるように構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタを放電させるように構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記回路は、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるように構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるように構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項4】
固定オフ時間モードで前記回路が動作することに応答して、前記回路は、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させ、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達したことに応答して、前記回路のスリープモードを起動し、
所定の時間が経過したことに応答して、前記回路の前記スリープモードを解除するように構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させ、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達したことに応答して、前記回路のスリープモードを起動し、
所定の時間が経過したことに応答して、前記回路の前記スリープモードを解除するように構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項5】
ヒステリシスモードで前記回路が動作することに応答して、前記回路は、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させ、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達したことに応答して、監視モードを起動して前記フライングキャパシタから前記第１の電流源および前記第２の電流源を切り離し、
前記フライングキャパシタ電圧が所定の電圧ウィンドウの下限に到達したことに応答して、前記回路内の前記第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が所定の電圧ウィンドウの上限に到達したことに応答して、前記回路内の前記第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるように構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させ、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達したことに応答して、監視モードを起動して前記フライングキャパシタから前記第１の電流源および前記第２の電流源を切り離し、
前記フライングキャパシタ電圧が所定の電圧ウィンドウの下限に到達したことに応答して、前記回路内の前記第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が所定の電圧ウィンドウの上限に到達したことに応答して、前記回路内の前記第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるように構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記回路は、
前記マルチレベル電圧コンバータの出力電圧を測定し、
前記出力電圧と前記中間電圧とを比較して、前記出力電圧が前記中間電圧を上回るか下回るかを判定し、
前記出力電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタの負端子における電圧を接地に引き寄せ、且つ前記フライングキャパシタの正端子を前記中間電圧に引き寄せ、
前記出力電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタの負端子における電圧を前記中間電圧に引き寄せ、且つ前記フライングキャパシタの正端子を前記入力電圧に引き寄せるようにさらに構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
前記マルチレベル電圧コンバータの出力電圧を測定し、
前記出力電圧と前記中間電圧とを比較して、前記出力電圧が前記中間電圧を上回るか下回るかを判定し、
前記出力電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタの負端子における電圧を接地に引き寄せ、且つ前記フライングキャパシタの正端子を前記中間電圧に引き寄せ、
前記出力電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタの負端子における電圧を前記中間電圧に引き寄せ、且つ前記フライングキャパシタの正端子を前記入力電圧に引き寄せるようにさらに構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記マルチレベル電圧コンバータは３レベル電圧コンバータであり、前記中間電圧は前記入力電圧の半分である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項8】
フライングキャパシタおよび複数のトランジスタを含むマルチレベル電圧コンバータと、
複数の電流源を含む回路と、
を備えるシステムであって、
前記回路は、
前記マルチレベル電圧コンバータの前記フライングキャパシタにわたるフライングキャパシタ電圧を測定し、
前記フライングキャパシタ電圧と、接地と前記マルチレベル電圧コンバータに提供される入力電圧との間の中間電圧に相当する電圧レベルとを比較し、
前記比較の結果に基づいて、前記複数の電流源のうちの１つの電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧を前記中間電圧に維持するように構成される、
システム。
複数の電流源を含む回路と、
を備えるシステムであって、
前記回路は、
前記マルチレベル電圧コンバータの前記フライングキャパシタにわたるフライングキャパシタ電圧を測定し、
前記フライングキャパシタ電圧と、接地と前記マルチレベル電圧コンバータに提供される入力電圧との間の中間電圧に相当する電圧レベルとを比較し、
前記比較の結果に基づいて、前記複数の電流源のうちの１つの電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧を前記中間電圧に維持するように構成される、
システム。
【請求項9】
前記回路は、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタを放電させるように構成される、
請求項８に記載のシステム。
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタを放電させるように構成される、
請求項８に記載のシステム。
【請求項10】
前記回路は、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるように構成される、
請求項８に記載のシステム。
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるように構成される、
請求項８に記載のシステム。
【請求項11】
固定オフ時間モードで前記回路が動作することに応答して、前記回路は、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させ、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達したことに応答して、前記回路のスリープモードを起動し、
所定の時間が経過したことに応答して、前記回路の前記スリープモードを解除するように構成される、
請求項８に記載のシステム。
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させ、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達したことに応答して、前記回路のスリープモードを起動し、
所定の時間が経過したことに応答して、前記回路の前記スリープモードを解除するように構成される、
請求項８に記載のシステム。
【請求項12】
ヒステリシスモードで前記回路が動作することに応答して、前記回路は、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させ、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達したことに応答して、監視モードを起動して前記フライングキャパシタから前記第１の電流源および前記第２の電流源を切り離し、
前記フライングキャパシタ電圧が所定の電圧ウィンドウの下限に到達したことに応答して、前記回路内の前記第１の電流源を切り替えて前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が所定の電圧ウィンドウの上限に到達したことに応答して、前記回路内の前記第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるように構成される、
請求項８に記載のシステム。
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させ、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達したことに応答して、監視モードを起動して前記フライングキャパシタから前記第１の電流源および前記第２の電流源を切り離し、
前記フライングキャパシタ電圧が所定の電圧ウィンドウの下限に到達したことに応答して、前記回路内の前記第１の電流源を切り替えて前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電し、
前記フライングキャパシタ電圧が所定の電圧ウィンドウの上限に到達したことに応答して、前記回路内の前記第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるように構成される、
請求項８に記載のシステム。
【請求項13】
前記回路は、
前記マルチレベル電圧コンバータの出力電圧を測定し、
前記出力電圧と前記中間電圧とを比較して、前記出力電圧が前記中間電圧を上回るか下回るかを判定し、
前記出力電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタの負端子における電圧を接地に引き寄せ、且つ前記フライングキャパシタの正端子を前記中間電圧に引き寄せ、
前記出力電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタの負端子における電圧を前記中間電圧に引き寄せ、且つ前記フライングキャパシタの正端子を前記入力電圧に引き寄せるようにさらに構成される、
請求項８に記載のシステム。
前記マルチレベル電圧コンバータの出力電圧を測定し、
前記出力電圧と前記中間電圧とを比較して、前記出力電圧が前記中間電圧を上回るか下回るかを判定し、
前記出力電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタの負端子における電圧を接地に引き寄せ、且つ前記フライングキャパシタの正端子を前記中間電圧に引き寄せ、
前記出力電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタの負端子における電圧を前記中間電圧に引き寄せ、且つ前記フライングキャパシタの正端子を前記入力電圧に引き寄せるようにさらに構成される、
請求項８に記載のシステム。
【請求項14】
前記マルチレベル電圧コンバータは３レベル電圧コンバータであり、前記中間電圧は前記入力電圧の半分である、請求項８に記載のシステム。
【請求項15】
マルチレベル電圧コンバータを動作させるための方法であって、
マルチレベル電圧コンバータのフライングキャパシタにわたるフライングキャパシタ電圧を測定するステップと、
前記フライングキャパシタ電圧と、接地と前記マルチレベル電圧コンバータに提供される入力電圧との間の中間電圧に相当する電圧レベルとを比較するステップと、
前記比較の結果に基づいて、回路内の複数の電流源のうちの１つの電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧を前記中間電圧に維持するステップと、
を含む、方法。
マルチレベル電圧コンバータのフライングキャパシタにわたるフライングキャパシタ電圧を測定するステップと、
前記フライングキャパシタ電圧と、接地と前記マルチレベル電圧コンバータに提供される入力電圧との間の中間電圧に相当する電圧レベルとを比較するステップと、
前記比較の結果に基づいて、回路内の複数の電流源のうちの１つの電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧を前記中間電圧に維持するステップと、
を含む、方法。
【請求項16】
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタを充電するステップと、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタを放電させるステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタを放電させるステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電するステップと、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項18】
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電するステップと、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるステップと、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達したことに応答して、前記回路のスリープモードを起動するステップと、
所定の時間が経過したことに応答して、前記回路の前記スリープモードを解除するステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるステップと、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達したことに応答して、前記回路のスリープモードを起動するステップと、
所定の時間が経過したことに応答して、前記回路の前記スリープモードを解除するステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項19】
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電するステップと、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるステップと、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達したことに応答して、監視モードを起動して前記フライングキャパシタから前記第１の電流源および前記第２の電流源を切り離すステップと、
前記フライングキャパシタ電圧が所定の電圧ウィンドウの下限に到達したことに応答して、前記回路内の前記第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電するステップと、
前記フライングキャパシタ電圧が所定の電圧ウィンドウの上限に到達したことに応答して、前記回路内の前記第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるステップと、
前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達したことに応答して、監視モードを起動して前記フライングキャパシタから前記第１の電流源および前記第２の電流源を切り離すステップと、
前記フライングキャパシタ電圧が所定の電圧ウィンドウの下限に到達したことに応答して、前記回路内の前記第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを充電するステップと、
前記フライングキャパシタ電圧が所定の電圧ウィンドウの上限に到達したことに応答して、前記回路内の前記第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタ電圧が前記中間電圧に到達するまで前記フライングキャパシタを放電させるステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項20】
前記マルチレベル電圧コンバータの出力電圧を測定するステップと、
前記出力電圧と前記中間電圧とを比較して、前記出力電圧が前記中間電圧を上回るか下回るかを判定するステップと、
前記出力電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタの負端子における電圧を接地に引き寄せ、且つ前記フライングキャパシタの正端子を前記中間電圧に引き寄せるステップと、
前記出力電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタの負端子における電圧を前記中間電圧に引き寄せ、且つ前記フライングキャパシタの正端子を前記入力電圧に引き寄せるステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
前記出力電圧と前記中間電圧とを比較して、前記出力電圧が前記中間電圧を上回るか下回るかを判定するステップと、
前記出力電圧が前記中間電圧を下回ったことに応答して、前記回路内の第１の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタの負端子における電圧を接地に引き寄せ、且つ前記フライングキャパシタの正端子を前記中間電圧に引き寄せるステップと、
前記出力電圧が前記中間電圧を上回ったことに応答して、前記回路内の第２の電流源を切り替えて、前記フライングキャパシタの負端子における電圧を前記中間電圧に引き寄せ、且つ前記フライングキャパシタの正端子を前記入力電圧に引き寄せるステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、半導体装置に関する。より詳細には、本開示は、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路に関する。
【背景技術】
【0002】
バック（ｂｕｃｋ）コンバータやブーストコンバータなどの電圧コンバータは、入力電圧を、電圧レベルが異なる出力電圧に変換するために使用され得る。バックコンバータ（降圧コンバータ）は、直流（ＤＣ）電圧を低減させる必要がある用途に使用され得る。バックコンバータは、入力電圧を受け取ることができ、降圧された出力電圧を提供することができる。ブーストコンバータ（昇圧コンバータ）は、ＤＣ電圧を増大させる必要がある用途に使用され得る。ブーストコンバータは、入力電圧を受け取ることができ、昇圧された出力電圧を提供することができる。電圧コンバータは、電圧コンバータの入力において複数のスイッチを含むことができる。ここで、スイッチは、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号によってオンおよびオフされ得る。ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルは、電圧コンバータの出力電圧を決定することができる。スイッチがオンやオフされると、ＤＣ入力電圧が変調され、変調された電圧は、インダクタに提供され得る。インダクタは、キャパシタに接続され得る。変調された電圧は、時間とともに変化する電流をインダクタに生じさせる、時間とともに変化する電圧とすることができる。インダクタおよびキャパシタと、時間とともに変化する電圧および電流との相互作用により、入力電圧とは異なるＤＣレベルをもつほぼ一定の出力電圧が生成され得る。
【0003】
２つのスイッチを有する電圧コンバータは、入力電圧と接地という２つの電圧間でインダクタを切り替えることができる。マルチレベル電圧コンバータは、２つ以上のスイッチを含むことができ、入力電圧、入力電圧と接地との間の少なくとも１つの中間電圧、および接地を含む２つ以上の電圧の間でインダクタを切り替えることができる。例えば、３レベル電圧コンバータは、４つのスイッチを含むことができ、入力電圧、入力電圧の半分に相当する中間電圧、および接地を含む３つの電圧の間でインダクタを切り替えることができる。マルチレベル電圧コンバータは、充電状態と放電状態を含む２つの状態の間で切り替えられる少なくとも１つのフライングキャパシタを含む。
【発明の概要】
【0004】
一実施形態において、一般に、半導体装置が提供される。半導体装置は、回路を含むことができる。回路は、複数の電流源を含むことができる。回路は、マルチレベル電圧コンバータのフライングキャパシタにわたるフライングキャパシタ電圧を測定するように構成され得る。さらに、回路は、フライングキャパシタ電圧と、接地とマルチレベル電圧コンバータに提供される入力電圧との間の中間電圧に相当する電圧レベルとを比較するように構成され得る。さらに、回路は、比較の結果に基づいて、複数の電流源のうちの１つの電流源を切り替えて、フライングキャパシタ電圧を中間電圧に維持するように構成され得る。
【0005】
一実施形態において、一般に、システムが提供される。システムは、マルチレベル電圧コンバータと回路とを含むことができる。マルチレベル電圧コンバータは、フライングキャパシタと複数のトランジスタを含むことができる。回路は、複数の電流源を含むことができる。回路は、マルチレベル電圧コンバータのフライングキャパシタにわたるフライングキャパシタ電圧を測定するように構成され得る。さらに、回路は、フライングキャパシタ電圧と、接地とマルチレベル電圧コンバータに提供される入力電圧との間の中間電圧に相当する電圧レベルとを比較するように構成され得る。さらに、回路は、比較の結果に基づいて、複数の電流源のうちの１つの電流源を切り替えて、フライングキャパシタ電圧を中間電圧に維持するように構成され得る。
【0006】
一実施形態において、一般に、マルチレベル電圧コンバータを動作させるための方法が提供される。該方法は、マルチレベル電圧コンバータのフライングキャパシタにわたるフライングキャパシタ電圧を測定するステップを含むことができる。さらに、該方法は、フライングキャパシタ電圧と、接地とマルチレベル電圧コンバータに提供される入力電圧との間の中間電圧に相当する電圧レベルとを比較するステップを含むことができる。さらに、該方法は、比較の結果に基づいて、複数の電流源のうちの１つの電流源を切り替えて、フライングキャパシタ電圧を中間電圧に維持するステップを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
以下、添付の図を参照して本発明の様々な実施形態のさらなる特徴、構造、および動作を詳細に説明する。図において、同様の参照符号は同一または機能的に同様の要素を示す。
【図1A】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路を含む装置の例示的な図である。
【図1B】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路を実装することができるシステムの例示的な図である。
【図1C】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路を実装することができるシステムの例示的な図である。
【図1D】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路を含む別の装置の例示的な図である。
【図1E】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路を含む別の装置の例示的な図である。
【図1F】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路を実装することができる別の装置の例示的な図である。
【図1G】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路を実装することができる別の装置の例示的な図である。
【図2】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路の例示的な図である。
【図3】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ内のフライングキャパシタのコモンモード電圧を制御するための回路の例示的な図である。
【図4】一実施形態における、ヒステリシスモードでフライングキャパシタ電圧を制御するための回路の例示的な図である。
【図5】一実施形態における、ヒステリシスモードでのフライングキャパシタスタートアップ回路の動作を示す例示的な状態図である。
【図6A】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路のヒステリシスモードでのフライングキャパシタ電圧を示す例示的な図である。
【図6B】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路の動作中のフライングキャパシタ電圧を示す別の例示的な図である。
【図7】一実施形態における、固定オフ時間モードでフライングキャパシタ電圧を制御するための回路７００の例示的な図である。
【図9A】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路の固定オフ時間モードでのフライングキャパシタ電圧を示す例示的な図である。
【図9B】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路の固定オフ時間モードでのフライングキャパシタ電圧を示す別の例示的な図である。
【図10】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路に電流源を実装するための回路の例示的な図である。
【図11】一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路を実装するプロセスを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下の説明では、本願の様々な実施形態の理解を促すために、特定の構造、構成要素、材料、寸法、処理ステップ、および技術などを含む多数の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、当業者であれば、本願の様々な実施形態が、これらの具体的な詳細なしに実現され得ることを理解するであろう。場合によっては、本願を不明瞭にしないために、既知の構造または処理ステップの詳細に関する説明を省略する。
【0009】
図１Ａは、一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路を含む装置の例示的な図である。図１には、装置１００が示されている。装置１００は、例えば、入力電圧Ｖｉｎを受け取り、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する電圧レギュレータを実装する半導体装置であり得る。装置１００は、回路１０２とマルチレベル電圧コンバータ１０４とを含むことができる。ここで、マルチレベル電圧コンバータ１０４は、３レベルバックコンバータであり得る。マルチレベル電圧コンバータ１０４は、４つのトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４と、インダクタＬと、フライングキャパシタＣｆｌｙと、を含むことができる。トランジスタＱ１およびＱ４を外側トランジスタと呼ぶことができ、トランジスタＱ２およびＱ３を内側トランジスタと呼ぶことができる。
【0010】
また、図１Ｄに示す実施形態において、回路１０２は、３レベルブーストコンバータ１５２のようなマルチレベルブーストコンバータを含む装置１５０に対して実装され得る。図１Ｅに示す実施形態において、複数の回路１０２が４レベルブーストコンバータを含む装置１６０に対して実装され得る。また、図１Ｆに示す実施形態において、複数の回路１０２がＮレベルバックコンバータを含む装置１７０に対して実装され得る。また、図１Ｇに示す実施形態において、複数の回路１０２がＮレベルブーストコンバータを含む装置１８０に対して実装され得る。
【0011】
トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４は、異なるタイミングで切り替えられて所望の電圧レベルを生成し、所望の電圧レベルを出力電圧Ｖｏｕｔとして出力することができる。一態様において、信号Ｓ１およびＳ４を含む第１の相補信号は、デューティサイクルＤ＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎで外側トランジスタＱ１およびＱ４を駆動することができる。同一のデューティサイクルを有する信号Ｓ２およびＳ３を含む第２の相補信号は、内側トランジスタＱ２およびＱ３を駆動することができる。第２の相補信号は、第１の相補信号から１８０度位相シフトされ得る。第１および第２の相補信号のタイミングおよびデューティサイクルは、フライングキャパシタ電圧（例えばフライングキャパシタＣｆｌｙの電圧）を入力電圧Ｖｉｎの半分、例えばＶｉｎ／２に維持することができる。フライングキャパシタ電圧をＶｉｎ／２に維持することで、内側トランジスタＱ２およびＱ３間のスイッチノードＶＬＸにおける電圧は、Ｖｉｎ、Ｖｉｎ／２、および接地（ＧＮＤ）の間で交互に変化することができる。
【0012】
回路１０２は、フライングキャパシタ電圧を初期化して目標電圧に維持するように構成されたスタートアップ回路であり得る。ここで、３レベル電圧コンバータの場合、目標電圧はＶｉｎ／２であり得る。回路１０２によって維持される目標電圧は、Ｖｉｎと接地との間の電圧レベルをもつ中間電圧であり得る。１つまたは複数の実施形態において、回路１０２の複数のコピーがＮレベル電圧コンバータに対して実装され得る。回路１０２のコピーの各々は、個々のフライングキャパシタをそれぞれの目標電圧に維持することができる。図１Ｅの実施形態で示すように、回路１０２の１つのコピーが第１のフライングキャパシタＣｆｌｙ１を中間電圧Ｖｉｎ／３に維持するように実装され得、回路１０２の別のコピーが第２のフライングキャパシタＣｆｌｙ２を別の中間電圧２Ｖｉｎ／３に維持するように実装され得る。
【0013】
回路１０２は、回路１０２の異なるタスクや機能を実施するように構成された１つまたは複数の回路または回路ブロックを含むことができる。図１Ｂに示す実施形態を参照すると、装置１００は、装置１００と、コントローラ１２０と、ゲートドライバ１２２と、を含むシステム１１０の一部であり得る。コントローラ１２０は、１つまたは複数のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号をゲートドライバ１２２に提供するように構成され得る。ゲートドライバ１２２は、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４を含む第１および第２の相補信号を生成および提供することで、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４を駆動するように構成され得る。信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４の生成は、コントローラ１２０によって提供されたＰＷＭ信号に基づいて実施され得る。図１Ｂに示す実施形態において、回路１０２は、コントローラ１２０およびゲートドライバ１２２から分離されたスタンドアロン回路またはハードウェアコンポーネントであり得る。図１Ｃに示す別の実施形態において、回路１０２は、ゲートドライバ１２２の一部であり得る。
【0014】
一態様において、フライングキャパシタ電圧がＶｉｎ／２またはほぼＶｉｎ／２に維持されている場合、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４のいずれかにわたる電圧は、Ｖｉｎ／２未満であり得る。したがって、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４のうちの１つは、最大動作電圧がＶｉｎ／２付近になるように選択され得る。コントローラ１２０がシャットダウンされたときに、マルチレベル電圧コンバータ１０４は、アイドル状態で電力を出力せず、フライングキャパシタ電圧は、Ｖｉｎ／２に維持されない。したがって、マルチレベル電圧コンバータ１０４をアイドル状態から起動するには、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４の過電圧を回避するために、フライングキャパシタ電圧を（充電状態または放電状態から）比較的迅速にＶｉｎ／２に到達させる必要がある。
【0015】
回路１０２は、コントローラ１２０がシャットダウンされたときにフライングキャパシタ電圧を初期化してＶｉｎ／２に維持するためのスタートアップ回路として実装され得る。コントローラ１２０がシャットダウンされたとき（およびマルチレベル電圧コンバータ１０４がアイドル状態にあるとき）にフライングキャパシタ電圧をＶｉｎ／２に維持することで、起動時の許容されるランプレートに対してトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４の過電圧を防止することができる。さらに、回路１０２は、マルチレベル電圧コンバータ１０４がアイドル状態で電力を出力していないときに有効になるので、回路１０２には動作するために比較的低い電流が必要な場合がある。さらに、回路１０２が有効であるときに、内側トランジスタＱ２およびＱ３はオフされてＶｏｕｔが切り離され、トランジスタＱ２およびＱ３のボディダイオードを通るＶｏｕｔへの電流は回避されるべきである。さらに、コントローラ１２０がシャットダウンされたときに回路１０２を有効にできるように、回路１０２は、コントローラ１２０から分離されたスタンドアロン回路として実装される。
【0016】
図２は、一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路の例示的な図である。図２に示す実施形態において、回路１０２は、複数のスイッチ電流源ｉ＿ｃｈｒｇ、ｉ＿ｄｉｓ、およびΔｉを含むことができる。電流源ｉ＿ｃｈｒｇは、ＣＨＲＧで示されるスイッチによって切り替えられ、電流源ｉ＿ｄｉｓは、ＤＩＳで示されるスイッチによって切り替えられ、電流源Δｉは、ＵＰおよびＤＯＷＮで示されるスイッチによって切り替えられ得る。
【0017】
回路１０２は、パルスモードアルゴリズムを実施して、フライングキャパシタＣｆｌｙにわたるフライングキャパシタ電圧を制御することができる。フライングキャパシタ電圧が低いと判定された場合（判定については後述）、スイッチＣＨＲＧを有効にし、ノードＶｃ＋およびＶｃ－に電流ｉ＿ｃｈｒｇを印加して、Ｃｆｌｙにわたるフライングキャパシタ電圧を目標電圧Ｖｉｎ／２に到達するまで増大させることができる。ノードＶｃ＋をＣｆｌｙの正端子に接続し、ノードＶｃ－をＣｆｌｙの負端子に接続することができる。フライングキャパシタ電圧が高いと判定された場合（判定については後述）、スイッチＤＩＳを有効にし、ノードＶｃ＋およびＶｃ－に電流ｉ＿ｄｉｓを印加して、Ｃｆｌｙにわたるフライングキャパシタ電圧を目標電圧Ｖｉｎ／２に到達するまで低減させることができる。フライングキャパシタ電圧がＶｉｎ／２、またはＶｉｎ／２付近の値に到達したことに応答して、回路１０２は、自動的に低電流スリープモードに入り、電力を節約する。
【0018】
トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４のボディダイオードを介して電流が導通するのを回避するために、電流源Δｉを切り替えて、Ｖｏｕｔに基づいてフライングキャパシタＣｆｌｙのコモンモード電圧を制御することができる。ＶｏｕｔがＶｉｎ／２を下回る場合、スイッチＤＯＷＮを有効にし、ノードＶｃ－に電流Δｉを印加して、Ｖｃ－すなわちＣｆｌｙの負端子をＧＮＤに引き下げ、Ｖｃ＋すなわちＣｆｌｙの正端子をＶｉｎ／２に充電または放電させることができる。ＶｏｕｔがＶｉｎ／２を上回る場合、スイッチＵＰを有効にし、ノードＶｃ＋にΔｉを印加して、Ｖｃ＋すなわちＣｆｌｙの正端子をＶｉｎに引き寄せ、ノードＶｃ－すなわちＣｆｌｙの負端子をＶｉｎ／２に引き上げるか引き下げることができる。
【0019】
図３は、一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ内のフライングキャパシタのコモンモード電圧を制御するための回路３００の例示的な図である。回路３００は、図１Ａ～図２に示す回路１０２における回路ブロックであり得る。回路３００は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３と、比較器３０２および３０４と、ＯＲゲート３０６と、ＡＮＤゲート３０８および３１０と、を含むことができる。回路３００は、入力電圧Ｖｉｎを受け取ることができる。抵抗Ｒ１は、入力電圧Ｖｉｎをスケーリングして、第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏを生成することができる。ここで、ΔＶｏは電圧オフセットを表す。抵抗Ｒ２は、第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏを第２のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）－ΔＶｏにさらにスケーリングすることができる。
【0020】
比較器３０２の非反転入力は、出力電圧Ｖｏｕｔを受け取ることができ、比較器３０２の反転入力は、第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏを受け取ることができる。比較器３０２は、Ｖｏｕｔと第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏとを比較することができる。Ｖｏｕｔが第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏに到達した場合、信号ＵＰをＨＩＧＨに設定して、図２に示す回路１０２のスイッチＵＰを有効にすることができる。比較器３０４の非反転入力は、第２のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）－ΔＶｏを受け取ることができる。比較器３０４の反転入力は、出力電圧Ｖｏｕｔを受け取ることができる。比較器３０４は、Ｖｏｕｔと第２のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）－ΔＶｏとを比較することができる。Ｖｏｕｔが第２のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）－ΔＶｏに到達した場合、信号ＤＯＷＮをＨＩＧＨに設定して、図２に示す回路１０２のスイッチＤＯＷＮを有効にすることができる。
【0021】
出力電圧Ｖｏｕｔが第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏと第２のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）－ΔＶｏとの間にある場合、ＵＰ信号もＤＯＷＮ信号もＨＩＧＨに設定されず、コモンモード電圧は引き上げあるいは引き下げ電流のミスマッチに依存する。さらに、回路１０２が無効であるときに、信号ＣＨＲＧおよびＤＩＳはゼロであり得る。したがって、ＯＲゲート３０６は、ゼロを出力することができる。ＯＲゲート３０６の出力がゼロなので、ＡＮＤゲート３０８および３１０もゼロを出力し、比較器３０２および３０４の出力に関係なく、信号ＵＰおよびＤＯＷＮはＬＯＷに設定される。
【0022】
図４は、一実施形態における、ヒステリシスモードでフライングキャパシタ電圧を制御するための回路４００の例示的な図である。回路４００は、回路１０２がヒステリシスモードにあるときに実装することができる（図１Ａ～図２に示す）回路１０２における回路ブロックであり得る。ヒステリシスモードとは、回路１０２のスリープモードが無効にされているときのモードである。回路４００は、抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、およびＲ７と、比較器４０２、４０４、および４０６とを含むことができる。フライングキャパシタ電圧Ｖｃｆｌｙは、ノードＶｃ＋およびＶｃ－から測定することができる（図２参照）。回路４００は、Ｖｉｎを受け取ることができ、抵抗Ｒ４は、Ｖｉｎを第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏにスケーリングすることができる。抵抗Ｒ５は、第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏをＶｉｎ／２にさらにスケーリングすることができる。抵抗Ｒ６は、Ｖｉｎ／２を第２のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）－ΔＶｏにさらにスケーリングすることができる。比較器４０２、４０４、および４０６の非反転入力は、Ｖｃｆｌｙを受け取ることができる。比較器４０２の反転入力は、第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏを受け取ることができる。比較器４０４の反転入力は、Ｖｉｎ／２を受け取ることができる。比較器４０６の反転入力は、第２のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）－ΔＶｏを受け取ることができる。比較器４０２の出力を図２に示すスイッチＤＩＳに接続し、比較器４０６の出力を図２に示すスイッチＣＨＲＧに接続することができる。一実施形態において、比較器４０４の出力は、回路１０２（図１Ａ～図２参照）を有効または無効にすることができる。例えば、ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２と等しいか、Ｖｉｎ／２から所定の許容割合内にある場合、比較器４０４からの出力は、回路１０２を無効にし、回路１０２を低電流スリープモードにすることができる。
【0023】
回路４００は、フライングキャパシタＣｆｌｙを充電するか放電させるかを決定することで、フライングキャパシタ電圧Ｖｃｆｌｙを制御するパルスモードアルゴリズムを実施することができる。一実施形態において、Ｖｃｆｌｙが第２のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）－ΔＶｏに到達したときに、Ｖｃｆｌｙは低電圧であると判定され得る。Ｖｃｆｌｙが第２のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）－ΔＶｏに到達した場合、比較器４０６は、スイッチＣＨＲＧが有効になるようにＣＨＲＧをＨＩＧＨに設定する電圧を出力することができる。スイッチＣＨＲＧが有効になると、フライングキャパシタＣｆｌｙは、電流源ｉ＿ｃｈｒｇによって充電され得る（図２参照）。一実施形態において、Ｖｃｆｌｙが第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏに到達したときに、Ｖｃｆｌｙは高電圧であると判定され得る。Ｖｃｆｌｙが第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏに到達した場合、比較器４０２は、スイッチＤＩＳが有効になるようにＤＩＳをＨＩＧＨに設定する電圧を出力することができる。スイッチＤＩＳが有効になると、フライングキャパシタＣｆｌｙは、電流源ｉ＿ｄｉｓを介して放電され得る（図２参照）。回路４００は、フライングキャパシタＣｆｌｙが充電または放電されている間、ノードＶｃ＋およびＶｃ－からＶｃｆｌｙを監視および測定し続けることができる。ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２、またはＶｉｎ／２付近の値に到達したことに応答して、比較器４０４からの出力は、監視モードをトリガーすることができる。監視モードでは、回路１０２は、Ｖｃｆｌｙが第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏまたは第２のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）－ΔＶｏに到達するまでＶｃｆｌｙを監視し続ける。
【0024】
図５は、一実施形態における、ヒステリシスモードでのフライングキャパシタスタートアップ回路の動作を示す例示的な状態図５００である。状態図５００は、状態Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４を含むことができる。状態Ｓ０は、回路１０２（図１Ａ～図２参照）が起動またはリセットされる初期状態であり得る。状態Ｓ０は、状態Ｓ１に遷移することができる。状態Ｓ１において、回路１０２（例えば図４に示すＯＲ回路４００）は、フライングキャパシタ電圧ＶｃｆｌｙとＶｉｎ／２とを比較することができる。ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２を下回ったことに応答して、状態Ｓ１は状態Ｓ２に遷移することができる。ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２を上回ったことに応答して、状態Ｓ１は状態Ｓ３に遷移することができる。
【0025】
状態Ｓ２において、回路１０２は、フライングキャパシタＣｆｌｙを充電することができる（図１Ａ～図２参照）。なお、ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２を下回ることは、フライングキャパシタＣｆｌｙを充電してＶｃｆｌｙをＶｉｎ／２に増加させる必要があることを示している場合があることに留意されたい。図２を参照すると、スイッチＣＨＲＧを有効にして電流源ｉ＿ｃｈｒｇのスイッチを入れることで、Ｃｆｌｙを充電することができる。ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２に増大したことに応答して、状態Ｓ２は状態Ｓ４に遷移することができる。状態Ｓ３において、回路１０２は、フライングキャパシタＣｆｌｙを放電させることができる。なお、ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２を上回ることは、フライングキャパシタＣｆｌｙを放電させてＶｃｆｌｙをＶｉｎ／２に低減させる必要があることを示している場合があることに留意されたい。図２を参照すると、スイッチＤＩＳを有効にして電流源ｉ＿ｄｉｓのスイッチを入れることで、Ｃｆｌｙを放電させることができる。ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２に低減したことに応答して、状態Ｓ３は状態Ｓ４に遷移することができる。
【0026】
状態Ｓ４において、回路１０２は、Ｖｃｆｌｙを監視し続け、Ｃｆｌｙの充電または放電を続けるかどうかを決定することができる。状態Ｓ４において、Ｖｃｆｌｙが第２のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）－ΔＶｏまで低減した場合、状態Ｓ４は状態Ｓ２に戻ってＣｆｌｙを充電することができる。状態Ｓ４において、Ｖｃｆｌｙが第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏまで増加した場合、状態Ｓ４は状態Ｓ３に戻ってＣｆｌｙを放電させることができる。状態Ｓ４において、ＣＨＲＧおよびＤＩＳは共にＬＯＷに設定され、充電電流（ｉ＿ｃｈｒｇ）と放電電流（ｉ＿ｄｉｓ）が共にオフになる。
【0027】
図６Ａは、一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路のヒステリシスモードでのフライングキャパシタ電圧を示す例示的な図である。図６Ａには、波形６００が示されている。波形６００は、図５に示す状態図５００のヒステリシスモードの実装形態に対応している。波形６００は、時間ｔ０における回路１０２（図１Ａ～図２参照）の起動中にフライングキャパシタＣｆｌｙが完全に放電される（例えばＶｃｆｌｙがゼロまたはゼロに近い）シナリオに対応している。時間ｔ０においてフライングキャパシタＣｆｌｙは完全に放電されているので、回路１０２は、電流源ｉ＿ｃｈｒｇを切り替えてフライングキャパシタＣｆｌｙを充電することができる。フライングキャパシタＣｆｌｙは、ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２（またはＶｉｎ／２付近）に到達するまで充電され得る。
【0028】
時間ｔ１においてＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２に到達したことに応答して、回路１０２は、Ｖｃｆｌｙが第２のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）－ΔＶｏまで低減するまでＶｃｆｌｙを監視し続けることができる。一態様において、フライングキャパシタ電圧Ｖｃｆｌｙは、様々な変動（例えば温度、環境、リーク電流）に起因して増大または低減することができる。波形６００では、時間ｔ２においてＶｃｆｌｙが第２のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）－ΔＶｏまで低減したことに応答して、回路１０２は、ｔ３においてＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２に到達するまでＣｆｌｙを充電することができる。時間ｔ３においてＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２に到達したことに応答して、回路１０２は、Ｖｃｆｌｙが再び第２のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）－ΔＶｏまで低減するまでＶｃｆｌｙを監視し続けることができる。
【0029】
図６Ｂは、一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路のヒステリシスモードでのフライングキャパシタ電圧を示す別の例示的な図である。図６Ｂには、波形６１０が示されている。波形６１０は、図５に示す状態図５００のヒステリシスモードの実装形態に対応している。波形６１０は、時間ｔ０における回路１０２（図１Ａ～図２参照）の起動中にフライングキャパシタＣｆｌｙが完全に充電されるシナリオに対応している。時間ｔ０においてフライングキャパシタＣｆｌｙは完全に充電されているので、回路１０２は、電流源ｉ＿ｄｉｓを切り替えてフライングキャパシタＣｆｌｙを放電させることができる。フライングキャパシタＣｆｌｙは、ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２（またはＶｉｎ／２付近）に到達するまで放電され得る。
【0030】
時間ｔ１においてＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２に到達したことに応答して、回路１０２は、Ｖｃｆｌｙが第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏまで増大するまでＶｃｆｌｙを監視し続けることができる。一態様において、フライングキャパシタＣｆｌｙは、様々な変動（例えば温度、環境、リーク電流）に起因して増大または低減することができる。波形６１０では、時間ｔ２においてＶｃｆｌｙが第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏまで増大したことに応答して、回路１０２は、ｔ３においてＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２に到達するまでＣｆｌｙを放電させることができる。時間ｔ３においてＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２に到達したことに応答して、回路１０２は、Ｖｃｆｌｙが再び第１のスケーリングされた電圧（Ｖｉｎ／２）＋ΔＶｏまで増大するまでＶｃｆｌｙを監視し続けることができる。電圧オフセットＶｏは、Ｖｃｆｌｙの値を拘束するために、（Ｖｉｎ／２）－Ｖｏと（Ｖｉｎ／２）＋Ｖｏとの間で変動する電圧ウィンドウを課すことができる。
【0031】
一実施形態において、電圧オフセットΔＶｏは、プログラム可能であり得、許容可能なリーク電圧リップルの量に応じて変動することができる。比較的大きな電圧リップルが許容可能である場合、ΔＶｏを高くプログラムすることができる。比較的小さな電圧リップルが許容可能である場合、Ｖｏを低くプログラムすることができる。より大きな電圧リップルが許容可能である場合にΔＶｏを高く設定することで、回路１０２を有効にする頻度を少なくすることができ、電力を節約することができる。
【0032】
図７は、一実施形態における、固定オフ時間モードでフライングキャパシタ電圧を制御するための回路７００の例示的な図である。回路７００は、回路１０２が固定オフ時間モードにあるときに実装することができる（図１Ａ～図２に示す）回路１０２における回路ブロックであり得る。固定オフ時間モードとは、回路１０２のスリープモードが有効にされているときのモードである。一実施形態において、回路７００は、図４に示す回路４００の一部であり得る。一実施形態において、回路１０２は、回路４００がヒステリシスモードまたは固定オフ時間モード（例えば回路７００によって回路４００の固定オフ時間モードが実施される）のいずれかで動作することを示すレジスタビットを記憶するように構成されたレジスタを含むことができる。例えば、レジスタビットが「１」に設定された場合には固定オフ時間モードがアクティブまたは有効になり、レジスタビットが「０」に設定された場合にはヒステリシスモードがアクティブまたは有効になるように、レジスタビットを変更することでモードを選択することができる。
【0033】
一実施形態において、レジスタビットが「１」に設定されて固定オフ時間モードが有効になると、回路４００の抵抗Ｒ５およびＲ６と比較器４０２および４０６などの一部の構成要素を切り離し、残りの接続された構成要素で回路７００を実現することができる。図７に示すように、回路７００は、抵抗Ｒ４およびＲ７と、比較器４０４と、を含むことができる。比較器４０４の非反転入力は、Ｖｃｆｌｙを受け取ることができる。比較器４０４の反転入力は、Ｖｉｎ／２を受け取ることができる。比較器４０４の出力は、回路１０２（図１Ａ～図２参照）をスリープモードに入れるかスリープモードから出すことができる。例えば、ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２と等しいか、Ｖｉｎ／２から所定の許容割合内にある場合、比較器４０４からの出力は、回路１０２を、タイマーを除く回路１０２内のすべての構成要素がシャットダウンされる低電流スリープモードにすることができる。また、比較器４０４の出力は、タイマーの開始をトリガーするためにタイマーに接続され得る。タイマーは、所定の時間にプログラムすることができる。
【0034】
回路７００は、フライングキャパシタＣｆｌｙを充電するか放電させるかを決定することで、フライングキャパシタ電圧Ｖｃｆｌｙを制御するパルスモードアルゴリズムを実施することができる。一実施形態において、Ｖｃｆｌｙは、Ｖｃｆｌｙが所定の時間でＶｉｎ／２を下回ったときに低電圧であると判定され、Ｖｃｆｌｙが所定の時間でＶｉｎ／２を上回ったときに高電圧であると判定され得る。回路７００は、フライングキャパシタＣｆｌｙが充電または放電されている間、ノードＶｃ＋およびＶｃ－からＶｃｆｌｙを監視および測定することができる。ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２、またはＶｉｎ／２付近の値に到達したことに応答して、比較器４０４からの出力は、回路１０２を低電流スリープモードに入れて、電力を節約し、回路１０２内のタイマーを開始することができる。タイマーが満了すると、回路７００は、Ｖｃｆｌｙを再び測定して、Ｃｆｌｙを充電または放電させる必要があるかどうかを決定することができる。
【0035】
図８は、一実施形態における、固定オフ時間モードでのフライングキャパシタスタートアップ回路の動作を示す例示的な状態図８００である。状態図８００は、状態Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４を含むことができる。状態Ｓ０は、回路１０２（図１Ａ～図２参照）が起動またはリセットされる初期状態であり得る。状態Ｓ０は、状態Ｓ１に遷移することができる。状態Ｓ１において、回路１０２（例えば図４に示すＯＲ回路４００）は、フライングキャパシタ電圧ＶｃｆｌｙとＶｉｎ／２とを比較することができる。ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２を下回ったことに応答して、状態Ｓ１は状態Ｓ２に遷移することができる。ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２を上回ったことに応答して、状態Ｓ１は状態Ｓ３に遷移することができる。
【0036】
状態Ｓ２において、回路１０２は、フライングキャパシタＣｆｌｙを充電することができる（図１Ａ～図２参照）。なお、ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２を下回ることは、フライングキャパシタＣｆｌｙを充電してＶｃｆｌｙをＶｉｎ／２に増加させる必要があることを示している場合があることに留意されたい。図２を参照すると、スイッチＣＨＲＧを有効にして電流源ｉ＿ｃｈｒｇのスイッチを入れることで、Ｃｆｌｙを充電することができる。ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２に増大したことに応答して、状態Ｓ２は状態Ｓ４に遷移することができる。状態Ｓ３において、回路１０２は、フライングキャパシタＣｆｌｙを放電させることができる。なお、ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２を上回ることは、フライングキャパシタＣｆｌｙを放電させてＶｃｆｌｙをＶｉｎ／２に低減させる必要があることを示している場合があることに留意されたい。図２を参照すると、スイッチＤＩＳを有効にして電流源ｉ＿ｄｉｓのスイッチを入れることで、Ｃｆｌｙを放電させることができる。ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２に低減したことに応答して、状態Ｓ３は状態Ｓ４に遷移することができる。
【0037】
状態Ｓ４において、回路１０２は、所定の時間にプログラムされたタイマーを除く回路１０２内のすべての構成要素が無効にされるスリープモードに入れられる。状態Ｓ４において、タイマーの満了（または所定の時間の経過）に応答して、状態Ｓ４は、状態Ｓ１に戻って、ＶｃｆｌｙとＶｉｎ／２とを比較するために回路１０２を有効にすることができる。
【0038】
図９Ａは、一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路の固定オフ時間モードでのフライングキャパシタ電圧を示す例示的な図である。図９Ａには、波形９００が示されている。波形９００は、図８に示す状態図８００の固定オフ時間モードの実装形態に対応している。波形９００は、時間ｔ０における回路１０２（図１Ａ～図２参照）の起動中にフライングキャパシタＣｆｌｙが完全に放電される（例えばＶｃｆｌｙがゼロまたはゼロに近い）シナリオに対応している。時間ｔ０においてフライングキャパシタＣｆｌｙは完全に放電されているので、回路１０２は、電流源ｉ＿ｃｈｒｇを切り替えてフライングキャパシタＣｆｌｙを充電することができる。フライングキャパシタＣｆｌｙは、ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２（またはＶｉｎ／２付近）に到達するまで充電され得る。
【0039】
時間ｔ１においてＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２に到達したことに応答して、回路１０２は、Ｔｏｆｆで示されている所定の時間だけスリープモードに入ることができる。回路１０２がスリープモードにあるときに、フライングキャパシタ電圧Ｖｃｆｌｙは、様々な変動（例えば温度、環境、リーク電流）に起因して増大または低減することができる。時間ｔ２などのＴｏｆｆの経過後、回路１０２が再び有効になり、Ｖｃｆｌｙを測定して、フライングキャパシタＣｆｌｙを充電または放電させる必要があるかどうかを決定することができる。波形９００によって示される実施例において、回路１０２は、時間ｔ２においてＣｆｌｙを充電することができ、時間ｔ３においてＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２に到達することができる。したがって、時間ｔ３において、回路１０２は、時間ｔ４でＴｏｆｆが経過するまで再びスリープモードに入ることができる。
【0040】
図９Ｂは、一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路の固定オフ時間モードでのフライングキャパシタ電圧を示す別の例示的な図である。図９Ｂには、波形９１０が示されている。波形９１０は、図８に示す状態図８００の固定オフ時間モードの実装形態に対応している。波形９１０は、時間ｔ０における回路１０２（図１Ａ～図２参照）の起動中にフライングキャパシタＣｆｌｙが完全に充電されるシナリオに対応している。時間ｔ０においてフライングキャパシタＣｆｌｙは完全に充電されているので、回路１０２は、電流源ｉ＿ｄｉｓを切り替えてフライングキャパシタＣｆｌｙを放電させることができる。フライングキャパシタＣｆｌｙは、ＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２（またはＶｉｎ／２付近）に到達するまで放電され得る。
【0041】
時間ｔ１においてＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２に到達したことに応答して、回路１０２は、Ｔｏｆｆで示されている所定の時間だけスリープモードに入ることができる。回路１０２がスリープモードにあるときに、フライングキャパシタ電圧Ｖｃｆｌｙは、様々な変動（例えば温度、環境、リーク電流）に起因して増大または低減することができる。時間ｔ２などのＴｏｆｆの経過後、回路１０２が再び有効になり、Ｖｃｆｌｙを測定して、フライングキャパシタＣｆｌｙを充電または放電させる必要があるかどうかを決定することができる。波形９００によって示される実施例において、回路１０２は、時間ｔ２においてＣｆｌｙを放電させることができ、時間ｔ３においてＶｃｆｌｙがＶｉｎ／２に到達することができる。したがって、時間ｔ３において、回路１０２は、時間ｔ４でＴｏｆｆが経過するまで再びスリープモードに入ることができる。
【0042】
一実施形態において、所定の時間Ｔｏｆｆは、プログラム可能であり得る。例えば、Ｔｏｆｆは、予想されるリーク電流の量に応じて変動することができる。比較的小さなリーク電流が予想される場合、Ｔｏｆｆを高くプログラムすることができる。比較的大きなリーク電流が予想される場合、Ｔｏｆｆを小さくプログラムすることができる。低いリーク電流が予想される場合にＴｏｆｆを高く設定することで、回路１０２を有効にする頻度を少なくすることができ、電力を節約することができる。
【0043】
図１０は、一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路に電流源を実装するための回路１０００の例示的な図である。図１０に示す実施形態において、図２に示すｉ＿ｃｈｒｇ、ｉ＿ｄｉｓ、Δｉなどの電流源は、ノードＶｃ＋に接続され、接地基準スイッチングＮ型金属酸化膜半導体（ＮＭＯＳ電流源）によって駆動されるＰ型金属酸化膜半導体（ＰＭＯＳ）電流ミラーとして実装され得る。図２に示すスイッチＵＰ、ＤＯＷＮ、ＣＨＲＧ、およびＤＩＳは、比較器と、タイマーと、デジタル論理と、を含む低電圧制御回路ブロックとすることができる制御ブロック７０２によって駆動され得る。制御ブロック１００２は、Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ、およびノードＶｃ＋およびＶｃ－における電圧を入力として受け取ることができる。一実施形態において、制御ブロック１００２は、例えば、図３および図４にそれぞれ示す回路３００、４００、および７００を含むことができる。
【0044】
図１１は、一実施形態における、マルチレベル電圧コンバータ用のフライングキャパシタスタートアップ回路を実装するプロセスを示すフロー図である。このプロセスは、１つまたは複数のブロック１１０２、１１０４、および／または１１０６によって示される１つまたは複数の操作、動作、または機能を含むことができる。個別のブロックとして図に示されているが、所望の用途に応じて、様々なブロックを追加のブロックに分割したり、より少ない数のブロックに組み合わせたり、省略したり、異なる順序で実行されたり、並行して実行されることができる。
【0045】
プロセス１１００は、マルチレベル電圧コンバータを動作させる回路（例えば図１の回路１０２）によって実施され得る。プロセス１１００は、ブロック１１０２で開始することができる。ブロック１１０２において、回路は、マルチレベル電圧コンバータのフライングキャパシタにわたるフライングキャパシタ電圧を測定することができる。プロセス１１００は、ブロック１１０２からブロック１１０４に進むことができる。ブロック１１０４において、回路は、フライングキャパシタ電圧と、接地とマルチレベル電圧コンバータに提供される入力電圧との間の中間電圧に相当する電圧レベルとを比較することができる。プロセス１１００は、ブロック１１０４からブロック１１０６に進むことができる。ブロック１１０６において、回路は、複数の電流源のうちの１つの電流源を切り替えて、フライングキャパシタ電圧を中間電圧に維持することができる。
【0046】
一実施形態において、フライングキャパシタ電圧が中間電圧を下回ったことに応答して、回路は、回路内の第１の電流源を切り替えて、フライングキャパシタを充電することができる。フライングキャパシタ電圧が中間電圧を上回ったことに応答して、回路は、回路内の第２の電流源を切り替えて、フライングキャパシタを放電させることができる。
【0047】
一実施形態において、フライングキャパシタ電圧が中間電圧を下回ったことに応答して、回路は、回路内の第１の電流源を切り替えて、フライングキャパシタ電圧が中間電圧に到達するまでフライングキャパシタを充電することができる。フライングキャパシタ電圧が中間電圧を上回ったことに応答して、回路は、回路内の第２の電流源を切り替えて、フライングキャパシタ電圧が中間電圧に到達するまでフライングキャパシタを放電させることができる。
【0048】
一実施形態において、フライングキャパシタ電圧が中間電圧を下回ったことに応答して、回路は、回路内の第１の電流源を切り替えて、フライングキャパシタ電圧が中間電圧に到達するまでフライングキャパシタを充電することができる。フライングキャパシタ電圧が中間電圧を上回ったことに応答して、回路は、回路内の第２の電流源を切り替えて、フライングキャパシタ電圧が中間電圧に到達するまでフライングキャパシタを放電させることができる。フライングキャパシタ電圧が中間電圧に到達したことに応答して、回路は、回路のスリープモードを起動することができる。所定の時間が経過したことに応答して、回路は、回路のスリープモードを解除することができる。
【0049】
一実施形態において、フライングキャパシタ電圧が中間電圧を下回ったことに応答して、回路は、回路内の第１の電流源を切り替えて、フライングキャパシタ電圧が中間電圧に到達するまでフライングキャパシタを充電することができる。フライングキャパシタ電圧が中間電圧を上回ったことに応答して、回路は、回路内の第２の電流源を切り替えて、フライングキャパシタ電圧が中間電圧に到達するまでフライングキャパシタを放電させることができる。フライングキャパシタ電圧が中間電圧に到達したことに応答して、回路は、監視モードを起動して、フライングキャパシタから第１の電流源および第２の電流源を切り離すことができる。フライングキャパシタ電圧が所定の電圧ウィンドウの下限に到達したことに応答して、回路は、回路内の第１の電流源を切り替えて、フライングキャパシタ電圧が中間電圧に到達するまでフライングキャパシタを充電することができる。フライングキャパシタ電圧が所定の電圧ウィンドウの上限に到達したことに応答して、回路は、回路内の第２の電流源を切り替えて、フライングキャパシタ電圧が中間電圧に到達するまでフライングキャパシタを放電させることができる
一実施形態において、回路は、マルチレベル電圧コンバータの出力電圧を測定することができる。回路は、出力電圧と中間電圧とを比較して、出力電圧が中間電圧よりも小さいか大きいかを判定することができる。出力電圧が中間電圧を下回ったことに応答して、回路は、回路内の第１の電流源を切り替えて、フライングキャパシタの負端子における電圧を接地に引き寄せ、フライングキャパシタの正端子における電圧を中間電圧に引き寄せることができる。出力電圧が中間電圧を上回ったことに応答して、回路は、回路内の第２の電流源を切り替えて、フライングキャパシタの負端子における電圧を中間電圧に引き寄せ、フライングキャパシタの正端子における電圧を入力電圧に引き寄せることができる。
一実施形態において、回路は、マルチレベル電圧コンバータの出力電圧を測定することができる。回路は、出力電圧と中間電圧とを比較して、出力電圧が中間電圧よりも小さいか大きいかを判定することができる。出力電圧が中間電圧を下回ったことに応答して、回路は、回路内の第１の電流源を切り替えて、フライングキャパシタの負端子における電圧を接地に引き寄せ、フライングキャパシタの正端子における電圧を中間電圧に引き寄せることができる。出力電圧が中間電圧を上回ったことに応答して、回路は、回路内の第２の電流源を切り替えて、フライングキャパシタの負端子における電圧を中間電圧に引き寄せ、フライングキャパシタの正端子における電圧を入力電圧に引き寄せることができる。
【0050】
図におけるフローチャートおよびブロック図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能性、および動作を示している。これに関して、フローチャートまたはブロック図における各ブロックは、指定された論理機能を実現するための１つまたは複数の実行可能命令を含む命令のモジュール、セグメント、またはその一部を表すことができる。いくつかの代替的な実装例において、ブロックに示された機能は、図に示す順序からはずれて発生してもよい。例えば、連続して示されている２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実現されてもよく、関係する機能に応じて、場合によっては逆の順序で実現されてもよい。また、ブロック図および／またはフローチャートの各ブロック、ならびにそれらのブロックの組み合わせは、指定された機能または動作を実行する、または特別な目的のハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合わせを実行する、特別な目的のハードウェアベースのシステムよって実現され得ることに留意されたい。
【0051】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためにのみ使用されており、本発明を限定することを意図していない。本明細書で使用される単数を表す用語は、特に明示されない限り、その複数を含むことも意図している。また、本明細書で使用される「備える」という用語は、記載されている特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を画定するが、１つまたは複数の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除しないことに留意されたい。
【0052】
添付の特許請求の範囲に記載のすべての手段またはステップと機能要素の対応する構造、材料、操作、およびそれらの等価物は、具体的に記載されている他の要素と組み合わせて機能を実現するための任意の構造、材料、または操作を包含することを意図している。本発明の開示されている実施形態の説明は、例示および説明のために提供されているが、網羅的であること、あるいは開示された形態に限定されることを意図していない。当業者には、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、多くの修正および変形を適用することができることが明らかであろう。上述した実施形態は、本発明の原理および実用化を最適に説明するために、また、検討される特定の用途に適するように種々の修正を伴う様々な実施形態について本発明を当業者が理解できるように、選択および説明されたものである。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【外国語明細書】