特開 2024-125206 調整されたスイッチング周波数および最小オン時間オーバーライドを含む電圧コンバータ

(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】P2024125206

(43)【公開日】2024-09-13

(54)【発明の名称】調整されたスイッチング周波数および最小オン時間オーバーライドを含む電圧コンバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20240906BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

【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 2024030935

(22)【出願日】2024-03-01

(31)【優先権主張番号】63/488,346

(32)【優先日】2023-03-03

(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】マイケル・ジェイソン・ヒューストン

(72)【発明者】

【氏名】ウォーレン・リチャード・シュローダー

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AS01

5H730AS05

5H730BB13

5H730BB57

5H730DD04

5H730EE59

5H730FD01

5H730FD21

5H730FG05

5H730FG07

5H730FG22

(57)【要約】

【課題】 電圧コンバータのためのシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】
コントローラは、電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭ（パルス幅変調）オン時間の持続時間を決定することができる。コントローラは、電圧レギュレータを動作させるために使用されるスイッチング周波数を決定することができる。コントローラは、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも大きいか小さいかを判定することができる。コントローラは、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも小さいと判定したことに応答して、電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭ信号のための電圧ウィンドウを増加させることができる。コントローラは、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、スイッチング周波数を調節するようにＦＬＬ（周波数ロックループ）を実行することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電圧レギュレータを動作させる方法であって、
前記電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭ（パルス幅変調）オン時間の持続時間を決定するステップと、
前記電圧レギュレータを動作させるために使用されるスイッチング周波数を決定するステップと、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも大きいか小さいかを判定するステップと、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が前記基準オン時間よりも小さいと判定したことに応答して、前記電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭ信号のための電圧ウィンドウを増加させるステップと、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が前記基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、前記スイッチング周波数を調節するようにＦＬＬ（周波数ロックループ）を実行するステップと、
を含む方法。

【請求項2】

前記ＦＬＬを実行する前記ステップは、
前記スイッチング周波数が第１の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかを判定するステップと、
前記スイッチング周波数が前記第１の基準スイッチング周波数よりも小さいと判定したことに応答して、前記電圧ウィンドウを減少させるステップと、
前記スイッチング周波数が前記第１の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、前記スイッチング周波数が、前記第１の基準スイッチング周波数よりも大きい第２の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかを判定するステップと、
前記スイッチング周波数が前記第２の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、前記電圧ウィンドウを増加させるステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

新しいＰＷＭサイクルが発生したと判定するステップをさらに含み、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間を決定する前記ステップは、前記新しいＰＷＭサイクルの前の完了したＰＷＭサイクルにおけるＰＷＭ信号のＰＷＭオン時間を決定するステップを含み、
前記スイッチング周波数を決定する前記ステップは、前記新しいＰＷＭサイクルの前の完了したＰＷＭサイクルにおける前記ＰＷＭ信号のスイッチング周波数を決定するステップを含む、
請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記スイッチング周波数を決定する前記ステップは、
前記電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭオフ時間の持続時間を決定するステップと、
前記ＰＷＭオン時間と前記ＰＷＭオフ時間を合計してサイクル時間を決定するステップと、
前記サイクル時間の逆数を決定して前記スイッチング周波数を決定するステップと、
を含む、請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記基準オン時間は、第１の基準オン時間であり、前記ＦＬＬを実行する前記ステップは、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が前記第１の基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、前記スイッチング周波数が第１の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかを判定するステップと、
前記スイッチング周波数が前記第１の基準スイッチング周波数よりも小さいと判定したことに応答して、前記ＰＷＭオン時間の持続時間が、前記第１の基準オン時間よりも大きい第２の基準オン時間よりも大きいか小さいかを判定するステップと、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が前記第２の基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、前記電圧ウィンドウを減少させるステップと、
前記スイッチング周波数が前記第１の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、前記スイッチング周波数が第２の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいか判定するステップと、
前記スイッチング周波数が前記第２の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、前記電圧ウィンドウを増加させるステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記ＰＷＭ信号のための前記電圧ウィンドウを増加させることで、前記スイッチング周波数が減少し、
前記ＰＷＭ信号のための前記電圧ウィンドウを減少させることで、前記スイッチング周波数が増加する、
請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記電圧レギュレータは、ヒステリシス電流モードバックレギュレータである、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

コントローラを備える半導体装置であって、
前記コントローラは、
電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭ（パルス幅変調）オン時間の持続時間を決定し、
前記電圧レギュレータを動作させるために使用されるスイッチング周波数を決定し、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも大きいか小さいかを判定し、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が前記基準オン時間よりも小さいと判定したことに応答して、前記電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭ信号のための電圧ウィンドウを増加させ、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が前記基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、前記スイッチング周波数を調節するようにＦＬＬ（周波数ロックループ）を実行する、
半導体装置。

【請求項9】

前記コントローラは、
前記スイッチング周波数が第１の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかを判定し、
前記スイッチング周波数が前記第１の基準スイッチング周波数よりも小さいと判定したことに応答して、前記電圧ウィンドウを減少させ、
前記スイッチング周波数が前記第１の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、前記スイッチング周波数が、前記第１の基準スイッチング周波数よりも大きい第２の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかを判定し、
前記スイッチング周波数が前記第２の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、前記電圧ウィンドウを増加させるようにさらに構成される、
請求項８に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記コントローラは、
新しいＰＷＭサイクルが発生したことを判定し、
前記新しいＰＷＭサイクルの前の完了したＰＷＭサイクルにおけるＰＷＭ信号のＰＷＭオン時間を決定することで、前記ＰＷＭオン時間の持続時間を決定し、
前記新しいＰＷＭサイクルの前の前記完了したＰＷＭサイクルにおける前記ＰＷＭ信号のスイッチング周波数を決定することで、前記スイッチング周波数を決定するようにさらに構成される、
請求項８に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記コントローラは、
前記電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭオフ時間の持続時間を決定し、
前記ＰＷＭオン時間と前記ＰＷＭオフ時間を合計してサイクル時間を決定し、
前記サイクル時間の逆数を決定して前記スイッチング周波数を決定するように構成される、
請求項８に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記基準オン時間は、第１の基準オン時間であり、前記コントローラは、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が前記第１の基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、前記スイッチング周波数が第１の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかを判定し、
前記スイッチング周波数が前記第１の基準スイッチング周波数よりも小さいと判定したことに応答して、前記ＰＷＭオン時間の持続時間が、前記第１の基準オン時間よりも大きい第２の基準オン時間よりも大きいか小さいかを判定し、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が前記第２の基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、前記電圧ウィンドウを減少させ、
前記スイッチング周波数が前記第１の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、前記スイッチング周波数が第２の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかを判定し、
前記スイッチング周波数が前記第２の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、前記電圧ウィンドウを増加させるようにさらに構成される、
請求項８に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記ＰＷＭ信号のための前記電圧ウィンドウを増加させることで、前記スイッチング周波数が減少し、
前記ＰＷＭ信号のための前記電圧ウィンドウを減少させることで、前記スイッチング周波数が増加する、
請求項８に記載の半導体装置。

【請求項14】

電力段、ドライバ回路、および前記コントローラは、それぞれヒステリシス電流モードバックレギュレータの一部である、請求項８に記載の半導体装置。

【請求項15】

入力電圧を出力電圧に変換するように構成された電力段と、
前記電力段を駆動するように構成されたドライバ回路と、
コントローラと、
を備えるシステムであって、
前記コントローラは、
前記ドライバ回路を動作させるための制御信号を生成し、
前記電力段を駆動するために使用されるＰＷＭ（パルス幅変調）オン時間の持続時間を決定し、
前記電力段を駆動するために使用されるスイッチング周波数を決定し、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも大きいか小さいかを判定し、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が前記基準オン時間よりも小さいと判定したことに応答して、前記制御信号の電圧ウィンドウを増加させ、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が前記基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、前記スイッチング周波数を調節するようにＦＬＬ（周波数ロックループ）を実行するように構成される、
システム。

【請求項16】

前記コントローラは、
前記スイッチング周波数が第１の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかを判定し、
前記スイッチング周波数が前記第１の基準スイッチング周波数よりも小さいと判定したことに応答して、前記電圧ウィンドウを減少させ、
前記スイッチング周波数が前記第１の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、前記スイッチング周波数が、前記第１の基準スイッチング周波数よりも大きい第２の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかを判定し、
前記スイッチング周波数が前記第２の基準スイッチング周波数よりも小さいと判定したことに応答して、前記電圧ウィンドウを維持し、
前記スイッチング周波数が前記第２の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、前記電圧ウィンドウを増加させるようにさらに構成される、
請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記基準オン時間は、第１の基準オン時間であり、前記コントローラは、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が前記第１の基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、前記スイッチング周波数が第１の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかを判定し、
前記スイッチング周波数が前記第１の基準スイッチング周波数よりも小さいと判定したことに応答して、前記ＰＷＭオン時間の持続時間が、前記第１の基準オン時間よりも大きい第２の基準オン時間よりも大きいか小さいかを判定し、
前記ＰＷＭオン時間の持続時間が前記第２の基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、前記電圧ウィンドウを減少させ、
前記スイッチング周波数が前記第１の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、前記スイッチング周波数が第２の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかを判定し、
前記スイッチング周波数が前記第２の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、前記電圧ウィンドウを増加させるようにさらに構成される、
請求項１５に記載のシステム。

【請求項18】

前記コントローラは、
新しいＰＷＭサイクルが発生したことを判定し、
前記新しいＰＷＭサイクルの前の完了したＰＷＭサイクルにおけるＰＷＭ信号のＰＷＭオン時間を決定することで前記ＰＷＭオン時間の持続時間を決定し、
前記新しいＰＷＭサイクルの前の前記完了したＰＷＭサイクルにおける前記ＰＷＭ信号のスイッチング周波数を決定することで前記スイッチング周波数を決定するようにさらに構成される、
請求項１５に記載のシステム。

【請求項19】

前記コントローラは、
前記電力段を駆動するために使用されるＰＷＭオフ時間の持続時間を決定し、
前記ＰＷＭオン時間と前記ＰＷＭオフ時間を合計してサイクル時間を決定し、
前記サイクル時間の逆数を決定して前記スイッチング周波数を決定するようにさらに構成される、
請求項１５に記載のシステム。

【請求項20】

前記制御信号の前記電圧ウィンドウを増加させることで、前記スイッチング周波数が減少し、
前記制御信号の前記電圧ウィンドウを減少させることで、前記スイッチング周波数が増加する、
請求項１５に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２３年３月３日に出願された「ＶＯＬＴＡＧＥ ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ ＷＩＴＨ ＲＥＧＵＬＡＴＥＤ ＳＷＩＴＣＨＩＮＧ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＡＮＤ ＭＩＮＩＭＵＭ ＯＮ ＴＩＭＥ ＯＶＥＲＲＩＤＥ」と題する米国特許出願第６３／４８８，３４６号の優先権を主張する。その全文は、参照により本出願に組み込まれる。

【0002】

本開示は、電圧レギュレータのための方法およびシステムに関する。より詳細には、調整されたスイッチング周波数および最小オン時間オーバーライドを含むヒステリシス電流モードバックレギュレータに関する。

【背景技術】

【0003】

バックコンバータやブーストコンバータなどの電圧レギュレータまたは電圧コンバータは、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。バックコンバータや降圧コンバータは、入力電圧をより低い電圧に変換することができる。ブーストコンバータや昇圧コンバータは、入力電圧をより高い電圧に変換することができる。バック／ブーストコンバータは、入力電圧を昇圧または降圧することができる。電圧コンバータは、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号によってオンおよびオフされる複数のスイッチを含むことができる。ＰＷＭ制御信号のデューティ比は、電圧コンバータの出力電圧を決定することができる。

【発明の概要】

【0004】

一実施形態において、一般に、調整されたスイッチング周波数および最小オン時間オーバーライドを含む電圧コンバータを実現することができる方法が提供される。該方法は、電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭ（パルス幅変調）オン時間の持続時間を決定するステップを含むことができる。さらに、該方法は、電圧レギュレータを動作させるために使用されるスイッチング周波数を決定するステップを含むことができる。さらに、該方法は、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも大きいか小さいかを判定するステップを含むことができる。さらに、該方法は、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも小さいと判定したことに応答して、電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭ信号のための電圧ウィンドウを増加させるステップを含むことができる。さらに、該方法は、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、スイッチング周波数を調節するようにＦＬＬ（周波数ロックループ）を実行するステップを含むことができる。

【0005】

一実施形態において、一般に、調整されたスイッチング周波数および最小オン時間オーバーライドを含む電圧コンバータを実現することができる半導体装置が提供される。半導体装置は、電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭ（パルス幅変調）オン時間の持続時間を決定するように構成されたコントローラを含むことができる。さらに、コントローラは、電圧レギュレータを動作させるために使用されるスイッチング周波数を決定するように構成され得る。さらに、コントローラは、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも大きいか小さいかを判定するように構成され得る。さらに、コントローラは、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも小さいと判定したことに応答して、電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭ信号のための電圧ウィンドウを増加させるように構成され得る。さらに、コントローラは、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、スイッチング周波数を調節するようにＦＬＬ（周波数ロックループ）を実行するように構成され得る。

【0006】

一実施形態において、一般に、調整されたスイッチング周波数および最小オン時間オーバーライドを含む電圧コンバータを実現することができるシステムが提供される。該システムは、入力電圧を出力電圧に変換するように構成された電力段を含むことができる。さらに、該システムは、電力段を駆動するように構成されたドライバ回路を含むことができる。さらに、該システムは、ドライバ回路を動作させるための制御信号を生成するように構成されたコントローラを含むことができる。さらに、コントローラは、電力段を駆動するために使用されるＰＷＭ（パルス幅変調）オン時間の持続時間を決定するように構成され得る。さらに、コントローラは、電力段を駆動するために使用されるスイッチング周波数を決定するように構成され得る。さらに、コントローラは、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも大きいか小さいかを判定するように構成され得る。さらに、コントローラは、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも小さいと判定したことに応答して、制御信号の電圧ウィンドウを増加させるように構成され得る。さらに、コントローラは、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、スイッチング周波数を調節するようにＦＬＬ（周波数ロックループ）を実行するように構成され得る。

【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1】一実施形態における、スイッチング周波数レギュレータおよび最小オン時間オーバーライドを実現することができる例示的なシステムを示す図である。

【図2】別の実施形態における、スイッチング周波数レギュレータおよび最小オン時間オーバーライドを実現することができる例示的な電圧レギュレータシステムを示す図である。

【図3】一実施形態における、スイッチング周波数レギュレータおよび最小オン時間オーバーライド機能を実現することができるプロセスを示すフロー図である。

【図4】別の実施形態における、スイッチング周波数レギュレータおよび最小オン時間オーバーライドを実現することができる別のプロセスを示すフロー図である。

【図5】別の実施形態における、スイッチング周波数レギュレータおよび最小オン時間オーバーライド機能の実装例を示す図である。

【図6】別の実施形態における、スイッチング周波数レギュレータおよび最小オン時間オーバーライドを実現することができる別の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１は、一実施形態における、スイッチング周波数レギュレータおよび最小オン時間オーバーライド機能を実現することができるシステムを示す図である。図１に示すシステム１００は、電圧調節システムまたは電圧コンバータによって実現され得る。システム１００は、コントローラ１０１と、ドライバＩＣ（集積回路）１０２と、電力段１０３と、インダクタ１０４と、負荷１０５と、を含むことができる。

【0010】

コントローラ１０１は、例えば、プロセッサ、マイクロコントローラ、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、またはシステム１００を制御および動作するように構成された任意の他の回路を含むことができる。例示的な実施形態ではＣＰＵとして説明されているが、コントローラ１０１は、これらの実施形態においてＣＰＵに限定されるものではなく、ドライバＩＣ１０２を制御および動作するように構成された他の任意の回路を備えてもよい。コントローラ１０１は、ドライバＩＣ１０２を制御して電力段１０３内のスイッチＨＳおよびＬＳを選択的にオンおよびオフするためのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号またはＰＦＭ（パルス周波数変調）信号（添付の図面ではＰＷＭと示されている）などの制御信号を生成するように構成され得る。コントローラ１０１は、デューティ比またはスイッチング周波数などの制御信号の特性を、後述する電圧Ｖｒａｍｐからのフィードバックなどの様々な条件に基づいて制御することができる。

【0011】

ドライバＩＣ１０２は、コントローラ１０１からＰＷＭ信号を受信するように構成され得る。ドライバＩＣ１０２は、受信したＰＷＭ信号を使用して駆動信号１１０を生成することができる。ドライバＩＣ１０２は、駆動信号１１０を介して電力段１０３内のスイッチを駆動することができる。駆動信号１１０は、電力段１０３のハイサイド（ＨＳ）スイッチおよびローサイド（ＬＳ）スイッチをオンまたはオフすることができるゲート電圧をもつ電圧信号であり得る。一実施形態において、ＨＳスイッチおよびＬＳスイッチは、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）などのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり得る。他の実施形態において、ＨＳスイッチおよびＬＳスイッチは、ダイオードまたはＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）であり得る。ドライバＩＣ１０２は、ＨＳスイッチを駆動するように構成されたドライバと、電力段１０３内のＬＳスイッチを駆動するように構成された別のドライバと、を含むことができる。ドライバＩＣ１０２は、ＨＳスイッチおよびＬＳスイッチを駆動するために、ゲート電圧または駆動信号１１０を供給するように構成され得る。ＨＳスイッチは、ＬＳスイッチがオフにされる間にオンにされるように構成され得、その逆もまた同様である。ＨＳスイッチがオンにされ、ＬＳスイッチがオフにされると、ＨＳスイッチとＬＳスイッチとの間のスイッチノードＶｓｗにおける電圧は、スイッチノードＶｓｗにおける電圧がＶｉｎと等価になるように、Ｖｉｎまで引き上げられることができる。ＨＳがオフにされ、ＬＳがオンにされると、スイッチノードにおける電圧は、接地に引き下げられることができる。これにより、Ｖｓｗは、ゼロと等価になる。

【0012】

電力段１０３は、ドライバＩＣ１０２から駆動信号１１０を受信するように構成され得る。ＨＳスイッチおよびＬＳスイッチをオンおよびオフして出力電圧Ｖｏｕｔを生成することができる。出力電圧Ｖｏｕｔは、インダクタ１０４を介して例えば負荷１０５に出力され得る。Ｖｏｕｔは、フィードバック信号１１２としてコントローラ１０１にフィードバックされて、フィードバック情報をコントローラ１０１に提供することができる。

【0013】

システム１００などのスイッチング電圧コンバータにおいて、周波数制御は、予測可能なダイナミクス、構成要素の選択、効率、および安定性に影響を与える可能性がある。また、電力段１０３の最小スイッチオン時間およびオフ時間の制御は、電流感知検出、安定した定常動作、および過電流検出などの様々な機能に影響を与える可能性がある。電圧モードまたは電流モードのパワーコンバータは、固定のスイッチング周波数を利用する場合があるが、ヒステリシスモードのパワーコンバータは、出力電圧を調整するためにスイッチング周波数が変更される場合がある。また、従来のシステムにおいて、周波数制御ならびに最小オン時間およびオフ時間の制御は、異なる回路と異なる制御ループによって実行され得る。例えば、周波数制御は、ＦＬＬ（周波数ロックループ）を使用して、ＰＷＭ信号が高電圧と低電圧の間で交互に切り替わる間にスイッチング周波数を調節することで実行され得る。しかしながら、出力電圧Ｖｏｕｔが低く、ＦＬＬが設置されている場合、ＰＷＭ信号の最小オン時間が大幅に低下する可能性がある。オン時間が最小要件を下回ると、故障状態の検知が困難になるなどの問題が発生する可能性がある。

【0014】

スイッチング周波数の調整と最小オン時間の増加の両方が必要な状況では、例えば、低い出力電圧Ｖｏｕｔに対してスイッチング周波数を調整している間に最小オン時間を増加させる必要があるなど、２つの動作が互いに干渉する可能性がある。後述するように、コントローラ１０１は、フィードバック信号１１２を受信してスイッチング周波数と最小オン時間を調整するように構成され得る。より詳細には、コントローラ１０１は、特定の条件下でＦＬＬブロックを使用して、スイッチング周波数よりも最小オン時間の調節を優先して効率を向上させることができ、コントローラ１０１に最小オン時間とスイッチング周波数の両方を調節させることで部品コストを削減することができる。

【0015】

図２は、一実施形態における、スイッチング周波数レギュレータおよび最小オン時間オーバーライド機能を実現することができる例示的な電圧レギュレータシステムを示す図である。図２の説明は、図１に示す構成要素を参照してもよい。別の例示的な実施形態において、コントローラ１０１は、誤差増幅器２０２と、電圧源２０４、２０６と、コンパレータ２０８、２１０と、ＳＲラッチ２１４と、ＦＬＬ回路２１２と、増幅器２１６と、を少なくとも含むことができる。誤差増幅器２０２は、システム１００の出力Ｖｏｕｔからフィードバック信号１１２を受信するように構成され得る。また、誤差増幅器２０２は、所定の基準電圧Ｖｒｅｆを受信することができる。誤差増幅器２０２は、フィードバック信号１１２とＶｒｅｆとを比較して誤差の差異を生成し、誤差の差異に基づいて制御電圧Ｖｃを生成することができる。電圧源２０４および２０６は、現在アクティブなＰＷＭサイクルの電圧ウィンドウＶｗを増減させるように構成され得る。電圧ウィンドウは、上限境界電圧Ｖｗ＋および下限境界電圧Ｖｗ－によって定義される電圧範囲内で制御電圧Ｖｃを限定することができ、制御電圧Ｖｃは、Ｖｗ＋とＶｗ－との中心の電圧（例えば、Ｖｗ＋とＶｗ－の中央値）であり得る。電圧ウィンドウに対する変更、またはＶｗ＋およびＶｗ－に対する変更により、ＳＲラッチ２１４によって出力されるＰＷＭ信号のスイッチング周波数および／またはＰＷＭオン時間を変更することができる。

【0016】

図２に示す実施形態において、第１の電圧供給部２０４は、電圧ウィンドウＶｗの上限境界電圧Ｖｗ＋を制御することができ、第２の電圧供給部２０６は、電圧ウィンドウＶｗの下限境界電圧Ｖｗ－を制御することができる。コンパレータ２０８および２１０は、電圧ウィンドウＶｗの境界Ｖｗ＋およびＶｗ－、ならびに電圧フィードバック情報Ｖｒａｍｐから出力を受信するように構成され得る。増幅器２１６は、インダクタ１０４をわたる電圧を感知し、利得ｇｍに基づいて、感知した電圧を増幅することで、Ｖｒａｍｐを生成することができる。コンパレータ２０８は、反転入力（－）で上限境界電圧Ｖｗ＋を受信することができ、非反転入力（＋）でＶｒａｍｐを受信することができる。コンパレータ２１０は、非反転入力（＋）で下限境界電圧Ｖｗ－を受信することができ、反転入力（－）でＶｒａｍｐを受信することができる。

【0017】

ＰＷＭ信号は、ＨＩＧＨ状態（例えば、「Ｔ」または「ｔｒｕｅ」状態）またはＬＯＷ状態（例えば、「Ｆ」または「ｆａｌｓｅ」状態）にされ得る。ＰＷＭ信号に基づいて、ドライバＩＣ１０２は、ＨＳスイッチおよびＬＳスイッチの状態を強制することができる。例えば、ＰＷＭ信号がＨＩＧＨ状態の間、ドライバＩＣ１０２は、ＨＳオンとＬＳオフを強制する。ＰＷＭ信号がＬＯＷ状態の間、ドライバＩＣ１０２は、ＨＳオフとＬＳオンを強制する。電圧フィードバック情報Ｖｒａｍｐは、ＰＷＭ信号の論理状態に従うインダクタ１０４を流れる電流をエミュレートすることができる。例えば、ＨＳスイッチがオンでＬＳスイッチがオフの場合、Ｖｒａｍｐは増加する。これは、インダクタ１０４を流れる電流が増加していることを示している。また、ＨＳスイッチがオフでＬＳスイッチがオンの場合、Ｖｒａｍｐは減少する。これは、インダクタ１０４を流れる電流が減少していることを示している。

【0018】

コンパレータ２０８および２１０は、それぞれの（＋）入力および（－）入力の相対電圧を示す論理出力を生成することができる。コンパレータ（コンパレータ２０８またはコンパレータ２１０）の（＋）入力の電圧が（－）入力の電圧より高い場合、コンパレータは、論理状態「Ｔ」または「ｔｒｕｅ」を出力することができる。（－）入力の電圧が（＋）入力の電圧より高い場合、コンパレータは、論理状態「Ｆ」または「ｆａｌｓｅ」を出力することができる。

【0019】

ＳＲラッチ２１４は、コンパレータ２０８および２１０の出力を入力として受信することができる。コンパレータ２０８の出力は、ＳＲラッチ２１４のリセットピンＲに供給されることができ、コンパレータ２１０の出力は、ＳＲラッチ２１４のセットピンＳに供給されることができる。ＳＲラッチ２１４は、ＳＲラッチ２１４のセットピンおよびリセットピンにおける入力電圧に基づいてＰＷＭ信号を生成するように構成され得る。ＰＷＭ信号は、ドライバＩＣ１０２に出力され得る。ドライバＩＣ１０２は、駆動信号１１０を生成して、電力段１０３を駆動することができる。

【0020】

ＳＲラッチ２１４がＰＷＭ信号をＨＩＧＨまたは「Ｔ」状態で出力すると、ドライバＩＣ１０２は、ＨＳスイッチをオンにし、ＬＳスイッチをオフにし、Ｖｒａｍｐを増加させることができる。Ｖｒａｍｐが電圧ウィンドウＶｗ＋（すなわちＶｃ＋電圧源２０４）の上端より上に上昇すると、コンパレータ２０８は、論理状態「Ｔ」を出力することができる。これがＳＲラッチ２１４のＲピン入力に印加されると、ＳＲラッチ２１４がリセットされる。ＳＲラッチ２１４をリセットすることで、ＰＷＭが解放され、すなわちＰＷＭ信号が「Ｆ」状態で出力される。「Ｆ」状態のＰＷＭ信号は、ドライバＩＣ１０２を介してＨＳスイッチをオフにし、ＬＳスイッチをオンにし、Ｖｒａｍｐを低下させる。ＶｒａｍｐがＶｗ－（すなわちＶｃ－電圧源２０６）を下回ると、Ｒ入力は解放されるが、ＳＲラッチ２１４はＰＷＭ「Ｆ」状態を保持する。

【0021】

ＳＲラッチ２１４がＰＷＭ信号をＬＯＷまたは「Ｆ」状態で出力すると、ドライバＩＣ１０２は、ＨＳスイッチをオフにし、ＬＳスイッチをオンにし、Ｖｒａｍｐを減少させることができる。Ｖｒａｍｐが電圧ウィンドウＶｗ－（すなわちＶｃ－電圧源２０６）の下端より下に下降すると、コンパレータ２１０は、論理状態「Ｔ」を出力することができる。これがＳＲラッチ２１４のＳピン入力に印加されると、ＳＲラッチ２１４がセットされる。ＳＲラッチ２１４をセットすることで、ＰＷＭ信号が「Ｔ」状態で出力される。「Ｔ」状態のＰＷＭ信号は、ドライバ１０２を介してＨＳスイッチをオンにし、ＬＳスイッチをオフにし、Ｖｒａｍｐを増加させる。ＶｒａｍｐがＶｗ－を上回ると、Ｓ入力は解放されるが、ＳＲラッチ２１４はＰＷＭ「Ｔ」状態を保持する。

【0022】

完全なサイクルにおけるＶｒａｍｐの上昇持続時間をオン時間Ｔｏｎとする。完全なサイクルにおけるＶｒａｍｐの下降持続時間をオフ時間Ｔｏｆｆとする。総サイクル時間Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆをスイッチング周期Ｔｓｗとする。スイッチング周波数はＴｓｗの逆数、つまりＦｓｗ＝１／Ｔｓｗである。総サイクル時間に対するオン時間の比をデューティ比Ｄとする。これは、Ｄ＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）＝Ｔｏｎ／Ｔｓｗである。デューティ比Ｄは、コントローラ１０１が出力電圧Ｖｏｕｔを調節するために変更するパラメータである。Ｔｏｎは、Ｔｏｎ＝Ｄ＊Ｔｓｗ、またはＴｏｎ＝Ｄ／Ｆｓｗと表すことができる。

【0023】

一実施形態において、ＴｏｎおよびＴｏｆｆは、電圧ウィンドウＶｗのサイズによって決定され得る。例えば、電圧ウィンドウＶｗが大きければ、ＴｏｎおよびＴｏｆｆが大きくなり、ひいてはＴｓｗが大きくなる。電圧ウィンドウＶｗが小さければ、ＴｏｎとＴｏｆｆが小さくなり、ひいてはＴｓｗが小さくなる。電圧ウィンドウＶｗのサイズを変えることで、所望のスイッチング周波数Ｆｓｗを得ることができる。Ｖｗを変化させてＴｏｎを変化させると、Ｔｓｗも同じ割合で変化する。したがって、電圧ウィンドウＶｗを変化させてもデューティ比Ｄが直接変化しない場合がある。

【0024】

コントローラ１０１は、ＦＬＬ回路２１２を含むことができる。ＦＬＬ回路２１２は、ＳＲラッチ２１４が出力するＰＷＭ信号、クロック信号ＣＬＫ、および所定のまたはプログラム可能な基準スイッチング周波数（ＦｓｗＲｅｆ）を受信することができる。ＦＬＬ回路２１２は、ＰＷＭ信号をリアルタイムで監視し、ＰＷＭ信号を使用してスイッチング周波数Ｆｓｗを決定することができる。例えば、ＦＬＬ回路２１２は、受信したＰＷＭ信号のＴｏｎとＴｏｆｆの時間を測定し、測定されたＴｏｎとＴｏｆｆを合計することで、Ｔｓｗを測定するように構成され得る。ＦＬＬ回路２１２は、受信したＰＷＭ信号のスイッチング周波数Ｆｓｗを決定するために、Ｔｓｗの逆数を決定することができる。したがって、ＦＬＬ回路２１２は、受信したＰＷＭ信号を使用してスイッチング周波数Ｆｓｗを監視することができる。ＦＬＬ回路２１２は、受信したＰＷＭ信号のスイッチング周波数Ｆｓｗと基準ＦｓｗＲｅｆとを比較することができる。比較結果に基づいて、ＦＬＬ回路２１２は、Ｆｓｗを低減させるために電圧ウィンドウＶｗを増加させるか、またはＦｓｗを増加させるために電圧ウィンドウＶｗを減少させるかを決定することができる。また、一実施形態において、ＦＬＬ回路２１２は、受信したＰＷＭ信号のＴｓｗと基準サイクル時間とを比較し、この比較結果に基づいて、電圧ウィンドウＶｗを増加させるか電圧ウィンドウＶｗを減少させるかを決定することができる。電圧ウィンドウＶｗを増加させるか減少させるかの決定は、Ｔｓｗの測定にはすべてのサイクル時間Ｔｓｗを観察する必要があるため、各サイクルの終了時にＦＬＬ回路２１２によって行うことができる。一実施形態例において、ＦＬＬ回路２１２によって受信されるクロック信号ＣＬＫは、スイッチング周波数Ｆｓｗの測定に使用され得る。

【0025】

電圧ウィンドウＶｗを増加させるか減少させるかを決定したことに応答して、ＦＬＬ回路２１２は、決定結果に従って電圧ウィンドウＶｗを調整（例えば、増加または減少）することができる。電圧ウィンドウＶｗの調整は、現在のスイッチングサイクル、すなわちスイッチングサイクルｎに対して有効であり得る。電圧ウィンドウのサイズの決定（例えば、増減の量）および電圧ウィンドウのサイズの調整は、瞬間的であり得るため、現在のサイクルからの決定は、次のサイクル、すなわちサイクルｎ＋１に対しても有効であり得る。一実施形態において、ＦＬＬ回路２１２は、電圧ウィンドウＶｗの境界Ｖｗ＋およびＶｗ－を調整するためにコントローラ１０１によって使用される電圧信号２１８を出力することができる。ＦｓｗＲｅｆがＰＷＭ信号からの測定されたスイッチング周波数を下回る場合、電圧ウィンドウを減少させてスイッチング周波数Ｆｓｗを増加させることができる。ＦＬＬ回路２１２は、電圧源２０４を減少させて上限境界Ｖｗ＋を低減させ、電圧源２０６を減少させて上限境界Ｖｗ－を上昇させることで、電圧ウィンドウを減少させることができる。これにより、より狭い（例えば減少した）電圧ウィンドウＶｗを形成することができる。ＦｓｗＲｅｆがＰＷＭ信号からの測定されたスイッチング周波数を上回る場合、電圧ウィンドウを増加させてスイッチング周波数Ｆｓｗを減少させることができる。ＦＬＬ回路２１２は、電圧源２０４を増加させて上限境界Ｖｗ＋を上昇させ、電圧源２０６を増加させてＶｃとＶｗ－との差を増加させることで、電圧ウィンドウを増加させることができる。これにより、下限境界Ｖｗ－を低下させ、より広い（例えば増加した）電圧ウィンドウＶｗを形成することができる。電圧ウィンドウＶｗを調整するために電圧源２０４、２０６に対して行われる調整量は、システム１００の所望の実施例に応じて、等しくすることができ、または互いに異なることができる。一実施形態において、所望の実装が、電圧ウィンドウＶｗがＶｃを中心として対称である必要がある場合、電圧源２０４、２０６に行われる調整量は、Ｖｃを中心とする電圧ウィンドウの対称性を維持するために等価であり得る。別の実施形態において、所望の実装で電圧ウィンドウＶｗが対称である必要がない場合、電圧源２０４、２０６に行われる調整量は、異なることができる。例えば、電圧源２０４、２０６を等しく調整することなく電圧ウィンドウを調整するために、ＦＬＬ２１２は、電圧源２０４、２０６の両方ではなく、いずれか一方に電圧信号２１８を印加することができる。

【0026】

また、ＦＬＬ回路２１２は、電圧ウィンドウＶｗを調整してＰＷＭ信号のオン時間の持続時間を増加させるように構成され得る。ＦＬＬ回路２１２は、ＰＷＭ信号の最小オン時間の持続時間が所定の閾値を超えるかどうかを判定するように構成され得る。所定の閾値は、コントローラ１０１が正常に機能するためにスイッチがオンである必要がある最小時間、スイッチ遷移時間の速度に関する制限、または他の動作上の制約による制限を表す、プログラム可能な最小オン時間（ＴｏｎＲｅｆ）であり得る。オン時間がＴｏｎＲｅｆよりも小さい場合、コントローラ１０１は、電圧ウィンドウＶｗ＋を増加させることができ、すなわち、電圧源２０４を増加させて上限境界Ｖｗ＋を上昇させ、電圧源２０６を増加させて下限境界Ｖｗ－を下降させることができる。オン時間が所定の基準オン時間の持続時間よりも大きい場合、ＦＬＬ回路２１２は、システム１００のスイッチング周波数を調整し続けることができる。この優先順位の決定により、最小オン時間の制約は、Ｆｓｗの調節を上回る。Ｆｓｗは、最小オン時間が侵害されないというより高い優先順位の制約に従って制御される。

【0027】

ウィンドウサイズＶｗによって決定されるスイッチング周波数Ｆｓｗは、システム１００の様々な非理想的要素によって期待値から逸脱する可能性がある。これらの非理想的要素は、所望の出力電圧、Ｖｉｎ電源電圧、レギュレータの負荷電流、損失性コンポーネントにおける電力の散逸、多相コントローラにおけるアクティブ相の数、および温度などの動作条件、ならびに／またはスイッチング周波数を変化させ得る他の条件によって変化し得る。ＦＬＬ回路２１２は、スイッチング周波数Ｆｓｗの精度に影響を与える不確定要素を克服する周波数調節機構を提供する。

【0028】

出力電圧を決定するデューティ比Ｄは、出力電圧の精度に寄与するそれ自体の一連の非理想的要素に対して調整される必要がある。これには、電力損失要素や負荷変動、および理想的な性能からの他の実質的な逸脱が含まれる。しかしながら、コントローラ１０１のデューティ比Ｄは、近似値Ｄ＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎによって、入力電源電圧に対する所望の出力電圧の比によって主に決定される。上述したように、Ｔｏｎ＝Ｔｓｗ＊Ｄ＝Ｄ／Ｆｓｗである。つまり、所与のＦｓｗに対して、Ｔｏｎ＝（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）／Ｆｓｗとなる。ＶｉｎがＶｏｕｔより十分に大きく、Ｆｓｗが十分に高い場合、Ｔｏｎは非常に小さくなり、ｍｉｎＴｏｎ制約を侵害している可能性がある。別の実施形態において、Ｔｏｎを測定する代わりに推定することができる。推定は、ＶｉｎおよびＶｏｕｔの測定値などの様々なパラメータ値に基づいて行うことができる。Ｖｏｕｔの電圧調節は、Ｖｉｎと所望のＶｏｕｔレベルの両方に依存する。最小オン時間（ｍｉｎＴｏｎ）を満たす必要があり、Ｖｉｎと所望のＶｏｕｔレベルによってそれが制限されている場合、スイッチング周波数Ｆｓｗを減少させる必要がある。この調整は、電圧ウィンドウＶｗを増加させることで行われる。このような妥協は、電圧レギュレータが適切に機能するために必要である。したがって、スイッチング周波数Ｆｓｗの調節は、最小オン時間の制約を満たす必要性によって決定される。

【0029】

ここに示す実施形態により、コントローラは、ＰＷＭオン時間とスイッチング周波数の両方の調節を実行することができる。ここでは、ＰＷＭオン時間の調節は、スイッチング周波数の調節よりも優先され得る。ＰＷＭオン時間の調節に優先順位を与えることで、低いデューティ比の動作条件における低いＰＷＭオン時間に起因する問題を回避することができる。

【0030】

図３は、一実施形態における、スイッチング周波数レギュレータおよび最小オン時間オーバーライド機能を実現することができるプロセスを示すフロー図である。図３の説明は、図１および図２に示す構成要素を参照してもよい。プロセス３００は、１つまたは複数のブロック３０１、３０３、３０５、３０７、３０９、３１１、３１３、および３１５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、並行して実行されたりすることができる。

【0031】

プロセス３００は、電圧レギュレータシステムによって実現され得る。例えば、システム１００のコントローラ１０１は、プロセス３００を実行することができる。プロセス３００は、ブロック３０１で開始することができる。ブロック３０１では、コントローラ１０１は、新しいＰＷＭサイクルが発生したかどうかを判定することができる。例えば、コントローラ１０１は、ＰＷＭ信号の立ち上がりエッジを検出することができる。立ち上がりエッジは、新しいＰＷＭサイクルの兆候である。コントローラ１０１が新しいＰＷＭサイクルを検出しなかった場合（３０１：ＮＯ）、プロセス３００は、新しいＰＷＭサイクルが開始するまでブロック３０１周囲をループすることができる。

【0032】

ブロック３０１でコントローラ１０１が新しいＰＷＭサイクルが開始したと判定した場合（３０１：ＹＥＳ）、プロセス３００は、ブロック３０１からブロック３０３に続くことができる。ブロック３０３では、コントローラ１０１は、以前に完了したＰＷＭサイクル、すなわちＰＷＭサイクルｎ－１のオン時間ＰＷＭＴｏｎおよびスイッチング周波数Ｆｓｗを決定することができる。オン時間ＰＷＭＴｏｎは、ＰＷＭサイクルｎ－１内のＰＷＭ信号が「オン」状態である時間の継続時間であり得、スイッチング周波数Ｆｓｗは、ＰＷＭサイクルｎ－１内のＰＷＭ信号を生成するためにＨＳスイッチおよびＬＳスイッチがオンおよびオフする速度であり得る。コントローラ１０１は、決定されたオン時間ＰＷＭＴｏｎとラッチされたスイッチング周波数Ｆｓｗをラッチすることができる。プロセス３００は、ブロック３０３からブロック３０５に続くことができる。ブロック３０５では、コントローラ１０１は、ラッチされたＰＷＭＴｏｎがＴｏｎＲｅｆ（図２参照）よりも小さいかどうかを判定することができる。コントローラ１０１が行う比較は、最小オン時間動作が周波数調節動作をオーバーライドする必要があるかどうかを確認することである。ラッチされたＰＷＭＴｏｎがＴｏｎＲｅｆよりも小さい場合（３０５：ＹＥＳ）、最小オン時間機能が動作する必要があり、プロセス３００は、ブロック３０５からブロック３０７に続くことができる。

【0033】

ブロック３０７では、コントローラ１０１は、電圧ウィンドウＶｗを増加させることができる。電圧ウィンドウＶｗを増加させることで、ＰＷＭＴｏｎを増加させることができる（ＴｏｆｆもＴｓｗも、Ｔｏｎの増加と同じ割合で増加させることができるので、Ｄを維持することができる）。この決定は、Ｆｓｗの調節よりも優先されるので、最小オン時間機能は、Ｆｓｗ調節よりも優先される。したがってＰＷＭオン時間の調節は、スイッチング周波数の調節よりも優先される。

【0034】

ブロック３０５においてＰＷＭＴｏｎがＴｏｎＲｅｆよりも大きい場合（３０５：ＮＯ）、プロセス３００は、ブロック３０５からブロック３０９に続くことができる。ＰＷＭＴｏｎがＴｏｎＲｅｆよりも大きいという判定は、最小オン時間機能を動作させる必要がなく、ＦＬＬがスイッチング周波数の調節を継続できることを意味する。ブロック３０９では、コントローラ１０１は、ラッチされたＰＷＭスイッチング周波数が低い基準スイッチング周波数ＦｓｗＬｏｗＲｅｆよりも小さいかどうかを判定するように構成される。例示的な実施形態において、２つの基準スイッチング周波数が存在することができる。低い基準スイッチング周波数ＦｓｗＬｏｗＲｅｆと、ＦｓｗＬｏｗＲｅｆよりも大きい高い基準スイッチング周波数ＦｓｗＨｉｇｈＲｅｆである。ラッチされたＰＷＭスイッチング周波数がＦｓｗＬｏｗＲｅｆよりも小さい場合（３０９：ＹＥＳ）、プロセス３００は、ブロック３０９から３１１に続くことができる。なお、２つの基準スイッチング周波数に対して行われる比較は、スイッチング周波数の境界間のディザリングを低減することができるように、定義された範囲内でＦｓｗを調節することができることに留意されたい。ＦｓｗＬｏｗＲｅｆとＦｓｗＨｉｇｈＲｅｆの間の範囲は、様々な条件によって変化する場合がある。１つまたは複数の実施形態において、所定の公称スイッチング周波数が存在することができ、公称周波数周辺の周波数の範囲が、スイッチング周波数がシステム１００の機構および動作パラメータに影響を与える周波数の閾値範囲として割り当てられ得る。この周波数の範囲は、基準ＦｓｗＬｏｗＲｅｆおよびＦｓｗＨｉｇｈＲｅｆのセッティングに使用され得る。

【0035】

ブロック３１１では、コントローラ１０１は、電圧ウィンドウを減少させることができる。電圧ウィンドウを減少させるとこで、スイッチング周波数を上昇させてＦｓｗＬｏｗＲｅｆとＦｓｗＨｉｇｈＲｅｆとの間で調整されたスイッチング周波数レベルを得ることができる。ラッチされたＰＷＭスイッチング周波数がＦｓｗＬｏｗＲｅｆよりも大きい場合（３０９：ＮＯ）、プロセス３００は、ブロック３０９からブロック３１３に続くことができる。ブロック３１３では、コントローラ１０１は、ＰＷＭスイッチング周波数がＦｓｗＨｉｇｈＲｅｆよりも大きいかどうかを判定することができる。ＰＷＭスイッチング周波数がＦｓｗＨｉｇｈＲｅｆよりも大きい場合（３１３：ＹＥＳ）、プロセス３００は、ブロック３１３からブロック３１５に続くことができる。ブロック３１５では、コントローラ１０１は、電圧ウィンドウＶｗを増加させるように構成される。電圧ウィンドウを増加させることで、スイッチング周波数を減少させてＦｓｗＬｏｗＲｅｆとＦｓｗＨｉｇｈＲｅｆとの間で調整されたスイッチング周波数レベルを得ることができる。ＰＷＭスイッチング周波数がＦｓｗＨｉｇｈＲｅｆよりも小さい場合、（３１３：ＮＯ）、コントローラ１０１は、電圧ウィンドウを調整する必要がなく、ブロック３０１に戻って次のＰＷＭサイクルの開始を待つことができる。

【0036】

図４は、別の実施形態における、スイッチング周波数レギュレータおよび最小オン時間オーバーライド機能を実現することができる別のプロセスを示すフロー図である。図４の説明は、図１～図３に示す構成要素を参照してもよい。プロセス４００は、１つまたは複数のブロック４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１、４１３、４１５、および４１７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、並行して実行されたりすることができる。

【0037】

プロセス４００は、電圧レギュレータシステムによって実現され得る。例えば、システム１００のコントローラ１０１は、プロセス４００を実行することができる。プロセス４００は、ブロック４０１で開始することができる。ブロック４０１では、コントローラ１０１は、新しいＰＷＭサイクルが発生したかどうかを判定することができる。例えば、コントローラ１０１は、ＰＷＭ信号の立ち上がりエッジを検出することができる。立ち上がりエッジは、新しいＰＷＭサイクルの兆候である。コントローラ１０１が新しいＰＷＭサイクルを検出しなかった場合（４０１：ＮＯ）、プロセス４００は、新しいＰＷＭサイクルが開始するまでブロック４０１周囲をループすることができる。

【0038】

ブロック４０１でコントローラ１０１が新しいＰＷＭサイクルが開始したと判定した場合（４０１：ＹＥＳ）、プロセス４００は、ブロック４０１からブロック４０３に続くことができる。ブロック４０３では、コントローラ１０１は、以前に完了したＰＷＭサイクル、すなわちＰＷＭサイクルｎ－１のオン時間ＰＷＭＴｏｎおよびスイッチング周波数Ｆｓｗを決定することができる。オン時間ＰＷＭＴｏｎは、ＰＷＭサイクルｎ－１内のＰＷＭ信号が「オン」状態である時間の継続時間であり得、スイッチング周波数Ｆｓｗは、ＰＷＭサイクルｎ－１内のＰＷＭ信号を生成するためにＨＳスイッチおよびＬＳスイッチがオンおよびオフする速度であり得る。コントローラ１０１は、決定されたオン時間ＰＷＭＴｏｎとラッチされたスイッチング周波数Ｆｓｗをラッチすることができる。

【0039】

ブロック４０５では、コントローラ１０１は、ラッチされたＰＷＭＴｏｎが第１の基準オン時間（ＴｏｎＲｅｆ１）よりも小さいかどうかを判定することができる。ＴｏｎＲｅｆ１は、プログラム可能な第１の所定の閾値であり、コントローラ１０１が正常に動作するためにスイッチがオンである必要がある最小時間を示す。ラッチされたＰＷＭＴｏｎがＴｏｎＲｅｆ１よりも小さい場合（４０５：ＹＥＳ）、プロセス４００は、ブロック４０５からブロック４０７に続くことができる。

【0040】

ブロック４０７では、コントローラ１０１は、電圧ウィンドウＶｗを増加させるように構成される。電圧ウィンドウＶｗを増加させることで、ＰＷＭＴｏｎを増加させることができる。ＰＷＭＴｏｎがＴｏｎＲｅｆ１よりも大きい場合（４０５：ＮＯ）、プロセス４００は、ブロック４０５からブロック４０９に続くことができる。

【0041】

ブロック４０９では、コントローラ１０１が最小オン時間の制約が満たされたと判定したため、オーバーライド動作は必要なくなり、スイッチング周波数の調整に戻ることができる。コントローラ１０１は、ＰＷＭスイッチング周波数がＦｓｗＬｏｗＲｅｆよりも小さいかどうかを判定することができる。ＰＷＭスイッチング周波数がＦｓｗＬｏｗＲｅｆよりも小さい場合（４０９：ＹＥＳ）、プロセス４００は、ブロック４０９からブロック４１１に続くことができる。

【0042】

ブロック４１１では、コントローラ１０１は、ＰＷＭＴｏｎが第２の基準オン時間（ＴｏｎＲｅｆ２）よりも小さいかどうかを判定することができる。ＴｏｎＲｅｆ２は、プログラム可能な第２の所定の閾値であり、第１の基準オン時間ＴｏｎＲｅｆ１よりも大きい第２の基準オン時間を表す。２つの基準オン時間ＴｏｎＲｅｆ１、ＴｏｎＲｅｆ２は、オン時間がオン時間ウィンドウ内にある間、コントローラ１０１が最小オン時間の監視を継続することを可能にするウィンドウ境界を作製することができる。例えば、測定された最小オン時間が、閾値レベル（たとえば、ＴｏｎＲｅｆ１）付近で推移している場合などである。なお、２つのＰＷＭ基準オン時間に対して行われる比較によって、オン時間境界でのジッタリングを低減できるように、定義された範囲内でＰＷＭＴｏｎを調節することができることに留意されたい。

【0043】

ラッチされたＰＷＭＴｏｎがＴｏｎＲｅｆ２よりも小さい場合（４１１：ＹＥＳ）、プロセス４００は、ブロック４１１からブロック４０１に続いて新しいＰＷＭサイクル（サイクルｎ＋２）の開始を待つことができる。

【0044】

ラッチされたＰＷＭＴｏｎがＴｏｎＲｅｆよりも大きい２場合（４１１：ＮＯ）、プロセス４００は、ブロック４１１からブロック４１３に続くことができる。ブロック４１３では、コントローラ１０１は、電圧ウィンドウを減少させることができる。判定ブロック４０９に戻ると、ＰＷＭスイッチング周波数がＦｓｗＬｏｗＲｅｆよりも大きい場合（４０９：ＮＯ）、プロセス４００は、ブロック４０９からブロック４１５に続くことができる。ブロック４１５では、コントローラ１０１は、ＰＷＭスイッチング周波数がＦｓｗＨｉｇｈＲｅｆよりも大きいかどうかを判定することができる。ＰＷＭスイッチング周波数がＦｓｗＨｉｇｈＲｅｆよりも大きい場合（４１５：ＹＥＳ）、プロセス４００は、ブロック４１５からブロック４１７に続くことができる。ブロック４１７では、コントローラ１０１は、電圧ウィンドウＶｗを増加させるように構成される。ＰＷＭスイッチングがＦｓｗＨｉｇｈＲｅｆよりも小さい場合（４１５：ＮＯ）、コントローラ１０１は、電圧ウィンドウを調整する必要がなく、ブロック４０１に戻って次のＰＷＭサイクル（ＰＷＭサイクルｎ＋１）の開始を待つことができる。図４に示すように、ブロック４０３でＰＷＭＴｏｎとＦｓｗをラッチした後、ＦＬＬを実行する代わりに、コントローラ１０１は、ＰＷＭオン時間（ＰＷＭＴｏｎ）が所望の範囲内（例えば、ＴｏｎＲｅｆ１とＴｏｎＲｅｆ２の間）にあるかどうかを確認する。したがって、ＰＷＭオン時間の調節は、スイッチング周波数の調節よりも優先される。なお、２つの基準スイッチング周波数に対して行われる比較は、スイッチング周波数の境界間のディザリングを低減することができるように、定義された範囲内でＦｓｗを調節することができることに留意されたい。

【0045】

なお、プロセス４００では、ブロック４０９のスイッチング周波数のテストは、ＴｏｎがＴｏｎＲｅｆ１とＴｏｎＲｅｆ２の間にあり、スイッチング周波数を低減するために電圧ウィンドウを増加させる必要がある状態を防止するために、ＴｏｎＲｅｆ２のテスト（例えば、ブロック４１１）の前に実行されることに留意されたい。さらに、ＴｏｎＲｅｆ２のテストの前に実行されるスイッチング周波数のテストにより、スイッチング周波数が低すぎる場合（例えば、４０９：ＹＥＳ）、電圧ウィンドウを減少させること（例えば、ブロック４１３）ができる。スイッチング周波数が高すぎる場合（４１５：ＹＥＳ）、電圧ウィンドウは、ＴｏｎＲｅｆ２のテストの結果に関係なく、増加される。

【0046】

図５は、別の実施形態における、スイッチング周波数レギュレータおよび最小オン時間オーバーライド機能の実装例を示す図である。図５の説明は、図１～図４に示す構成要素を参照してもよい。例示的な実施形態において、線５０２は、スイッチング周波数調整器および最小オン時間オーバーライド機能が実現された最小オン時間を示す。線５０４は、スイッチング周波数調整器および最小オン時間オーバーライド機能が実現されていない場合の最小オン時間を示す。線５０６は、所定のＴｏｎＲｅｆを示す。線５０８は、スイッチング周波数レギュレータおよび最小オン時間オーバーライド機能が実現されていない場合のスイッチング周波数を示す。線５１０は、スイッチング周波数レギュレータおよび最小オン時間オーバーライド機能が実現された場合のスイッチング周波数を示す。線５１２は、電圧出力Ｖｏｕｔを示す。

【0047】

例示的な実施形態において、開始条件は、プログラムされたスイッチング周波数１ＭＨｚで、線５１２に示す１．０Ｖの出力電圧Ｖｏｕｔで開始して２００マイクロ秒の間続く。Ｖｏｕｔが１．０Ｖである間、線５０２および５０４に示す測定されたＰＷＭＴｏｎは、１２０ナノ秒になり得る。２００マイクロ秒～３００マイクロ秒の間、Ｖｏｕｔは、１．０Ｖから０．３Ｖに変化する。システム１００がスイッチング周波数を調節するためにＦＬＬを利用する場合、線５０４および５０８は、Ｍｉｎ＿Ｔｏｎオーバーライド制御なしでＦＬＬを使用する場合にＰＷＭＴｏｎおよびスイッチング周波数がどのように反応するかを示している。Ｖｏｕｔが０．３Ｖに達すると、線５０４のＰＷＭＴｏｎは、４０ナノ秒未満に低下し、電流感知の問題や故障状態の検知の難しさなど、スイッチング動作の問題や調節の問題を引き起こす可能性がある。図５に示すように、所定のＴｏｎＲｅｆは、線５０６で示すように６０ナノ秒と定義されている。ＴｏｎＲｅｆは、スイッチング周波数調節機能の使用から最小オン時間オーバーライド機能に動作を切り替えるタイミングを決定するために使用され得る。したがって、線５０２で示すように、ＰＷＭＴｏｎが６０ナノ秒を下回ると、コントローラ１０１は、オン時間を６０ナノ秒の閾値を上回るように増加させることを優先するように動作を切り替えることができる。線５０２で示すように、最小オン時間オーバーライド機能が引き継いで、ＰＷＭＴｏｎが少なくともＴｏｎＲｅｆと等しいように補正を行う。最小オン時間オーバーライドがないと、オン時間は、線５０４で示すように４０ナノ秒未満で継続する。コントローラ１０１がスイッチング周波数の代わりにオン時間を調節しているため、線５１０で示すように、スイッチング周波数はほぼ０．６ＭＨｚに減少する。Ｖｏｕｔが１．０Ｖまで増加すると、コントローラ１０１は、最小オン時間オーバーライド機能からスイッチング周波数調節機能に動作を切り替えることができる。これは、１ＭＨｚに戻る線５１０、および１２０ナノ秒のオン時間に増加する線５０２から確認することができる。

【0048】

図６は、別の実施形態における、スイッチング周波数レギュレータおよび最小オン時間オーバーライド機能を実現する別のプロセスを示すフロー図である。図６の説明は、図１～図６に示す構成要素を参照してもよい。プロセス６００は、１つまたは複数のブロック６０１、６０３、６０５、６０７、および６０９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、並行して実行されたりすることができる。

【0049】

プロセス６００は、電圧レギュレータシステムによって実現され得る。例えば、電圧レギュレータシステム１００のコントローラ１０１は、プロセス６００を実行することができる。プロセス６００は、ブロック６０１で開始することができる。ブロック６０１では、コントローラは、電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭ（パルス幅変調）オン時間の持続時間を決定することができる。一実施形態において、電圧レギュレータは、ヒステリシス電流モードバックレギュレータであり得る。

【0050】

プロセス６００は、ブロック６０１からブロック６０３に続くことができる。ブロック６０３では、さらに、コントローラは、電圧レギュレータを動作させるために使用されるスイッチング周波数を決定することができる。一実施形態において、コントローラは、電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭオフ時間の持続時間を決定し、ＰＷＭオン時間とＰＷＭオフ時間とを合計してサイクル時間を決定し、サイクル時間の逆数を決定することで、スイッチング周波数を決定することができる。

【0051】

プロセス６００は、ブロック６０３からブロック６０５に続くことができる。ブロック６０５では、さらに、コントローラは、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも大きいか小さいかを判定することができる。

【0052】

プロセス６００は、ブロック６０５からブロック６０７に続くことができる。ブロック６０７では、さらに、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも小さいと判定したことに応答して、コントローラは、電圧レギュレータを動作させるために使用されるＰＷＭ信号のための電圧ウィンドウを増加させることができる。一実施形態において、ＰＷＭ信号のための電圧ウィンドウを増加させるとスイッチング周波数を減少させることができ、ＰＷＭ信号のための電圧ウィンドウを増加させるとスイッチング周波数を増加させることができる。

【0053】

プロセス６００は、ブロック６０７からブロック６０９に続くことができる。ブロック６０９では、さらに、コントローラは、ＰＷＭオン時間の持続時間が基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、スイッチング周波数を調節するようにＦＬＬ（周波数ロックループ）を実行することができる。

【0054】

一実施形態において、ＦＬＬを実行するステップは、スイッチング周波数が第１の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかを判定するステップを含むことができる。さらに、ＦＬＬを実行するステップは、スイッチング周波数が第１の基準スイッチング周波数よりも小さいと判定したことに応答して、電圧ウィンドウを減少させるステップを含むことができる。さらに、ＦＬＬを実行するステップは、スイッチング周波数が第１の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、スイッチング周波数が第２の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかを判定するステップを含むことができる。ここで、第２の基準スイッチング周波数は、第１の基準スイッチング周波数よりも大きい。さらに、ＦＬＬを実行するステップは、スイッチング周波数が第２の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、電圧ウィンドウを増加させるステップを含むことができる。

【0055】

さらに、一実施形態において、コントローラは、新しいＰＷＭサイクルが発生したことを判定することができる。さらに、コントローラは、ＰＷＭオン時間の持続時間を決定することができる。これは、新しいＰＷＭサイクルの前の完了したＰＷＭサイクルにおけるＰＷＭ信号のＰＷＭオン時間を決定するステップを含む。さらに、コントローラは、スイッチング周波数を決定することができる。これは、新しいＰＷＭサイクルの前の完了したＰＷＭサイクルにおけるＰＷＭ信号のスイッチング周波数を決定するステップを含む。

【0056】

一実施形態において、基準オン時間は、第１の基準オン時間であり得、ＦＬＬを実行するステップは、ＰＷＭオン時間の持続時間が第１の基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、スイッチング周波数が第１の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかをコントローラが判定するステップを含むことができる。スイッチング周波数が第１の基準スイッチング周波数よりも小さいと判定したことに応答して、コントローラは、ＰＷＭオン時間の持続時間が第２の基準オン時間よりも大きいか小さいかを判定することができる。ここで、第２の基準オン時間は、第１の基準オン時間よりも大きい。ＰＷＭオン時間の持続時間が第２の基準オン時間よりも大きいと判定したことに応答して、コントローラは、電圧ウィンドウを減少させることができる。スイッチング周波数が第１の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、コントローラは、スイッチング周波数が第２の基準スイッチング周波数よりも大きいか小さいかを判定することができる。スイッチング周波数が第２の基準スイッチング周波数よりも大きいと判定したことに応答して、コントローラは、電圧ウィンドウを増加させることができる。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【外国語明細書】