特許 7546098 ゼロクロス基準電流を調整可能な電圧変換器及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-28

(45)【発行日】2024-09-05

(54)【発明の名称】ゼロクロス基準電流を調整可能な電圧変換器及び方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20240829BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2023071130

(22)【出願日】2023-04-24

【審査請求日】2023-04-24

(31)【優先権主張番号】112109410

(32)【優先日】2023-03-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】523370967

【氏名又は名称】能創半導體股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＰｏｗｅｒＸ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ

【住所又は居所原語表記】９Ｆ－３， Ｎｏ． １， Ｈｕａｎｋｅ １ｓｔ Ｒｄ．， Ｚｈｕｂｅｉ Ｃｉｔｙ， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｃｏｕｎｔｙ， Ｔａｉｗａｎ，

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100185269

【弁理士】

【氏名又は名称】小菅 一弘

(72)【発明者】

【氏名】瞿 鴻遠

(72)【発明者】

【氏名】イェ チェン－ウェイ

【審査官】安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／１７１７６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２９４８３９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インダクタンス電流を生成するように、直列に結合される第１の電力スイッチ及び第２の電力スイッチと、
前記第２の電力スイッチを流れる電流を検出し、且つ検出電流を生成するように、前記第２の電力スイッチに結合される電流検出回路と、
ゼロクロス基準電流を出力するゼロクロス基準電流源と、
前記検出電流及び前記ゼロクロス基準電流を受けて、前記検出電流及び前記ゼロクロス基準電流に基づいて前記第２の電力スイッチを制御し、且つ前記ゼロクロス基準電流を調整するように、前記電流検出回路及び前記ゼロクロス基準電流源に結合される調整回路と、
を含み、
前記調整回路は、
前記検出電流及び前記ゼロクロス基準電流を受けて、前記検出電流及び前記ゼロクロス基準電流に基づいて比較電圧を生成するように、前記電流検出回路及び前記ゼロクロス基準電流源に結合されるコンパレータと、
前記比較電圧を受けて、前記比較電圧に基づいてゲート信号を生成し、且つ前記第２の電力スイッチのオン又はオフを制御するように、前記コンパレータに結合される制御回路と、
前記ゲート信号を受けて、前記ゲート信号に基づいてオフ検出信号を生成するように、前記制御回路に結合され、前記制御回路が前記オフ検出信号及び前記比較電圧を受けて、前記オフ検出信号及び前記比較電圧に基づいて前記ゼロクロス基準電流を調整するゲート信号検出回路と、
を含むゼロクロス基準電流を調整可能な電圧変換器。

【請求項2】

前記第１の電力スイッチは、入力電圧とスイッチングノードとの間に結合され、且つ前記第２の電力スイッチは、前記スイッチングノードとグランドとの間に結合され、前記電流検出回路は、前記スイッチングノードにある電圧、ゲート端子にある前記ゲート信号の電圧、及び前記グランドにあるグランド電圧に基づいて前記検出電流を生成するように、前記スイッチングノード及び前記第２の電力スイッチの前記ゲート端子に結合される請求項１に記載の電圧変換器。

【請求項3】

前記コンパレータは、
前記ゼロクロス基準電流を受けるように、前記ゼロクロス基準電流源に結合される正の入力端子と、
前記検出電流を受けるように、前記電流検出回路に結合される負の入力端子と、
前記比較電圧を前記制御回路に出力する出力端子と、
を含む請求項１に記載の電圧変換器。

【請求項4】

前記制御回路は、
前記比較電圧を受けて、前記比較電圧に基づいて第１の制御信号を生成するように、前記コンパレータに結合される制御論理回路と、
前記第１の制御信号を受けて、前記第１の制御信号に基づいて駆動信号を生成するように、前記制御論理回路に結合されるパルス幅変調回路と、
前記駆動信号を受けて、前記駆動信号に基づいて前記ゲート信号を生成するように、前記パルス幅変調回路に結合されるドライバと、
を含む請求項１に記載の電圧変換器。

【請求項5】

前記制御回路は、
前記制御論理回路から、前記比較電圧及び前記オフ検出信号に基づいて生成された第２の制御信号を受けて、前記第２の制御信号に基づいて前記ゼロクロス基準電流を調整するように、前記制御論理回路及び前記ゼロクロス基準電流源に結合されるアップダウンカウンタを更に含む請求項４に記載の電圧変換器。

【請求項6】

前記検出電流が前記ゼロクロス基準電流より小さい場合、前記比較電圧は、低論理値から高論理値に変化する請求項１に記載の電圧変換器。

【請求項7】

前記比較電圧が前記低論理値から前記高論理値に変化することに応答して、前記ゲート信号は、前記第２の電力スイッチをオフにするように、前記高論理値から前記低論理値に変化する請求項６に記載の電圧変換器。

【請求項8】

前記ゲート信号が前記高論理値から前記低論理値に変化することに応答して、前記オフ検出信号は、前記低論理値から前記高論理値に変化する請求項７に記載の電圧変換器。

【請求項9】

前記オフ検出信号が前記低論理値から前記高論理値に変化することに応答して、前記比較電圧が前記低論理値を有する場合、前記制御回路は、前記ゼロクロス基準電流を低下させ、また、前記オフ検出信号が前記低論理値から前記高論理値に変化することに応答して、前記比較電圧が前記高論理値を有する場合、前記制御回路は、前記ゼロクロス基準電流を上昇させる請求項８に記載の電圧変換器。

【請求項10】

第１の電力スイッチと第２の電力スイッチによってインダクタンス電流を生成する操作と、
電流検出回路によって前記第２の電力スイッチを流れる電流を検出し、且つ検出電流を生成する操作と、
ゼロクロス基準電流源からゼロクロス基準電流を出力する操作と、
調整回路によって前記検出電流及び前記ゼロクロス基準電流に基づいて前記第２の電力スイッチを制御し、且つ前記ゼロクロス基準電流を調整する操作と、
を含み、
前記調整回路によって前記検出電流及び前記ゼロクロス基準電流に基づいて前記第２の電力スイッチを制御し、且つ前記ゼロクロス基準電流を調整する操作は、
前記調整回路におけるコンパレータは前記検出電流及び前記ゼロクロス基準電流を受けて、前記検出電流及び前記ゼロクロス基準電流に基づいて比較電圧を生成する操作と、
前記調整回路における制御回路は前記比較電圧を受けて、前記比較電圧に基づいてゲート信号を生成し、且つ前記第２の電力スイッチのオン又はオフを制御する操作と、
前記調整回路におけるゲート信号検出回路は前記ゲート信号を受けて、前記ゲート信号に基づいてオフ検出信号を生成する操作と、
前記制御回路によって前記オフ検出信号及び前記比較電圧を受けて、前記オフ検出信号及び前記比較電圧に基づいて前記ゼロクロス基準電流を調整する操作と、
を含むゼロクロス基準電流を調整する調整方法。

【請求項11】

前記電流検出回路によって前記第２の電力スイッチを流れる前記電流を検出し、且つ前記検出電流を生成する操作は、
前記電流検出回路によって前記第１の電力スイッチと前記第２の電力スイッチとの間のスイッチングノードの電圧、前記第２の電力スイッチのゲート端子にある前記ゲート信号の電圧、及びグランドにあるグランド電圧に基づいて前記検出電流を生成する操作を含む請求項１０に記載の調整方法。

【請求項12】

前記コンパレータは前記検出電流及び前記ゼロクロス基準電流を受けて、前記検出電流及び前記ゼロクロス基準電流に基づいて前記比較電圧を生成する操作は、
前記コンパレータの正の入力端子によって前記ゼロクロス基準電流を受ける操作と、
前記コンパレータの負の入力端子によって前記検出電流を受ける操作と、
前記コンパレータの出力端子から前記比較電圧を前記制御回路に出力する操作と、
を含む請求項１０に記載の調整方法。

【請求項13】

前記制御回路によって前記比較電圧を受けて、前記比較電圧に基づいて前記ゲート信号を生成する操作は、
前記制御回路における制御論理回路によって前記比較電圧を受けて、前記比較電圧に基づいて第１の制御信号を生成する操作と、
前記制御回路におけるパルス幅変調回路によって前記第１の制御信号を受けて、前記第１の制御信号に基づいて駆動信号を生成する操作と、
前記制御回路におけるドライバによって前記駆動信号を受けて、前記駆動信号に基づいて前記ゲート信号を生成する操作と、
を含む請求項１０に記載の調整方法。

【請求項14】

前記制御回路によって前記オフ検出信号及び前記比較電圧を受けて、前記オフ検出信号及び前記比較電圧に基づいて前記ゼロクロス基準電流を調整する操作は、
前記制御回路におけるアップダウンカウンタによって前記制御論理回路から、前記比較電圧及び前記オフ検出信号に基づいて生成された第２の制御信号を受けて、前記第２の制御信号に基づいて前記ゼロクロス基準電流を調整する操作を含む請求項１３に記載の調整方法。

【請求項15】

前記検出電流が前記ゼロクロス基準電流より小さい場合、前記比較電圧は、低論理値から高論理値に変化する請求項１０に記載の調整方法。

【請求項16】

前記比較電圧が前記低論理値から前記高論理値に変化することに応答して、前記ゲート信号は、前記第２の電力スイッチをオフにするように、前記高論理値から前記低論理値に変化する請求項１５に記載の調整方法。

【請求項17】

前記ゲート信号が前記高論理値から前記低論理値に変化することに応答して、前記オフ検出信号は、前記低論理値から前記高論理値に変化する請求項１６に記載の調整方法。

【請求項18】

前記オフ検出信号が前記低論理値から前記高論理値に変化することに応答して、前記比較電圧が前記低論理値を有する場合、前記制御回路は、前記ゼロクロス基準電流を低下させ、また、前記オフ検出信号が前記低論理値から前記高論理値に変化することに応答して、前記比較電圧が前記高論理値を有する場合、前記制御回路は、前記ゼロクロス基準電流を上昇させる請求項１７に記載の調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ゼロクロス調整に関する技術であり、特に、ゼロクロス基準電流を調整可能な電圧変換器及び調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

科学技術の進歩に伴い、様々な集積回路が開発された。例えば、電圧変換器における電力スイッチは、インダクタンス電流を出力端子に供給して後端の回路に給電することができる。しかしながら、インダクタンス電流が逆流すると、電圧変換器の効率が低くなる。

【発明の概要】

【0003】

本開示の幾つかの実施形態は、インダクタンス電流を生成するように、直列に結合される第１の電力スイッチ及び第２の電力スイッチと、第２の電力スイッチを流れる電流を検出し、且つ検出電流を生成するように、第２の電力スイッチに結合される電流検出回路と、ゼロクロス基準電流を出力するゼロクロス基準電流源と、検出電流及びゼロクロス基準電流を受けて、検出電流及びゼロクロス基準電流に基づいて第２の電力スイッチを制御し、且つゼロクロス基準電流を調整するように、電流検出回路及びゼロクロス基準電流源に結合される調整回路と、を含むゼロクロス基準電流を調整可能な電圧変換器である。

【0004】

本開示の幾つかの実施形態は、第１の電力スイッチ及び第２の電力スイッチによってインダクタンス電流を生成する操作と、電流検出回路は第２の電力スイッチを流れる電流を検出し、且つ検出電流を生成する操作と、ゼロクロス基準電流源からゼロクロス基準電流を出力する操作と、調整回路は検出電流及びゼロクロス基準電流に基づいて第２の電力スイッチを制御し、且つゼロクロス基準電流を調整する操作とを含むゼロクロス基準電流を調整する調整方法である。

【図面の簡単な説明】

【0005】

本開示の上記及び他の目的、特徴、利点及び実施例をより分かりやすくするために、以下の添付図面を説明する。

【図1】本開示の幾つかの実施例によるゼロクロス基準電流を調整可能な電圧変換器の概略図である。

【図2】本開示の幾つかの実施例による図１における電圧変換器の単一サイクルのタイミングチャートである。

【図3】本開示の幾つかの実施例による図１における電圧変換器の複数のサイクルのタイミングチャートである。

【図4】本開示の幾つかの実施例による調整方法のフローチャートである。

【図5】本開示の幾つかの実施例によるゼロクロス基準電流を調整可能な電圧変換器の概略図である。

【図6】本開示の幾つかの実施例によるゼロクロス基準電流を調整可能な電圧変換器の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

本明細書で使用される用語「結合」は「電気的結合」を指してもよく、且つ用語「接続」は「電気的接続」を指してもよい。「結合」及び「接続」は、２つ又は複数の素子が互いに協働するか又は互いに相互作用することを指してもよい。

【0007】

図１を参照されたい。図１は、本開示の幾つかの実施例によるゼロクロス基準電流を調整可能な電圧変換器１００の概略図である。

【0008】

図１の例で言えば、電圧変換器１００は、電力スイッチＭ１、電力スイッチＭ２、電流検出回路１２０、ゼロクロス基準電流源１３０、及び調整回路１４０を含む。

【0009】

電力スイッチＭ１と電力スイッチＭ２は、直列に結合され、制御回路１４４の制御によってインダクタンス電流ＩＬを生成して出力電圧ＶＯＵＴを生成する。詳しくは、電力スイッチＭ１は、入力電圧ＶＩＮとスイッチングノードＳＮとの間に結合される。電力スイッチＭ２は、スイッチングノードＳＮとグランドＧＮＤとの間に結合される。コンデンサＣＬの第１の端子の電圧は、出力電圧ＶＯＵＴであり、コンデンサＣＬの第２の端子は、グランドＧＮＤに結合される。

【0010】

電流検出回路１２０は、電力スイッチＭ２を流れる電流を検出して検出電流ＩＳＥＮを生成するように、スイッチングノードＳＮ（電力スイッチＭ２のドレイン端子でもある）に結合される。

【0011】

図１の例で言えば、電流検出回路１２０は、トランジスタＴ１、トランジスタＴ２、トランジスタＴ３、トランジスタＴ４、及び増幅器１２２を含む。トランジスタＴ１のドレイン端子は、スイッチングノードＳＮ（電力スイッチＭ２のドレイン端子でもある）に結合される。トランジスタＴ１のゲート端子は、電力スイッチＭ２のゲート端子に結合される。トランジスタＴ１のソース端子は、増幅器１２２の負の入力端子に結合される。増幅器１２２の正の入力端子は、グランドＧＮＤに結合される。増幅器１２２の出力端子は、トランジスタＴ２のゲート端子に結合される。トランジスタＴ２のソース端子は、トランジスタＴ１のドレイン端子に結合される。トランジスタＴ２のドレイン端子は、トランジスタＴ３のドレイン端子に結合される。トランジスタＴ３のゲート端子は、トランジスタＴ３のドレイン端子及びトランジスタＴ４のゲート端子に結合される。トランジスタＴ３のソース端子は、トランジスタＴ４のソース端子に結合される。トランジスタＴ４のドレイン端子は、コンパレータ１４２の負の入力端子に結合される。

【0012】

増幅器１２２とトランジスタＴ２は、トランジスタＴ１のソース端子をグランドＧＮＤのグランド電圧にロックすることができる。即ち、トランジスタＴ１の三端子電圧（スイッチングノードＳＮの電圧、ゲート信号ＬＧの電圧、グランドＧＮＤのグランド電圧）は、電力スイッチＭ２の三端子電圧（スイッチングノードＳＮの電圧、ゲート信号ＬＧの電圧、グランドＧＮＤのグランド電圧）と同じである。これにより、トランジスタＴ１を流れる電流と電力スイッチＭ２を流れる電流との間の比率は、トランジスタＴ１のサイズと電力スイッチＭ２のサイズとの間の比率と正の相関を示す。ここでいう「サイズ」とは、トランジスタ又はスイッチのゲート幅を指してよい。例えば、トランジスタＴ１のゲート幅と電力スイッチＭ２のゲート幅との間の比率が１：１０００であれば、トランジスタＴ１を流れる電流と電力スイッチＭ２を流れる電流との間の比率は１：１０００である。

【0013】

次に、トランジスタＴ３とトランジスタＴ４で形成されるカレントミラーにより、検出電流ＩＳＥＮは、トランジスタＴ３を流れる電流（トランジスタＴ１を流れる電流でもある）によって生成される。例えば、検出電流ＩＳＥＮの大きさは、トランジスタＴ３を流れる電流（トランジスタＴ１を流れる電流でもある）と同じである。

【0014】

ここで、図１における電流検出回路１２０の実現方式は例示に過ぎず、本開示は図１における実現方式に限定されないことを特に説明する。その他の様々な適切な実現方式も本開示の範囲内にある。

【0015】

ゼロクロス基準電流源１３０は、電流検出回路１２０及び調整回路１４０に結合される。ゼロクロス基準電流源１３０は、ゼロクロス基準電流ＩＲＥＦを出力することができる。ゼロクロス基準電流源１３０を実現するための様々な適切な実現方式は、いずれも本開示の範囲内にある。

【0016】

調整回路１４０は、電流検出回路１２０、ゼロクロス基準電流源１３０、及び電力スイッチＭ２に結合される。調整回路１４０は、検出電流ＩＳＥＮ及びゼロクロス基準電流ＩＲＥＦを受けて、検出電流ＩＳＥＮ及びゼロクロス基準電流ＩＲＥＦに基づいて電力スイッチＭ２を制御し、且つゼロクロス基準電流ＩＲＥＦを調整することができる。

【0017】

図１の例で言えば、調整回路１４０は、コンパレータ１４２、制御回路１４４、及びゲート信号検出回路１４６を含む。

【0018】

コンパレータ１４２の正の入力端子は、ゼロクロス基準電流ＩＲＥＦを受けるように、ゼロクロス基準電流源１３０に結合される。コンパレータ１４２の負の入力端子は、検出電流ＩＳＥＮを受けるように、電流検出回路１２０に結合される。コンパレータ１４２は、その出力端子に比較電圧ＶＣＯＭＰを出力するように、ゼロクロス基準電流ＩＲＥＦと検出電流ＩＳＥＮとを比較する。検出電流ＩＳＥＮがゼロクロス基準電流ＩＲＥＦより小さい場合、比較電圧ＶＣＯＭＰは、高い論理値（例えば、論理値１）を有する。検出電流ＩＳＥＮがゼロクロス基準電流ＩＲＥＦより大きい場合、比較電圧ＶＣＯＭＰは、低い論理値（例えば、論理値０）を有する。

【0019】

制御回路１４４は、比較電圧ＶＣＯＭＰを受けるように、コンパレータ１４２の出力端子に結合される。図１の例で言えば、制御回路１４４は、制御論理回路１４４２、パルス幅変調回路１４４４、ドライバ１４４６Ａ、１４４６Ｂ、及びアップダウンカウンタ１４４８を含む。制御論理回路１４４２は、駆動信号ＵＧＤＲを供給する。ドライバ１４４６Ａは、駆動信号ＵＧＤＲを入力し、且つ駆動信号ＵＧＤＲに基づいてゲート信号ＵＧを生成するように、制御論理回路１４４２に結合される。ゲート信号ＵＧは、電力スイッチＭ１のオン又はオフを制御するように、電力スイッチＭ１のゲート端子に伝送される。制御論理回路１４４２は、比較電圧ＶＣＯＭＰを受け、且つ比較電圧ＶＣＯＭＰに基づいて制御信号ＣＳ１を生成するように、コンパレータ１４２の出力端子に更に結合される。パルス幅変調回路１４４４は、制御信号ＣＳ１を受け、且つ制御信号ＣＳ１に基づいて駆動信号ＬＧＤＲを生成するように、制御論理回路１４４２に結合される。ドライバ１４４６Ｂは、駆動信号ＬＧＤＲを受け、且つ駆動信号ＬＧＤＲに基づいてゲート信号ＬＧを生成するように、パルス幅変調回路１４４４に結合される。ゲート信号ＬＧは、電力スイッチＭ２のオン又はオフを制御するように、電力スイッチＭ２のゲート端子に伝送される。

【0020】

ゲート信号検出回路１４６は、ゲート信号ＬＧを受け、且つゲート信号ＬＧに基づいてオフ検出信号ＬＧＯＦＦを生成するように、ドライバ１４４６Ｂの出力端（即ち電力スイッチＭ２のゲート端子）に結合される。制御論理回路１４４２は、オフ検出信号ＬＧＯＦＦを受け、且つオフ検出信号ＬＧＯＦＦ及び比較電圧ＶＣＯＭＰに基づいて制御信号ＣＳ２を生成するように、ゲート信号検出回路１４６に結合される。

【0021】

アップダウンカウンタ１４４８は、制御信号ＣＳ２を受けるように、制御論理回路１４４２に結合され、且つ制御信号ＣＳ２に基づいて制御信号ＣＳ３を生成するように、ゼロクロス基準電流源１３０に結合される。アップダウンカウンタ１４４８は、ゼロクロス基準電流ＩＲＥＦを調整するように、ゼロクロス基準電流源１３０に制御信号ＣＳ３を伝送する。

【0022】

幾つかの実施例において、制御論理回路１４４２、パルス幅変調回路１４４４、アップダウンカウンタ１４４８、ゲート信号検出回路１４６、又は他のインダクタンス或いはコンデンサ以外の部分は、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）を用いて実現してよい。

【0023】

図２は、本開示の幾つかの実施例による図１における電圧変換器の単一サイクルＤ１のタイミングチャートである。図３は、本開示の幾つかの実施例による図１における電圧変換器の複数のサイクルＤ１～Ｄ３のタイミングチャートである。

【0024】

まず、図１及び図２を併せて参照する。サイクルＤ１は、時間区間Ｄ１１及び時間区間Ｄ１２を含む。時間区間Ｄ１１において、電力スイッチＭ１がオンになり、且つ電力スイッチＭ２がオフになるため、インダクタンス電流ＩＬが徐々に上昇する。時間区間Ｄ１２において、電力スイッチＭ１がオフになり、且つ電力スイッチＭ２がオンになるため、インダクタンス電流ＩＬが徐々に低下する。

【0025】

図２の例で言えば、時間区間Ｄ１２は順に、時点Ｔ１１、時点Ｔ１２、及び時点Ｔ１３を有する。

【0026】

時点Ｔ１１～時点Ｔ１２において、検出電流ＩＳＥＮがゼロクロス基準電流ＩＲＥＦ以下である場合、この時のインダクタンス電流ＩＬは、ゼロクロスポイントＩＺＣ１である。一般的に、ゼロクロスポイントＩＺＣ１は、ゼロ電流値に近いほど好ましい。これは、ゼロクロスイベントが発生すると、インダクタンス電流ＩＬが逆流する可能性があるからである。インダクタンス電流ＩＬが逆流すると、電圧変換器１００の効率が低くなる。これにより、ゼロクロスポイントＩＺＣ１がゼロ電流値に近いほど、ゼロクロス保護（電力スイッチＭ２をオフにして逆流を回避する）をより正確に起動することができる。検出電流ＩＳＥＮがゼロクロス基準電流ＩＲＥＦ以下であるため、コンパレータ１４２から出力された比較電圧ＶＣＯＭＰは、低論理値から高論理値に変化する。低論理値から高論理値に変換された比較電圧ＶＣＯＭＰに応答して、制御論理回路１４４２は、制御信号ＣＳ１を出力する。制御信号ＣＳ１に応答して、パルス幅変調回路１４４４から出力された駆動信号ＬＧＤＲは、高論理値から低論理値に変化する。この時のインダクタンス電流ＩＬ及び検出電流ＩＳＥＮは、低下し続ける。

【0027】

時点Ｔ１２において、高論理値から低論理値に変換された駆動信号ＬＧＤＲに応答し、且つドライバ１４４６Ｂの回路遅延に基づいて、ドライバ１４４６Ｂから出力されたゲート信号ＬＧは、高論理値から低論理値に変化する。これにより、電力スイッチＭ２は、ゲート信号ＬＧによってオフにされる。この時、インダクタンス電流ＩＬがゼロより大きく、且つ時間区間Ｄ１２の電力スイッチＭ１がオフにされるため、インダクタンス電流ＩＬは、グランドＧＮＤから、電力スイッチＭ２のボディダイオードＢＤ２及びコンデンサＣＬを経由して、グランドＧＮＤに流れる（還流を形成する）。しかしながら、インダクタンス電流ＩＬが電力スイッチＭ２のボディダイオードＢＤ２を流れるため、検出電流ＩＳＥＮは上昇し、且つゼロクロス基準電流ＩＲＥＦより大きくなる。これにより、コンパレータ１４２から出力された比較電圧ＶＣＯＭＰは、高論理値から低論理値に変化する。

【0028】

時点Ｔ１３において、ゲート信号検出回路１４６は、ゲート信号ＬＧが完全に低論理値になった（電力スイッチＭ２が完全にオフにされた）ことを検出する。これにより、ゲート信号検出回路１４６から出力されたオフ検出信号ＬＧＯＦＦは、低論理値から高論理値に変化する。オフ検出信号ＬＧＯＦＦが高論理値である場合、制御論理回路１４４２は、この時の比較電圧ＶＣＯＭＰの論理値を確認する。この時の比較電圧ＶＣＯＭＰは低論理値であり、インダクタンス電流ＩＬが電力スイッチＭ２のボディダイオードＢＤ２を流れることを表す。これにより、制御論理回路１４４２は、制御信号ＣＳ２を出力することで、アップダウンカウンタ１４４８が制御信号ＣＳ３を出力するように制御し、ゼロクロス基準電流ＩＲＥＦを低下させ、次のサイクルのゼロクロスポイントが低下する（図３におけるサイクルＤ２のゼロクロスポイントＩＺＣ２がサイクルＤ１のゼロクロスポイントＩＺＣ１より低い）ようにする。

【0029】

図３に示すように、サイクルＤ２は順に、時点Ｔ２１、時点Ｔ２２、及び時点Ｔ２３を有する。時点Ｔ２１、時点Ｔ２２、及び時点Ｔ２３の動作はそれぞれ、時点Ｔ１１、時点Ｔ１２、及び時点Ｔ１３の動作と同様である。即ち、制御論理回路１４４２は、制御信号ＣＳ２を出力することで、アップダウンカウンタ１４４８がゼロクロス基準電流ＩＲＥＦを再び低下させるように制御し、、次のサイクルのゼロクロスポイントがより低下する（図３におけるサイクルＤ３のゼロクロスポイントＩＺＣ３がサイクルＤ２のゼロクロスポイントＩＺＣ２より低い）ようにする。

【0030】

次に、サイクルＤ３は順に、時点Ｔ３１、時点Ｔ３２、及び時点Ｔ３３を有する。サイクルＤ１の時点Ｔ１２及びサイクルＤ２の時点Ｔ２２と同様に、サイクルＤ３の時点Ｔ３２において、電力スイッチＭ２は、ゲート信号ＬＧによってオフにされる。この時、インダクタンス電流ＩＬがゼロに等しいため、検出電流ＩＳＥＮは、ゼロクロス基準電流ＩＲＥＦより小さい。これにより、コンパレータ１４２から出力された比較電圧ＶＣＯＭＰは、高論理値に維持される。

【0031】

サイクルＤ１の時点Ｔ１３及びサイクルＤ２の時点Ｔ２３と同様に、サイクルＤ３の時点Ｔ３３において、ゲート信号検出回路１４６は、ゲート信号ＬＧが完全に低論理値になった（電力スイッチＭ２が完全にオフにされた）ことを検出する。これにより、ゲート信号検出回路１４６から出力されたオフ検出信号ＬＧＯＦＦは、低論理値から高論理値に変化する。前述のように、オフ検出信号ＬＧＯＦＦが高論理値である場合、制御論理回路１４４２は、この時の比較電圧ＶＣＯＭＰの論理値を確認する。この時の比較電圧ＶＣＯＭＰは高論理値であり、インダクタンス電流ＩＬが電力スイッチＭ２のボディダイオードＢＤ２を流れていないことを表す。これにより、制御論理回路１４４２は、次のサイクルのゼロクロスポイントが上昇するように、制御信号ＣＳ２を出力することで、アップダウンカウンタ１４４８が制御信号ＣＳ３を出力するように制御し、ゼロクロス基準電流ＩＲＥＦを上昇するようにする。

【0032】

上記動作により、電流値がゼロの時点でゼロクロス保護（電力スイッチＭ２をオフにして逆流を回避する）を正確に起動するように、後続のゼロクロスポイントをいずれもゼロ電流値の時点に極めて近づけることができる。これにより、インダクタンス電流ＩＬの逆流を回避し、電圧変換器１００の効率を維持するか又は向上させることができる。

【0033】

幾つかの関連技術において、スイッチングノードの電圧を検出し、且つこの電圧とゼロクロス電圧に関連するゼロクロスポイント検出又はゼロクロスポイント調整を行う。また、これらの関連技術では、関連するゼロクロスポイント検出又はゼロクロスポイント調整を行うために、二組のコンパレータが必要である。

【0034】

上述した関連技術に比べて、本開示では、電流検出回路１２０を用いて電力スイッチＭ２を流れる電流を検出して、検出電流ＩＳＥＮを生成して、関連するゼロクロスポイント調整を行う。特に、電流検出回路１２０は、電力スイッチＭ２の三端子と同じ電圧によって検出電流ＩＳＥＮを生成する。また、本開示では、一組のコンパレータ１４２だけで関連するゼロクロスポイント調整を行うことができる。

【0035】

図４を参照されたい。図４は、本開示の幾つかの実施例による調整方法のフローチャート４００である。幾つかの実施例において、調整方法４００は、図１における電圧変換器１００、図５における電圧変換器５００、又は図６における電圧変換器６００に適用してよいが、本開示はこれらに限定されない。以下、理解しやすいために、図１を合わせて調整方法４００を説明する。

【0036】

調整方法４００は、操作Ｓ４１０、操作Ｓ４２０、操作Ｓ４３０、及び操作Ｓ４４０を含む。

【0037】

操作Ｓ４１０において、電力スイッチＭ１と電力スイッチＭ２によってインダクタンス電流ＩＬを生成する。

【0038】

操作Ｓ４２０において、電流検出回路１２０によって電力スイッチＭ２を流れる電流を検出し、且つ検出電流ＩＳＥＮを生成する。

【0039】

操作Ｓ４３０において、ゼロクロス基準電流源１３０からゼロクロス基準電流ＩＲＥＦを出力する。

【0040】

操作Ｓ４４０において、調整回路１４０によって検出電流ＩＳＥＮ及びゼロクロス基準電流ＩＲＥＦに基づいて電力スイッチＭ２を制御し、且つゼロクロス基準電流ＩＲＥＦを調整する。

【0041】

上述の操作Ｓ４１０～Ｓ４４０に関する詳細な内容は、図１に関連する段落において説明されているため、ここで説明を省略する。

【0042】

図５を参照されたい。図５は、本開示の幾つかの実施例によるゼロクロス基準電流を調整可能な電圧変換器５００の概略図である。

【0043】

電圧変換器５００と図１における電圧変換器１００との間の主な違いは、電圧変換器５００において、アップダウンカウンタ１４４８が制御信号ＣＳ２に基づいて制御信号ＣＳ４（例えば、Ｎ個のビットを有する）を生成し、且つ制御信号ＣＳ４を制御論理回路１４４２に伝送することである。制御論理回路１４４２は、制御信号ＣＳ４に基づいて制御信号ＣＳ５（例えば、Ｎ個のビットを有する）を生成し、且つ制御信号ＣＳ５をゼロクロス基準電流源１３０に伝送してゼロクロス基準電流ＩＲＥＦを調整する。この時の制御信号ＣＳ５は、制御信号ＣＳ４と同じである。定常状態にある時、制御信号ＣＳ４の最下位ビットは、ビット１とビット０との間でジャンプする。一定の時間ジャンプした後、制御論理回路１４４２は、制御信号ＣＳ５をラッチし、且つ制御信号ＣＳ５の最下位有効ビットをビット１にラッチする。制御信号ＣＳ４の最下位ビット以外のビットが変動する場合、制御論理回路１４４２は、次の定常状態（制御信号ＣＳ４の最下位ビットがビット１とビット０との間でジャンプし続ける）に入るまで、制御信号ＣＳ５へのラッチを解除し、且つ制御信号ＣＳ４を直接制御信号ＣＳ５として伝送する。

【0044】

電圧変換器５００の残りの部分は、電圧変換器１００と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0045】

図６を参照されたい。図６は、本開示の幾つかの実施例によるゼロクロス基準電流を調整可能な電圧変換器６００の概略図である。

【0046】

電圧変換器６００と図５における電圧変換器５００との間の主な違いは、電圧変換器６００がビットカウンタ６５０を更に含むことである。ビットカウンタ６５０は、制御論理回路１４４２に結合される。幾つかの実施例において、ビットカウンタ６５０は、Ｎビットの継続的近似化レジスタ（ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｓｔｅｒ；ＳＡＲ）カウンタであってよい。システムが起動すると、制御信号ＣＳ５は、制御信号ＣＳ６と同じである。ゼロ電流を初めてトリガする時、ビットカウンタ６５０により、Ｎ個のサイクルだけで定常状態の制御信号ＣＳ６を見つけることができる（幾つかの関連技術では、定常状態に入るのに２のＮ乗のサイクルを待つ必要がある）。次に、制御信号ＣＳ４を制御信号ＣＳ６と同じになるように更新し、且つ制御信号ＣＳ５をラッチしてよい。この時の制御信号ＣＳ４の最下位ビットは、ビット１とビット０との間でジャンプし続け、制御信号ＣＳ４の残りのビットは、制御信号ＣＳ５の対応するビットと同じになる。制御信号ＣＳ４の最下位ビット以外のビットが変動する場合、制御論理回路１４４２は、次の定常状態（制御信号ＣＳ４の最下位ビットがビット１とビット０との間でジャンプし続ける）に入るまで、制御信号ＣＳ５へのラッチを解除し、且つ制御信号ＣＳ４を直接制御信号ＣＳ５として伝送する。

【0047】

電圧変換器６００の残りの部分は、電圧変換器５００と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0048】

以上より、本開示の電圧変換器は、ゼロクロス基準電流を自動的に調整して、ゼロクロス保護（下ブリッジ電力スイッチをオフにして逆流を回避する）を正確に起動してインダクタンス電流の逆流を回避することができる。

【0049】

本開示は、実施形態に基づいて以上のように開示されたが、実施形態は本開示を限定するものではなく、当業者であれば、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更及び修正を行うことができ、よって、本開示の保護範囲は、後付の特許請求の範囲に定義されたものを基準とする。

【符号の説明】

【0050】

１００、５００、６００ 電圧変換器
１２０ 電流検出回路
１２２ 増幅器
１３０ ゼロクロス基準電流源
１４０ 調整回路
１４２ コンパレータ
１４４ 制御回路
１４４２ 制御論理回路
１４４４ パルス幅変調回路
１４４６Ａ、１４４６Ｂ ドライバ
１４４８ アップダウンカウンタ
１４６ ゲート信号検出回路
４００ 調整方法
６５０ ビットカウンタ
ＢＤ２ ボディダイオード
ＣＬ コンデンサ
ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ４、ＣＳ３、ＣＳ４、ＣＳ５、ＣＳ６ 制御信号
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ サイクル
Ｄ１１、Ｄ１２ 時間区間
ＧＮＤ グランド
ＩＬ インダクタンス電流
ＩＲＥＦ ゼロクロス基準電流
ＩＳＥＮ 検出電流
ＩＺＣ１、ＩＺＣ２、ＩＺＣ３ ゼロクロスポイント
ＬＧ、ＵＧ ゲート信号
ＬＧＤＲ、ＵＧＤＲ 駆動信号
ＬＧＯＦＦ オフ検出信号
Ｍ１、Ｍ２ 電力スイッチ
Ｓ４１０、Ｓ４２０、Ｓ４３０、Ｓ４４０ 操作
ＳＮ スイッチングノード
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４ トランジスタ
Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ２３、Ｔ３１、Ｔ３２、Ｔ３３ 時点
ＶＣＯＭＰ 比較電圧
ＶＩＮ 入力電圧
ＶＯＵＴ 出力電圧

【要約】

【課題】ゼロクロス基準電流を調整可能な電圧変換器及び方法を提供する。
【解決手段】ゼロクロス基準電流を調整可能な電圧変換器はインダクタンス電流を生成するように、直列に結合される第１の電力スイッチ及び第２の電力スイッチと、第２の電力スイッチを流れる電流を検出し、且つ検出電流を生成するように、第２の電力スイッチに結合される電流検出回路と、ゼロクロス基準電流を出力するゼロクロス基準電流源と、検出電流及びゼロクロス基準電流を受けて、検出電流及びゼロクロス基準電流に基づいて第２の電力スイッチを制御し、且つゼロクロス基準電流を調整するように、電流検出回路及びゼロクロス基準電流源に結合される調整回路と、を含む。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】