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▶ インフィネオン テクノロジーズ アクチエンゲゼルシャフトの特許一覧
(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】
(24)【登録日】2024-10-04
(45)【発行日】2024-10-15
(54)【発明の名称】スイッチング電源を監視するシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
H02M 1/08 20060101AFI20241007BHJP
【ＦＩ】
H02M1/08 A
【請求項の数】
21
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2020167648
(22)【出願日】2020-10-02
(65)【公開番号】P2021061740
(43)【公開日】2021-04-15
【審査請求日】2023-07-20
(31)【優先権主張番号】16/593,157
(32)【優先日】2019-10-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】599158797
【氏名又は名称】インフィニオン テクノロジーズ アクチエンゲゼルシャフト
【氏名又は名称原語表記】Ｉｎｆｉｎｅｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ａｍ Ｃａｍｐｅｏｎ １－１５， ８５５７９ Ｎｅｕｂｉｂｅｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100135633
【弁理士】
【氏名又は名称】二宮 浩康
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】イェンス バレンシェーン
(72)【発明者】
【氏名】マティアス ボーグス
(72)【発明者】
【氏名】クリスティアン ハイリング
(72)【発明者】
【氏名】ベンノ ケップル
(72)【発明者】
【氏名】マークス ツァノート
【審査官】冨永 達朗
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－３３３５６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１４７１８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－９７２８６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ １／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ドライブパターンに従いドライバ回路を用いて予め定められた負荷をドライブするステップと、少なくとも１つの外部素子に接続されるように構成されたスイッチング電源（ＳＭＰＳ）を用いて、前記ドライバ回路に電力を供給するステップと、
前記予め定められた負荷のドライブ中に前記スイッチング電源の機能を検証するステップと、
を含む方法であって、
前記機能を検証するステップは、
前記ドライブパターンと前記少なくとも１つの外部素子とに依存する、前記スイッチング電源の少なくとも１つの動作パラメータを監視するステップと、
前記少なくとも１つの動作パラメータを、少なくとも１つの予期される動作パラメータと比較して、第１の比較結果を形成するステップと、
前記第１の比較結果に基づきエラーコンディションを通知するステップと、
を含む方法。
【請求項2】
前記予め定められた負荷をドライブするステップは、さらに、前記ドライバ回路の出力側に接続されたスイッチングトランジスタを用いて、前記予め定められた負荷をドライブするステップを含み、前記ドライバ回路は、前記スイッチングトランジスタを、第１の状態から第２の状態へと遷移させる、請求項１記載の方法。
【請求項3】
前記方法は、前記エラーコンディションの通知に応答して、前記スイッチングトランジスタをディアクティベートするステップをさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項4】
前記少なくとも１つの動作パラメータを監視するステップは、前記スイッチングトランジスタが前記第１の状態から前記第２の状態へ遷移したときに、前記少なくとも１つの動作パラメータにおける変化を監視するステップを含む、請求項２記載の方法。
【請求項5】
前記少なくとも１つの動作パラメータは、前記スイッチングトランジスタが前記第１の状態から前記第２の状態へ遷移したことに応答した、前記スイッチング電源の出力電圧の遷移応答を含む、請求項２記載の方法。
【請求項6】
前記少なくとも１つの動作パラメータは、前記遷移応答の整定時間を含む、請求項５記載の方法。
【請求項7】
前記少なくとも１つの動作パラメータは、前記スイッチング電源のスイッチング信号のデューティサイクルまたは前記スイッチング電源の出力電圧を含む、請求項１記載の方法。
【請求項8】
前記ドライブパターンは、複数のサイクルを含み、前記方法は、前記比較の前に前記複数のサイクルのうち少なくとも１つのサイクルにわたり、前記少なくとも１つの動作パラメータを積分または平均化するステップをさらに含む、
請求項１記載の方法。
【請求項9】
前記予め定められた負荷をドライブするステップは、モータをドライブするステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項10】
前記スイッチング電源（ＳＭＰＳ）を用いて前記ドライバ回路に電力を供給するステップは、前記少なくとも１つの外部素子に接続されたスイッチングトランジスタをターンオンおよびターンオフするステップを含み、前記少なくとも１つの外部素子は、インダクタを含む、請求項１記載の方法。
【請求項11】
コントローラが設けられたシステムであって、前記コントローラは、少なくとも１つの外部素子に接続されるように構成されたインタフェース端子を有するスイッチング電源（ＳＭＰＳ）に接続されるように構成されており、前記コントローラは、前記スイッチング電源から電力を受け取るドライバ回路に接続されるように構成されており、
前記コントローラは、さらに、
前記ドライバ回路に対し、予め定められた負荷をドライブパターンに従いドライブするよう指示し、
前記ドライブパターンと前記少なくとも１つの外部素子とに依存する、前記スイッチング電源の少なくとも１つの動作パラメータを監視し、
前記少なくとも１つの動作パラメータを、少なくとも１つの予期される動作パラメータと比較して、第１の比較結果を形成し、
前記第１の比較結果に基づきエラーコンディションを通知する、
ように構成されているシステム。
【請求項12】
前記システムは、前記スイッチング電源と前記ドライバ回路とをさらに含む、請求項１１記載のシステム。
【請求項13】
前記少なくとも１つの外部素子は、前記インタフェース端子に接続された電源スイッチングトランジスタを含み、前記少なくとも１つの外部素子は、インダクタを含む、
請求項１２記載のシステム。
【請求項14】
前記システムは、前記ドライバ回路と前記予め定められた負荷との間に接続されたスイッチングトランジスタをさらに含む、請求項１２記載のシステム。
【請求項15】
前記コントローラは、前記エラーコンディションの通知に応答して、前記スイッチングトランジスタをディアクティベートするように構成されている、請求項１４記載のシステム。
【請求項16】
前記システムは、前記予め定められた負荷をさらに含み、前記予め定められた負荷は、モータを含む、請求項１４記載のシステム。
【請求項17】
前記少なくとも１つの動作パラメータは、前記スイッチング電源のスイッチング信号のデューティサイクルまたは前記スイッチング電源の出力電圧を含む、請求項１１記載のシステム。
【請求項18】
モータシステムであって、前記モータシステムは、電源スイッチングトランジスタ、前記電源スイッチングトランジスタの出力側に接続されたインダクタおよび制御電源出力端子を含むスイッチング電源（ＳＭＰＳ）と、
前記スイッチング電源の前記制御電源出力端子に接続された電源入力側を有するドライバ回路と、
前記ドライバ回路の出力側に接続された制御端子、およびモータに接続されるように構成された出力端子を有するスイッチングトランジスタと、
前記スイッチング電源に接続されたコントローラと、
を含み、
前記コントローラは、
前記ドライバ回路に対し、前記スイッチングトランジスタをドライブパターンに従いドライブするよう指示し、
前記ドライブパターンと前記インダクタとに依存する、前記スイッチング電源の少なくとも１つの動作パラメータを監視し、
前記スイッチング電源の前記少なくとも１つの動作パラメータを、少なくとも１つの予期される動作パラメータと比較して、第１の比較結果を形成し、前記少なくとも１つの動作パラメータは、前記スイッチング電源のスイッチング信号のデューティサイクルまたは前記スイッチング電源の出力電圧を含み、
前記第１の比較結果に基づきエラーコンディションを通知する、
ように構成されているモータシステム。
【請求項19】
前記モータシステムは、前記モータをさらに含む、請求項１８記載のモータシステム。
【請求項20】
前記少なくとも１つの動作パラメータを監視することは、前記スイッチングトランジスタが第１の状態から第２の状態へ遷移したときに、前記少なくとも１つの動作パラメータにおける変化を監視することを含む、請求項１８記載のモータシステム。
【請求項21】
前記コントローラは、前記エラーコンディションの通知に応答して前記ドライバ回路に対し、前記スイッチングトランジスタをディアクティベートするよう指示するようにさらに構成されている、請求項１８記載のモータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は概して、スイッチング電源を監視するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
３相モータなどのような交流モータは、自動車、工業用およびＨＶＡＣ（暖房、換気および空調）などの用途において需要が高まっている。慣用のモータにおいて使用されてきた機械的な整流子を電子デバイスと置き換えることによって、改善された信頼性、改善された耐久性および小さいフォームファクタが達成される。交流モータの付加的な利点として挙げられるのは例えば、いっそう良好な速度対トルク特性、いっそう高速なダイナミックレスポンス、およびいっそう高い速度レンジである。一般に、交流モータ（例えば３相モータ）は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成するコントローラを有しており、このパルス幅変調信号は、モータのそれぞれ異なる相に接続された電力スイッチのためのドライブ信号を生じさせるために用いられる。これらのＰＷＭ信号によって、モータのコイルに供給される平均電圧および平均電流を決定することができ、したがってこれによりモータの速度およびトルクが制御される。
【0003】
電力スイッチをアクティベートするために用いられるドライブ信号の電圧レベルは、モータ制御システムに供給される電圧レベルよりも高いことが多い。例えば、１２Ｖの車載バッテリからモータへ電流を供給するハイサイド電力スイッチは、車載バッテリにより供給される１２Ｖを上回るドライブ電圧を必要とする場合がある。したがって多くのシステムでは、電力スイッチをアクティベートするために用いられるいっそう高い電圧レベルを生成するために、付加的な昇圧回路が使用される。この昇圧回路として例えば、スイッチング電力変換器、チャージポンプ、および／または昇圧キャパシタを挙げることができる。
【0004】
自動車用途などセーフティクリティカルなモータの用途の場合には、この昇圧回路における故障に加え、モータならびにモータに接続された種々の制御回路における故障を検出するために、セーフティ回路を実装することができる。このセーフティ回路は、故障が検出されたならば、モータをシャットダウンするように、かつ／またはモータに接続された大電流経路をディアクティベートするように、構成されていることが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
１つの実施形態によれば、本発明による方法は、ドライバ回路を用いてドライブパターンに従い予め定められた負荷をドライブするステップと、少なくとも１つの外部素子に接続されるように構成されたスイッチング電源（ＳＭＰＳ）を用いてドライバ回路に電力を供給するステップと、さらに予め定められた負荷のドライブ中、ＳＭＰＳの機能を検証するステップとを含む。機能を検証するステップは、ドライブパターンと少なくとも１つの外部素子とに依存するＳＭＰＳの少なくとも１つの動作パラメータを監視するステップと、少なくとも１つの動作パラメータを少なくとも１つの予期される動作パラメータと比較して、第１の比較結果を形成するステップと、さらに第１の比較結果に基づきエラーコンディションを通知するステップと、を含む。
【0006】
別の実施形態によれば、システムはコントローラを含み、この場合、コントローラは、少なくとも１つの外部素子に接続されるように構成されたインタフェース端子を有するスイッチング電源（ＳＭＰＳ）に接続されるように構成されており、さらにこの場合、コントローラは、ＳＭＰＳから電力を受け取るドライバ回路に接続されるように構成されている。コントローラはさらに以下のように構成されている。すなわちドライバ回路に対し、予め定められた負荷をドライブパターンに従いドライブするよう指示し、ドライブパターンと少なくとも１つの外部素子とに依存するＳＭＰＳの少なくとも１つの動作パラメータを監視し、少なくとも１つの動作パラメータを少なくとも１つの予期される動作パラメータと比較して、第１の比較結果を形成し、さらに第１の比較結果に基づきエラーコンディションを通知するように構成されている。
【0007】
さらなる実施形態によれば、モータシステムは、電源スイッチングトランジスタ、電源スイッチングトランジスタの出力側に接続されたインダクタ、および制御電源出力端子を有するスイッチング電源（ＳＭＰＳ）と、ＳＭＰＳの制御電源出力端子に接続された電源入力側を有するドライバ回路と、ドライバ回路の出力側に接続された制御端子、およびモータに接続されるように構成された出力端子を有するスイッチングトランジスタと、さらにＳＭＰＳに接続されたコントローラと、を含む。コントローラは以下のように構成されている。すなわちドライバ回路に対し、スイッチングトランジスタをドライブパターンに従いドライブするよう指示し、ドライブパターンとインダクタとに依存するＳＭＰＳの少なくとも１つの動作パラメータを監視し、ＳＭＰＳの少なくとも１つの動作パラメータを少なくとも１つの予期される動作パラメータと比較して、第１の比較結果を形成し、ただし少なくとも１つの動作パラメータは、ＳＭＰＳのスイッチング信号のデューティサイクルまたはＳＭＰＳの出力電圧を含み、さらに第１の比較結果に基づきエラーコンディションを通知するように構成されている。
【0008】
現時点で好ましい実施形態の製造および使用について、以下で詳しく説明する。ただし自明のとおり、本発明は、多種多様な特定の状況において具現化することができる数多くの適用可能な発明概念を提供することができる。ここで説明する特定の実施形態は、本発明を製造および使用するための特定の態様を例示したにすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】１つの実施形態によるスイッチングシステムを示すブロック図である。
【図3A】１つの実施形態によるスイッチング電源を概略的に示す図である。
【図3B】１つの実施形態によるスイッチング電源を概略的に示す図である。
【図4A】１つの実施形態による動作パラメータ測定および監視回路を概略的に示す図である。
【図4B】１つの実施形態による動作パラメータ測定および監視回路を概略的に示す図である。
【図4C】１つの実施形態による動作パラメータ測定および監視回路を概略的に示す図である。
【図5】１つの実施形態によるモータシステムを概略的に示す図である。
【図6】１つの実施形態による方法を示すブロック図である。
【図7】１つの実施形態によるシステムおよび方法を具現化するために使用可能な処理システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
それぞれ異なる図面において対応する番号および符号は通常、特段の記載がない限りは、対応する部分を指す。図面は、好ましい実施形態の関連する態様をわかりやすく示すように描かれており、必ずしも原寸に比例して描かれているわけではない。特定の実施形態をいっそうわかりやすく示すために、同じ構造、材料またはプロセスステップのバリエーションを表す文字が、図番に続いている場合もある。
【0011】
現時点で好ましい実施形態の製造および使用について、以下で詳しく説明する。ただし自明のとおり、本発明は、多種多様な特定の状況において具現化することができる数多くの適用可能な発明概念を提供することができる。ここで説明する特定の実施形態は、本発明を製造および使用するための特定の態様を例示したにすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【0012】
以下では本発明を、特定の事例における好ましい実施形態、モータ制御回路の事例においてスイッチングトランジスタを監視するためのシステムおよび方法に関して説明する。ただし本発明を、１つまたは複数のトランジスタのスイッチング状態を制御する他のタイプの回路に適用することができ、これには、以下に限定されるものではないが、スイッチング電源システム、電力システム、産業用制御システム、オーディオシステム、および処理システムが含まれる。
【0013】
１つの実施形態によれば、スイッチドライブシステムへ電力を供給するために使用されるスイッチング電源回路の動作完全性が、スイッチング電源の１つまたは複数の動作パラメータを測定することにより、かつ／または１つまたは複数の動作パラメータにおける変化を監視することにより、監視される。かかる動作パラメータとして例えば、出力電圧、出力電流、スイッチング電力変換器の出力電圧、スイッチング信号のデューティサイクル、またはスイッチング信号のスイッチング期間を挙げることができる。
【0014】
スイッチドライブシステムがモータなど予め定められた負荷をドライブする実施形態の場合、スイッチング電源の種々の動作パラメータが、スイッチドライブシステムのスイッチングサイクルに関して周期的に変動する可能性がある。例えば、スイッチドライブシステムが状態を変化させる（例えばスイッチドライバ回路がスイッチングトランジスタをターンオンまたはターンオフする、かつ／またはスイッチングトランジスタを第１の状態から第２の状態へ遷移させる）ことに応答して、スイッチング電源の出力電圧が一時的に減少するか、または他の遷移挙動をとる場合がある。同様に、種々のドライバ回路および他の回路により電流が引き出されることに応答して、スイッチング電源のスイッチング信号のデューティサイクルが、スイッチドライブシステムの１つのスイッチングサイクルの間に変化する可能性がある。しかしながら、スイッチドライブシステムが予め定められた負荷をドライブするならば、１つのサイクルにおける動作パラメータの変動および軌跡は、先行および後続のサイクルにおける種々の動作パラメータの変動および軌跡と同じまたは類似していると言える。よって、それらの動作パラメータの公称変動からの逸脱は、スイッチング電源の故障、誤動作または性能劣化を表す可能性がある。かかる故障または誤動作を、スイッチング電源における種々の回路の機能不全または信号接続の切断であると判定することができる。その一方で、スイッチング電力変換器の能動素子または受動素子（例えば外部のキャパシタまたはインダクタ）のパラメータにおける変位など、性能の劣化はもっと捉えにくい可能性がある。
【0015】
レンジから逸脱した動作パラメータの検出に応答して、種々のアクションをとることができる。システムがスイッチング電源の機能不全を検出したケースでは、エラーコンディションを生成することができ、このエラーコンディションに応答して、ドライブシステムを安全にディアクティベートすることができる。スイッチング電源がまだ正常に動作可能であるときに、システムが動作パラメータにおける変位を検出したならば、スイッチドライブシステムを即座にシャットダウンせずに、システムコントローラに通知を送信することができる。この通知を使用して例えば、メンテナンスが必要であることをユーザまたはオペレータに警告することができる。自動車の用途であるならば、この警告に応答して運転者のダッシュボードにおいてメンテナンスランプを点灯することができる。
【0016】
実施形態の有利な態様にはさらに、正常動作中にスイッチング電源における潜在的に危険な故障モードを迅速に検出する能力に加え、受動素子または能動素子のパラメータにおけるさほど壊滅的ではない変位を検出する能力も含まれる。付加的な利点として、（例えば経年変化、熱または環境によるストレスに起因する）デバイスと素子との間の接続または絶縁の劣化を検出可能であることが挙げられる。
【0017】
図１には、本発明の１つの実施形態によるスイッチングシステム２が示されている。図示されているように、スイッチングシステム２は集積回路１０を含んでおり、この集積回路１０は、ハイサイドスイッチングトランジスタ１８とローサイドスイッチングトランジスタ１９とを含むハーフブリッジ回路１５に接続されている。ハーフブリッジ回路１５は、任意のタイプの負荷を表すことができる負荷２０に接続されて示されており、そのような負荷には、以下に限定されるものではないが、モータ、スイッチング電源内のインダクタまたはトランスが含まれる。集積回路１０には、電源１４、デジタルインタフェース２２、コントローラ２４、ハイサイドスイッチングトランジスタ１８のゲートまたは制御端子をドライブするように構成されたドライバ回路３２、さらにはローサイドスイッチングトランジスタ１９のゲートまたは制御端子をドライブするように構成されたドライバ回路３４が含まれている。任意選択的な外部コントローラ２６を、集積回路１０のデジタルインタフェース２２に接続することができる。一部の実施形態において、集積回路１０の種々の回路を、単一の半導体基板などのような単一のモノリシック半導体集積回路上に、かつ／または他の開示されたシステム素子と同じモノリシック半導体集積回路上に、配置することができる。択一的な実施形態において、集積回路１０を、ドライバ回路３２またはドライバ回路３４のうちの一方が省略されるよう、単一のトランジスタをドライブするように構成することができる。例えば一部の実施形態において、ハーフブリッジ回路の代わりにハイサイドスイッチだけを使用することができる。
【0018】
ハイサイドスイッチングトランジスタ１８のゲートをドライブするため、ドライバ回路３２に十分に高い電源電圧を供給する目的で、電源１４は、入力電圧ノードＶＢＡＴ（「電源入力端子」とも称する）の電圧を、制御電源出力端子とすることができる昇圧給電ノードＨＳＳにおけるいっそう高い電圧まで、増大または上昇させるように構成されている。例えば１つの実施形態の場合、入力電圧ノードＶＢＡＴは、約１２Ｖの電圧を有するように構成されている一方、昇圧給電ノードＨＳＳは、約２２Ｖの電圧を有するように構成されている。択一的に、特定の実施形態およびその仕様に応じて、入力電圧ノードＶＢＡＴおよび昇圧給電ノードＨＳＳに対し他の電圧を使用してもよい。自動車用途向けの実施形態などのような一部の実施形態において、入力電圧ノードＶＢＡＴを、バッテリ電圧またはバッテリ電圧から導出された電圧とすることができる。択一的な実施形態において、入力電圧ノードＶＢＡＴを他の電源に接続することができる。図示の実施形態の場合には、電源１４は、インダクタを使用する昇圧変換器アーキテクチャを採用したスイッチング電源（ＳＭＰＳ）１４を用いて実装されている。ただし、従来技術において公知の他の電源回路を用いてもよく、そのような電源回路として、以下に限定されるものではないが、他のスイッチング電源アーキテクチャおよびチャージポンプが挙げられる。
【0019】
昇圧変換器トポロジの実施例と共に示されているように、電源１４は、スイッチングトランジスタ２３に接続されたコントローラ１６を含んでいる。スイッチングトランジスタ２３には、外部のインダクタＬおよびキャパシタＣが接続されている。インダクタＬは、入力電圧ノードＶＢＡＴと出力ノードＶＳとの間に接続されており、キャパシタＣは、入力電圧ノードＶＢＡＴと昇圧給電ノードＨＳＳとの間に接続されている。入力電圧ノードＶＢＡＴ、出力ノードＶＳおよび昇圧給電ノードＨＳＳを、インタフェース端子と称する場合もあり、インダクタＬおよびキャパシタＣを、外部素子と称する場合もある。ダイオードＤが、出力ノードＶＳと昇圧給電ノードＨＳＳとの間に接続されて示されている。動作中、コントローラ１６は、ノードＶＧを介してスイッチングトランジスタ２３をアクティベートする。スイッチングトランジスタ２３がアクティベートされると、電流ＩＬがインダクタＬを介して流れ、それによってインダクタＬが励磁される。一部の実施形態において、電流ＩＬが予め定められた電流レベルに達すると、コントローラ１６がスイッチングトランジスタ２３をターンオフする。一部の実施形態において、コントローラ１６は、シャント抵抗Ｒ両端間の電圧を測定することによって、トランジスタ２３を流れる電流量を特定する。したがって、シャント抵抗Ｒ両端間の電圧が予め定められた電圧閾値に達したならば、スイッチングトランジスタ２３がターンオフされる。他の実施形態において、トランジスタ２３の最大アクティベート時間を決定するように、コントローラ１６を構成することができ、シャント抵抗を介した電流を過電流保護のために用いることができる。
【0020】
スイッチングトランジスタ２３がターンオフされた後、電流ＩＬはインダクタＬを介して流れ続ける。ただしスイッチングトランジスタ２３を介して流れる代わりに、電流ＩＬは、ダイオードＤと昇圧給電ノードＨＳＳにおける充電キャパシタＣとを介して流れる。一部の実施形態において、複数のスイッチングサイクルの後、キャパシタＣ両端間の電圧ＶＣＡＰが予め定められた電圧まで充電される。この予め定められた電圧を、従来技術において公知のスイッチング電源制御回路およびスイッチング電源制御システムを利用して、コントローラ１６により制御することができる。種々の実施形態において、コントローラ１６は、ノードＶＧにおいてトランジスタ２３のゲートをドライブするスイッチング信号ＶＧのタイミングを変化させることにより、昇圧給電ノードＨＳＳにおける電圧を制御することができる。このタイミングを例えば、スイッチング信号ＶＧのデューティサイクルを調節することによって、かつ／またはスイッチング信号ＶＧのスイッチング期間またはスイッチング周波数を調節することによって、調節することができる。
【0021】
種々の実施形態において、コントローラ１６は、電源１４の種々の動作パラメータを測定するようにも構成されている。それらのパラメータとして例えば、昇圧給電ノードＨＳＳにおける電圧（電圧ＨＳＳとも称する）、スイッチング信号ＶＧに関するデューティサイクル、スイッチング期間、スイッチング周波数またはその他のタイミングパラメータ、および／またはスイッチングトランジスタ２３を流れる測定電流を挙げることができる。これらの動作パラメータを、動作中の電源１４の機能を検証するために使用することができ、また、集積回路１０と、インダクタＬおよびキャパシタＣを含む外部素子と、の間の接続の完全性を検証するために、使用することができる。一部の実施形態の場合にはコントローラ１６によって、これらの動作パラメータの測定および分析が行われる。択一的に、電源１４の動作パラメータを、コントローラ１６、コントローラ２４および／または外部コントローラ２６の中に設けられた回路を用いて、測定し特定することができる。例えば一部の実施形態において、コントローラ１６は、電源１４内部の種々の電圧信号および電流信号における電圧、電流および／またはタイミングの測定を実施することができる一方、コントローラ２４および／または外部コントローラ２６は、コントローラ１６によりなされた種々の測定電圧、測定電流および／またはタイミングの測定に基づき、計算を実施する。これらの計算として例えば、平均、フィルタリングおよび予め定められた値およびレンジとの比較を含む種々の信号処理計算を挙げることができる。種々の実施形態において、電源１４の動作パラメータは、以下でもっと詳しく説明するように、ハーフブリッジ回路１５の１つのスイッチングサイクルにわたり分析される。かかる実施形態において、ハーフブリッジ回路１５のスイッチングサイクルと同期した種々の信号がコントローラ２４によって生成され、動作パラメータ測定を導出するために外部コントローラ２６によって使用される。これらの信号は、例えばサンプリング信号ＳＡＭＰＬＥを含むことができ、この信号は、ドライブ入力端子ＤＨおよびＤＬの側縁遷移に対し遅延させられたサンプリングパルスを含んでいる。
【0022】
測定された動作パラメータを分析して制限する計算を実施することに加え、コントローラ１６、コントローラ２４および／または外部コントローラ２６は、予め定められたレンジおよび公称動作限界値を格納および／または導出することができ、これらは電源１４の測定された動作パラメータを分析して制限するために用いられる。これらの予め定められたレンジおよび公称動作限界値によって、ハーフブリッジ回路１５のスイッチングサイクルにわたる動作パラメータのダイナミックな挙動を指定することもでき、負荷２０の種々の動作モード、集積回路１０の種々の動作モードに加え、公称動作レンジを特定する際の温度などの環境条件を考慮することができる。公称動作限界値に対する測定パラメータの比較を、外部コントローラ２６内部、コントローラ２４内部および／または電源１４のコントローラ１６内部において実施することができる。図示の実施形態の場合、外部コントローラ２６は、電源１４の測定された動作パラメータがエラーコンディションを表しているならば、エラー信号ＥＲＲＯＲをアサートするように構成されている。付加的にまたは択一的に、このエラーコンディションの存在を、外部コントローラ２６によって判定することができ、あるいはコントローラ１６および／または集積回路１０のコントローラ２４によって判定することができる。エラー信号ＥＲＲＯＲのアサートに応じて、集積回路１０またはスイッチングシステム２は、ハイサイドスイッチングトランジスタ１８および／またはローサイドスイッチングトランジスタ１９を、予め定められた状態に設定することができる。例えば予め定められた状態を、ハイサイドスイッチングトランジスタ１８またはローサイドスイッチングトランジスタ１９の一方または両方が遮断されている、というものとすることができる。
【0023】
一部の実施形態において、外部コントローラ２６は、公称動作限界値を集積回路１０内部のレジスタに書き込むことができる。この通信を、デジタルインタフェース２２を介して実施することができる。一部の実施形態において、外部コントローラ２６は、測定値を処理するために統計的手法および／またはフィルタを、例えばメジアンフィルタまたはヒストグラム関数を、使用することができる。これらの手法を、それぞれ異なるタイムフレームにわたって測定された値の勾配を分析するために、または測定誤差に対処するために、用いることができる。
【0024】
ドライバ回路３２は、ドライブ入力端子ＤＨおよびハイサイドスイッチングトランジスタ１８のゲートに接続されたドライブ出力端子ＧＨを含んでいる。同様にドライバ回路３４は、ドライブ入力端子ＤＬおよびローサイドスイッチングトランジスタ１９のゲートに接続されたライブ出力端子ＧＬを含んでいる。動作中、ドライバ回路３２は、ドライブ入力端子ＤＨにおける第１のドライブ入力信号に基づき、ドライブ出力端子ＧＨにおいて第１のドライブ出力信号を生成する。第１のドライブ出力信号を、ハイサイドスイッチングトランジスタ１８の状態を変化させるように構成することができる（例えばハイサイドスイッチングトランジスタ１８をターンオンおよびターンオフする）。同様にドライバ回路３４は、ドライブ入力端子ＤＬおよびローサイドスイッチングトランジスタ１９のゲートに接続されたドライブ出力端子ＧＬを含んでいる。動作中、ドライバ回路３４は、ドライブ入力端子ＤＬにおける第２のドライブ入力信号に基づき、ドライブ出力端子ＧＬにおいて第２のドライブ出力信号を生成する。第２のドライブ出力信号を、ローサイドスイッチングトランジスタ１９の状態を変化させるように構成することができる（例えばローサイドスイッチングトランジスタ１９をターンオンおよびターンオフする）。
【0025】
１つの実施例の場合、ドライブ信号ＤＨがアサートされると（アクティブハイまたはアクティブローのいずれか）、ドライバ回路３２は、ハイサイドスイッチングトランジスタ１８がターンオンされるように、ドライブ信号ＧＨの電圧を上昇させる。ハイサイドスイッチングトランジスタ１８がターンオンされると、電流が負荷２０および出力ノードＳＨへ、ハイサイドスイッチングトランジスタ１８のソースを介して供給される。ＤＨがディアサートされると、ドライバ回路３２は、ハイサイドスイッチングトランジスタ１８がターンオフされるように、ドライブ信号ＧＨの電圧を低下させる。同様に、ドライブ信号ＤＬがアサートされると（アクティブハイまたはアクティブローのいずれか）、ドライバ回路３４は、ローサイドスイッチングトランジスタ１９がターンオンされるように、ドライブ信号ＧＬの電圧を上昇させる。ローサイドスイッチングトランジスタ１９がターンオンされると、電流が負荷２０および出力ノードＳＨから、ローサイドスイッチングトランジスタ１９のドレインを介して引き出される。ドライブ信号ＤＬがディアサートされると、ドライバ回路３４は、ローサイドスイッチングトランジスタ１９がターンオフされるように、ドライブ信号ＧＬの電圧を低下させる。ｐチャネルデバイスまたはＰＮＰデバイスを活用する実施形態であるならば、種々のドライブ信号は、電圧が低下するとスイッチングトランジスタをターンオンすることになり、電圧が上昇するとスイッチングトランジスタをターンオフすることになる。
【0026】
一部の実施形態において、ドライブ信号ＤＨおよびＤＬは、ハイサイドスイッチングトランジスタ１８とローサイドスイッチングトランジスタ１９のうちの一方だけがある特定の時点でアクティブになるよう、交互にアサートされる。ドライブ信号ＤＨおよびＤＬの生成を、図示されているようにコントローラ２４を用いて実施してもよいし、またはそれらの信号を集積回路１０の外部で生成してもよい。かかるドライブ信号生成回路として、以下に限定されるものではないが、パルス幅変調回路、パルス周波数変調回路、ノンオーバーラップ信号生成回路、およびドライブ信号を生成するように構成された従来技術において公知のその他の回路を挙げることができる。１つの実施形態において、ドライブ信号ＤＨおよびＤＬは、０Ｖと論理値ハイのレベルとの間で切り替わる論理信号であり、例えば０Ｖと、１．２Ｖ、２．０Ｖ、３．３Ｖ、５．０Ｖまたは他の論理値ハイのレベルと、の間で切り替わる論理信号である。ドライバ回路３２およびドライバ回路３４を、従来技術において公知のスイッチングトランジスタドライバを用いて実装することができ、ドライブ信号ＧＨおよびＧＬを、ハイサイドスイッチングトランジスタ１８およびローサイドスイッチングトランジスタ１９を実装するために使用される特定のトランジスタ技術に適合させることができる。
【0027】
種々の実施形態において、ハイサイドスイッチングトランジスタ１８、ローサイドスイッチングトランジスタ１９、および／またはスイッチングトランジスタ２３を例えば、ＩＧＢＴトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ（ＮＭＯＳおよび／またはＰＭＯＳ）、バイポーラトランジスタ、あるいは他のタイプのトランジスタといったトランジスタを使用して、実装することができる。一部の実施形態において、ハイサイドスイッチングトランジスタ１８およびローサイドスイッチングトランジスタ１９を、大電流および大電力の用途をサポートするために、電力用ＩＧＢＴ、電力用ＭＯＳＦＥＴ、または電力用バイポーラトランジスタとすることができる。一部の実施形態において、ハイサイドスイッチングトランジスタ１８およびローサイドスイッチングトランジスタ１９は、スイッチング電源において、またはモータをドライブするために使用されるスイッチングトランジスタとして動作することができる。一部の実施形態において、スイッチングシステム２を、単一のスイッチングトランジスタのドライブをサポートするよう適合させることができる。例えば、ドライバ回路３４およびローサイドスイッチングトランジスタ１９を省略することができる。
【0028】
ドライバ回路３２および３４を、従来技術において公知のドライブ回路アーキテクチャを使用して実装することができ、これらのドライバ回路３２および３４は、バッファ、レベルシフタ、アイソレーション、および本明細書の実施形態に関していっそう詳細に説明する回路などのような、補助回路およびサポート回路を含むことができる。ハイサイドスイッチングトランジスタ１８をドライブするために使用されるドライバ回路３２を、フローティングハイサイドドライブ回路を含む従来技術において公知のハイサイドスイッチドライブ回路を使用して、実装することができる。図示されているように、ドライバ回路は、昇圧給電ノードＨＳＳから昇圧された電源電圧を受け取る。
【0029】
コントローラ２４を、回路１０の制御機能を提供することに加えて、パルス幅変調信号および／またはパルス周波数変調信号をドライバ回路３２および３４へ供給するように、構成することができる。デジタルインタフェース２２は、ｎ個の信号ピンを有するデジタルバスＤＢＵＳに接続されているように示されており、このデジタルインタフェース２２を、集積回路１０の動作を制御、コンフィギュレーションおよび監視するために、使用することができる。種々の実施形態において、デジタルインタフェース２２を、シリアルバスインタフェース回路、パラレルバスインタフェース回路とすることができ、かつ／またはＣＭＯＳまたはＴＴＬレベルロジック、ＬＶＤＳまたは従来技術において公知のその他のものなど様々な物理層を利用して、以下に限定されるものではないが、ＳＰＩ、ＣＡＮ、Ｉ２Ｃ、ＬＶＤＳおよびＵＳＢを含む任意のバス標準に準拠させることができる。したがってデジタルバスＤＢＵＳの信号ピンの個数ｎを、実装されたバスプロトコルに適した任意の個数とすることができる。一部の実施形態において、デューティサイクル、パルス幅、周波数およびその他のパラメータなど、パルス幅変調またはパルス周波数変調のパラメータを、デジタルインタフェース２２を介してデジタルバスＤＢＵＳから受け取ることができ、ドライブ信号ＤＨおよびＤＬの生成を制御する目的で、コントローラ２４および／またはコントローラ１６の内部のレジスタへ転送することができる。
【0030】
図２Ａには、キャパシタＣ両端間の電圧ＶＣＡＰと、インダクタ電流ＩＬと、電源１４内のスイッチングトランジスタ２３をドライブするために使用されるスイッチング信号ＶＧと、の間の関係を表す波形図が示されている。時点ｔ１において、スイッチング信号ＶＧがアサートされ、これによってスイッチングトランジスタ２３がターンオンさせられ、電流ＩＬがインダクタＬを通って流れるようになる。図示されているように、電流ＩＬは時点ｔ１～時点ｔ２の間、線形に上昇する。時点ｔ２において電流ＩＬは、ここに示された実施例では約１７０ｍＡである電流Ｉｐｅａｋに達する。電流ＩＬがいったん電流Ｉｐｅａｋに達したならば、スイッチング信号ＶＧがディアサートされ、これによってスイッチングトランジスタ２３がターンオフされる。種々の実施形態において、電流ＩＬが電流Ｉｐｅａｋに達したことに応答して、スイッチング信号ＶＧがディアサートされる。スイッチングトランジスタ２３がいったんターンオフされると、電流はスイッチングトランジスタ２３の負荷経路を介してもはや流れず、そうではなくキャパシタＣへと向かわせられる。時点ｔ２～ｔ３の間、インダクタＬを流れる電流ＩＬは、時点ｔ３において０ｍＡに達するまで、線形に減少する。スイッチング信号ＶＧは時点ｔ４までディアサートされたままであり、この時点ｔ４においてスイッチング信号ＶＧは再びアサートされて、新たなスイッチングサイクルが始まる。ここに示された実施例は非連続導通モードを表しており、このモードの場合、インダクタＬを流れる電流ＩＬは０まで減少し、所定の期間にわたりそのレベルに留まる。別の実施形態において、インダクタ電流が０に達した直後にスイッチング信号ＶＧがアサートされる臨界導通モードで、電源１４を動作させることができ、またはインダクタ電流が０に達する前にスイッチング信号ＶＧがアサートされる連続導通モードを使用することができる。一部の実施例おいて、スイッチングトランジスタ２３のスイッチング周波数は、１００ｋＨｚまたはこれよりも高いレンジにある。一部のケースでは、寄生作用に起因して、周波数が高くなるにつれてスイッチング損失が増加する。しかしながら、周波数が高くなるにつれて小型化したインダクタＬを、コストをあまりかけずに実装することができ、これにより結果として、場合によってはいっそう低コストのスイッチング電源が得られる。
【0031】
図２Ａに示されているように、スイッチング信号ＶＧは、約１３０ｎｓであるｔＨの期間にわたりアサートされる。電流ＩＬはｔ３～ｔ４の間の期間にわたり０ｍＡまで減少するので、電源１４は非連続導通モード（ＤＣＭ）で動作していると言われる。スイッチング信号ＶＧは、約１μｓの周期Ｔｓと、Ｄ＝（ｔＨ／Ｔｓ）*１００％＝（１３０ｎｓ／１μｓ）*１００％＝１３％のデューティサイクルと、を有する。ここで理解されたいのは、図２Ａに示した電流、電圧および期間の組み合わせは、実施形態による電力変換器回路のための電圧、電流およびタイミングの数多くの可能な組み合わせのうち、１つの特定の実施例にすぎない、ということである。
【0032】
種々の実施形態において、スイッチング信号ＶＧが動作するときのデューティサイクルは、電源１４の動作に作用する種々のパラメータを表す。例えば理想的なケースでは、電源１４がＤＣＭで動作するときのデューティサイクルＤＤＣＭを、以下のように表現することができる。すなわち、
ただしＶＨＳＳは昇圧給電ノードＨＳＳにおける電圧、ＶＢＡＴは入力電圧ノードＶＢＡＴにおける電圧、Ｉｏｕｔは電源１４の出力電流、ＬはインダクタＬのインダクタンス、さらにＴＳはスイッチング信号ＶＧのスイッチング期間である。抵抗損失およびダイオード電圧降下を考慮するならば、デューティサイクルＤＤＣＭを以下のように表現することができる。すなわち、
ただしＶｄはダイオードＤの順方向バイアス電圧であり、Ｒｔｏｔは電流経路中の素子の抵抗を表す。電源１４が臨界導通モード（ＣＣＭ）で動作するならば（例えば時点ｔ３と時点ｔ４との間の期間がゼロ）、デューティサイクルＤＣＣＭを以下のように表現することができる。すなわち、
種々の実施形態において、式（１）、（２）および（３）を、スイッチング信号ＶＧのデューティサイクルを設定するために、かつ／または測定されたデューティサイクルと比較する公称動作限界値を決定するために、スイッチングシステム２によって使用することができる。一部の実施形態において、これらのデューティサイクルの計算を、従来技術において公知の処理回路を用いて外部コントローラ２６により実施することができる。択一的に、コントローラ１６、コントローラ２４および／または外部コントローラ２６の内部のメモリまたはルックアップテーブルに格納される限界値を導出するベースのために、これらの式を使用することができる。一部の実施形態において、デューティサイクルおよびデューティサイクル限界値の導出を、温度およびその他の環境条件に対して調節することもできる。例えば、デューティサイクルを計算する目的で、ダイオード電圧Ｖｄに対して使用される値を、温度に従って調整することができ、電圧ＶＢＡＴに対して使用される値を、スイッチングシステム２によりなされた電圧測定に従って調節することができる。
【数1】
【数2】
【数3】
【0033】
図２Ｂには、コントローラ２４内で内部的に生成されるＰＷＭタイマ計数値と、ハーフブリッジ回路１５のドライブ状態を表すドライブ信号ＤＲＶ（例えばドライブ信号ＤＬまたはドライブ信号ＤＨのいずれかがアサートされれば、ＤＲＶがアサートされる）と、昇圧給電ノードＨＳＳの昇圧給電電圧ＶＨＳＳと、スイッチング信号ＶＧのデューティサイクルと、コントローラ２４により生成されるサンプリング信号ＳＡＭＰＬＥと、を表す波形図が示されている。１つの実施形態の場合、コントローラ２４は、スイッチングサイクルの位相を表すデジタル信号とすることのできるＰＷＭタイマ信号を生成する。このＰＷＭタイマ信号を、例えばアップダウンカウンタを使用して生成することができる。動作中、ＰＷＭカウンタの値が、どのＰＷＭタイマ信号値のところでドライブ信号ＤＲＶがアサートされるのかを表すＰＷＭ比較値と比較される。図示されているように、ＰＷＭタイマの値がＰＷＭ比較値を上回ったならば、ドライブ信号ＤＲＶがアサートされる。ＰＷＭタイマの値がＰＷＭ比較信号を下回ったならば、ドライブ信号ＤＲＶがディアサートされる。図示の実施例の場合、いっそう大きいＰＷＭ比較値は、ドライブ信号ＤＲＶに対しいっそう小さいデューティサイクルをもたらし、いっそう小さいＰＷＭ比較値はドライブ信号ＤＲＶに対しいっそう大きいデューティサイクルをもたらす。択一的な実施形態において、ＰＷＭタイマ信号の計数を反転させることができる。さらに別の実施形態において、ＰＷＭタイマ信号をアナログ信号とすることができ、ＰＷＭ比較値を、ＰＷＭタイマ信号と比較されるアナログ閾値とすることができる。一部の実施例において、信号ＤＲＶの周波数は２０ｋＨのレンジ内にある（約１０ｋＨｚ～約３０ｋＨｚの間）。択一的に、このレンジ外の他の周波数を使用してもよい。
【0034】
動作中、ドライブ信号ＤＲＶがアサートされると、ドライバ回路３２は、ドライブ出力端子ＧＨを介してハイサイドスイッチングトランジスタ１８のゲートを充電し、ハイサイドスイッチングトランジスタをターンオンする。ハイサイドスイッチングトランジスタ１８のゲートを充電することにより、電源１４から電流が引き出され、昇圧給電ノードＨＳＳの出力電圧ＶＨＳＳにおいて一時的な減少または遷移が引き起こされる。これに続いて、ドライブ信号ＤＲＶがディアサートされると、ドライバ回路３２は、ドライブ出力端子ＧＨを介してハイサイドスイッチングトランジスタ１８のゲートを放電させ、ハイサイドスイッチングトランジスタ１８をターンオフする。一部の実施形態において、スイッチングトランジスタ１８または１９の一方のターンオンに必要とされる電荷を、負荷２０を流れる負荷電流と共に変化させることができる。一部の実施形態において、信号ＤＲＶのパルスパターンを、負荷２０を流れる負荷電流に依存して変化させることができ、したがってトランジスタ１８および１９のアクティベート回数がそれぞれ異なるようになり、また、ＨＳＳに対する電流要求もそれぞれ異なるようになる。ハイサイドスイッチングトランジスタ１８のゲートを放電させることによっても、電源１４から電流が引き出され、昇圧給電ノードＨＳＳの出力電圧ＶＨＳＳにおいて異なる一時的な減少または遷移応答が引き起こされる。種々の実施形態において、この遷移応答の整定時間ｔＳＴＬは、既知の負荷条件を有するモータなどのように負荷２０が予め定められた負荷であるケースでは、どのようなスイッチングサイクルであろうと一貫している。したがって種々の実施形態において、各スイッチングサイクルにわたりコントローラ１６によって整定時間ｔＳＴＬが測定される。整定時間ｔＳＴＬが予め定められたレンジ外であるならば、エラーコンディションを通知することができる。
【0035】
図示されているように、スイッチング信号ＶＧのデューティサイクルは、スイッチング信号ＶＧの側縁遷移に応答して、各スイッチングサイクルにわたり変化する。スイッチング信号ＶＧのデューティサイクルにおけるこの変化は例えば、ハーフブリッジドライバ回路１５へのゲートドライブ電流の供給に応答して、スイッチングサイクルが経過する中でドライバ回路３２および電源１４から電力を引き出す他の回路による電流消費が増加することに起因して、発生する可能性がある。図示の実施例の場合、デューティサイクルは、スイッチングサイクルの種々の部分中にピークに達する。なお、図２Ｂに示されているスイッチング信号ＶＧのデューティサイクルの形状は、スイッチング信号ＶＧのデューティサイクルの挙動について単純化された例である、ということを理解されたい。種々の実施形態において、スイッチング信号ＶＧのデューティサイクルの変化の度合いに加え、スイッチング信号ＶＧのデューティサイクルの形状および軌跡も、図示されているものとは異なる可能性があり、かつ／またはそれよりも複雑な可能性がある。一部の実施形態において、スイッチング信号ＶＧのデューティサイクルは、各スイッチングサイクル中に１回または複数回測定され、デューティサイクル値の予期されるレンジと比較される。図示されている実施形態の場合、スイッチング信号ＶＧの測定されたデューティサイクルは、サンプリング信号ＳＡＭＰＬＥがアサートされたときに動作パラメータがサンプリングされた場合に、予期される値のレンジ内に収まっている。択一的な実施形態において、デューティサイクルを、他の方法を使用して測定し定量化することができる。例えば、連続する測定同士のデューティサイクルの差、１つのスイッチングサイクルが経過する中で見られる最小デューティサイクルおよび最大デューティサイクル、またはこれらの組み合わせを、測定し特定することができる。デューティサイクルをＤＲＶの遷移前または遷移後に測定すれば、両方のデューティサイクルの関係を考察することができる。
【0036】
一部の実施形態において、１つまたは複数の動作パラメータが、スイッチングサイクル内の予め定められた時点でサンプリングされる。１つの実施形態において、これら１つまたは複数の動作パラメータは、サンプリング信号ＳＡＭＰＬＥがアサートされたときにサンプリングされ、このサンプリング信号ＳＡＭＰＬＥを、ＰＷＭの値を予め定められた値と比較することにより、コントローラ２４によって生成することができる。図２Ｂに示されているように、整定時間ｔＳＴＬおよびデューティサイクルは、ドライブ信号ＤＲＶの各側縁遷移後、時間遅延ｄｔのところでサンプリングされる。一部の実施形態において、ドライブ信号ＤＲＶの側縁遷移のときに加え、スイッチングサイクル中の他の時点でも、動作パラメータをサンプリングすることができる。
【0037】
図２Ｃには、ＰＷＭタイマ計数値と、ハーフブリッジ回路１５のスイッチングを表すドライブ信号ＤＲＶと、昇圧給電ノードＨＳＳの昇圧給電電圧ＶＨＳＳと、スイッチング信号ＶＧのデューティサイクルと、サンプリング信号ＳＡＭＰＬＥと、を表す波形図が示されている。図２Ｃは、スイッチング信号ＶＧのデューティサイクル値が、時点８７でサンプリングされたときに、予期されるレンジの境界を越えている点を除き、図２Ｂと類似している。種々の実施形態において、コントローラ１６、２４および／または２６のうちの１つがエラーコンディションを通知し、補正アクションをとる。特定の動作パラメータおよび予期されるレンジからのその偏差の程度に応じて、スイッチングシステムは補正アクションとる前に、予め定められた期間内に予め定められた回数だけ、測定された動作パラメータが予期されるそのレンジから逸脱するまで、待機することができる。
【0038】
図３Ａには、外部キャパシタＣおよび外部インダクタＬとインタフェースを介して接続された電源１４のいっそう詳細な実施例を含むシステム１００が示されている。種々の実施形態において、図３Ａに示された電源１４を、図１に示された電源１４を実装するために用いることができる。図示されているように、電源１４内部のコントローラ１６はコントローラおよびパラメータ測定回路１０５を含んでおり、この回路は、アナログ／デジタル変換器１０２、任意選択的なバレー検出器１０４、ゲートドライブバッファ１０６、比較器１０８、およびデジタル／アナログ変換器１１０とインタフェースを介して接続されている。コントローラおよびパラメータ測定回路１０５は、電源コントローラ１１２、整定時間測定回路１１４、デューティサイクル測定回路１１６、およびテストロジック１１８を含んでいる。動作中、アナログ／デジタル変換器１０２は、昇圧給電ノードＨＳＳにおける電圧を測定し、測定された電圧をデジタルワードＡＤＣＤＡＴＡに変換する。一部の実施形態において、アナログ／デジタル変換器１０２は、昇圧給電ノードＨＳＳにおける電圧と入力電圧ノードＶＢＡＴにおける電圧（例えば電圧ＶＣＡＰ）との差を測定して変換する。
【0039】
比較器１０８は、シャント抵抗Ｒ両端間の電圧をデジタル／アナログ変換器１１０により生成された電圧と比較するように構成されている。スイッチングトランジスタ２３を流れる電流を表すこの比較の結果に加え、昇圧給電ノードＨＳＳにおける電圧を表すデジタルワードＡＤＣＤＡＴＡが、電源コントローラ１１２へ供給され、この電源コントローラ１１２は、電源制御システムおよび従来技術において公知の方法を用いて電源スイッチング信号ＰＳＤＲＶを生成する目的で、この情報を使用する。一部の実施形態において、スイッチングトランジスタ２３のドレインにおける電圧がいつ極小値になるのかについて、電源コントローラ１１２へ通知する目的で、任意選択的なバレー検出器１０４は、スイッチングトランジスタ２３のドレインにおける電圧を測定する。一部の実施形態において、スイッチング損失を低減する目的で、電源コントローラ１１２は、スイッチングトランジスタ２３両端間における電圧が極小値に達したことをバレー検出器１０４が通知したときに、スイッチングトランジスタ２３をターンオンするように構成されている。スイッチングトランジスタ２３のゲート（または制御ノード）をドライブするために、ゲートドライブバッファ１０６を使用することができ、これを従来技術において公知のゲートドライバ回路を用いて実装することができる。一部の実施形態において、ゲートドライブバッファ１０６を省略することができる。
【0040】
１つの実施形態において、電源コントローラ１１２は、デジタル／アナログ変換器の入力ワードＤＡＣＤＡＴＡを生成して、デジタル／アナログ変換器１１０の入力側へ供給する。デジタル／アナログ変換器１１０により供給された出力電圧は例えば、インダクタＬを流れる最大電流ＩＬを設定する基準電圧として用いられる。図２Ａを参照しながら上述の記載で説明したように、電源コントローラ１１２は、スイッチングトランジスタ２３を流れる電流が設定された電流閾値Ｉｐｅａｋを上回ると、スイッチングトランジスタ２３をターンオフするように構成されている。一部の実施形態において、デジタル／アナログ変換器１１０により生成される基準電圧を択一的に、バンドギャップベースの電圧発生器などアナログ電圧基準を利用して生成することができる。さらなる実施形態において、スイッチングトランジスタ２３を流れる電流を、シャント抵抗Ｒ両端間の電圧を測定することに加え、他の方法を用いて測定することができる。例えば、スイッチングトランジスタ２３と並列に接続された電流測定トランジスタを使用して、電流を測定することができる。
【0041】
動作中、整定時間測定回路１１４は、スイッチングシステムがハーフブリッジ回路１５のスイッチング状態を変更することに応答して、昇圧給電ノードＨＳＳにおける電圧の整定時間ｔＳＴＬを特定し、デジタル整定時間測定値ＳＴＩＭＥをテストロジック１１８へ供給する（図２Ｂを参照）。種々の実施形態において、整定時間測定回路１１４は、整定時間ｔＳＴＬを特定するために、アナログ／デジタル変換器１０２により実施された測定シーケンスを分析する。一部の実施形態において、スイッチング信号ＤＲＶに側縁遷移が生じるたびに、整定時間測定がリセットされる。
【0042】
デューティサイクル測定回路１１６は、スイッチング信号ＶＧのデューティサイクルおよび／またはスイッチング期間ＴＳを測定し、デューティサイクルおよび／またはスイッチング期間の測定に基づき、デジタルデューティサイクル測定信号ＤＵＴＹを供給するように構成されている。一部の実施形態において、付加的な測定回路を、コントローラおよびパラメータ測定回路１０５に含めることができる。例えば、スイッチングトランジスタ２３のドレイン電流ＩＤ、入力電圧ノードＶＢＡＴに対する測定値、および昇圧給電ノードＨＳＳに対する直接的な出力電圧測定値を供給するように構成された付加的な測定回路も含めることができる。一部の実施形態において、デジタルデューティサイクル測定信号ＤＵＴＹの値は、電力変換器１４を介してＶＣＡＰへ転送されるエネルギー量を表す。他の実施形態において、同じことを表すために別のパラメータを用いることができ、例えばスイッチ２３のオフ時間またはインダクタＬを流れる平均電流を用いることができる。
【0043】
テストロジック１１８は、種々の動作パラメータ測定回路と、コントローラ２４および外部コントローラ２６など外部のデジタル回路と、の間のデジタルインタフェースを提供するように構成されている（図１を参照）。例えばテストロジック１１８に対するデジタルインタフェースは、サンプリング信号ＳＡＭＰＬＥおよびドライブ信号ＤＲＶをテストロジック１１８および種々の動作パラメータ測定回路へ供給することができ、その目的は、動作パラメータ測定を実施するための、および動作パラメータの結果をコントローラ２４および／または外部コントローラ２６が利用できるようにするための、タイミングパルスおよびサンプリングパルスを供給するためである。一部の実施形態において、動作パラメータの結果はテストロジック１１８内部のレジスタに格納され、デジタルインタフェース２２を介して外部コントローラ２６（図１を参照）によりアクセスされる。
【0044】
図３Ｂには、本発明の１つの択一的な実施形態に従い、外部キャパシタＣおよび外部インダクタＬとインタフェースを介して接続された電源１４のいっそう詳細な実施例を含むシステム１３０が示されている。種々の実施形態において、図３Ｂに示された電源１４を、図１に示された電源１４を実装するために用いることができる。図示されているように、アナログ／デジタル変換器１３２は、昇圧給電ノードＨＳＳにおける電圧、入力電圧ノードＶＢＡＴにおける電圧、およびスイッチングトランジスタ２３のソースに接続されたシャント抵抗Ｒ両端間の電圧を測定するように構成されている。コントローラおよびパラメータ測定回路１３６は、アナログ／デジタル変換器１３２およびゲートドライブバッファ１０６とインタフェースを介して接続されており、電源コントローラ１３４、整定時間測定回路１１４、デューティサイクル測定回路１１６、およびテストロジック１１８を含んでいる。システム１３０の動作は、シャント抵抗Ｒ両端間の電圧の測定が比較器１０８ではなくアナログ／デジタル変換器１３２によって実施される点を除き、図３Ａに示したシステム１００の動作と類似している。かくして電源コントローラ１３４は、昇圧給電ノードＨＳＳの電圧、入力電圧ノードＶＢＡＴの電圧、およびシャント抵抗Ｒ両端間の電圧のデジタル表現に基づき、電源スイッチング信号ＰＳＤＲＶを生成する。一部の実施形態において、アナログ／デジタル変換器１３２への入力が多重化される。なお、図３Ａおよび図３Ｂに示した電源１４の例示的な実装は、電源１４の考えられる多数の実装例のうちの２つであるにすぎない、ということを理解されたい。本発明の択一的な実施形態において、これら以外のコンフィギュレーションを実現することができる。例えば他の実施形態において、キャパシタＶＣＡＰを昇圧給電ノードＨＳＳとアースＧＮＤとの間に接続することができる。
【0045】
実施形態において、図３Ａおよび図３Ｂに示した種々の回路ブロックを実装するために用いられる回路を、従来技術において公知の回路を用いて実装することができる。例えばアナログ／デジタル変換器１０２および１３２を、シグマデルタアナログ／デジタル変換器、逐次比較型アナログ／デジタル変換器、フラッシュ型アナログ／デジタル変換器、または従来技術において公知の他の任意の適切なアナログ／デジタル変換器アーキテクチャなど、種々のアナログ／デジタル変換器アーキテクチャを用いて実装することができる。デジタル／アナログ変換器１１０を、従来技術において公知のデジタル／アナログ変換器回路およびデジタル／アナログ変換器システムを用いて実装することができ、これには、以下に限定されるものではないが、電流ステアリングおよび抵抗ラダーベースのデジタル／アナログ変換器が含まれ、さらに比較器１０８を、従来技術において公知の増幅器および比較器回路を用いて実装することができる。
【0046】
図４Ａには、整定時間測定回路１１４の例示的な実装が示されており、この整定時間測定回路１１４は、昇圧給電ノードＨＳＳの電圧の整定時間を測定するように構成されている。図示されているように、整定時間測定回路１１４は、デジタル減算回路２０２、比較器２０４およびカウンタ２０６を含んでいる。動作中、デジタル減算回路は、アナログ／デジタル変換器出力信号ＡＤＣＤＡＴＡから基準値ＲＥＦＥＲＥＮＣＥを減算することにより、エラー信号ＥＲＲを形成する。種々の実施形態において、基準値ＲＥＦＥＲＥＮＣＥは、電源１４の目標出力電圧を表し、アナログ／デジタル変換器出力信号ＡＤＣＤＡＴＡは、昇圧給電ノードＨＳＳの電圧に対応する電源１４の出力電圧を表す。一部の実施形態において、エラー信号ＥＲＲは、電源コントローラ１１２（図３Ａ）または電源コントローラ１３４（図３Ｂ）により生成される。比較器２０４は、エラー信号ＥＲＲをエラー閾値信号Ｅ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤと比較する。エラー信号ＥＲＲがエラー閾値信号Ｅ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤを上回ると、カウンタ２０６の出力がクロック信号ＣＬＫＨＦに従いインクリメントされる。一部の実施形態において、クロック信号ＣＬＫＨＦは、電源スイッチング信号ＰＳＤＲＶのスイッチング周波数よりも少なくとも１０倍高い周波数を有する。一部の実施形態において、クロック信号ＣＬＫＨＦの最低可能周波数は、ＡＤＣＤＡＴＡを供給するアナログ／デジタル変換器（例えばアナログ／デジタル変換器１３２）の変換レートと等しい。このため、エラー信号ＥＲＲが閾値信号Ｅ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤを長く上回れば上回るほど、カウンタ２０６の出力値が大きくなる。したがって、カウンタ２０６の出力側で見られるデジタル整定時間測定値ＳＴＩＭＥは、昇圧給電ノードＨＳＳの電圧の整定時間に近づくことができる。一部の実施形態において、閾値信号Ｅ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤは、上限閾値と下限閾値とを含み、これによってエラーレンジが規定される。かかる実施形態の場合、カウンタ２０６は、エラー信号ＥＲＲが規定されたエラーレンジから外れた値を有するときは、必ずインクリメントされる。
【0047】
１つの実施形態において、カウンタ２０６は、ドライブ信号ＤＲＶが側縁遷移を有するたびに、規定された値にリセットまたはセットされる。このリセットのパルスを例えば、ドライブ信号ＤＲＶが正の側縁遷移を有するときにリセットパルスを生成するためにワンショット回路２０８を用い、ドライブ信号ＤＲＶが負の側縁遷移を有するときにリセットパルスを生成するためにインバータ２１２およびワンショット回路２１０を用いることで、生成することができる。リセット信号ＲＳＴをカウンタ２０６へ供給するために、ＯＲゲート２１４を用いてワンショット回路２０８および２１０の出力が組み合わせられる。
【0048】
図４Ｂには、デューティサイクル測定回路１１６の例示的な実装が示されており、このデューティサイクル測定回路１１６は、電源１４の動作中、電源スイッチング信号ＰＳＤＲＶのデューティサイクルを測定するように構成されている。図示されているように、デューティサイクル測定回路１１６は、カウンタ２２２、カウンタ２２４、デューティサイクル計算器２２８、レジスタ２３０、ワンショット回路２２６、インバータ２３２、および任意選択的なフィルタ２３６を含んでいる。動作中、電源スイッチング信号ＰＳＤＲＶがアサートされたときに、カウンタ２２２がインクリメントされて、ハイレベル時間測定信号Ｔ＿ＨＩＧＨが供給され、電源スイッチング信号ＰＳＤＲＶがディアサートされたときに、カウンタ２２４がインクリメントされて、ローレベル時間測定信号Ｔ＿ＬＯＷが供給される。各電源スイッチングサイクルの開始時にカウンタ２２２および２２４をリセットするリセット信号ＲＳＴＡを供給するために、ワンショット回路２２６が用いられる。デューティサイクル計算器２２８は、ハイレベル時間測定信号Ｔ＿ＨＩＧＨとローレベル時間測定信号Ｔ＿ＬＯＷとに基づき、デューティサイクルを計算する。一部の実施形態において、デューティサイクル計算器２２８を、組み合わせロジック、ルックアップテーブル回路、プロセッサ、または従来技術において公知のその他の適切なデジタル回路を用いて実装することができる。一部の実施形態において、デューティサイクル計算器２２８は、ハイレベル時間測定信号Ｔ＿ＨＩＧＨとローレベル時間測定信号Ｔ＿ＬＯＷとの比に従って、デューティサイクルを特定する。択一的に、デューティサイクル計算器２２８を省略することができ、ハイレベル時間測定信号Ｔ＿ＨＩＧＨ、ローレベル時間測定信号Ｔ＿ＬＯＷ、またはＴ＿ＨＩＧＨおよびＴ＿ＬＯＷの両方の和が、デューティサイクルの測定基準として用いられる。例えば、ローレベル時間測定信号Ｔ＿ＬＯＷは、電源１４がＤＣＭで動作するシステムにおいて、十分な動作パラメータを供給することができる。種々の実施形態において、電源スイッチング信号ＰＳＤＲＶの各周期後、デューティサイクル計算器２２８の出力がレジスタ２３０に格納される。デューティサイクル計算器２２８およびレジスタ２３０により生成されたデューティサイクル値をローパスフィルタリングして、デューティサイクル動作パラメータＤＵＴＹを生成するために、任意選択的なフィルタ２３６を使用することができる。任意選択的なフィルタ２３６を、平均化フィルタおよび／または従来技術において公知のデジタルローパスフィルタ構造例えばＩＩＲフィルタまたはＦＩＲフィルタなどを用いて、実装することができる。
【0049】
図４Ｃには、テストロジック１１８の例示的な実装が示されており、このテストロジック１１８は、デューティサイクル測定値ＤＵＴＹおよび整定時間測定値ＳＴＩＭＥをサンプリングして、サンプリングされた測定値を個々の閾値および／またはレンジと比較するように構成されている。図示されているように、レジスタ２５２は、ＰＷＭ計数値に応じてコントローラ２４により生成されたサンプリング信号ＳＡＭＰＬＥに従い、デューティサイクル測定信号ＤＵＴＹをサンプリングする（図２Ａを参照）。比較器２５８は、サンプリングされたデューティサイクル測定値を、デューティサイクル上限値を規定する閾値Ｄ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿Ｈおよびデューティサイクル下限値を規定する閾値Ｄ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿Ｌと比較する。サンプリングされたデューティサイクル測定値ＤＵＴＹが、Ｄ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿Ｈよりも大きければ、またはＤ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿Ｌよりも小さければ、デューティサイクルエラー信号Ｄ＿ＥＲＲＯＲがアサートされる。
【0050】
同様に、レジスタ２６２は、サンプリング信号ＳＡＭＰＬＥに従い整定時間測定信号ＳＴＩＭＥをサンプリングし、比較器２６４は、サンプリングされた整定時間測定値を、整定時間上限値を規定する閾値Ｓ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿Ｈおよび整定時間下限値を規定する閾値Ｓ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿Ｌと比較する。サンプリングされた整定時間測定値ＳＴＩＭＥが、Ｓ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿Ｈよりも大きければ、またはＳ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿Ｌよりも小さければ、整定時間エラー信号Ｓ＿ＥＲＲＯＲがアサートされる。
【0051】
一部の実施形態において、閾値Ｅ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ、Ｄ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿Ｈ、Ｄ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿Ｌ、Ｓ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿ＨおよびＳ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ＿Ｌを、レジスタ２６６内にローカルで格納することができる。動作中、レジスタ２６６の内容を、電源１４が動作している動作条件の特性に応じて、コントローラ２４および／または外部コントローラ２６により更新することができ、またはプログラミングして周期的に更新することができる。一部の実施形態において、テストロジック１１８の機能の一部または全てを、コントローラ２４および／または外部コントローラ２６によって実施することができる。
【0052】
種々の実施形態において、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃを参照しながら上述の記載で説明したレジスタ、カウンタ、比較器、デジタルゲートおよびワンショット回路を、従来技術において公知のレジスタ、カウンタ、比較器、デジタルゲートおよびワンショット回路ならびにシステムを用いて実装することができる。やはりここでも理解されたいのは、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃのデジタル回路の特定の実装は、考えられる多数の回路の実装のうち１セットの例であるにすぎない、ということである。本発明の択一的な実施形態において、他の論理的または機能的に類似した、あるいは等価の回路を使用することができる。さらなる実施形態において、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示したデジタル回路の機能の一部または全てを、プログラミング可能なプロセッサを用いて実装することができる。
【0053】
図５にはモータシステム３００が示されており、このモータシステム３００は、３つのハーフブリッジドライバ回路３１８を介して３相モータ３１６に接続された集積回路３０２を含んでいる。集積回路３０２は、３つの並列のハーフブリッジドライバチャネル（「モータ制御回路」とも称する）が単一のチャネルの代わりに実装されている点を除き、構造および動作に関して、図１に示した集積回路１０と類似している。例えば制御ロジック３０４は、信号ＤＨ＿ＯＮｘおよびＤＬ＿ＯＮｘにより表される入力ドライブ信号の３つのチャネルを提供するように構成されている。ドライブ出力端子ＧＨｘおよびＧＬｘを介して、３つのハーフブリッジドライバ回路３１８各々のドライブおよびアクティベートをサポートするために、３つのレベルシフタ３０６、３つのハイサイドドライバ回路３２、および３つのローサイドドライバ回路３４が設けられている。
【0054】
図示されているように、各ハーフブリッジドライバ回路３１８は、３つの電流検知フィードバック回路３４０による電流検知のための任意選択的な抵抗３２４、さらにはハイサイドスイッチングトランジスタ１８およびローサイドスイッチングトランジスタ１９、ならびに任意選択的な抵抗１２４を含んでいる。電流検知フィードバック回路３４０は、１つまたは複数のアンプ、１つまたは複数の比較器、および／またはアナログ／デジタル変換器など、従来技術において公知の電流監視回路を含むことができる。電流検知フィードバック回路３４０の出力ＣＳＯＵＴｘは、制御ロジック３０４に供給され、従来技術において公知のスイッチ制御アルゴリズムのためのフィードバック入力として、この出力ＣＳＯＵＴｘを制御ロジック３０４により使用することができる。動作中、３つのハーフブリッジドライバ回路３１８のハイサイドスイッチングトランジスタ１８およびローサイドスイッチングトランジスタ１９は、３相モータ３１６へドライブ電流を供給する。電源１４は、上述の記載で説明したように、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに従って動作する。
【0055】
種々の実施形態において、制御ロジック３０４は、３相入力ドライブ信号ＤＨ＿ＯＮｘおよびＤＬ＿ＯＮｘを生成するように構成されており、これらの信号は、従来技術において公知の３相モータドライブ方法に従い３相モータ３１６をドライブするように構成されている。一部の実施形態において、入力ドライブ信号ＤＨ＿ＯＮｘおよびＤＬ＿ＯＮｘの各相は、３相パルス幅変調信号を供給するように構成されており、これらの信号によって、互いに約１２０°ずつ位相シフトされたモータドライブ信号が供給される。一部の実施形態において、各パルス幅変調信号は、パルス幅および／またはパルス密度が単一のモータドライブサイクルにわたり増加および減少する、複数のパルスサイクルを有する。かかる実施形態の場合、各チャネルのピークパルス幅は、他のチャネルに対し１２０°シフトされている。別の実施形態において、各パルス幅変調信号は、単一のモータドライブサイクルに対し単一のパルスサイクルを有する。かかる実施形態の場合、各チャネルの単一のパルスサイクル各々は、他のチャネルに対し１２０°シフトされている。
【0056】
図６には、１つの実施形態による方法のブロック図が示されている。ステップ６０２において、ドライブパターンに従いドライバ回路を使用して、予め定められた負荷がドライブされる。種々の実施形態において、予め定められた負荷を、複数のスイッチングサイクルが経過する中で同様の負荷特性を維持するモータまたは他の負荷とすることができる。予め定められた負荷を例えば、ドライバ回路３２および３４ならびにハーフブリッジ回路１５および３１８を使用してドライブすることができ、予め定められたパターンを、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃおよび図４を参照しながら上述の記載で説明したように、ＰＷＭカウンタに従い設定することができる。予め定められた負荷を、モータまたは他の回路とすることができる。一部の実施形態において、ゲートドライバユニットのための電源のパラメータの分析を、短絡または開放接続といった故障を検出するために、負荷の情報なしで使用することができる。これらのケースでは、パラメータ値が、既知の負荷と関連づけられた予期されるパラメータ値から大きく逸脱したときに、故障が判明する。
【0057】
ステップ６０４において、少なくとも１つの外部素子に接続されるように構成されたスイッチング電源（ＳＭＰＳ）を使用して、ドライバ回路へ電力が供給される。少なくとも１つの外部素子を例えば、ＳＭＰＳに接続されたキャパシタおよび／またはインダクタとすることができる。
【0058】
ステップ６０６において、ＳＭＰＳの少なくとも１つの動作パラメータが監視され、この場合、ＳＭＰＳの少なくとも１つの動作パラメータは、ドライブパターンに依存しており、かつ少なくとも１つの外部素子に依存している。少なくとも１つの動作パラメータは例えば、ＳＭＰＳのスイッチング信号のデューティサイクル、ＳＭＰＳの出力電圧の整定時間、ならびにＳＭＰＳの他の電流および電圧を含むことができる。一部の実施形態において、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに開示された回路を、少なくとも１つの動作パラメータを監視するために使用することができる。
【0059】
ステップ６０８において、少なくとも１つの動作パラメータが少なくとも１つの予期される動作パラメータと比較され、第１の比較結果が形成される。一部の実施形態において、この比較を、比較器２５８および２５４などのようなデジタル比較器回路によって実施することができ、少なくとも１つの予期される動作パラメータは、例えば上述の図４Ｃを参照しながら説明したように、閾値およびレンジを含むことができる。択一的に、この比較を、プログラミング可能なプロセッサを使用して実施してもよい。ステップ６１０において、第１の比較結果に基づきエラーコンディションが通知される。このエラーコンディションを例えば、図４Ｃを参照しながら上述の記載で説明したように、比較器２５８および２５４によって通知することができ、あるいはコントローラ２４または外部コントローラ２６によって通知することができる。
【0060】
図７を参照すると、本発明の１つの実施形態に従い処理システム８００のブロック図が呈示されている。処理システム８００は、汎用プラットフォームおよび一般的な素子および機能を表しており、これらを用いて、実施形態によるスイッチングシステムの一部分、および／または実施形態によるスイッチングシステムとインタフェースを介して接続された外部コンピュータまたは処理デバイスを実装することができる。例えば処理システム８００を用いて、図１および図５に示したコントローラ１６、２４または外部コントローラ２６の一部分を実装することができる。一部の実施形態において、処理システム８００を用いて、実施形態による動作パラメータを特定および評価することができ、さらにそれらの動作パラメータと比較される限界値、閾値およびレンジを特定することができる。
【0061】
処理システム８００は例えば、バス８０８に接続された中央処理ユニット（ＣＰＵ）８０２およびメモリ８０４を含むことができ、上述のプロセスを実施するようにこの処理システム８００を構成することができる。処理システム８００はさらに、望ましいならばまたは必要とされるならば、ローカルディスプレイ８１２に対するコネクティビティを提供するディスプレイアダプタ８１０、さらにはマウス、キーボード、フラッシュドライブまたはこれらに類するものなど、１つまたは複数の入／出力デバイス８１６のための入出力インタフェースを提供する入／出力（Ｉ／Ｏ）アダプタ１０１４を含むことができる。
【0062】
処理システム８００は、ネットワークアダプタを用いて実装可能なネットワークインタフェース８１８も含むこともでき、このネットワークアダプタは、ネットワーク８２０と通信するために、ネットワークケーブル、ＵＳＢインタフェースまたはこれに類するものなど有線リンクにかつ／またはワイヤレス／セルラリンクに接続されるように構成されている。ネットワークインタフェース８１８は、ワイヤレス通信のための適切な受信機および送信機を有することもできる。なお、処理システム８００はその他の素子も含むことができる、ということに留意されたい。例えば処理システム８００は、外部で実装されるのであれば、ハードウェア素子の電源、ケーブル、マザーボード、リムーバブルストレージ媒体、ケースおよびこれらに類するものを含むことができる。これらその他の素子は、図示されていないとはいえ、処理システム８００の一部分であると見なされる。一部の実施形態において、処理システム８００を、単一のモノリシック半導体集積回路上に、かつ／または他の開示されたシステム素子と同じモノリシック半導体集積回路上に、実装することができる。
【0063】
以下、本発明の実施形態について要約する。これら以外の実施形態も、本明細書全体および本願において提出した特許請求の範囲から理解することができる。
【0064】
実施例１：方法は以下のステップを含む。すなわち、ドライブパターンに従いドライバ回路を用いて予め定められた負荷をドライブするステップと、少なくとも１つの外部素子に接続されるように構成されたスイッチング電源（ＳＭＰＳ）を用いて、ドライバ回路に電力を供給するステップと、さらに予め定められた負荷のドライブ中にＳＭＰＳの機能を検証するステップとを含む。この場合、機能を検証するステップは以下のステップを含む。すなわち、ドライブパターンと少なくとも１つの外部素子とに依存するＳＭＰＳの少なくとも１つの動作パラメータを監視するステップと、少なくとも１つの動作パラメータを、少なくとも１つの予期される動作パラメータと比較して、第１の比較結果を形成するステップと、さらに第１の比較結果に基づきエラーコンディションを通知するステップと、を含む。
【0065】
実施例２：予め定められた負荷をドライブするステップはさらに、ドライバ回路の出力側に接続されたスイッチングトランジスタを用いて、予め定められた負荷をドライブするステップを含み、ドライバ回路はスイッチングトランジスタを、第１の状態から第２の状態へと遷移させる、実施例１の方法。
【0066】
実施例３：エラーコンディションの通知に応答して、スイッチングトランジスタをディアクティベートするステップをさらに含む、実施例１または２の方法。
【0067】
実施例４：少なくとも１つの動作パラメータを監視するステップは、スイッチングトランジスタが第１の状態から第２の状態へ遷移したときに、少なくとも１つの動作パラメータにおける変化を監視するステップを含む、実施例１から３までのいずれか１つの実施例の方法。
【0068】
実施例５：少なくとも１つの動作パラメータは、スイッチングトランジスタが第１の状態から第２の状態へ遷移したことに応答した、ＳＭＰＳの出力電圧の遷移応答を含む、実施例１から４までのいずれか１つの実施例の方法。
【0069】
実施例６：少なくとも１つの動作パラメータは遷移応答の整定時間を含む、実施例５の方法。
【0070】
実施例７：少なくとも１つの動作パラメータは、ＳＭＰＳのスイッチング信号のデューティサイクルまたはＳＭＰＳの出力電圧を含む、実施例１から６までのいずれか１つの実施例の方法。
【0071】
実施例８：ドライブパターンは複数のサイクルを含み、この方法はさらに、比較の前に複数のサイクルのうち少なくとも１つのサイクルにわたり、少なくとも１つの動作パラメータを積分または平均化するステップを含む、実施例１から７までのいずれか１つの実施例の方法。
【0072】
実施例９：予め定められた負荷をドライブするステップは、モータをドライブするステップを含む、実施例１から８までのいずれか１つの実施例の方法。
【0073】
実施例１０：スイッチング電源（ＳＭＰＳ）を用いてドライバ回路に電力を供給するステップは、少なくとも１つの外部素子に接続されたスイッチングトランジスタをターンオンおよびターンオフするステップを含み、ただし少なくとも１つの外部素子はインダクタを含む、実施例１から９までのいずれか１つの実施例の方法。
【0074】
実施例１１：システムはコントローラを含み、この場合、コントローラは、少なくとも１つの外部素子に接続されるように構成されたインタフェース端子を有するスイッチング電源（ＳＭＰＳ）に接続されるように構成されており、さらにこの場合、コントローラは、ＳＭＰＳから電力を受け取るドライバ回路に接続されるように構成されており、ここでコントローラはさらに以下のように構成されている。すなわちドライバ回路に対し、予め定められた負荷をドライブパターンに従いドライブするよう指示し、ドライブパターンと少なくとも１つの外部素子とに依存するＳＭＰＳの少なくとも１つの動作パラメータを監視し、少なくとも１つの動作パラメータを、少なくとも１つの予期される動作パラメータと比較して、第１の比較結果を形成し、さらに第１の比較結果に基づきエラーコンディションを通知するように構成されている。
【0075】
実施例１２：ＳＭＰＳとドライバ回路とをさらに含む、実施例１１のシステム。
【0076】
実施例１３：少なくとも１つの外部素子は、インタフェース端子に接続された電源スイッチングトランジスタを含み、さらに少なくとも１つの外部素子はインダクタを含む、実施例１１または１２のシステム。
【0077】
実施例１４：ドライバ回路と予め定められた負荷との間に接続されたスイッチングトランジスタをさらに含む、実施例１１から１３までのいずれか１つの実施例のシステム。
【0078】
実施例１５：コントローラは、エラーコンディションの通知に応答して、スイッチングトランジスタをディアクティベートするように構成されている、実施例１４のシステム。
【0079】
実施例１６：予め定められた負荷をさらに含み、予め定められた負荷はモータを含む、実施例１４または１５のシステム。
【0080】
実施例１７：少なくとも１つの動作パラメータは、ＳＭＰＳのスイッチング信号のデューティサイクルまたはＳＭＰＳの出力電圧を含む、実施例１１から１６までのいずれか１つの実施例のシステム。
【0081】
実施例１８：モータシステムは以下を含む。すなわち、電源スイッチングトランジスタ、電源スイッチングトランジスタの出力側に接続されたインダクタ、および制御電源出力端子を含むスイッチング電源（ＳＭＰＳ）と、ＳＭＰＳの制御電源出力端子に接続された電源入力側を有するドライバ回路と、ドライバ回路の出力側に接続された制御端子、およびモータに接続されるように構成された出力端子を有するスイッチングトランジスタと、さらにＳＭＰＳに接続されたコントローラと、含む。このコントローラは以下のように構成されている。すなわちドライバ回路に対し、スイッチングトランジスタをドライブパターンに従いドライブするよう指示し、ドライブパターンとインダクタとに依存するＳＭＰＳの少なくとも１つの動作パラメータを監視し、ＳＭＰＳの少なくとも１つの動作パラメータを、少なくとも１つの予期される動作パラメータと比較して、第１の比較結果を形成し、ただし少なくとも１つの動作パラメータは、ＳＭＰＳのスイッチング信号のデューティサイクルまたはＳＭＰＳの出力電圧を含み、さらに第１の比較結果に基づきエラーコンディションを通知するように構成されている。
【0082】
実施例１９：モータをさらに含む、実施例１８のモータシステム。
【0083】
実施例２０：少なくとも１つの動作パラメータを監視することは、スイッチングトランジスタが第１の状態から第２の状態へ遷移したときに、少なくとも１つの動作パラメータにおける変化を監視することを含む、実施例１８または１９のモータシステム。
【0084】
実施例２１：コントローラはさらに、エラーコンディションの通知に応答してドライバ回路に対し、スイッチングトランジスタをディアクティベートするよう指示するように構成されている、実施例１８から２０までのいずれか１つの実施例のモータシステム。
【0085】
本発明について例示的な実施形態を参照しながら説明してきたけれども、本明細書はそれらに限定するという趣旨で解釈されることを意図したものではない。例示的な実施形態の種々の変形および組み合わせに加え、本発明のその他の実施形態も、本明細書を参照すれば当業者には明らかになるであろう。よって、添付の特許請求の範囲は、かかる変形または実施形態のいずれも包含することを意図したものである。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】