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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-24
(54)【発明の名称】４フェーズ昇降圧コンバータ
(51)【国際特許分類】
H02M 3/155 20060101AFI20221116BHJP
【ＦＩ】
H02M3/155 H
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022518193
(86)(22)【出願日】2020-09-21
(85)【翻訳文提出日】2022-05-19
(86)【国際出願番号】 US2020051730
(87)【国際公開番号】W WO2021055920
(87)【国際公開日】2021-03-25
(31)【優先権主張番号】16/992,612
(32)【優先日】2020-08-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/903,460
(32)【優先日】2019-09-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】507107291
【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】230129078
【弁護士】
【氏名又は名称】佐藤 仁
(71)【出願人】
【識別番号】390020248
【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ合同会社
(72)【発明者】
【氏名】ヨハン エリック バイエル
(72)【発明者】
【氏名】ルディガー ガンツ
(72)【発明者】
【氏名】イヴァン シュムコフ
【テーマコード（参考）】
5H730
【Ｆターム（参考）】
5H730AS04
5H730AS05
5H730BB13
5H730BB14
5H730BB57
5H730DD04
5H730FD01
5H730FD51
5H730FG05
5H730FG23
(57)【要約】
システム（１００）が、入力（１０５）及び出力（１０９）を有する。このシステムは、入力及び第１のスイッチングノード（ＳＷ１）に結合される第１のトランジスタ（１０２）、第１のスイッチングノード及び接地（１０７）に結合される第２のトランジスタ（１０４）、第２のスイッチングノード（ＳＷ２）及び出力に結合される第３のトランジスタ（１０６）、及び第２のスイッチングノード及び接地に結合される第４のトランジスタ（１０８）を含む電圧コンバータ（１０１）と、第１のスイッチングノードに結合される第１の端子、及び第２のスイッチングノードに結合される第２の端子を有するインダクタ（１１０）とを含む。このシステムはまた、電圧コンバータに結合されるコントローラ（１０３）を含み、コントローラは、電圧コンバータのトランジスタを制御するために、状態機械（１２０）及び複数のドライバ（１１６、１１８）を含む。状態機械は、インダクタを流れる電流が電流閾値より小さいことに応答して、第２及び第４のトランジスタを導通させ、第１及び第３のトランジスタを導通させないように適合可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力端子と出力端子とを有するシステムであって、前記システムが、電圧コンバータとコントローラとを含み、
前記電圧コンバータが、
前記入力端子及び第１のスイッチングノードに結合される第１のトランジスタと、
前記第１のスイッチングノード及び接地ノードに結合される第２のトランジスタと、
第２のスイッチングノード及び前記出力端子に結合される第３のトランジスタと、
前記第２のスイッチングノード及び前記接地ノードに結合される第４のトランジスタと、
前記第１のスイッチングノードに結合される第１の端子と前記第２のスイッチングノードに結合される第２の端子とを有するインダクタとを含み、
前記コントローラが、前記電圧コンバータに結合され、前記コントローラが、
状態機械と、
前記電圧コンバータの前記トランジスタを制御するように構成される複数のドライバとを含み、
前記状態機械が、前記インダクタを流れる電流が或る電流閾値より小さいことに応答して、前記第２及び第４のトランジスタを導通させ、前記第１及び第３のトランジスタを非導通にさせるように適合可能である、
システム。
【請求項2】
請求項１に記載のシステムであって、前記コントローラが比較器を更に含み、前記比較器が、前記電流閾値に比例する基準電圧に結合される反転入力と、
インダクタノードに結合される非反転入力であって、前記インダクタノードにおける電圧が前記インダクタを流れる前記電流に比例する、前記非反転入力と、
出力と、
を含む、
システム。
【請求項3】
請求項１に記載のシステムであって、前記状態機械が、前記第１及び第４のトランジスタを導通させ、前記第２及び第３のトランジスタを非導通にするように、遷移に対して適合可能である、システム。
【請求項4】
請求項３に記載のシステムであって、前記コントローラが更に比較器を含み、前記比較器が、前記出力端子に結合される反転入力と、基準電圧源に結合される非反転入力と、出力とを含む、システム。
【請求項5】
請求項３に記載のシステムであって、前記電流閾値が第１の電流閾値であり、
前記状態機械が、前記インダクタを流れる前記電流が第２の電流閾値より大きいことに応答して、前記第１及び第３のトランジスタが導通し前記第２及び第４のトランジスタが非導通である状態に遷移するように適合可能であり、
前記第２の電流閾値が前記第１の電流閾値より大きい、
システム。
【請求項6】
請求項５に記載のシステムであって、前記コントローラが更に比較器を含み、前記比較器が、インダクタノードに結合される反転入力であって、前記インダクタノードにおける電圧が前記インダクタを流れる前記電流に比例する、前記反転入力と、
基準電圧源に結合される非反転入力であって、前記基準電圧源によって提供される電圧が前記第２の電流閾値に比例する前記非反転入力と、
出力と、
を含む、システム。
【請求項7】
請求項５に記載のシステムであって、前記状態機械が、前の状態における時間に基づいて、前記第２及び第３のトランジスタが導通し前記第１及び第４のトランジスタが非導通である状態に遷移するように適合可能である、システム。
【請求項8】
請求項７に記載のシステムであって、前記コントローラが更に、前記電圧コンバータを降圧モードで制御するように構成され、前記降圧モードでは、前記時間が前記入力端子における電圧と、前記出力端子における前記電圧とに基づく、システム。
【請求項9】
請求項７に記載のシステムであって、前記コントローラが更に、前記電圧コンバータを昇圧モード又は昇降圧モードで制御するように構成され、前記昇圧モード又は前記昇降圧モードでは、前記時間が一定値である、システム。
【請求項10】
第１のスイッチングノードと、第２のスイッチングノードと、前記第１のノード及び前記第２のスイッチングノード間に結合されるインダクタとを有する電圧コンバータのためのコントローラであって、前記コントローラが、状態機械、及び
複数のドライバ、
を含み、各ドライバがトランジスタに結合され、
前記状態機械が、前記インダクタを流れる電流が第１の電流閾値より小さいことに応答して、
前記第１のスイッチングノードと入力端子との間の第１のトランジスタが導通していて、
前記第１のスイッチングノードと接地ノードとの間の第２のトランジスタが導通しておらず、
前記第２のスイッチングノードと出力端子との間の第３のトランジスタが導通しておらず、
前記第２のスイッチングノードと前記接地ノードとの間の第４のトランジスタが導通している、
状態に遷移するように適合可能である、
コントローラ。
【請求項11】
請求項１０に記載のコントローラであって、前記状態機械が、前記第１及び第４のトランジスタが導通していて前記第２及び第３のトランジスタが導通していない状態に遷移するように適合可能である、コントローラ。
【請求項12】
請求項１１に記載のコントローラであって、前記状態機械が、前記出力端子における電圧が電圧閾値より低いことに応答して、前記第１及び第４のトランジスタが導通していて前記第２及び第３のトランジスタが導通していない前記状態に遷移するように適合可能である、コントローラ。
【請求項13】
請求項１１に記載のコントローラであって、前記状態機械が、前記インダクタを流れる前記電流が第２の電流閾値より大きいことに応答して、前記第１及び第３のトランジスタが導通していて、前記第２及び第４のトランジスタが導通していない状態に遷移するように適合可能であり、
前記第２の電流閾値が前記第１の電流閾値より大きい、
コントローラ。
【請求項14】
請求項１３に記載のコントローラであって、前記状態機械が、前の状態における時間閾値に基づいて、前記第２及び第３のトランジスタが導通していて前記第１及び第４のトランジスタが導通していない状態に遷移するように適合可能である、コントローラ。
【請求項15】
請求項１４に記載のコントローラであって、前記コントローラが更に、前記電圧コンバータを降圧モードで制御するように構成され、前記降圧モードでは、前記時間閾値が、前記入力端子における電圧と前記出力端子における前記電圧とに基づく、コントローラ。
【請求項16】
請求項１４に記載のコントローラであって、前記コントローラが更に、前記電圧コンバータを、昇圧モード又は昇降圧モードで制御するように構成され、前記昇圧モード又は前記昇降圧モードでは、前記時間閾値が一定値である、コントローラ。
【請求項17】
電圧コンバータを制御するための方法であって、前記方法が、前記電圧コンバータの第１のスイッチングノード及び第２のスイッチングノードに結合されるインダクタを流れる電流をコントローラによって検出することと、
前記インダクタを流れる前記電流が電流閾値より小さいことに応答して、
前記コントローラによって、前記第１のスイッチングノードと入力端子との間の第１のトランジスタを導通させないことと、
前記コントローラによって、前記第１のスイッチングノードと接地ノードとの間の第２のトランジスタを導通させることと、
前記コントローラによって、前記第２のスイッチングノードと出力端子との間の第３のトランジスタを導通させないことと、
前記コントローラによって、前記第２のスイッチングノードと前記接地ノードとの間の第４のトランジスタを導通させることと、
を含む、方法。
【請求項18】
請求項１７に記載の方法であって、前記コントローラによって、前記出力端子における電圧を検出することと、
前記出力端子における前記電圧が電圧閾値より低いことに応答して、
前記コントローラによって、前記第１のトランジスタを導通させることと、
前記コントローラによって、前記第２のトランジスタを導通させないことと
前記コントローラによって、前記第３のトランジスタを導通させないことと、
前記コントローラによって、前記第４のトランジスタを導通させることと、
を更に含む、方法。
【請求項19】
請求項１８に記載の方法であって、前記電流閾値が第１の電流閾値であり、前記方法が更に、前記インダクタを流れる前記電流が、第２の電流閾値より大きいことに応答して、
前記コントローラによって、前記第１のトランジスタを導通させることと、
前記コントローラによって、前記第２のトランジスタを導通させないことと、
前記コントローラによって、前記第３のトランジスタを導通させることと、
前記コントローラによって、前記第４のトランジスタを導通させないことと、
を含み、
前記第２の電流閾値が前記第１の電流閾値より大きい、方法。
【請求項20】
請求項１９に記載の方法であって、前記方法が更に、前記第１及び第３のトランジスタが導通していて、前記第２及び第４のトランジスタが導通していない時間量を判定することと、
前記時間量が時間閾値より大きいことに応答して、
前記コントローラによって、前記第１のトランジスタを導通させないことと、
前記コントローラによって、前記第２のトランジスタを導通させることと、
前記コントローラによって、前記第３のトランジスタを導通させることと、
前記コントローラによって、前記第４のトランジスタを導通させないことと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
少なくとも１つの例において、システムが入力端子及び出力端子を有する。このシステムは電圧コンバータを含み、電圧コンバータは、入力端子及び第１のスイッチングノードに結合される第１のトランジスタと、第１のスイッチングノード及び接地に結合される第２のトランジスタと、第２のスイッチングノード及び出力端子に結合される第３のトランジスタと、第２のスイッチングノード及び接地に結合される第４のトランジスタと、第１のスイッチングノードに結合される第１の端子及び第２のスイッチングノードに結合される第２の端子を有するインダクタとを含む。このシステムはまた、電圧コンバータに結合されるコントローラを含み、コントローラは、電圧コンバータのトランジスタを制御するために、状態機械及び複数のドライバを含む。状態機械は、インダクタを流れる電流が電流閾値より少ないことに応答して、第２及び第４のトランジスタを導通させ、また、第１及び第３のトランジスタを導通させないように、適合可能である。
【発明の概要】
【0002】
別の例において、コントローラが、第１のスイッチングノードと、第２のスイッチングノードと、第１のスイッチングノード及び第２のスイッチングノード間に結合されるインダクタとを有する電圧コンバータのためのものである。このコントローラは、状態機械及び複数のドライバを含み、各ドライバがトランジスタに結合される。状態機械は、インダクタを流れる電流が第１の電流閾値より少ないことに応答して、第１のスイッチングノードと入力端子との間の第１のトランジスタが導通せず、第１のスイッチングノードと接地ノードとの間の第２のトランジスタが導通し、第２のスイッチングノードと出力端子との間の第３のトランジスタが導通せず、第２のスイッチングノードと接地ノードとの間の第４のトランジスタが導通する状態に遷移するように、適合可能である。
【0003】
更に別の例において、電圧コンバータを制御するための方法が、コントローラによって、電圧コンバータの第１のスイッチングノード及び第２のスイッチングノードに結合されるインダクタを流れる電流を検出することを含む。この方法はまた、インダクタを流れる電流が電流閾値より少ないことに応答して、コントローラが、第１のスイッチングノードと入力端子との間の第１のトランジスタを導通させないことと、コントローラが、第１のスイッチングノードと接地ノードとの間の第２のトランジスタを導通させることと、コントローラが、第２のスイッチングノードと出力端子との間の第３のトランジスタを導通させないことと、コントローラが、第２のスイッチングノードと接地ノードとの間の第４のトランジスタを導通させることとを含む。
【図面の簡単な説明】
【0004】
種々の例の詳細な説明について、添付の図面を参照する。
【0005】
【図1】種々の例における電圧コンバータ及びコントローラの概略図を示す。
【0006】
【図2】種々の例における昇圧オンフェーズの電圧コンバータの概略図を示す。
【0007】
【図3】種々の例における昇圧オフ、降圧オンフェーズの電圧コンバータの概略図を示す。
【0008】
【図4】種々の例における降圧オフフェーズの電圧コンバータの概略図を示す。
【0009】
【図5】種々の例における休止フェーズの電圧コンバータの概略図を示す。
【0010】
【図6】種々の例における電圧コンバータの動作の状態図を示す。
【0011】
【図7】種々の例における、降圧モードで動作する電圧コンバータに対する時間の関数としてのインダクタ電流の波形を示す。
【0012】
【図8】種々の例における、昇圧モードで動作する電圧コンバータに対する時間の関数としてのインダクタ電流の波形を示す。
【0013】
【図9】種々の例における、昇降圧モードで動作する電圧コンバータに対する時間の関数としてのインダクタ電流の波形を示す。
【0014】
【図10】種々の例におけるシステムのブロック図を示す。
【0015】
【図11】種々の例における、電圧コンバータに対するコントローラの動作の状態図を示す。
【0016】
【図12】種々の例における、降圧モードで動作する電圧コンバータに対する時間の関数としての出力電圧及びインダクタ電流の波形を示す。
【0017】
【図13】種々の例における、昇降圧モードで動作する電圧コンバータに対する時間の関数としての出力電圧及びインダクタ電流の波形を示す。
【0018】
【図14】種々の例における、昇圧モードで動作する電圧コンバータに対する時間の関数としての出力電圧及びインダクタ電流の波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【0019】
直流（ＤＣ）－ＤＣコンバータが、スイッチドモード電源（ＳＭＰＳ）として実装され得る。ＤＣコンバータは、種々の回路に用いられ得、ＤＣ入力信号を変換することによって、ＤＣ出力信号を提供する。例えば、ＤＣコンバータは、バッテリによって電力が負荷に供給されるシステム、特に、バッテリ電圧が、（例えば、バッテリが消耗するにつれて）時間の経過とともに変化し得るシステム、において用いられ得る。このようなシステムの例としては、オートモティブ応用例、個人用電子デバイス、モノのインターネット（ＩｏＴ）接続デバイス、又は他のバッテリ駆動応用例が含まれる。入力信号及び出力信号は、類似又は反対の極性を有し得る。ＳＭＰＳコンバータは、降圧、昇圧、昇降圧、及びその他のタイプを含む。降圧ＤＣ－ＤＣコンバータは、入力信号の電圧（ＶＩＮ）に等しいか又はそれ以下の出力電圧（ＶＯＵＴ）を提供するように動作可能である。昇圧コンバータは、ＶＩＮに等しいか又は以上のＶＯＵＴを提供するように動作可能である。昇降圧コンバータは、降圧コンバータと昇圧コンバータの機能を提供する。昇降圧コンバータは１つ又は複数のインダクタを含む。直列インダクタは、入力信号によってオンにされ、その後、オフにされて出力信号を提供する。
【0020】
昇降圧伝達領域と呼ばれるＶＯＵＴがＶＩＮにほぼ等しいときに、昇降圧コンバータに関する問題が生じる。昇降圧伝達領域では、昇降圧コンバータは、降圧モードと昇圧モードとの間の切り替えに関連する調整問題を受けやすく、その結果、ＶＯＵＴ上での分数調波発振等のグリッチが発生する。特に、昇降圧コンバータは、降圧モード（ＶＯＵＴ＜ＶＩＮ）及び昇圧モード（ＶＯＵＴ＞ＶＩＮ）での動作に対して、異なる伝達関数を有する。降圧モード伝達関数は、ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ×Ｄ（降圧）によって与えられ、ここで、Ｄ（降圧）は、０から１の範囲の降圧モード動作に対するデューティサイクル値である。昇圧モード伝達関数は、ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ／（１－Ｄ（昇圧））によって与えられ、ここで、Ｄ（昇圧）は、０から１の範囲の昇圧モード動作に対するデューティサイクル値である。従って、動作の昇降圧モードでは、ＶＯＵＴ＝ＶＩＮである場合、降圧モードデューティサイクルＤ（降圧）は１に近く、昇圧モードデューティサイクルＤ（昇圧）は０に近い。しかしながら、最小オンオフ時間に起因して、Ｄ（降圧）は１の値に近づき得る（がそれに到達することができない可能性があり）、Ｄ（昇圧）が０の値に近づき得る（が、それに到達することはができない可能性がある）。この領域において、伝達関数が定義されていないため、この状態はＶＯＵＴ上で分数調波発振を含む調整問題を引き起こす。
【0021】
電圧コンバータの調整帯域幅は、制御ループに対する入力条件（例えば、負荷電流）における変化に対する電圧コンバータの制御ループの応答時間を指す。調整帯域幅が大きくなると、入力条件における変化に対する応答時間が短くなり、調整帯域幅が小さくなると、入力条件における変化に対する応答時間が長くなる。昇圧モードでは、昇降圧コンバータの調整帯域幅は右半平面（ＲＨＰ）ゼロ周波数によって制限される。ＲＨＰゼロが帰還経路において利得昇圧を提供する極として機能するため、ＲＨＰゼロ周波数は調整帯域幅を制限する。その結果、発振を避けるために、調整帯域幅はＲＨＰゼロ周波数の例えば３分の１から５分の１にするべきである。制御ループが入力状態（例えば、負荷電流）における変化に対してよりゆっくりと反応して、電圧コンバータのＶＯＵＴを調整するため、ＲＨＰゼロ周波数による調整帯域幅への制限により、昇圧モードにおける過渡応答が軽減される。
【0022】
例示の実施形態（コントローラを含む）は、昇降圧ＤＣ－ＤＣ電圧コンバータ等の電圧コンバータに関する前述の問題に対処する。或る例において、コントローラは、電圧コンバータのトランジスタを制御して休止フェーズで動作させるように構成される状態機械を含み、休止フェーズでは、電圧コンバータのインダクタが短絡され、それによって、休止フェーズの間、電圧コンバータ内にエネルギーが保存される。従って、インダクタがＶＩＮによってオンにされ、オフにされてＶＯＵＴを提供することに加えて、幾つかの例は、これ以降に説明されるように、エネルギーが電圧コンバータ内に保存されるフェーズを含むように電圧コンバータを制御することを含む。
【0023】
その結果、電圧コンバータによる入力信号エネルギーの出力信号エネルギーへの伝達は、電圧コンバータ内にエネルギーが保存される休止フェーズの長さを変更することによって調整され得る。これは、電圧コンバータに対して、インダクタがオンにもオフにもされない動作フェーズを提供することによって、分数調波発振等、動作の昇降圧モードにおける調整に関する上述の問題を軽減する。また、休止フェーズにより、電圧コンバータから負荷へのエネルギー伝達を、結果的にインダクタをオンにすることなく、停止することが可能になり、これは、ＶＯＵＴオーバシュートを回避し、従って、帯域幅に対する上述のＲＨＰゼロ制限に対処する。これらの利点は、これ以降に種々の例及び添付の図面を参照して詳細に説明する。
【0024】
図１は、種々の例におけるシステム１００を図示する。システム１００は、電圧コンバータ１０１と、電圧コンバータ１０１に結合されるコントローラ１０３とを含む。この例において、電圧コンバータ１０１は、入力端子１０５における入力電圧（ＶＩＮ）を出力端子１０９における出力電圧（ＶＯＵＴ）に変換する昇降圧コンバータである。電圧コンバータ１０１は、複数のモード（例えば、降圧モード、昇圧モード、又は昇降圧モード）で動作するように構成される。電圧コンバータ１０１は、少なくとも第１のスイッチ１０２、第２のスイッチ１０４、第３のスイッチ１０６、第４のスイッチ１０８、及びインダクタ１１０を含む。一例において、スイッチ１０２、１０４、１０６、１０８は、電界効果トランジスタ（例えば、ｎ型又はｐ型金属酸化物シリコン電界効果トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等）又はバイポーラトランジスタ等のトランジスタであり、これ以降トランジスタと呼ばれる。図１の例において、電圧コンバータ１０１はまた、入力キャパシタ１１２及び出力キャパシタ１１４を含む。
【0025】
特に、入力キャパシタ１１２は、入力端子１０５と接地端子１０７との間に結合される。第１のトランジスタ１０２はまた、入力端子１０５及び第１のスイッチングノードＳＷ１に結合され、第２のトランジスタ１０４は、第１のスイッチングノードＳＷ１及び接地端子１０７に結合される。例えば、トランジスタ１０２（ｐＭＯＳデバイスである場合）のドレインは入力端子１０５に結合され、トランジスタ１０２のソースはスイッチングノードＳＷ１に結合される。同様に、トランジスタ１０４（ｐＭＯＳデバイスである場合）のドレインはスイッチングノードに結合され、トランジスタ１０４のソースは接地１０７に結合される。インダクタ１１０は、第１のスイッチングノードＳＷ１及び第２のスイッチングノードＳＷ２に結合される。特に、第１のスイッチングノードＳＷ１は、インダクタ１１０の第１の端子に結合するように構成され、第２のスイッチングノードＳＷ２は、インダクタ１１０の第２の端子に結合するように構成される。第３のトランジスタ１０６は、第２のスイッチングノードＳＷ２及び出力端子１０９に結合され、第４のトランジスタ１０８は、第２のスイッチングノードＳＷ２及び接地端子１０７に結合される。出力キャパシタ１１４は、出力端子１０９と接地端子１０７との間に結合される。
【0026】
図１の例において、コントローラ１０３は少なくとも状態機械１２０を含み、状態機械１２０は、ゲートドライバ１１６、１１８を制御し、電圧コンバータ１０１のトランジスタ１０２、１０４、１０６、１０８を（例えば、導通するように、又は導通しないように）制御して、所与のＶＩＮに対して、所望のＶＯＵＴを提供するように構成される。ゲートドライバ１１６、１１８は、チャージポンプを含み得、それらは、簡単にするため図示されていない。状態機械１２０は、ゲートドライバ１１６によって、例えば、第１及び第２のトランジスタ１０２、１０４のゲートに結合され、ゲートドライバ１１８によって、例えば、第３及び第４のトランジスタ１０６、１０８のゲートに結合される。ゲートドライバ１１６、１１８は、図面では簡単にするため２つの別個のモジュールとして示されているが、幾つかの例において、ゲートドライバ１１６、１１８の機能がより多くのモジュール（例えば、トランジスタ毎に１つのゲートドライバ）又はより少ないモジュール（例えば、４つのトランジスタ全部に対して１つのゲートドライバ）モジュールによって実施され得る。幾つかの例示の実施形態において、状態機械１２０は、コントローラ１０３からの別個の処理ユニットとして、又はより大きな処理デバイスの一部として実装され得る。幾つかの例示の実施形態において、状態機械１２０（及びコントローラ１０３）は、プロセッサ（マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラ等）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を用いて実装され得る。簡単にするため、状態機械１２０は、ゲートドライバ１１６、１１８を介して電圧コンバータ１０１を制御するか、又はこれ以降に更に詳細に説明されるように、電圧コンバータ１０１を様々なモード（例えば、降圧モード、昇圧モード、又は昇降圧モード）で動作させることを想定している。
【0027】
図１の例において、コントローラ１０３はまた、第１の比較器１２２を含み、第１の比較器１２２は、出力端子１０９に結合される反転端子と、基準又は閾値電圧（ＶＲＥＦ）を受け取るように構成される非反転端子とを有する。従って、第１の比較器１２２は、ＶＯＵＴとＶＲＥＦを比較し、ＶＯＵＴがＶＲＥＦより小さいことに応答して、その出力（ＣＯＭＰ ＯＵＴ）をアサートする。第１の比較器１２２の出力は、状態機械１２０への入力であり、その機能はこれ以降に詳細に説明される。従って、コントローラ１０３は、第１の比較器１２２の出力に基づいてＶＯＵＴを検出するように構成される。
【0028】
コントローラ１０３はまた、第２の比較器１２６を含み、第２の比較器１２６は、スイッチングノードＳＷ１に結合される非反転端子と、上側電流閾値基準電圧（Ｉ＿ＰＥＡＫ ＴＡＲＧＥＴ）を受け取るように構成される反転端子とを有する。スイッチングノードＳＷ１は、インダクタ１１０（ＩＬ）を流れる電流に関連する（例えば、比例する）電圧、例えば、インダクタ１１０と直列の電流感知レジスタの両端の（又は導通しているトランジスタの１つの両端の）電圧等を有するノードの概略図である。電流感知レジスタは、簡単にするため図１には示されていない。Ｉ＿ＰＥＡＫ ＴＡＲＧＥＴは、これ以降に更に詳細に説明されるように、上側の電流閾値（Ｉ＿ＰＥＡＫ）に関連する（例えば、比例する）。従って、第２の比較器１２６は、ＩＬとＩ＿ＰＥＡＫ（又はＩＬとＩ＿ＰＥＡＫに比例する電圧）を比較し、ＩＬがＰＥＡＫより大きいことに応答して、その出力をアサートする。第２の比較器１２６（Ｉ＿ＰＥＡＫ）の出力は、状態機械１２０の入力であり、その機能は、これ以降に更に詳細に説明される。
【0029】
コントローラ１０３はさらに第３の比較器１２８を含み、第３の比較器１２８は、スイッチングノードＳＷ２に結合される反転端子と下側の電流閾値基準電圧（Ｉ＿ＶＡＬＬＥＹ ＴＡＲＧＥＴ）を受け取るように構成される非反転端子とを有する。上述のように、スイッチングノードＳＷ２は、ＩＬに関連する（例えば、比例する）電圧を有するノードの概略図である。Ｉ＿ＶＡＬＬＥＹ ＴＡＲＧＥＴは、これ以降に更に詳細に説明される下側電流閾値（Ｉ＿ＶＡＬＬＥＹ）に関連する（例えば、比例する）。従って、第３の比較器１２８は、ＩＬをＩ＿ＶＡＬＬＥＹと（又は、ＩＬをＩ＿ＶＡＬＬＥＹに比例する電圧と）比較し、ＩＬがＩ＿ＶＡＬＬＥＹより小さいことに応答して、出力（Ｉ＿ＶＡＬＬＥＹ）をアサートする。第３の比較器１２８の出力は、状態機械１２０に対する入力であり、その機能は、これ以降に更に詳細に説明される。コントローラ１０３は、従って、比較器１２６、１２８の出力に基づいて、ＩＬを検出するように構成される。
【0030】
コントローラ１０３はまた、状態機械１２０に結合されるタイマー１２４（例えば、カウンタ）を含む。状態機械１２０は、（例えば、条件が満たされたことに応答して、タイマー１２４を開始するために）入力をタイマー１２４に供給する。状態機械１２０はまた、タイマー１２４から（例えば、或る時間量が経過したことを示す）入力を受け取る。幾つかの例において、タイマー１２４はまた、入力としてＶＩＮ及びＶＯＵＴを受け取り、これらは、タイマー１２４が示すように構成されている時間量を判定するために用いられる。タイマー１２４及び状態機械１２０の機能は、これ以降に更に詳細に説明される。
【0031】
図２～図５は、種々の例において上述の状態機械１２０を含むコントローラ１０３によって制御される電圧コンバータ１０１をその動作の種々のフェーズにおいて示す。これ以降に更に説明されるように、電圧コンバータ１０１を図２～図５に示される４つのフェーズで動作させることによって、電圧コンバータ１０１を、上述の調整及びＲＨＰゼロ問題を軽減しながら、降圧モード、昇圧モード、又は昇降圧モードで動作させることができる。また、これ以降に更に説明されるように、電圧コンバータ１０１の変換エネルギーは、コントローラ１０３が、これ以降に説明されるＩ＿ＰＥＡＫ及び／又はＩ＿ＶＡＬＬＥＹの値及び種々のフェーズの長さを調整することによって制御される。電圧コンバータ１０１が降圧コンバータとして、又は昇圧コンバータとして、又は昇降圧コンバータとして機能するかに関わらず、電圧コンバータ１０１は、以下に説明される種々のフェーズを介して循環するように状態機械１２０によって制御される。
【0032】
特に、図２は、昇圧オンフェーズにおける電圧コンバータ１０１を示す。昇圧オンフェーズでは、第１のトランジスタ１０２及び第４のトランジスタ１０８は導通し、第２のトランジスタ１０４及び第３のトランジスタ１０６は導通していない。その結果、図２において矢印で示されるように電流経路が形成され、インダクタ１１０は、ＶＩＮによってオンにされる。昇圧オンフェーズの間、出力キャパシタ１１４は、（このフェーズの前にストアされた）エネルギーを出力信号（例えば、ＶＯＵＴ）に提供する。
【0033】
図３は、昇圧オフ、降圧オンフェーズにおける電圧コンバータ１０１を示す。昇圧オフ、降圧オンフェーズでは、第１のトランジスタ１０２及び第３のトランジスタ１０６は導通し、第２のトランジスタ１０４及び第４のトランジスタ１０８は導通していない。その結果、図３において矢印で示されるように電流経路が形成され、入力端子１０５は、インダクタ１１０によって出力端子１０９に結合される。
【0034】
図４は、降圧オフフェーズにおける電圧コンバータ１０１を示す。降圧オフフェーズでは、第２のトランジスタ１０４及び第３のトランジスタ１０６は導通し、第１のトランジスタ１０２及び第４のトランジスタ１０８は導通していない。その結果、図４において矢印で示されるように電流経路が形成され、インダクタ１１０は、エネルギーを出力信号（例えば、ＶＯＵＴ）に提供することによってオフにされる。降圧オフフェーズの間、入力キャパシタ１１２は、入力信号（例えば、ＶＩＮ）によって充電される。
【0035】
図５は、休止フェーズにおける電圧コンバータ１０１を示す。休止フェーズでは、第２のトランジスタ１０４及び第４のトランジスタ１０８は導通し、第１のトランジスタ１０２及び第３のトランジスタ１０６は導通していない。その結果、図５において矢印で示されるように電流経路が形成される。休止フェーズでは、インダクタ１１０が短絡され、その結果、図５に示されるループを介してほぼ一定の電流となるため、エネルギーが電圧コンバータ１０１内に保存され、それは、抵抗性損失との組み合わせにおいて、インダクタ１１０の時間定数に従って、僅かに減少する。これ以降に更に説明されるように、幾つかの例において、状態機械１２０は、ＶＯＵＴが目標ＶＯＵＴ閾値電圧より大きい場合は電圧コンバータ１０１を休止フェーズに留まらせる。幾つかの例において、休止フェーズの導入は、ＶＯＵＴへのエネルギーの流れを減少させ、一方で、（例えば、図２に示されるように、ＶＩＮによって、インダクタ１１０をオンにすることによって）電圧コンバータ１０１へのエネルギーの追加を回避する。その結果、電圧コンバータ１０１に提供されたエネルギーと、ＶＩＮ及びＶＯＵＴの規模に依存しない出力（例えば、ＶＯＵＴを供給することによる）との間でバランスが維持される。その結果、調整活動に起因するひずみが軽減される。これ以降に更に説明されるように、電圧コンバータ１０１の調整が、休止フェーズの持続時間の調整を介して達成され、一方、電圧コンバータ１０１によって、パルス（例えば、図２～図５の上述のフェーズを介する単一のサイクル）で供給されるエネルギーはＩ＿ＰＥＡＫ、Ｉ＿ＶＡＬＬＥＹ、及び図３に示される昇圧オフ、降圧オンフェーズの長さによって判定される。
【0036】
図６は、上述の電圧コンバータ１０１に対するコントローラ１０３としての状態機械１２０の動作を図示する状態図６００を示す。状態図６００は、図２に関して上述された、昇圧オンフェーズで電圧コンバータ１０１を制御する状態機械１２０に対応する状態６０２を含む。状態図６００はまた、図３に関して上述された、昇圧オフ、降圧オンフェーズで電圧コンバータ１０１を制御する状態機械１２０に対応する状態６０４を含む。状態図６００は更に、図４に関して上述された、降圧オフフェーズで電圧コンバータ１０１を制御する状態機械１２０に対応する状態６０６を含む。最後に、状態図６００は、図５に関して上述された、休止フェーズで電圧コンバータ１０１を制御する状態機械１２０に対応する状態６０８を含む。
【0037】
状態機械１２０が電圧コンバータ１０１を昇圧オンフェーズで制御する状態６０２の間、インダクタ１１０の両端にＶＩＮが印加されると、インダクタ１１０はオンにされ、インダクタ１１０を流れる電流（ＩＬ）を増加させる。第２の比較器が、ＩＬがＩ＿ＰＥＡＫより大きいことを検出した結果、第２の比較器１２６出力がアサートされて、状態機械１２０は状態６０４に遷移する。
【0038】
状態機械１２０が電圧コンバータ１０１を昇圧オフ、降圧オンフェーズで制御する状態６０４の間、インダクタは、入力端子１０５及び出力端子１０９の両方に結合される。電圧コンバータ１０１が降圧モードで動作し、ＶＯＵＴがＶＩＮより小さい例において、状態機械１２０が状態６０４で動作する間は、インダクタ１１０の両端の電圧の極性が状態６０２と同様なままであることに起因して、ＩＬは増加し続ける。しかしながら、電圧コンバータ１０１が昇圧モードで動作し、ＶＯＵＴがＶＩＮより大きい例では、状態機械１２０が状態６０４で動作する間、インダクタ１１０の両端の電圧の極性が、状態６０２に対して反転することに起因して、ＩＬは減少し始める。同様に、電圧コンバータ１０１が昇降圧モードで動作し、ＶＯＵＴがＶＩＮにほぼ等しい例において、状態機械１２０が状態６０４で動作する間に、インダクタ１１０及びトランジスタ１０２、１０６の両方における抵抗性損失等の非理想的回路動作の現実世界への影響に起因して、ＩＬはまた減少し始める。
【0039】
状態６０４に入ることに応答して、状態機械１２０は、（例えば、タイマー１２４に提供された信号をアサートすることによって）タイマー１２４にタイミングを開始させるように信号を提供する。電圧コンバータ１０１が降圧モードで動作することに応答して、タイマー１２４は、ＶＩＮとＶＯＵＴとの差（例えば、Ｔ＿ｍａｘ＝ｔ０－ｋ×（ＶＩＮ－ＶＯＵＴ））に比例して減少する時間閾値（例えば、Ｔ＿ｍａｘ）を用いて構成される。これは、ＶＩＮとＶＯＵＴとの間の差が増加すると、より短い時間の間に、エネルギーがインダクタ１１０から出力（例えば、ＶＯＵＴ）に伝達される状態６０４に留まる効果を有する。これはまた、Ｔ＿ｍａｘの値が長くなり、インダクタ１１０の両端の電圧（例えば、ＶＩＮ－ＶＯＵＴ）が大きくなると増加する恐れのある、インダクタ１１０リップル電流を減少させる。電圧コンバータ１０１が、昇圧モード又は昇降圧モードで動作することに応答して、タイマー１２４は、時間閾値Ｔ＿ｍａｘ＝ｔ０を用いて構成される。これらの例において、ｔ０又はＴ＿ｍａｘは、電圧コンバータ１０１のスイッチング周波数に関連する値である。タイマー１２４出力がアサートされることは、タイマー１２４によって保たれた時間（ｔ）がＴ＿ｍａｘより大きいことを示す。電圧コンバータ１０１の動作のモード（例えば、昇圧モード、降圧モード、又は昇降圧モード）に関わらず、タイマー１２４出力がアサートされると、状態機械１２０は状態６０６に遷移する。
【0040】
状態機械１２０が電圧コンバータ１０１を降圧オフフェーズで制御する状態６０６の間、インダクタ１１０は、エネルギーを出力信号（例えば、ＶＯＵＴ）に提供することによってオフにされ、ＩＬを減少させる。第３の比較器１２８が、ＩＬがＩ＿ＶＡＬＬＥＹより小さいことを検出した結果、第３の比較器１２８出力がアサートされたことによって状態機械１２０は状態６０８に遷移する。
【0041】
状態機械１２０が電圧コンバータ１０１を休止フェーズで制御する状態６０８の間、インダクタ１１０を短絡させることによってエネルギーが電圧コンバータ１０１内に保存される。ＩＬは、インダクタ１１０の時間定数と短絡回路経路の両端の抵抗性損失とに起因して、僅かに減少するが、ＩＬは、休止フェーズの間、比較的安定したままである。第３の比較器１２８が、ＩＬがＩ＿ＶＡＬＬＥＹより小さいことを検出した結果、第３の比較器１２８出力がアサートされたことによって、状態機械１２０は状態６０８に遷移する。状態機械１２０は、ＶＯＵＴが基準又は閾値電圧（ＶＲＥＦ）より小さくなるまで、状態６０８のままである。従って、ＶＯＵＴの調整は、状態機械１２０が状態６０８に留まる持続時間を調整することを介する。第１の比較器１２２が、ＶＯＵＴがＶＲＥＦより小さいことを検出した結果、第１の比較器１２２出力がアサートされたことによって状態機械１２０は状態６０２に戻るように遷移する。
【0042】
再び、状態６０４に戻ると、昇圧モード及び昇降圧モードでは、ＩＬは、上述のように減少する。第３の比較器１２８が、ＩＬがＩ＿ＶＡＬＬＥＹより小さいことを検出した結果、第３の比較器１２８出力がアサートされたことによって状態機械１２０は状態６０８に遷移する。或る例において、状態６０４の間、ＩＬがＩ＿ＶＡＬＬＥＹより小さいことは、電圧コンバータ１０１が、動作パラメータの所与のセットに対して望まれるものより多くのエネルギーを既に出力信号（例えば、ＶＯＵＴ）に提供したことを示す。その結果、電圧コンバータ１０１が付加的なエネルギーを出力信号（例えば、ＶＯＵＴ）に提供する状態６０６に最初に遷移する代わりに、状態機械１２０は、電圧コンバータ１０１のエネルギーが保存される状態６０８に直接遷移する。その後、状態機械１２０は、上述のように状態６０２に戻るように遷移し、エネルギーが入力信号（例えば、ＶＩＮ）によって再び電圧コンバータ１０１に提供される。
【0043】
図７は、種々の例において、降圧モード（ＶＯＵＴ＜ＶＩＮ）で動作する電圧コンバータ１０１に対する時間の関数としてのＩＬの波形７００を示す。波形７００は、状態機械１２０が、インダクタ１１０の両端に印加されるＶＩＮに起因してＩＬが増加する状態６０２（例えば、昇圧オンフェーズ）で動作することで始まる。時間７０２で、ＩＬは、Ｉ＿ＰＥＡＫに到達し、それによって状態機械１２０は上述のように状態６０４に遷移する。この降圧モードの例において、ＩＬは、インダクタ１１０の両端の電圧（ＶＩＮ－ＶＯＵＴ）に起因して、速度は遅くなるが、増加し続ける。時間７０４で、タイマー１２４は、上述のようにＴ＿ｍａｘに到達し、それによって、状態機械１２０が状態６０６に遷移する。従って、ＩＬは、エネルギーを出力信号（例えば、ＶＯＵＴ）に提供することによってインダクタ１１０がオフにされると、減少し始める。時間７０６で、ＩＬはＩ＿ＶＡＬＬＥＹに到達し、それによって、状態機械１２０が、上述のように状態６０８に遷移する。ＩＬは、インダクタ１１０の時間定数と短絡回路経路の両端の抵抗性損失との結果として僅かに減少するが、エネルギーは概して、時間７０６から時間７０８まで電圧コンバータ１０１内に保存される。時間７０８で、ＶＯＵＴはＶＲＥＦに到達し、それによって、状態機械１２０は状態６０２に戻るように遷移し、説明されたサイクルが繰り返される。
【0044】
図８は、種々の例において、昇圧モード（ＶＯＵＴ＞ＶＩＮ）で動作する電圧コンバータ１０１に対する時間の関数としてのＩＬの波形８００を示す。波形８００は、状態機械１２０が、ＶＩＮがインダクタ１１０の両端に印加されていることに起因してＩＬが増加する状態６０２（例えば、昇圧オンフェーズ）で動作することで始まる。時間８０２で、ＩＬはＩ＿ＰＥＡＫに到達し、それによって、状態機械１２０は、上述のように状態６０４に遷移する。この昇圧モードの例において、ＩＬは、インダクタ１１０の両端の電圧が極性を反転すること（例えば、ＶＯＵＴ＞ＶＩＮ）に起因して、減少し始める。時間８０４で、タイマー１２４の時間が、上述のようにＴ＿ｍａｘに到達し、それによって、状態機械１２０は状態６０６に遷移する。従って、エネルギーを出力（例えば、ＶＯＵＴ）に提供することによってインダクタ１１０がオフにされると、ＩＬは減少し続ける。時間８０６で、ＩＬはＩ＿ＶＡＬＬＥＹに到達し、それによって、状態機械１２０は、上述のように状態６０８に遷移する。インダクタ１１０の両端の電圧の結果として、ＩＬは僅かに減少するが、エネルギーは概して、時間８０６から時間８０８まで（インダクタ１１０を介して）電圧コンバータ１０１内に保存される。時間８０８で、ＶＯＵＴはＶＲＥＦに到達し、それによって状態機械１２０は状態６０２に戻るように遷移し、説明されたサイクルが繰り返される。図８の例には示されていないが、幾つかの例において、ＩＬは時間８０２の後、より急速に減少し、タイマー１２４が満了する前にＩ＿ＶＡＬＬＥＹに到達する。そのような例において、状態機械１２０は、上述のように状態６０４から状態６０８に直接遷移する。
【0045】
図９は、種々の例において、昇降圧モード（ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ）で動作する電圧コンバータ１０１に対する時間の関数としてのＩＬの波形９００を示す。波形９００は、状態機械１２０が、ＶＩＮがインダクタ１１０の両端に印加されることに起因してＩＬが増加する状態６０２（例えば、昇圧オンフェーズ）で動作することで始まる。時間９０２で、ＩＬはＩ＿ＰＥＡＫに到達し、それによって状態機械１２０は上述のように状態６０４に遷移する。この昇降圧モードの例において、ＩＬは、ＶＯＵＴがＶＩＮにほぼ等しいいため、電圧インダクタ１１０の両端の比較的小さな電圧に起因して、比較的ゆっくり減少し始める。時間９０４で、タイマー１２４の時間は、上述のようにＴ＿ｍａｘに到達し、それによって状態機械１２０は状態６０６に遷移する。従って、ＩＬは、エネルギーを出力信号（例えば、ＶＯＵＴ）に提供することによってインダクタ１１０がオフにされると、より急速に減少し始める。時間９０６で、ＩＬは、Ｉ＿ＶＡＬＬＥＹに到達し、それによって状態機械１２０は、上述のように状態６０８に遷移する。ＩＬは、インダクタ１１０の時間定数と短絡回路経路の両端の抵抗性損失との結果、僅かに減少するが、エネルギーは概して、時間９０６から時間９０８まで、電圧コンバータ１０１内に保存される。時間９０８で、ＶＯＵＴはＶＲＥＦに到達し、それによって、状態機械１２０は状態６０２に戻るように遷移し、説明されたサイクルが繰り返される。図９の例には示されないが、幾つかの例において、ＩＬは、時間９０２の後、より急速に減少し、従って、タイマー１２４が満了する前にＩ＿ＶＡＬＬＥＹに到達する。そのような例において、状態機械１２０は、上述のように、状態６０４から状態６０８に直接遷移する。
【0046】
状態機械１２０を用いて電圧コンバータ１０１のトランジスタ１０２、１０４、１０６、１０８を制御する上述のコントローラ１０３の他に、他の例は、電圧コンバータの変換エネルギーを調整するように構成されるコントローラに関連する。そのようなコントローラは、多くの場合、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）に依存してＶＯＵＴのアナログ値をデジタル化し、それは、その後、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）によって電圧コンバータの変換エネルギー（例えば、Ｉ＿ＰＥＡＫ及びＩ＿ＶＡＬＬＥＹの規模）を適切に制御するように処理される。そのようなＡＤＣ及びＤＳＰの使用は、複雑であるとともに、比較的大量の電力を消費する。
【0047】
図１０は、種々の例におけるシステム１０００のブロック図を示す。システム１０００は、電圧コンバータ１００２と、電圧コンバータ１００２に結合されるコントローラ１００３とを含む。或る例において、電圧コンバータ１００２は、入力端子における入力電圧（ＶＩＮ）を出力端子における出力電圧（ＶＯＵＴ）に変換する昇降圧コンバータ等のＤＣ－ＤＣコンバータである。少なくとも幾つかの例において、電圧コンバータ１００２は、複数モード（例えば、降圧モード、昇圧モード、又は昇降圧モード）で動作するように構成される。或る例において、電圧コンバータ１００２は、上述の電圧コンバータ１０１に構造的に類似する。
【0048】
図１０の例において、コントローラ１００３は、電圧コンバータ１００２の変換エネルギーを調整するように構成される。変換エネルギーは概して、電圧コンバータ１００２内の電流レベルを指す。例えば、電流レベルが大きくなると、入力信号（例えば、ＶＩＮ）から出力信号（例えば、ＶＯＵＴ）に伝達されるエネルギーが多くなる。上述の例に従って電圧コンバータ１００２が機能する特定の例において、電圧コンバータ１００２の電流レベルは、Ｉ＿ＰＥＡＫ及び／又はＩ＿ＶＡＬＬＥＹの値を制御することによって、影響される。例えば、上述のように、Ｉ＿ＰＥＡＫ及び／又はＩ＿ＶＡＬＬＥＹの値を増加させることによって、電圧コンバータ１００２の電流レベルが増加し、一方、Ｉ＿ＰＥＡＫ及び／又はＩ＿ＶＡＬＬＥＹの値を減少させることによって、電圧コンバータ１００２の電流レベルが減少する。
【0049】
図１０の例において、コントローラ１００３は比較器１００４を含み、比較器１００４は、電圧コンバータ１００２の出力端子に結合される反転端子（例えば、ＶｎＯＵＴを受け取るように構成される）と、基準又は閾値電圧（ＶＲＥＦ）を受け取るように構成される非反転端子とを有する。従って、比較器１００４は、ＶＯＵＴとＶＲＥＦを比較し、ＶＯＵＴがＶＲＥＦより小さいことに応答して、その出力をアサートする。上記の図６を参照すると、ＶＯＵＴがＶＲＥＦより小さいと、状態６０８から状態６０２への遷移に対する条件を満たし、それは、休止フェーズから昇圧オンフェーズへの遷移に対応する。図１０の例では、これは、休止フェーズの終了と共に、前の変換サイクルが終わるので、変換の開始と呼ばれる。或る例において、比較器１００４及び第１の比較器１２２は、単一の構成要素に実装され、その出力は、これ以降に更に説明されるように状態機械１２０及びコントローラ１００３のタイマー１００６の両方によって用いられる。
【0050】
コントローラ１００３はまた、開始入力（Ａ）及び停止入力（Ｂ１）を有するタイマー１００６（例えば、カウンタ）を含む。幾つかの例において、タイマー１００６はまた、アサートされたことに応答してタイマー１００６をオフにするディセーブル入力（Ｂ２）を有する。タイマー１００６は、開始入力がアサートされたことに応答してタイミングを開始し、停止入力がアサートされたことに応答してタイミングを停止するように構成される。タイマー１００６の停止に応答して、タイマー１００６は、時間値（例えば、デジタルカウンタの値）をその出力としてラッチするように構成される。タイマー１００６の開始入力は、電圧コンバータ１００２に結合され、それは、電圧コンバータ１００２の変換サイクルのエネルギー伝達部分の終結に応答してアサートされる。図６の例において、変換サイクルのエネルギー伝達部分は、状態機械１２０が、（例えば、状態６０４又は状態６０６のいずれかから）状態６０８に遷移することに応答して起こる。タイマー１００６の停止入力は、比較器１００４の出力に結合される。その結果、タイマー１００６の出力は、上述した電圧コンバータ１００２の休止フェーズ等のエネルギー保存フェーズの持続時間に対応する。
【0051】
コントローラ１００３はまた、タイマー１００６に結合され、タイマー１００６の出力を入力として受け取るように構成される、時間比較器１００８を含む。時間比較器１００８は、第２の入力として、基準時間値（例えば、タイマー１００６の出力と比較されるデジタル値）を受け取るように構成される。時間比較器１００８は複数の出力を含む。所与の時間において、時間比較器１００８の出力の１つは、タイマー１００６の出力と時間比較器１００８への基準時間値入力との間の関係に基づいてアサートされる。
【0052】
例えば、時間比較器１００８の第１の出力が、タイマー１００６出力が基準時間値から第１の偏差範囲内（例えば、ＴＡＲＧＥＴ＋／－ｔ（０））であることに応答してアサートされるように構成される。同様に、時間比較器１００８の第２の出力が、タイマー１００６出力がｔ（０）よりも大きいが、基準時間値（例えば、ＴＡＲＧＥＴ－ｔ（１））より小さい第２の偏差範囲よりも小さいことに応答してアサートされるように構成される。更に、時間比較器１００８の第３の出力が、タイマー１００６出力がｔ（０）よりも大きいが、基準時間値（例えば、ＴＡＲＧＥＴ＋１（２））より大きい第３の偏差範囲よりも小さいことに応答してアサートされるように構成される。幾つかの例において、時間比較器１００８は、タイマー１００６出力が基準時間値（例えば、ＴＡＲＧＥＴ－１（３））より小さいｔ（１）より大きいことに応答してアサートされるように構成される第４の出力、及びタイマー１００６出力が基準時間値（例えば、ＴＡＲＧＥＴ＋１（４））より大きいｔ（２）より大きいことに応答してアサートされるように構成される第５の出力等の、付加的な出力を含む。
【0053】
この例において、時間比較器１００８は、電圧コンバータ１００２の、上述の休止フェーズ等の、エネルギー保存フェーズの持続時間に対応するタイマー１００６出力と、休止フェーズの間に電圧コンバータ１００２内のエネルギーの保存に基づいて判定され得る基準時間値との間の差を、効果的にビニング（ｂｉｎ）する。その結果、電圧コンバータ１００２のエネルギー送達は、変換開始と変換終了との間の時間期間の間に生じる。幾つかの例において、電流レベルを低減し、従って、休止フェーズにおける損失を低減するために、及び休止フェーズ持続時間の変動に対して十分な制御ヘッドルームを提供するために、基準時間値は、変換開始と変換終了の間の時間期間の一部である。休止フェーズの持続時間（例えば、ＶＯＵＴがＶＲＥＦを下回るために使う時間）を測定するタイマー１００６と、実際の持続時間（例えば、タイマー１００６出力）と基準時間値又は持続時間との比較を行う時間比較器１００８との組み合わせは、或る程度の誤差が返される。その結果、ＶＯＵＴの電圧誤差に関する情報が時間ドメインに転送される。
【0054】
コントローラ１００３は更に、累算器１０１０を含む。時間比較器１００８の出力は、累算器１０１０への入力として提供される。従って、累算器１０１０は、時間比較器１００８からの、ビニング又は分類された誤差情報によって制御されるように構成される。累算器１０１０の出力は、電圧コンバータ１００２の変換エネルギーのレベルを制御する値である。例えば、累算器１０１０出力値が増加すると、Ｉ＿ＰＥＡＫ及び／又はＩ＿ＶＡＬＬＥＹの値が増加する。この例を継続すると、累算器１０１０出力値が減少すると、上述のように、Ｉ＿ＰＥＡＫ及び／又Ｉ＿ＶＡＬＬＥＹの値が減少する。
【0055】
図１０の例において、累算器１０１０は、時間比較器１００８の第１の出力がアサートされたことに応答して、その出力値を維持するように構成される。上述のように、時間比較器１００８の第１の出力は、タイマー１００６出力持続時間が基準時間持続時間の第１の偏差範囲内ｔ（０）であることに応答してアサートされる。これは、電圧コンバータ１００２のための変換エネルギー（例えば、Ｉ＿ＰＥＡＫ及び／又はＩ＿ＶＡＬＬＥＹ値）が特定の負荷に対して適切であることを示し、累算器１０１０出力値、及び従って、電圧コンバータ１００２に対する変換エネルギーが維持される。
【0056】
累算器１０１０は、時間比較器１００８の第２の出力がアサートされていることに応答して、その出力値を増加させるように構成される。上述のように、時間比較器１００８の第２の出力は、タイマー１００６出力持続時間がｔ（０）より多いが、基準時間持続時間より少ないＴＡＲＧＥＴ－ｔ（１）より少ないことに応答してアサートされる。これは、電圧コンバータ１００２に対する変換エネルギーが特定の負荷に対して低すぎることを示し（例えば、その結果、休止フェーズが予期したより短くなる）、累算器１０１０出力値、及び従って、電圧コンバータ１００２に対する変換エネルギーが増加する。
【0057】
累算器１０１０は、時間比較器１００８の第３の出力がアサートされたことに応答して、その出力値を減少させるように構成される。上述のように、時間比較器１００８の第３の出力は、タイマー１００６出力持続時間がｔ（０）よりも大きいが、基準時間持続時間より大きいＴＡＲＧＥＴ＋ｔ（２）よりも小さいことに応答してアサートされる。これは、電圧コンバータ１００２に対する変換エネルギーが特定の負荷に対して高すぎる（例えば、それによって、休止フェーズが予期したより長くなる）ことを示し、累算器１０１０出力値、及び従って、電圧コンバータ１００２に対する変換エネルギーが減少する。
【0058】
或る例において、時間比較器１００８は、上述され図１０に示される第４及び第５の出力等の付加的な出力を含む。これらの例において、累算器１０１０がその出力値を増加又は減少させる量は、時間比較器１００８出力のどれがアサートされるかに応じて変動し得る。例えば、第２の出力がアサートされる場合、累算器１０１０は、その出力値を第１の量（例えば、図１０の例における１の値）だけ増加させるように構成される。第３の出力がアサートされる場合、累算器１０１０は、その出力値を第２の量（例えば、同じく、図１０の例における１の値）だけ減少させるように構成される。しかしながら、第４の出力がアサートされる場合、これは、休止フェーズ持続時間が、予期されるより、基準時間値を更に下回っていたため（例えば、ＴＡＲＧＥＴ－ｔ（１）未満）、誤差値が大きいことを示す。同様に、第５の出力がアサートされる場合、これは、休止フェーズ持続時間が基準時間値に対して、予期されたものより、更に大きい（例えば、ＴＡＲＧＥＴ＋１（２）より大きい）ため、誤差値がより大きいことを示す。幾つかの例において、累算器１０１０は、第４又は第５の出力が、それぞれ、アサートされたことに応答して、その出力を、より大きい量（例えば、＋Ｘ又は－Ｙ）だけ増加又は減少させるように構成される。これによって、累算器１０１０は、電圧コンバータ１００２の変換エネルギーを必要に応じて、より迅速に増加又は減少させる。
【0059】
幾つかの例において、累算器１０１０は、時間比較器１００８の第４の出力が連続して複数サイクルに対してアサートされたことに応答して、Ｘの値を増加させるように構成される。また、電圧コンバータ１００２が軽い負荷を供給することに応答して、コントローラ１００３の電力消費を更に低減するように、時間比較器１００８の第５の出力はまた、タイマー１００６のディセーブル入力に結合される。従って、休止フェーズがＴＡＲＧＥＴ＋１（２）より長いことに応答して、タイマー１００６はまた、電力消費を低減するためにディセーブルされる。
【0060】
図１０の例において、コントローラ１００３は、タイマー１００６によって出力された値に応答して、比較器１００４の形式の１ビットＡＤＣと時間ドメインで動作する後続の回路とを用いて、電圧コンバータ１００２の動作を調整する。その結果、幾つかの例において、コントローラ１００３の電力消費は、より高精度のＡＤＣを用いてアナログ電圧値ＶＯＵＴをデジタル化し、デジタル化された電圧値を処理して電圧コンバータの動作を制御するコントローラの電力消費より小さい。
【0061】
図１１は、種々の例における、図１０に示されるコントローラ１００３の動作の状態図１１００を示す。状態図１１００は、（例えば、比較器１００４の出力がアサートされた結果として）電圧コンバータ１００２が変換サイクルを開始する状態１１０２を含む。タイマー１００６はまた、状態１１０２において変換サイクルが始まることに応答して、停止される。状態図１１００はその後、状態１１０４に遷移し、例えば、電圧コンバータ１００２によって示されるように、変換サイクルのエネルギー伝達部分が終了するまで状態１１０４に留まる。
【0062】
電圧コンバータ１００２が、変換サイクルのエネルギー伝達部分が終了したことをアサートすることに応答して、タイマー１００６がクリアされ開始される状態図１１００に遷移する。上述のように、タイマー１００６の開始入力は、変換サイクルのエネルギー伝達部分が終了したことに応答してアサートされる電圧コンバータ１００２の出力に結合される。
【0063】
タイマー１００６が状態１１０６において開始された後、状態図１１００は状態１１０８に進み、そこで、ＶＯＵＴがＶＲＥＦより小さいか否かが判定される（例えば、比較器１００４によって）。ＶＯＵＴがＶＲＥＦより大きい場合、状態図１１００はブロック１１１０に進み、そこで、タイマー１００６の値が、基準時間値（例えば、ＴＡＲＧＥＴ）より大きい第３の偏差範囲（例えば、ｔ（４））より大きいか否かが判定される。タイマー１００６の値が、ＴＡＲＧＥＴ＋ｔ（４）より小さい場合、状態図１１００は状態１１０８に戻る。しかしながら、タイマー１００６値がＴＡＲＧＥＴ＋ｔ（４）より大きい場合、状態図１１００は状態１１１２に続き、そこで、タイマー１００６は停止又はディスケーブルされ（例えば、上述のように、節電するために）、この時点で、状態図１１００はまた状態１１０８に戻り、ＶＯＵＴがいつＶＲＥＦより小さいかを判定する。
【0064】
状態１１０８から、ＶＯＵＴがＶＲＥＦより小さいことに応答して（例えば、比較器１００４の出力によって示される）、状態図１１００は状態１１１４に続き、そこで、タイマー１００６が停止される。状態図１１００はその後、状態１１１６に続き、そこで、タイマー１００６によって出力された時間値が種々の閾値と比較される。上述のように、タイマー１００６出力が基準時間値からの第１の偏差範囲（例えば、ＴＡＲＧＥＴ＋／－１（０））内である場合、変換エネルギー（例えば、Ｉ＿ＰＥＡＫ及び／又はＩ＿ＶＡＬＬＥＹの値）が維持され、従って、状態図１１００は状態１１０２に戻り、新しい変換サイクルが始まる。
【0065】
状態１１１６に戻って参照すると、タイマー１００６出力がｔ（０）よりも大きいが、基準時間値（例えば、ＴＡＲＧＥＴ－ｔ（１））より小さい第２の偏差範囲よりも小さい場合、状態図１１００は状態１１２０に進み、そこで、電圧コンバータ１００２の変換エネルギーは第１の量（例えば、１）だけ増加する。状態図１１００はその後、状態１１０２に戻り、新しい変換サイクルが始まり、そこで、Ｉ＿ＰＥＡＫ及び／又はＩ＿ＶＡＬＬＥＹの値はそれらの前の値に比較して増加する。
【0066】
状態１１１６に戻って参照すると、タイマー１００６出力が、ｔ（０）よりも大きいが、基準時間値（例えば、ＴＡＲＧＥＴ＋ｔ（２））より大きい第３の偏差範囲よりも小さい場合、状態図１１００は状態１１２２に進み、そこで、電圧コンバータ１００２の変換エネルギーは第２の量（例えば、１）だけ減少する。状態図１１００はその後、状態１１０２に戻り、新しい変換サイクルが始まり、そこで、Ｉ＿ＰＥＡＫ及び／又はＩ＿ＶＡＬＬＥＹの値はそれらの前の値に比較して減少する。
【0067】
状態１１１６に戻って参照すると、タイマー１００６出力が、基準時間値（例えば、ＴＡＲＧＥＴ－ｔ（３））より小さいｔ（１）より大きい場合、状態図１１００は状態１１１８に進み、そこで、電圧コンバータ１００２の変換エネルギーは第４の量（例えば、Ｘ）だけ増加する。状態図１１００はその後、状態１１０２に戻り、新しい変換サイクルが始まり、そこで、Ｉ＿ＰＥＡＫ及び／又はＩ＿ＶＡＬＬＥＹの値は、それらの前の値に比較して、更に（例えば、Ｘ＞１）増加する。
【0068】
再び、状態１１１６に戻って参照すると、タイマー１００６出力が基準時間値（例えば、ＴＡＲＧＥＴ＋ｔ（４））より大きいｔ（２）より大きい場合、状態図１１００は状態１１２４に進み、そこで、電圧コンバータ１００２の変換エネルギーは、第５の量（例えば、Ｙ）だけ減少する。状態図１１００はその後、状態１１０２に戻り、新しい変換サイクルが始まり、そこで、Ｉ＿ＰＥＡＫ及び／又はＩ＿ＶＡＬＬＥＹの値は、それらの値の前の値に比較して、更に（例えば、Ｙ＞１）減少する。
【0069】
上述のように、状態図１１００は、タイマー１００６によって出力された値に応答して、比較器１００４の形式の１ビットＡＤＣと時間ドメインで動作する後続の回路要素とを用いて電圧コンバータ１００２の動作を調整するための方法を提供する。その結果、幾つかの例において、状態図１１００を実装するコントローラ１００３の電力消費は、より高精度のＡＤＣを用いてアナログ電圧値ＶＯＵＴをデジタル化し、デジタル化された電圧値を処理して電圧コンバータの動作を制御するコントローラの電力消費より小さい。
【0070】
図１２は、種々の例において、降圧モードで動作する電圧コンバータ１０１、１００２に対する時間の関数としての、ＶＯＵＴ、インダクタ電流（ＩＬ）、及び累算器１０１０出力の波形１２００を示す。特に、休止フェーズが基準時間値より短い（ＰＡＵＳＥ＜ＴＡＲＧＥＴ）と判定したことに応答して、累算器１０１０出力は、０ｘ５６の値から０ｘ５７の値に増加する。その結果、電圧コンバータ１０１、１００２の変換エネルギーは、Ｉ＿ＰＥＡＫの値を増加することによって増加する。その後、休止フェーズが基準時間値の第１の偏差範囲内である（ＰＡＵＳＥ＝ＴＡＲＧＥＴ）ことに応答して、累算器１０１０出力が、０ｘ５７の値に維持される。最後に、休止フェーズが基準時間値より長い（ＰＡＵＳＥ＞ＴＡＲＧＥＴ）ことに応答して、累算器１０１０出力は０ｘ５７から０ｘ５６に減少する。上記は一例であり、図１０及び図１１に関して上述されるように、そのような調整は、累算器１０１０出力に対する変化を変動させながら、継続することに留意する。
【0071】
図１３は、種々の例において、昇降圧モードで動作する電圧コンバータ１０１、１００２に対する時間の関数としての、ＶＯＵＴ、ＩＬ、及び累算器１０１０出力の波形１３００を示す。波形１３００は概して上述の波形１２００に類似している。例えば、休止フェーズが基準時間値より短いと判定したことに応答して、累算器１０１０出力は、０ｘ１ｂの値から０ｘ１ｃの値に増加する。その結果、電圧コンバータ１０１、１００２の変換エネルギーは、Ｉ＿ＰＥＡＫの値を増加させることによって増加する。その後、休止フェーズが基準時間値より長いと判定したことに応答して、累算器１０１０出力は減少し、０ｘ１ｃから０ｘ１ｂに戻る。次のサイクルの間、休止フェーズがまだ基準時間値より長い（例えば、累算器１０１０出力を１減少させることが、休止フェーズを所望の持続時間に短縮するためには不十分であった）と判定したことに応答して、累算器１０１０出力は、０ｘ１ａまで更に減少する。その結果、累算器１０１０出力の減少に対応してＩ＿ＰＥＡＫの値を減少させることによって、電圧コンバータ１０１、１００２の変換エネルギーは減少する。上記は一例であり、図１０及び図１１に関して上述されるように、そのような調整は、累算器１０１０出力に対する変化を変動させながら、継続することに留意する。
【0072】
図１４は、種々の例において昇圧モードで動作する電圧コンバータ１０１、１００２に対する時間の関数としての、ＶＯＵＴ、ＩＬ、及び累算器１０１０出力の波形１４００を示す。波形１４００は概して上述の波形１２００、１３００に類似する。例えば、休止フェーズが基準時間値より長いと判定したことに応答して、累算器１０１０出力は、０ｘ２５の値から０ｘ２４の値まで減少する。その結果、電圧コンバータ１０１、１００２の変換エネルギーは、Ｉ＿ＰＥＡＫの値を減少させることによって減少する。その後、休止フェーズが基準時間値より短いと判定したことに応答して、累算器１０１０出力が増加され、０ｘ２４から０ｘ２５に戻る。この動作は、休止フェーズの長さの調整を継続する。上記は一例であり、図１０及び図１１に関して上述されるように、そのような調整が、累算器１０１０出力に対する変化を変動させながら、継続することに留意する。
【0073】
上述において、用語「含む」及び「包含する」は、制限のない用法で用いられ、従って、「を含むがそれに限定されない」を意味する。用語「結合する」は、本明細書全体に用いられている。この用語は、本明細書の説明と一貫した機能性関係を可能にする接続、通信、又は信号経路を網羅し得る。例えば、デバイスＡがデバイスＢを制御して或る動作を実施させるための信号を生成する場合、第１の例ではデバイスＡはデバイスＢに結合し、又は、第２の例ではデバイスＡは介在構成要素Ｃを介してデバイスＢに結合する。但し、これは、デバイスＡによって生成される制御信号を介して、デバイスＡによって制御されるように、介在構成要素ＣがデバイスＡとデバイスＢとの間の機能的関係を実質的に変更しない場合に限る。或るタスク又は機能を実施するように「構成された」デバイスは、製造時に製造者によって、そのタスク又は機能を実施するように構成（例えば、プログラミング及び／又はハードワイヤード）可能であり、或いは、それらの機能及び／又はその他の付加的な又は代替的な機能を実施するように、製造後にユーザによって構成可能（又は再構成可能）であり得る。こういった構成は、デバイスのファームウェア及び／又はソフトウェアプログラミングを介してもよく、ハードウェア構成要素の構成及び／又はレイアウトを介してもよく、デバイスの相互接続を介してもよく、又はそれらの組み合わせを介してもよい。更に、或る構成要素を含むと言われる回路又はデバイスは、代わりに、それらの構成要素に結合するように構成されて、説明された回路要素又はデバイスを形成し得る。例えば、１つ又は複数の半導体要素（トランジスタ等）、１つ又は複数の受動要素（抵抗器、キャパシタ、及び／又はインダクタ等）、及び／又は１つ又は複数の源（電圧及び／又は電流源）を含むとして記載される構造は、その代わりに、単一の物理デバイス（例えば、半導体ダイ及び／又はＩＣパッケージ）内に半導体要素のみを含んでもよく、受動要素及び／又は源の少なくとも幾つかに結合するように構成されてもよく、それによって、製造時又は製造時以降の時点のいずれかで、例えばエンドユーザ及び／又は第三者によって、説明された構造を形成する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【国際調査報告】