特表2016-520241IP Force 特許公報全文掲載

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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】特表2016-520241(P2016-520241A)
(43)【公表日】2016年7月11日
(54)【発明の名称】電子的電流制限装置
(51)【国際特許分類】
   G05F 1/56 20060101AFI20160613BHJP
【ＦＩ】
   G05F1/56 320S
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2016-516785(P2016-516785)
(86)(22)【出願日】2014年5月28日
(85)【翻訳文提出日】2016年1月27日
(86)【国際出願番号】US2014039818
(87)【国際公開番号】WO2014193971
(87)【国際公開日】20141204
(31)【優先権主張番号】13/903,736
(32)【優先日】2013年5月28日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】390020248
【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ株式会社
(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)【1名の代理人】
【識別番号】100098497
【弁理士】
【氏名又は名称】片寄 恭三
(72)【発明者】
【氏名】ヘクター トレス
(72)【発明者】
【氏名】チャールズ パークハースト
【テーマコード（参考）】
5H430
【Ｆターム（参考）】
5H430BB01
5H430BB09
5H430BB11
5H430EE04
5H430FF02
5H430FF13
5H430HH03
5H430LA07
5H430LA13
5H430LA15
(57)【要約】
記載される例において、電子的電流制限装置（１００）が、電圧レギュレーション制御入力経路（１１５）上の電圧レギュレーション制御入力信号（１１４）を受け取るため、及び電圧レギュレーション制御入力信号（１１４）の大きさに比例するパス要素（１１０）を介する電流フローの大きさを可能にするため、パス要素（１１０）を含む。高速遷移フィードバック回路（１１８）が、電圧レギュレーション制御入力信号（１１４）を受け取るため、及び過電流状態において電圧レギュレーション制御入力信号（１１４）の大きさを低減させるため、電圧レギュレーション制御入力経路（１１５）に通信可能に結合される。プレシジョンフィードバック回路（１２４）が、電圧レギュレーション制御入力信号（１１４）を受け取るため、及び過電流状態において電圧レギュレーション制御入力信号（１１４）の大きさを低減させるため、電圧レギュレーション制御入力経路（１１５）に通信可能に結合される。プレシジョンフィードバック回路（１２４）は、パス要素（１１０）とプレシジョンフィードバック回路（１２４）の少なくとも１つの構成要素との間の構成要素特性ミスマッチを補正することによって、高速遷移フィードバック回路（１１８）により提供される制御より精密に過電流状態を制御する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子的電流制限装置であって、
パス（pass）要素であって、電圧レギュレーション制御入力経路上の電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び前記電圧レギュレーション制御入力信号の大きさに比例する、前記パス要素を介する電流フローの大きさを可能にするための前記パス要素、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び過電流状態において前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるため、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される高速遷移フィードバック回路、及び
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び前記過電流状態において前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるため、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合されるプレシジョンフィードバック回路を含み、
前記プレシジョンフィードバック回路が、前記パス要素と前記プレシジョンフィードバック回路の少なくとも１つの構成要素との間の構成要素特性ミスマッチを補正することによって、前記高速遷移フィードバック回路により提供される制御よりも精密に前記過電流状態を制御する、
電子的電流制限回路。
【請求項2】
請求項１の電子的電流制限装置であって、前記高速遷移フィードバック回路が、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び前記パス要素を介する電流フローの前記大きさに比例する高速遷移フィードバック感知電流ＩＳＥＮＳＥ＿Ｆを生成するため、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される高速遷移電流感知要素、及び
ＩＳＥＮＳＥ＿Ｆを第１の基準電流と比較するため、及び第１の電流クランプ制御信号ＣＣ＿Ｆを生成するため、前記高速遷移電流感知要素の出力に通信可能に結合される第１の電流コンパレータ、
を含む、電子的電流制限回路。
【請求項3】
請求項２の電子的電流制限装置であって、前記高速遷移フィードバック回路が、
前記第１の基準電流との比較のためにレシオ（ratio）１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ_Ｆ）の第１の減衰された感知電流を生成するため、前記高速遷移電流感知要素と前記第１の電流コンパレータとの間に通信可能に結合される電流ミラー、
を含む、電子的電流制限回路。
【請求項4】
請求項２の電子的電流制限装置であって、前記高速遷移フィードバック回路が、
前記第１の電流クランプ制御信号ＣＣ＿Ｆを受け取るため、及び前記過電流状態に関連付けられる前記パス要素を介する前記電流フローの前記大きさを低減するために前記電圧レギュレーション制御入力信号の大きさを低減させるため、前記第１の電流コンパレータの出力に通信可能に結合される第１の過電流クランプ、
を含む、電子的電流制限回路。
【請求項5】
請求項１の電子的電流制限装置であって、前記プレシジョンフィードバック回路が、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び前記パス要素を介する電流フローの前記大きさに比例するプレシジョンフィードバック電流感知信号ＩＳＥＮＳＥ＿ＰＳを生成するため、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合されるプレシジョン電流感知要素、
プレシジョンフィードバック感知電流ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐを生成するため、前記プレシジョン電流感知要素の出力に通信可能に結合される第１の入力と電圧レギュレーション出力経路に通信可能に結合される第２の入力とを備えた要素マッチング回路、及び
前記第１の入力における信号に出力電圧を追跡させるため、及び前記パス要素と前記プレシジョン電流感知要素との間の少なくとも１つの構成要素特性ミスマッチを補償するため、前記要素マッチング回路の出力と前記第１の入力との間に通信可能に結合される負のフィードバック要素、
を含む、電子的電流制限回路。
【請求項6】
請求項５の電子的電流制限装置であって、前記プレシジョン電流感知要素が、前記パス要素の整数の半導体フィンガー比（fraction）である幾何学的サイズを有し、前記要素マッチング回路が信号コンパレータである、電子的電流制限回路。
【請求項7】
請求項５の電子的電流制限装置であって、前記プレシジョンフィードバック回路が、
前記プレシジョンフィードバック感知電流ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐを第２の基準電流と比較するため、及び第２の電流クランプ制御信号ＣＣ＿Ｐを生成するため、前記信号コンパレータの出力に通信可能に結合される第２の電流コンパレータ、
を含む、電子的電流制限回路。
【請求項8】
請求項７の電子的電流制限装置であって、前記プレシジョンフィードバック回路が、
前記第２の基準電流との比較のためにレシオ１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐ）の第２の減衰された感知電流をつくるため、前記信号コンパレータの前記出力と前記第２の電流コンパレータとの間に通信可能に結合される電流レシオ装置、
を含む、電子的電流制限回路。
【請求項9】
請求項７の電子的電流制限装置であって、前記プレシジョンフィードバック回路が、
前記第２の電流クランプ制御信号ＣＣ＿Ｐを受け取るため、及び前記過電流状態に関連付けられる前記パス要素を介する前記電流フローの前記大きさを低減するために前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるため、前記第２の電流コンパレータに通信可能に結合される第２の過電流クランプ、
を含む、電子的電流制限回路。
【請求項10】
電子的電流制限装置であって、
パストランジスタであって、ゲート端子において電圧レギュレーション制御入力経路上の電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び前記パストランジスタに関連付けられる電流チャネルを介する電流フローの大きさを可能にするための、前記パストランジスタであって、前記電流フローが前記電圧レギュレーション制御入力信号の大きさに比例する、前記パストランジスタ、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び過電流状態において前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるため、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される高速遷移フィードバック回路、及び
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び前記過電流状態において前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるため、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合されるプレシジョンフィードバック回路を含み、
前記プレシジョンフィードバック回路が、前記パストランジスタと前記プレシジョンフィードバック回路との間の少なくとも１つの構成要素特性ミスマッチを補償することによって、前記高速遷移フィードバック回路により提供される制御よりも精密に前記過電流状態を制御する、
電子的電流制限装置。
【請求項11】
請求項１０の電子的電流制限装置であって、前記高速遷移フィードバック回路が、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び前記パストランジスタを介する電流フローの前記大きさに比例する高速遷移感知電流ＩＳＥＮＳＥ＿Ｆを生成するため、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される高速遷移電流感知トランジスタ、
前記高速遷移感知電流ＩＳＥＮＳＥ＿Ｆ又は第１の減衰された感知電流１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ_Ｆ）の少なくとも一方の大きさが第１の基準電流Ｉ（ＲＥＦ_Ｆ）を超えるとき、前記過電流状態の間前記パストランジスタを介する前記電流フローの前記大きさを低減するために前記電圧レギュレーション制御入力信号をクランプするため、前記電圧レギュレーション制御入力経路にチャネル結合される第１の過電流クランプトランジスタ、及び
前記第１の基準電流Ｉ（ＲＥＦ＿Ｆ）を生成するため、前記第１の過電流クランプトランジスタのゲートに通信可能に結合される第１の基準電流源、
を含む、電子的電流制限装置。
【請求項12】
請求項１１の電子的電流制限装置であって、前記高速遷移フィードバック回路が、
電流ミラーソーストランジスタにおいてＩＳＥＮＳＥ＿Ｆを受け取るため、及び電流ミラー出力トランジスタの電流チャネルを介して第１の減衰された感知電流１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ_Ｆ）を生成するため、前記高速遷移電流感知トランジスタに通信可能に結合される電流ミラーであって、前記電流ミラー出力トランジスタの前記電流チャネルが、前記第１の基準電流源に直列に構成される、前記電流ミラー、
を含む、電子的電流制限装置。
【請求項13】
請求項１０の電子的電流制限装置であって、前記プレシジョンフィードバック回路が、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び前記パストランジスタを介する電流フローの前記大きさに比例するプレシジョンフィードバック電流感知信号ＩＳＥＮＳＥ＿ＰＳを生成するため、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合されるプレシジョン電流感知トランジスタ、
プレシジョンフィードバック感知電流ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐを生成するため、前記プレシジョン電流感知トランジスタの出力に通信可能に結合される第１の入力と電圧レギュレーション出力経路に通信可能に結合される第２の入力とを備えるオペレーショナルトランスコンダクタンス増幅器（ＯＴＡ）、及び
前記第１の入力における信号にレギュレータ出力電圧を追跡させるため、及び前記パストランジスタと前記プレシジョン電流感知トランジスタとの間の少なくとも１つの構成要素特性ミスマッチを補償するため、前記ＯＴＡの出力と前記第１の入力との間に通信可能に結合される特性マッチングフィードバックトランジスタ、
を含む、電子的電流制限装置。
【請求項14】
請求項１３の電子的電流制限装置であって、前記プレシジョン電流感知トランジスタが、前記パストランジスタの整数の半導体フィンガー比である幾何学的サイズを有する、電子的電流制限装置。
【請求項15】
請求項１３の電子的電流制限装置であって、前記プレシジョンフィードバック回路が、
第２の基準電流Ｉ（ＲＥＦ＿Ｐ）を生成するための第２の基準電流源、及び
プレシジョンループトランジスタであって、前記プレシジョンループトランジスタの前記ゲートにおいてＩＳＥＮＳＥ＿Ｐを受け取るため、及び、前記第２の基準電流Ｉ（ＲＥＦ＿Ｐ）との比較のために第２の減衰された感知電流１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐ）を生成するため、前記ＯＴＡの出力にゲート結合され、且つ、電圧レールと前記第２の基準電流源との間にチャネル結合される、前記プレシジョンループトランジスタ、
を含む、電子的電流制限装置。
【請求項16】
請求項１５の電子的電流制限装置であって、前記プレシジョンフィードバック回路が、
１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐ）がＩ（ＲＥＦ＿Ｐ）より大きいとき前記過電流状態の間導通するよう、及び前記過電流状態に関連付けられる前記パストランジスタを介する前記電流フローの前記大きさを低減するために前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるよう、駆動されるように前記第２の基準電流源と前記プレシジョンループトランジスタチャネルとの間のノードにゲート結合される第２の過電流クランプトランジスタ、
を含む、電子的電流制限装置。
【請求項17】
電流制限される電圧レギュレータであって、
パス要素であって、電圧レギュレーション制御入力経路上の電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るための、及び前記電圧レギュレーション制御入力信号の大きさに比例する、前記パス要素を介する電流フローの大きさを可能にするための、前記パス要素、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び過電流状態において前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるため、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される高速遷移フィードバック回路、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び前記過電流状態において前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるため、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合されるプレシジョンフィードバック回路であって、前記プレシジョンフィードバック回路が、前記パス要素と前記プレシジョンフィードバック回路の少なくとも１つの構成要素との間の構成要素特性ミスマッチを補正することによって、前記高速遷移フィードバック回路により提供される制御よりも精密に前記過電流状態を制御するためのものである、前記プレシジョンフィードバック回路、
電圧感知信号Ｖ（ＳＥＮＳＥ）を提供するため、前記電圧レギュレータの出力と電圧レールとの間に通信可能に結合される分圧器、及び
Ｖ（ＳＥＮＳＥ）を受け取るため、Ｖ（ＳＥＮＳＥ）を基準電圧入力と比較するため、及び前記電圧レギュレーション制御入力信号を生成するため、前記分圧器に通信可能に結合される電圧レギュレーションエラー増幅器、
を含む、電流制限される電圧レギュレータ。
【請求項18】
請求項１７の電流制限される電圧レギュレータであって、前記高速遷移フィードバック回路が、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び前記パス要素を介する電流フローの前記大きさに比例する高速遷移フィードバック感知電流ＩＳＥＮＳＥ＿Ｆを生成するため、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される高速遷移電流感知要素、
ＩＳＥＮＳＥ＿Ｆを第１の基準電流と比較するため、及び第１の電流クランプ制御信号ＣＣ＿Ｆを生成するため、前記高速遷移電流感知要素の出力に通信可能に結合される第１の電流コンパレータ、
前記第１の基準電流との比較のためにレシオ１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ_Ｆ）の第１の減衰された感知電流を生成するため、前記高速遷移電流感知要素と前記第１の電流コンパレータとの間に通信可能に結合される電流ミラー、及び
前記第１の電流クランプ制御信号ＣＣ＿Ｆを受け取るため、及び、前記過電流状態に関連付けられる前記パス要素を介する前記電流フローの前記大きさを低減するために前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるため、前記第１の電流コンパレータの出力に通信可能に結合される第１の過電流クランプ、
を含む、電流制限される電圧レギュレータ。
【請求項19】
請求項１７の電流制限される電圧レギュレータであって、前記プレシジョンフィードバック回路が、
前記電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び前記パス要素を介する電流フローの前記大きさに比例するプレシジョンフィードバック電流感知信号ＩＳＥＮＳＥ＿ＰＳを生成するため、前記電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合されるプレシジョン電流感知要素、
プレシジョンフィードバック感知電流ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐを生成するため、前記プレシジョン電流感知要素の出力に通信可能に結合される第１の入力と電圧レギュレーション出力経路に通信可能に結合される第２の入力とを備えた信号コンパレータ、及び
前記第１の入力における信号に出力電圧を追跡させるため、及び前記パス要素と前記プレシジョン電流感知要素との間の少なくとも１つの構成要素特性ミスマッチを補償するため、前記信号コンパレータの出力と前記第１の入力との間に通信可能に結合される負のフィードバック要素、
を含む、電流制限される電圧レギュレータ。
【請求項20】
請求項１９の電流制限される電圧レギュレータであって、前記プレシジョンフィードバック回路が、
前記プレシジョンフィードバック感知電流ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐを第２の基準電流と比較するため、及び第２の電流クランプ制御信号ＣＣ＿Ｐを生成するため、前記信号コンパレータの出力に通信可能に結合される第２の電流コンパレータ、及び
前記第２の基準電流との比較のためにレシオ１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐ）の第２の減衰された感知電流をつくるため、前記信号コンパレータの前記出力と前記第２の電流コンパレータとの間に通信可能に結合される電流レシオ装置、及び
前記第２の電流クランプ制御信号ＣＣ＿Ｐを受け取るため、及び前記過電流状態に関連付けられる前記パス要素を介する前記電流フローの前記大きさを低減するために前記電圧レギュレーション制御入力信号の前記大きさを低減させるため、前記第２の電流コンパレータに通信可能に結合される第２の過電流クランプ、
を含む、電流制限される電圧レギュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は概して電子回路要素に関し、特に電子的電流制限装置に関連する。
【背景技術】
【0002】
電子的電力供給レギュレータには、過電流保護回路要素を含むものがあり得る。過電流保護は、短絡回路、又はレギュレータ出力での重負荷状態の事象において、特にパワートランジスタ出力段など、レギュレータ構成要素の破局的な故障を防ぎ得る。
【0003】
幾つかの電力供給レギュレータは、過駆動状態を感知するために感知トランジスタを用い得、過駆動状態が存在する間にパワー出力段への駆動信号を一時的に低減するために電流クランプ用い得る。しかし、感知トランジスタベースの電流クランプは慣例的に直流（ＤＣ）精度が劣る。劣った精度は、チャネル長さ調整効果、パス要素マッチングに対する感知要素、並びに、プロセス、電源、及び／又は温度（ＰＶＴ）における変動、の組み合わせに起因し得る。
【発明の概要】
【0004】
記載される例において、電圧レギュレーション制御入力経路上の電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び電圧レギュレーション制御入力信号の大きさに比例するパス要素を介する電流フローの大きさを可能にするため、電子的電流制限装置がパス要素を含む。電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び過電流状態において電圧レギュレーション制御入力信号の大きさを低減させるため、高速遷移フィードバック回路が電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される。電圧レギュレーション制御入力信号を受け取るため、及び過電流状態において電圧レギュレーション制御入力信号の大きさを低減させるため、プレシジョンフィードバック回路が電圧レギュレーション制御入力経路に通信可能に結合される。プレシジョンフィードバック回路は、パス要素とプレシジョンフィードバック回路の少なくとも１つの構成要素との間の構成要素特性ミスマッチを補正することによって、高速遷移フィードバック回路により提供される制御よりも精密に過電流状態を制御する。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【図1】第１の例示の実施例に従った、電子的電流制限装置のブロック図である。
【0006】
【図2】第２の例示の実施例に従った、電子的電流制限装置のブロック図である。
【0007】
【図3】例示の実施例に従った、電子的電流制限装置の回路図である。
【0008】
【図4】例示の実施例に従った、電流制限された電圧レギュレータのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
図１及び図２は、第１及び第２の例示の実施例に従った、電子的電流制限装置１００及び２００のブロック図である。電流制限装置１００及び２００はパス要素１１０を含む。パス要素１１０は、電流制限装置２００においてパワーＭＯＳＦＥＴ２１５として具現化される。パス要素１１０は、電圧レギュレーション制御入力経路１１５上の電圧レギュレーション制御入力信号１１４を受け取る。パス要素１１０は、電圧レギュレーション制御入力信号１１４の大きさに比例するパス要素１１０の電流チャネルを介する電流フローの大きさを可能にする。また、電流制限装置１００及び２００はいずれも、並列に動作する高速遷移フィードバック回路１１８及びプレシジョンフィードバック回路１２４を含む。
【0010】
高速遷移フィードバック回路１１８は、電圧レギュレーション制御入力経路１１５に通信可能に結合される。高速遷移フィードバック回路１１８は、電圧レギュレーション制御入力信号１１４を受け取り、過電流状態において経路１１５上の電圧レギュレーション制御入力信号１１４の大きさを減少させる。高速遷移フィードバック回路１１８は、電圧レギュレーション制御入力経路１１５に通信可能に結合される高速遷移電流感知要素１２８を含む。高速遷移電流感知要素１２８は、電圧レギュレーション制御入力信号１１４を受け取り、高速遷移フィードバック感知電流ＩＳＥＮＳＥ＿Ｆを生成する。ＩＳＥＮＳＥ＿Ｆは、パス要素１１０を介する電流フローの大きさに比例する。
【0011】
図１において、電流制限装置１００の高速遷移フィードバック回路１１８は、高速遷移電流感知要素１２８の出力に通信可能に結合される第１の電流コンパレータ１３５を含む。第１の電流コンパレータ１３５は、ＩＳＥＮＳＥ＿Ｆを第１の基準電流Ｉ（ＲＥＦ＿Ｆ）と比較し、第１の電流クランプ制御信号ＣＣ＿Ｆを生成する。
【0012】
高速遷移フィードバック回路１１８の幾つかの実施例が、電流制限装置２００のための図２に示すように、電流ミラー２１０を含む。電流ミラー２１０は、高速遷移電流感知要素１２８と第１の電流コンパレータ１３５との間に通信可能に結合される。電流ミラー２１０は、第１の基準電流Ｉ（ＲＥＦ＿Ｆ）との比較のため、レシオ（ratio）１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ_Ｆ）の第１の減衰された感知電流を生成する。
【0013】
また、高速遷移フィードバック回路１１８は、第１の電流コンパレータ１３５の出力に通信可能に結合される第１の過電流クランプ１５０を含む。第１の過電流クランプ１５０は、第１の電流クランプ制御信号ＣＣ＿Ｆを受け取る。ＣＣ＿Ｆに応答して、第１の過電流クランプ１５０は、電圧レギュレータ制御入力経路１１５をクランプするため、及び電圧レギュレーション制御入力信号１１４の大きさを低減させるため、導通する。その結果、過電流状態に関連付けられるパス要素１１０を介する電流の大きさが減少する。
【0014】
更に、電流制限装置１００及び２００は、電圧レギュレーション制御入力経路１１５に通信可能に結合されるプレシジョンフィードバック回路１２４を含む。プレシジョンフィードバック回路１２４は、パス要素１１０／パストランジスタ２１５を介する電流フローの大きさを表すものとして電圧レギュレーション制御入力信号１１４を受け取る。プレシジョンフィードバック回路１２４は、過電流状態において電圧レギュレーション制御入力信号１１４の大きさを低減させるため、高速遷移フィードバック回路１１８に並列に動作する。反応するのは遅いが（？）、プレシジョンフィードバック回路１２４は、高速遷移フィードバック回路１１８により提供される制御よりも精密に過電流状態を制御することができる。プレシジョンフィードバック回路１２４は、パス要素１１０／パストランジスタ２１５と、プレシジョンフィードバック回路１２４の１つ又は複数の構成要素との間の１つ又は複数の構成要素特性ミスマッチを補正することによって一層精密な制御をもたらす。
【0015】
プレシジョンフィードバック回路１２４は、プレシジョン電流感知要素１５５を含む。幾つかの実施例において、プレシジョン電流感知要素１５５は、パス要素１１０／パストランジスタ２１５の整数の半導体フィンガー比（fraction）である幾何学的サイズを用いて実装される。そうすることにより、プレシジョン電流感知要素１５５とパス要素１１０／パストランジスタ２１５との間の特性マッチングを高めることができる。
【0016】
プレシジョン電流感知要素１５５は、電圧レギュレーション制御入力経路１１５に通信可能に結合される。プレシジョン電流感知要素１５５は、電圧レギュレーション制御入力信号１１４を受け取り、プレシジョンフィードバック電流感知信号ＩＳＥＮＳＥ＿ＰＳを生成する。ＩＳＥＮＳＥ＿ＰＳは、パス要素１１０／パストランジスタ２１５を介する電流フローの大きさに比例する。
【0017】
図１において、電流制限装置１００のプレシジョンフィードバック回路１２４は、要素マッチング回路１５８を含む。要素マッチング回路１５８の第１の入力１６０が、プレシジョン電流感知要素１５５の出力に通信可能に結合される。第２の入力１６１が、電圧レギュレーション出力経路１６２に通信可能に結合される。負のフィードバック要素１６５が、要素マッチング回路１５８の出力１６８と第１の入力１６０との間に通信可能に結合される。内部フィードバックループ１７３が、そのように形成され、第１の入力１６０における信号に、レギュレーション出力経路１６２における電圧を追跡させる。パス要素１１０とプレシジョン電流感知要素１５５との間の１つ又は複数の構成要素特性ミスマッチが、内部フィードバックループ１７３を介して補償される。
【0018】
再び図２を参照すると、電流制限装置２００は、電流制限装置１００のループ１７３の代わりに、構成要素特性マッチング内部ループ２３０を含む。装置２００は、プレシジョン電流感知要素１５５の出力に通信可能に結合される第１の入力２４０を備えた信号コンパレータ２３５を含む。第２の入力２４１が、電圧レギュレーション出力経路１６２に通信可能に結合される。また、プレシジョンフィードバック回路１２４は、信号コンパレータ２３５の出力と第１の入力２４０との間に通信可能に結合される負のフィードバック要素１６５を含む。内部ループ２３０は、第１の入力２４０における信号に、レギュレータ出力経路１６２における電圧を追跡させる。そうすることにより、パストランジスタ２１５とプレシジョン電流感知要素１５５との間の特性ミスマッチが補償される。
【0019】
信号コンパレータ２３５は、プレシジョンフィードバック感知電流ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐを生成する。プレシジョンフィードバック回路１２４の幾つかの実施例は、信号コンパレータ２３５の出力に結合される電流レシオ装置２５０を含む。電流レシオ装置２５０は、ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐを因数Ｎで割り、第２の減衰された感知電流１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐ）が得られる。電流レシオ装置２５０は、相互接続される段間の幾何学的フィンガーサイズレシオである、１つ又は複数の電流ミラー、及びその他の方法を用いて実装され得る。
【0020】
更に、プレシジョンフィードバック回路１２４は、第２の電流コンパレータ１８０を含む。第２の電流コンパレータ１８０は、図１の電流制限装置１００の場合、要素マッチング回路１５８の出力１６８に通信可能に結合される。第２の電流コンパレータ１８０は、図２の電流制限装置２００の場合、信号コンパレータ２３５の出力に又は電流レシオ装置２５０の出力に通信可能に結合される。適用可能なように、プレシジョンフィードバック感知電流ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐ又は第２の減衰されたフィードバック感知電流１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐ）のいずれかが、第２の基準電流Ｉ（ＲＥＦ＿Ｐ）と比較される。過電流状態の事象において第２の電流コンパレータ１８０の出力で第２の電流クランプ制御信号ＣＣ＿Ｐが生成される。
【0021】
また、プレシジョンフィードバック回路１２４は、第２の電流コンパレータ１８０に通信可能に結合される第２の過電流クランプ１８５を含む。第２の過電流クランプ１８５は、第２の電流クランプ制御信号ＣＣ＿Ｐを受け取り、電圧レギュレーション制御入力信号１１４の大きさを減少させる。その結果、電流制限装置１００（図１）のパス要素１１０を介して及び／又は電流制限装置２００（図２）のパストランジスタ２１５を介して流れる過電流の大きさが低減される。
【0022】
図３は、例示の実施例に従った、電子的電流制限装置３００の回路図である。電流制限装置３００はパストランジスタ２１５を含む。パストランジスタ２１５は、ゲート端子３１０において電圧レギュレーション制御入力信号１１４を受け取る。パストランジスタ２１５は、電圧レギュレーション制御入力信号１１４の大きさに比例するパストランジスタ２１５に関連付けられる電流チャネルを介する電流フローの大きさを可能にする。また、電流制限装置３００は、高速遷移フィードバック回路３１５及びプレシジョンフィードバック回路３１８を含む。高速遷移フィードバック回路３１５及びプレシジョンフィードバック回路３１８は、まず最速立ち上がり時間電流遷移を制御するため、及びその後、プレシジョンフィードバック回路３１８が関与（engage）するにつれて一層精密に過電流を制御するため、並列に動作する。
【0023】
高速遷移フィードバック回路３１５は、電圧レギュレーション制御入力信号１１４を受け取るため電圧レギュレーション制御入力経路１１５に通信可能に結合される。高速遷移フィードバック回路３１５は、電圧レギュレーション制御入力信号１１４の大きさからパストランジスタ２１５を介して流れる電流の大きさを解読する。高速遷移フィードバック回路３１５は、過電流状態において電圧レギュレーション制御入力信号１１４の大きさを低減させ、それにより、パストランジスタ２１５への駆動を低減させ、過電流状態が緩和される。
【0024】
高速遷移フィードバック回路３１５は、電圧レギュレーション制御入力経路１１５にゲート結合される高速遷移電流感知トランジスタ３２２を含む。電流感知トランジスタ３２２は、電圧レギュレーション制御入力信号１１４を受け取り、高速遷移感知電流ＩＳＥＮＳＥ＿Ｆを生成する。ＩＳＥＮＳＥ＿Ｆは、パストランジスタ２１５を介する電流フローの大きさに比例する。幾つかの実施例において、高速遷移フィードバック回路３１５は、高速遷移電流感知トランジスタ３２２に通信可能に結合されるＮレシオ電流ミラー３２５を含む。Ｎレシオ電流ミラー３２５は、電流ミラーソーストランジスタ３２８においてＩＳＥＮＳＥ＿Ｆを受け取る。
【0025】
電流ミラー３２５は、電流ミラー出力トランジスタ３３３の電流チャネルを介する第１の減衰された感知電流１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ_Ｆ）を生成する。ＩＳＥＮＳＥ＿Ｆ、又は、電流ミラー３２５実装の場合の１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ_Ｆ）は、第１の基準電流Ｉ（ＲＥＦ＿Ｆ）と比較される。第１の基準電流Ｉ（ＲＥＦ＿Ｆ）は、第１の基準電流源３３７により生成される。第１の電流基準ソース３３７は、電流ミラー出力トランジスタ３３３の電流チャネルに直列に結合される。
【0026】
また、高速遷移フィードバック回路３１５は、第１の過電流クランプトランジスタ３４０を含む。第１の過電流クランプトランジスタ３４０は、第１の基準電流源３３７と電流ミラー出力トランジスタ３３３の電流チャネルとの間のノード３４１にゲート結合される。過電流状態において、第１の減衰された感知電流１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ_Ｆ）は第１の基準電流Ｉ（ＲＥＦ＿Ｆ）を超え、クランプトランジスタ３４０のゲート３４３を低にプルさせる。従って、第１の過電流クランプトランジスタ３４０は、入力経路１１５上の電圧レギュレーション制御入力信号１１４を導通及びクランプする。パストランジスタ２１５のゲート３１０は、パストランジスタ２１５を介する電流フローの大きさを低減するためクランプされ、それにより、過電流状態が緩和される。
【0027】
更に、電流制限装置３００は、プレシジョンフィードバック回路３１８を含み、プレシジョンフィードバック回路３１８は、電圧レギュレーション制御入力信号１１４を受け取るため電圧レギュレーション制御入力経路１１５に通信可能に結合される。プレシジョンフィードバック回路３１８は、過電流状態において電圧レギュレーション制御入力信号１１４の大きさを、高速遷移フィードバック回路３１５により提供される制御よりも精密に低減させる。プレシジョンフィードバック回路３１８は、パストランジスタ２１５とプレシジョンフィードバック回路３１８との間の１つ又は複数の構成要素特性ミスマッチを補償することによって一層精密に動作する。
【0028】
プレシジョンフィードバック回路３１８は、電圧レギュレーション制御入力経路１１５に通信可能に結合されるプレシジョン電流感知トランジスタ３５０を含む。プレシジョン電流感知トランジスタ３５０は、パストランジスタ２１５を介する電流フローの大きさを表すものとして電圧レギュレーション制御入力信号１１４を受け取る。プレシジョン電流感知トランジスタ３５０は、パストランジスタ２１５を介する電流フローの大きさに比例する、プレシジョンフィードバック電流感知信号ＩＳＥＮＳＥ＿ＰＳを生成する。
【0029】
幾つかの実施例において、プレシジョン電流感知トランジスタ３５０は、パストランジスタ２１５の整数の半導体フィンガー比である幾何学的サイズとなるように製造される。そうすることにより、これら２つのデバイス間の特性マッチングを高めることができる。
【0030】
また、プレシジョンフィードバック回路３１８はＯＴＡ３５５を含む。ＯＴＡ３５５の第１の入力３５８が、プレシジョン電流感知トランジスタ３５０の出力に通信可能に結合される。ＯＴＡ３５５の第２の入力３６２が、電圧レギュレーション出力経路１６２に通信可能に結合される。ＯＴＡ３５５は、出力３６８上にプレシジョンフィードバック感知電流ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐを生成する。
【0031】
更に、プレシジョンフィードバック回路３１８は、特性マッチングフィードバックトランジスタ３６５を含む。フィードバックトランジスタ３６５は、ＯＴＡの出力３６８にゲート結合され、第１のＯＴＡ入力３５８に結合される電流チャネルである。ＯＴＡ３５５及びフィードバックトランジスタ３６５は、プレシジョンフィードバック回路３１８内の内部構成要素マッチングループ３７２として動作する。内部マッチングループ３７２は、第１のＯＴＡ入力３５８における信号にレギュレータ出力電圧を追跡させ、それにより、パストランジスタ２１５とプレシジョン電流感知トランジスタ３５０との間の１つ又は複数の構成要素特性ミスマッチを補償させる。
【0032】
また、プレシジョンフィードバック回路３１８は、第２の基準電流源３７５を含む。第２の基準電流源３７５は、第２の基準電流Ｉ（ＲＥＦ＿Ｐ）を生成する。プレシジョンループトランジスタ３８０が、ＯＴＡ３５５の出力３６８にゲート結合され、電圧レール３８３と第２の基準電流源３７５との間にチャネル結合される。プレシジョンループトランジスタ３８０は、そのゲート３８５でＩＳＥＮＳＥ＿Ｐを受け取り、第２の基準電流Ｉ（ＲＥＦ＿Ｐ）との比較のため第２の減衰された感知電流１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐ）を生成する。
【0033】
また、プレシジョンフィードバック回路３１８は、第２の過電流クランプトランジスタ３９０を含む。クランプトランジスタ３９０は、第２の基準電流源３７５とプレシジョンループトランジスタ３８０の電流チャネルとの間のノード３９２にゲート結合される。クランプトランジスタ３９０は、第２の減衰された感知電流１／Ｎ（ＩＳＥＮＳＥ＿Ｐ）が第２の基準電流Ｉ（ＲＥＦ＿Ｐ）より大きいとき過電流状態の間導通するように駆動され、ノード３９２を低にプルさせる。クランプトランジスタ３９０の導通は、電圧レギュレーション制御入力信号１１４の大きさを低減させる。その結果、過電流状態に関連付けられるパストランジスタ２１５を介する過剰な電流フローが減少する。
【0034】
図３において説明され及び図示される電流制限装置３００は、電圧レールＶ（ＩＮ）３９５及び接地３８３に適したＰＭＯＳ及びＮＭＯＳトランジスタで実装される。ＮＭＯＳ及びＰＭＯＳトランジスタの他の組み合わせが、他の電圧レール対に適しており、ＭＯＳＦＥＴ以外のトランジスタタイプ（例えば、バイポーラトランジスタタイプ）が可能である。
【0035】
図４は、例示の実施例に従った、電流制限された電圧レギュレータ４００のブロック図である。電流制限された電圧レギュレータ４００は、図２に関連して説明したように配される、電流制限装置２００に関連付けられる要素を含む。
【0036】
また、電流制限された電圧レギュレータ４００は分圧器４１０を含む。分圧器４１０は、出力電圧感知信号Ｖ（ＳＥＮＳＥ）を提供するため電圧レギュレータ４００の出力１６２と電圧レール３８３との間に通信可能に結合される。更に、電圧レギュレータ４００は、分圧器４１０に通信可能に結合される電圧レギュレーションエラー増幅器４２０を含む。エラー増幅器４２０は、Ｖ（ＳＥＮＳＥ）を受け取り、Ｖ（ＳＥＮＳＥ）を基準電圧入力Ｖ（ＲＥＦ）と比較し、電圧レギュレーション制御入力信号１１４を生成する。
【0037】
本明細書に記載の装置は、場合によっては、電流制限された電圧レギュレーション装置以外の応用例において有用である。電子的電流制限装置１００、２００、及び３００の、及び電流制限された電圧レギュレーション装置４００の例が種々の実施例の構造の一般的な理解を提供し、これらは、レセプタクルパワーコンバータ、コンピュータにおいて用いられる電子回路要素、通信及び信号処理回路要素、シングルプロセッサ又はマルチプロセッサモジュール、単一又は複数の埋め込みプロセッサ、マルチコアプロセッサ、データスイッチ、及び、特に、多層、マルチチップモジュールを含む特定用途向けモジュール、に用いるための半導体アナログ及びデジタル回路に組み込まれ得る。このような装置及びシステムはまた、テレビ、携帯電話、パーソナルコンピュータ（例えば、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、タブレットコンピュータ）、ワークステーション、ラジオ、ビデオプレーヤ、オーディオプレーヤ（例えば、ＭＰ３（Motion Picture Experts Group, Audio Layer 3）プレーヤ）、車両、医療デバイス（例えば、心拍モニタ、血圧モニタ）、セットトップボックスなどの、種々の電子的システム内のサブ構成要素として含まれ得る。
【0038】
記載される例において、装置は、電子的電圧レギュレータに含まれ得るなどの、高速遷移プレシジョン電流リミッタを実装する。電流リミッタは、２つの電流感知要素／電流クランプ制御ループを含む。高速応答時間制御ループが、まず電流スパイクに関与し（engage）、クランプする。その後、プレシジョン制御ループが、パストランジスタを含む、パス要素の特性に対してプレシジョン電流感知要素の構成要素電気的特性をマッチングさせることにより、プログラムされたセットポイントに出力電流を一層精密にクランプするように関与する。
【0039】
制御ループの各々は、電圧レギュレーション制御入力に結合される電流感知要素を含む。電圧レギュレーション制御回路要素が、過電流状態を電圧レギュレータ出力端子における電圧降下として感知する。電圧レギュレーション制御回路要素は、電圧レギュレータからの電流がそれを介して負荷へと流れるパス要素への電圧レギュレーション制御駆動信号の大きさを増大させることによって応答する。従って、電圧レギュレーション制御駆動信号の大きな増大は過電流状態を示す。これら２つの電流制限制御ループに関連付けられる感知要素は、電圧レギュレーション制御駆動信号の増大を過電流条件として感知する。
【0040】
プレシジョン制御ループは、プレシジョン電流感知要素を線形化するため内部ループを含む。内部ループは、プレシジョン感知要素のドレイン−ソース電圧（ＶＤＳ）に、レギュレータパス要素のＶＤＳを追跡させる。一層精密なクランピングオペレーションが生じる。プレシジョン制御ループが関与する一方で高速応答時間制御ループが保護回路要素に並列に動作するため、全体的な速度は犠牲にならない。線形化ループは要素マッチング回路を含み、要素マッチング回路は、幾つかの実施例において、オペレーショナルトランスコンダクタンス増幅器（ＯＴＡ）などの信号コンパレータとして実装され得る。このコンパレータは、コンパレータ入力におけるレギュレータ出力電圧を感知し、出力信号を生成し、これは、第２のコンパレータ入力にフィードバックされると、第２のコンパレータ入力電圧にレギュレータ出力電圧を追跡させる。
【0041】
線形化ループは効果的にプレシジョン電流感知要素にレギュレータ出力パス要素のＶＤＳを追随させる。コンパレータは、選択されたクランピングポイントを表すプレシジョン基準ソースと比較されるべき一層精密なプレシジョン感知信号を生成する。一層精密なクランピングオペレーションが生じる。プレシジョン制御ループが関与する一方で高速応答時間クランピングループが保護回路要素に並列に動作するため、全体的な速度は犠牲にならない。
【0042】
本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得、多くの他の実施例が可能である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【国際調査報告】

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