特表2019-531690IP 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2019-531690(P2019-531690A)
(43)【公表日】2019年10月31日
(54)【発明の名称】低電力から高電力への遷移モードを備える電力供給
(51)【国際特許分類】
   H02M 3/155 20060101AFI20191004BHJP
【ＦＩ】
   H02M3/155 H
【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2019-520828(P2019-520828)
(86)(22)【出願日】2017年10月18日
(85)【翻訳文提出日】2019年6月18日
(86)【国際出願番号】US2017057263
(87)【国際公開番号】WO2018075687
(87)【国際公開日】20180426
(31)【優先権主張番号】15/296,839
(32)【優先日】2016年10月18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,ST,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,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,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
(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
(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】ガンキアン ザン
(72)【発明者】
【氏名】ヴァブハヴ ガーグ
(72)【発明者】
【氏名】シャオチュン ザオ
(72)【発明者】
【氏名】アンジェロ ダブリュー ディー ペレイラ
(72)【発明者】
【氏名】ヴィジャヤラクシュミ デヴァラジャン
【テーマコード（参考）】
5H730
【Ｆターム（参考）】
5H730AS01
5H730AS04
5H730AS05
5H730BB13
5H730BB14
5H730BB57
5H730BB83
5H730BB88
5H730BB98
5H730DD04
5H730EE13
5H730EE58
5H730EE59
5H730FD01
5H730FD51
5H730FF02
5H730FG05
(57)【要約】
一例が、スイッチング電源（１００）を含む。スイッチング電源（１００）は、電力段（１１６）、フィードバックループ（１２０）、及びシミュレートされたフィードバック誤差生成器（１１４）を含む。電力段（１１６）は、スイッチング信号（ＶＲＥＦ）に応答して出力信号（ＶＯＵＴ）を提供する。フィードバックループ（１２０）は、出力信号（ＶＯＵＴ）を監視し、出力信号（ＶＯＵＴ）をレギュレートするようにスイッチング信号（ＶＲＥＦ）を調節するためフィードバック誤差信号を提供する。シミュレートされたフィードバック誤差生成器（１１４）は、フィードバックループ（１２０）が、フィードバック誤差信号を提供するために充分な時間を有するまで、スイッチング電源（１００）の低電力モードから高電力モードへの遷移期間の間、シミュレートされたフィードバック誤差信号を一時的に提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スイッチング電源であって、
スイッチング信号に応答して出力信号を提供する電力段、
前記出力信号を監視し、前記出力信号をレギュレートするために前記スイッチング信号を調節するためのフィードバック誤差信号を提供する、フィードバックループ、及び
前記フィードバックループが前記フィードバック誤差信号を提供するために充分な時間を有するまで、前記スイッチング電源の前記低電力モードから高電力モードへの遷移期間の間、シミュレートされたフィードバック誤差信号を一時的に提供するシミュレートされたフィードバック誤差生成器、
を含む、スイッチング電源。
【請求項2】
請求項１に記載のスイッチング電源であって、前記フィードバックループが、高電力モードの間、前記スイッチング電源のデューティサイクルを設定するために前記フィードバックループにおける誤差を監視する、スイッチング電源。
【請求項3】
請求項１に記載のスイッチング電源であって、更に、低電力モードの間前記フィードバックループをディセーブルし、低電力モードの間前記スイッチング信号を前記電力段に供給する、低電力モードコントローラを含む、スイッチング電源。
【請求項4】
請求項３に記載のスイッチング電源であって、前記シミュレートされたフィードバック誤差信号を提供するための遷移期間の間、前記低電力モードコントローラが、前記シミュレートされたフィードバック誤差生成器をイネーブルする、スイッチング電源。
【請求項5】
請求項３に記載のスイッチング電源であって、更に、前記低電力モード及び前記遷移期間の間、前記フィードバックループを短絡させるための前記フィードバックループにおけるスイッチを含む、スイッチング電源。
【請求項6】
請求項１に記載のスイッチング電源であって、前記フィードバックループが、電圧フィードバックループ及び電流フィードバックループ両方を更に含み、前記出力信号の電圧を調節するため前記電圧フィードバックループが前記スイッチング電源のデューティサイクルを改変し、前記出力信号の電流を調節するため前記電流ループフィードバックループが前記デューティサイクルを改変する、スイッチング電源。
【請求項7】
請求項１に記載のスイッチング電源であって、更に、事前確立された最小電圧と事前確立された最大電圧との間で前記フィードバックループをクランプするための電圧クランプを含む、スイッチング電源。
【請求項8】
請求項１に記載のスイッチング電源であって、前記シミュレートされたフィードバック誤差生成器が、前記スイッチング電源の温度、前記スイッチング電源に印加される基準電圧、及び前記スイッチング電源のスイッチング周波数のうち少なくとも一つに基づき、遷移期間の間、前記シミュレートされたフィードバック誤差信号を決定する、スイッチング電源。
【請求項9】
請求項１に記載のスイッチング電源を含む自動車。
【請求項10】
スイッチング電源のための出力信号を提供するための方法であって、前記方法が、
スイッチング信号に応答して前記出力信号を生成すること、
前記出力信号を継続的にレギュレートするために前記スイッチング信号を調節するために、前記出力信号に関連付けられるフィードバック誤差信号を提供すること
低電力モードの間前記フィードバック誤差信号をディセーブルすること、
前記低電力モードの間、低電力スイッチング信号を電力段に供給すること、及び、
前記フィードバック誤差信号に関連付けられる回路要素が遷移して前記フィードバック誤差信号の提供に戻るまで、前記スイッチング電源の前記低電力モードから高電力モードへの遷移期間の間、シミュレートされたフィードバック誤差信号を一時的に提供すること、
を含む、方法。
【請求項11】
請求項１０に記載の方法であって、更に、前記高電力モードの間、前記スイッチング電源のデューティサイクルを設定するため前記フィードバック誤差信号を監視することを含む、方法。
【請求項12】
請求項１１に記載の方法であって、更に、前記高電力モードの間、前記フィードバック誤差信号に基づいて前記出力信号の電圧を調節するため前記スイッチング電源の前記デューティサイクルを設定することを含む、方法。
【請求項13】
請求項１１に記載の方法であって、更に、前記高電力モードの間、前記フィードバック誤差信号に基づいて前記出力信号の電流を調節するため前記スイッチング電源の前記デューティサイクルを設定することを含む、方法。
【請求項14】
請求項１０に記載の方法であって、更に、前記低電力モード及び前記遷移期間の間、前記スイッチング電源のフィードバックループを短絡させることを含む、方法。
【請求項15】
請求項１０に記載の方法であって、更に、事前確立された最小電圧と事前確立された最大電圧との間で前記スイッチング電源のフィードバックループをクランピングすることを含む、方法。
【請求項16】
請求項１０に記載の方法であって、更に、前記スイッチング電源の温度、前記スイッチング電源に印加される基準電圧、及び前記スイッチング電源のスイッチング周波数のうち少なくとも一つに基づき、前記遷移期間の間、前記シミュレートされたフィードバック誤差信号を決定することを含む、方法。
【請求項17】
請求項１０に記載の方法であって、更に、前記低電力モード及び前記遷移期間の間、前記スイッチング電源の電流ループ増幅器及び電圧ループ増幅器を短絡させることを含む、方法。
【請求項18】
スイッチング電源であって、
高電力モードの間、前記スイッチング電源により生成される電圧誤差の量を示す電圧誤差振幅電圧を生成するための電圧ループ増幅器、
高電力モードの間、前記スイッチング電源により生成される電流誤差の量を示す電流誤差振幅電圧を生成するための電流ループ増幅器、
前記スイッチング電源の低電力モード及び前記高電力モード間の遷移期間の間、プリチャージ電圧を決定して電流ループ増幅器の出力に印加するためのプリチャージ電圧生成器であって、前記高電力モードへの変更が、遷移期間の間印加される前記プリチャージ電圧をディセーブルする、前記プリチャージ電圧生成器、
前記遷移期間から前記高電力モードに変更するとき前記電流ループ増幅器の出力から前記プリチャージ生成器を切り替え可能に切断するための、前記プリチャージ電圧生成器の出力におけるスイッチ、及び
前記低電力モードと前記高電力モードとの間の遷移期間の間、電流振幅電圧を前記電圧ループ増幅器の前記出力に印加するための電流感知要素、
を含み、
前記高電力モードへの変更が、遷移期間の間、前記電流感知要素により印加される前記電流振幅電圧をディセーブルする、
スイッチング電源。
【請求項19】
請求項１８に記載のスイッチング電源であって、前記プリチャージ電圧生成器が、前記デバイスの温度、前記デバイスに対する基準電圧、及び前記デバイスのスイッチング周波数のうち少なくとも一つに基づき、前記遷移期間の間、前記プリチャージ電圧を決定する、スイッチング電源。
【請求項20】
請求項１８に記載のスイッチング電源であって、前記低電力モード及び前記遷移期間の間、前記電圧ループ増幅器を短絡させるため、前記電圧ループ増幅器の入力における第２のスイッチを更に含む、スイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概して電力供給に関し、更に特定して言えば、低電力から高電力への遷移モードを備える電力供給に関連する。
【背景技術】
【0002】
スイッチングモード電力供給（ＳＭＰＳ）は、効率的に電力を変換するためスイッチングレギュレータを組み込む電子的電力供給である。ＳＭＰＳは、ＤＣ又はＡＣ源から、オートモーティブ電子機器などのＤＣ負荷へ電力を搬送する一方で、電圧及び電流特性を変換する。線形電力供給とは異なり、ＳＭＰＳは、低放散、フルオン、及びフルオフ状態間で継続的に切り替え、高放散遷移において消費する時間が非常に短く、無駄になるエネルギーが最小化される。電圧レギュレーションは、オン対オフ時間の比を変えることによって達成される。これに対し、線形電力供給は、電力を継続的に消散させることによって出力電圧をレギュレートする。この一層高い電力変換効率は、ＳＭＰＳの重要な利点である。
【0003】
ＳＭＰＳに関する一般的な問題点は、コントローラは、負荷電流に関わらず固定量の電力を消費するので、負荷電流が低いとき電力効率が非常に低い点である。この場合に効率を改善するため、通常の（高電力）フィードバックループにおける機能ブロックをシャットダウンさせるために、低電力モードオペレーションが付加され得る一方で、シンプルで低電流のコントローラでレギュレートされた出力を保つ。低電力モードは、負荷電流が低いとき通常のコントローラの電力消費をなくすのを助ける。しかし、低電力モードから高電力モードへの遷移は、２つのモードのハンドオーバーがスムーズではない場合、出力電圧オーバーシュート又はディップ（dip）を起こし得る。
【発明の概要】
【0004】
例示の一つは、スイッチング電源を含む。スイッチング電源は、電力段、フィードバックループ、及びシミュレートされたフィードバック誤差生成器を含む。電力段は、スイッチング信号に応答して出力信号を提供する。フィードバックループは、出力信号を監視し、出力信号をレギュレートするためにスイッチング信号を調節するためフィードバック誤差信号を提供する。シミュレートされたフィードバック誤差生成器は、フィードバックループがフィードバック誤差信号を提供するために充分な時間を有するまで、スイッチング電源の低電力モードから高電力モードへの遷移期間の間、シミュレートされたフィードバック誤差信号を一時的に提供する。
【0005】
別の例が、スイッチング電源のための出力信号を提供するための方法を含む。この方法は、スイッチング信号に応答して出力信号を生成すること、出力信号を継続的にレギュレートするためにスイッチング信号を調節するため出力信号に関連付けられるフィードバック誤差信号を提供すること、低電力モードの間、フィードバック信号をディセーブルすること、低電力モードの間、低電力スイッチング信号を電力段に供給すること、及び、フィードバック信号に関連する回路要素がフィードバック信号の提供に遷移するまで、スイッチング電源の低電力モードから高電力モードへの遷移期間の間、シミュレートされたフィードバック誤差信号を一時的に提供することを含む。
【0006】
別の例が、別のスイッチング電源を含む。スイッチング電源は、電圧ループ増幅器、電流ループ増幅器、プリチャージ電圧生成器、及び電流感知要素を含む。電圧ループ増幅器は、高電力モードの間、スイッチング電源により生成される電圧誤差の量を示す電圧誤差振幅電圧を提供する。電流ループ増幅器は、高電力モードの間、スイッチング電源により生成される電流誤差の量を示す電流誤差振幅電圧を提供する。プリチャージ電圧生成器は、スイッチング電源の低電力モード及び高電力モード間の遷移期間の間、プリチャージ電圧を決定し、それを電流ループ増幅器の出力に印加し、ここで、高電力モードへの遷移が、遷移期間の間印加されるプリチャージ電圧をディセーブルする。プリチャージ電圧生成器の出力におけるスイッチは、遷移期間から高電力モードに変わるときプリチャージ生成器を電流ループ増幅器の出力から切り替え可能に切断する。電流感知要素は、低電力モード及び高電力モード間の遷移期間の間、電流振幅電圧を電圧ループ増幅器の出力に印加し、ここで、高電力モードへの遷移が、遷移期間の間電流感知要素により印加される電流振幅電圧をディセーブルする。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】システムの低電力モードから高電力モードへスムーズに遷移するためのシステムの一例を図示する。
【0008】
【図2】回路の低電力モードから高電力モードへスムーズに遷移するための例示の回路を図示する。
【0009】
【図3】図２に示す回路の例示のタイミング図を図示する。
【0010】
【図4】図１及び２に示すシステム及び回路の低電力モードから高電力モードへスムーズに遷移するための方法の一例を図示する。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本記載は、スイッチング電源、及びスイッチング電源（ＳＭＰＳ）の低電力モードから高電力モードにスムーズに遷移する方法に関連する。本記載は、低電力モードから高電力モードへのＳＭＰＳ遷移の間、出力電圧オーバーシュート及びディップを避ける。一例において、スイッチング電源は、電力段、フィードバックループ、低電力モードコントローラ、及び、シミュレートされたフィードバック誤差生成器を含む。電力段要素は、スイッチング信号に応答して出力信号を提供する。フィードバックループは、出力信号を監視し、出力信号をレギュレートするためにスイッチング信号のデューティサイクルを調節するためフィードバック誤差信号を提供する。低電力モードコントローラは、低電力モードの間、フィードバックループをディセーブルし、低電力モードの間、スイッチング信号を電力段要素に一時的に供給する。シミュレートされたフィードバック誤差生成器は、スイッチング電源の低電力モードから高電力モードへの遷移期間の間、シミュレートされたフィードバック誤差信号を一時的に提供し、ここで、低電力モードコントローラは、遷移期間の間、シミュレートされたフィードバック誤差生成器をイネーブルする。
【0012】
従来、低電力モードから高電力モードへの遷移は、目標電圧を満たす電圧を生成する際にＳＭＰＳが整定するための時間量を要し、フィードバックループは、ＳＭＰＳにより生成される電圧における誤差を監視及び補正するために用いられている。低電力モードからの遷移期間の間、シミュレートされたフィードバック誤差スイッチング信号をスイッチング電源に印加することにより、ＳＭＰＳは、実質的に目標電圧において高電力モードを始め得、これは、目標電圧を満たす電圧を生成する際にＳＭＰＳが整定するために必要とされる時間量を実質的に軽減する。そのため、シミュレートされたフィードバック誤差生成器をＳＭＰＳに付加することは、低電力モードから高電力モードへの遷移をスムーズにする。
【0013】
図１は、システム１００の低電力モードから高電力モードへスムーズに遷移するためのシステム１００の一例を図示する。一例において、システム１００は、スイッチング電源（ＳＭＰＳ）である。システム１００は、システム出力ＶＯＵＴ及びフィードバックループ１２０に結合される電力段１１６要素と、電力段１１６及びＶＯＵＴに結合される低電力モードコントローラ１１８と、フィードバックループ１２０に結合されるシミュレートされたフィードバック誤差生成器１１４とを含む。フィードバックループ１２０は更に、低電力モードコントローラ１１８に結合される。
【0014】
システム１００は、入力直流（ＤＣ）電圧を、ＶＯＵＴにおいて利用可能な適切な出力ＤＣ電圧に変換する。システム１００は、ＶＯＵＴにおけるこのような目標出力ＤＣ電圧に到達するようにデューティサイクルを改変する。ＶＯＵＴにおけるこのような電圧は、目標の事前指定された電圧に実質的にマッチングするようにシステム１００により維持され得る。一例において、システム１００は、デューティサイクルを改変することによりＶＯＵＴにおける目標の事前指定された電流を維持する。システム１００は、低電力モード及び高電力モードで動作し、また、低電力モードと高電力モードとの間の遷移期間の間動作する。低電力モードの間、システム１００の殆どがディセーブルされ、システム１００の残りの構成要素が、図２を参照して更に詳細に記載される高電力モードの間利用可能である電力よりも少量の電力を生成する。高電力モードの間、システム１００全体は、目標出力ＤＣ電圧ＶＯＵＴを生成するためにアクティブにされる。低電力モードから高電力モードへの遷移期間の間、システム１００は、システム１００にＶＯＵＴにおける目標電圧要件を満たす電圧を生成する高電力モードを始めさせるために、シミュレートされたフィードバック誤差信号を決定して印加し、システム１００のための目標の事前指定された電圧ＶＯＵＴで整定するために必要とされる従来の時間を実質的に低減し、それにより、従来、高電力モードに変わった後に起こる、ＶＯＵＴにおけるオーバーシュート及びアンダーシュートを実質的に低減する。
【0015】
シミュレートされたフィードバック誤差生成器１１４は、ＶＯＵＴにおいて存在する電圧誤差の量を表すシミュレートされた電圧誤差振幅（ＶＥＡ）信号を生成する。一例において、シミュレートされたフィードバック誤差生成器１１４は、ＶＯＵＴに存在する電流誤差の量を表すシミュレートされた電流誤差振幅（ＣＥＡ）信号を生成する。ＶＥＡ信号及びＣＥＡ信号は、フィードバックループ１２０に、高電力モードとなるために適切なスタート点を与えるために、システム１００内の強制均衡状態を生成する。システム１００の低電力モードコントローラ１１８が低電力モードから高電力モードへの遷移をアクティブにするとき、システム１００は、遷移期間を始める。遷移期間の間、シミュレートされたフィードバック誤差生成器１１４は、シミュレートされたＶＥＡ信号を決定し、ＶＯＵＴが高電力モードにおいてシステム１００により生成される前に、このような信号をフィードバックループ１２０に印加する。そのため、フィードバックループ１２０は、ＶＯＵＴにおいてたとえ任意の誤差が存在する前でも、遷移期間の間印加される開始誤差信号を有し、このような開始誤差信号が、目標ＶＯＵＴを生成するためのフィードバックループ１２０を設定する。その後、高電力モードへのシステム１００の遷移の間、シミュレートされたフィードバック誤差生成器１１４はディセーブルされ、フィードバックループ１２０の標準のフィードバック機能は、目標ＶＯＵＴを維持することを引き継ぐ。
【0016】
シミュレートされたフィードバック誤差生成器１１４は、従来は説明（account for）できなかった、システム１００内の変数を説明する。例えば、シミュレートされたフィードバック誤差生成器１１４は、シミュレートされた電圧誤差振幅（ＶＥＡ）信号及びシミュレートされた電流誤差振幅（ＣＥＡ）信号に対する変化となる、システム１００内の電力、電圧、及び温度における変動を説明する。同様に、シミュレートされたフィードバック誤差生成器１１４は、システム１００内で用いられている特定の変調器のスイッチング周波数における変動、システム１００内の構成要素のための製造変動、種々の入力電圧ＶＲＥＦ、ＶＩＮ、ＶＤＤなどにおける変動を説明する。シミュレートされたフィードバック誤差生成器１１４は、フィードバックループ１２０において実質的にゼロ誤差を備える高電力モードを開始するシステム１００となる、シミュレートされたＶＥＡ信号及びシミュレートされたＣＥＡ信号に対する変化となる、システム１００内の任意の変動を説明する。
【0017】
電力段１１６は、低電力モード及び高電力モードの間、システム１００のための電力を生成する。このような低電力モードは、高電力モードの間必要とされるよりも、ＶＯＵＴにおいて必要とする電力が少ない。電力段１１６は、低電力モードの間、電力段１１６に、ＶＯＵＴにおいて目標電力を維持させるデューティサイクルを有する信号で変調される。低電力モードコントローラ１１８は、そのような変調される信号を電力段１１６に提供する。システム１００が低電力モードから高電力モードに遷移するとき、低電力モードコントローラ１１８は、システム１００に、ＶＯＵＴにおいて高電力を生成させるため、電力段１１６をアクティブにする。低電力モードコントローラ１１８は、低電力モードコントローラ１１８に、低電力モードの間ＶＯＵＴにおいて電圧を生成するために用いられるデューティサイクルを改変させるために、低電力モードの間、ＶＯＵＴから電圧信号を受信する。一例において、低電力モードコントローラ１１８は、低電力モードコントローラ１１８に、低電力モードの間ＶＯＵＴにおいて電流を生成するために用いられるデューティサイクルを改変させるため、低電力モードの間、ＶＯＵＴから電流信号を受信する。
【0018】
一つの特定の例において、自動車の電子機器に電力を供給するための電源としてシステム１００を用いることができる。自動車が駆動され、イグニションがオンであるとき、自動車の電子機器のほとんどは、アクティブであり、電力を消費する。自動車がイグニションオフで駐車されるとき、自動車の電子機器のほとんどは必要とされず、そのため、パワーダウンされる。しかし、自動車が駐車され、イグニションオフになるときでも、小数の自動車の電子機器はアクティブのままである。そのため、システム１００は、自動車がイグニションオフで駐車されるとき低電力モードで、また、イグニションがオンにされ、自動車の電子機器のほとんどがアクティブであるとき高電力モードで動作する。イグニションがオン状態に変わるとき、電子機器は、この低電力モードから高電力モードに遷移する。上述したように、従来、このような変更は、事前指定された目標電圧及び電流にシステム１００が制定するための時間を要する。例示のシステム１００は、自動車の低電力モードから高電力モードへの遷移が成されるとき、このような遅延を実質的に緩和する。
【0019】
図２は、回路２００の低電力モードから高電力モードへの遷移をスムーズにするための例示の回路２００を図示する。本明細書において用いられるように、回路という用語は、増幅器及びコンパレータなど、回路機能を行う能動及び／又は受動要素の集まりを含み得る。また、例えば、回路という用語は、全ての回路要素が共通基板上に製造される集積回路を含み得る。
【0020】
回路２００は、電圧ループ増幅器２１６への入力として基準電圧ＶＲＥＦを受け取る。電圧ループ増幅器２１６は、電圧ループ２４０内の電圧誤差の量を表す電圧誤差振幅（ＶＥＡ）信号を生成する。電圧ループ増幅器２１６は、２つの入力端子間に結合されるスイッチＳ２を有する。電圧フィードバックループ２４０の一部として、スイッチＳ１が、ＶＲＥＦ入力とは反対の電圧ループ増幅器２１６の入力端子に結合される。スイッチＳ１は、抵抗器２１２と抵抗器２１４との間の電圧フィードバックループ２４０に結合され、抵抗器２１２及び抵抗器２１４は分圧器を形成する。電圧ループ増幅器２１６の出力が、電圧ループ増幅器２１６の出力における最小基準電圧であるＶｍｉｎと、電圧ループ増幅器２１６の出力における最大基準電圧であるＶｍａｘとの間の、電圧ループ増幅器２１６の出力電圧をクランプする電圧クランプ２２２に結合される。コンデンサ２４４が、電圧ループ増幅器２１６の出力に結合される抵抗器２４２に結合され、コンデンサ２４４及び抵抗器２４２は、電圧ループ補償を提供する。
【0021】
電流ループ増幅器２２０が、電圧ループ増幅器２１６の出力に結合される。電流ループ増幅器２２０は、電流ループ２４８内の電流誤差の量を表す電流誤差振幅（ＣＥＡ）信号を生成する。電流ループ増幅器は、２つの入力端子間に結合されるスイッチを有する。電流ループ増幅器２２０の一方の端子が、電圧ループ増幅器２１６の出力に結合され、電流ループ増幅器２２０の他方の端子が、電流フィードバックループ２４８内の電流感知２１８に結合される。電流感知２１８はまた、プリチャージ電圧生成器２３８に結合される。コンデンサ２４６が抵抗器２５０に結合され、コンデンサ２４６及び抵抗器２５０が電流ループ補償を提供するように、抵抗器２５０は電流ループ増幅器２２０の出力に結合される。コンデンサ２３２がＶＯＵＴに結合される。図１において示されるフィードバックループ１２０は、電圧フィードバックループ２４０、電流フィードバックループ２４８、又は、電圧フィードバックループ２４０及び電流フィードバックループ２４８の両方を含み得る。
【0022】
パルス幅変調（ＰＷＭ）変調器２２４が、ＰＷＭコンパレータ２２６に結合されて、バックランプ変調信号を提供し、及びＰＷＭコンパレータ２２８に結合されて、ブーストランプ変調信号をする。他の例において、ランプ生成器２２４は鋸波信号を生成する。ＰＷＭコンパレータ２２６及び２２８は、電流ループ増幅器２２０の出力に結合される。プリチャージ電圧生成器２３８は、電流ループ増幅器２２０の出力に結合される。電流ループ増幅器２２０は、誤差信号をＰＷＭコンパレータ２２６及び２２８に出力し、このような誤差信号は、ＶＯＵＴにおいて目標電圧及び目標電流を生成するため、回路２００のデューティサイクルを設定する。プリチャージ電圧生成器２３８及びランプ生成器２２４は、入力電圧ＶＤＤに結合される。ＰＷＭコンパレータ２２６及び２２８の出力は、電力段２３６回路要素に結合され、電力段２３６の出力は、高電力モード及び低電力モード両方でＶＯＵＴにおいて目標電圧及び電流を生成する。インダクタ２５２が、電力段２３６の第１及び第２の段間に結合される。電力段２３６は、回路２００を低電力モードから高電力モードに遷移させ、低電力モードの間、低電力モードコントローラ２３０から一時的に受信される変調信号を介して、低電力モードにおいて目標電圧及び電流を生成する。高電力モードにあるとき、電力段２３６は、ＰＷＭコンパレータ２２６及び２２８により生成されるパルス電圧により駆動され、対応する電圧をＶＯＵＴにおいて利用可能とする。プリチャージ電圧生成器２３８、ランプ生成器２２４、及び電力段２３６は、入力電圧ＶＩＮに結合され、ＶＩＮからの電力がＶＯＵＴに送られる。
【0023】
電力段２３６は、第１の段及び第２の段を含む。電力段２３６の第１の段は、並列のバッファ要素２５８及びインバータ２６０を含み、いずれもＰＷＭコンパレータ２２６の出力に結合される。バッファ要素２５８及びインバータ２６０の出力が、それぞれ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２６２及び２６４に結合される。ＦＥＴ２６２及び２６４は、インダクタ２５２に結合される。電力段２３６の第２段は、並列のバッファ要素２５４及びインバータ２５６を含み、いずれもＰＷＭコンパレータ２２８の出力に結合される。バッファ要素２５４及びインバータ２５６の出力が、それぞれ、ＦＥＴ２６６及び２６８に結合される。ＦＥＴ２６６は更に、ＶＯＵＴ及び電流フィードバックループ２４８に結合され、ＦＥＴ２６８は、インダクタ２５２及び電流フィードバックループ２４８に結合される。一例において、電力段２３６は、バックモード及びブーストモード両方をサポートし、ＶＩＮは出力電圧ＶＯＵＴより低い場合も高い場合もある。バックモードにあるとき、要素２２８、２５４、２５６、２６６、及び２６８は、例示の回路２００によりアクティブにされず、ブーストモードでは、要素２２６、２５８、２６０、２６２、及び２６４は、例示の回路２００によりアクティブにされない。
【0024】
低電力モードの間、回路２００の全ての構成要素は、電力段２３６及び低電力モードコントローラ２３０を除いて電力がオフにされる。低電力モードコントローラ２３０は、電力段２３６のデューティサイクルを設定するため低電力モードで動作する変調器を含む。低電力モードにおけるこのようなデューティサイクルは、低電力モードコントローラ２３０がＶＯＵＴから受け取るフィードバックに基づく。低電力モードの間、スイッチＳ１は開かれ、スイッチＳ２、Ｓ３、及びＳ４は閉じられる。低電力モードの間スイッチＳ２及びＳ３を閉じることで、それぞれ、ループ増幅器２１６及び２２０の入力が短絡される。このような短絡は、ループ増幅器２１６及び２２０が高電力モードにおいて用いられ始めるとき、ループ増幅器２１６及び２２０に対して均衡状態を確立する利点を提供する。高電力モードへの遷移の瞬間において、電圧ループ２４０及び電流ループ２４８に、それぞれ、ＶＯＵＴにおいて適切な電圧及び電流を維持させるため、スイッチＳ２及びＳ３が開かれる。
【0025】
開かれたスイッチＳ１は、電圧ループ２４０からの電圧が、低電力モードの間、電圧ループ増幅器２１６に印加されないようにする。開かれたスイッチＳ４が、プリチャージ電圧生成器２３８が、高電力モードの間、プリチャージ電圧ＰＲＥＣＨＡＲＧＥを電流ループ増幅器２２０の出力に印加しないようにする。回路２００の低電力モードと高電力モードとの間の遷移期間の間、スイッチＳ４は閉じられる。スイッチＳ４を閉じることは、プリチャージ電圧生成器２３８に、電流ループ増幅器の出力におけるシミュレートされた電圧フィードバック誤差信号を印加させる。このようなシミュレートされた電圧フィードバック誤差信号は、遷移期間から高電力モードに変わる際のＰＷＭコンパレータ２２６及び２２８に対するスタートデューティサイクルを設定する。そのため、回路２００は、低電力モードの間電力がオフにされていた回路２００の構成要素に電力供給することにより高電力モードを始め、プリチャージ電圧生成器２３８により生成されるプリチャージ電圧に基づいて、実質的にゼロ誤差でＶＯＵＴに対する目標電圧にマッチングする電圧をＶＯＵＴに生成することを開始する。
【0026】
一例において、回路２００は、シミュレートされた電流フィードバック誤差信号ＣＳＥＮＳＥ電圧を印加することを除いて、プリチャージ電圧生成器２３８に対して記載されるものに類似する機能を実施するために、電流ループ２４８内電流感知２１８を用いる。電流感知２１８、及び電圧ループ増幅器２２０の出力ＶＥＡは、同相電圧にクランプされる。このようなシミュレートされた電流フィードバック誤差信号は、遷移期間から高電力モードに変わる際にＰＷＭコンパレータ２２６及び２２８に対してスタートデューティサイクルを設定する。そのため、回路２００は、低電力モードの間電力がオフにされていた回路２００の構成要素に対して電力供給することにより高電力モードを始め、電流感知２１８により生成されるＣＳＥＮＳＥ電圧に基づいて、実質的にゼロ誤差でＶＯＵＴに対する目標電流にマッチングする電流をＶＯＵＴに生成することを開始し、ＶＯＵＴに対する目標電流においてその回路が整定するために必要とされる時間を実質的に低減する。高電力モードの始めにおいてＶＯＵＴの目標電圧を設定することが重要である回路２００の応用例において、プリチャージ電圧生成器２３８は、電流感知２１８からの支援なしに用いられ得る。同様に、高電力モードの始めにおけるＶＯＵＴにおける目標電流を設定することが重要である回路２００の応用例において、電流感知２１８は、プリチャージ電圧生成器２３８からの支援なしに用いられ得る。高電力モードの始めにおいてＶＯＵＴにおける目標電圧及び電流を設定することが重要である回路２００の応用例において、電流感知２１８及びプリチャージ電圧生成器２３８が両方用いられ得る。一例において、プリチャージ電圧生成器２３８は、回路２００に電圧ループ増幅器２２０を駆動する電流感知２１８がないときＶＯＵＴに対してより小さな遷移精度で動作し得る。電流感知２１８は、電流ループを動作させるために電圧ループ増幅器２２０を駆動する。
【0027】
プリチャージ電圧生成器２３８は、ＶＰＲＥ−ＣＨＡＲＧＥ＝ｆ（ＶＩＮ＞ＶＤＤ，ＦＳＷ，Ｐｒｏｃｅｓｓ、Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）式１の関数としてプリチャージ電圧を決定し、ここで、ＶＩＮは、電力段２３６のための供給電圧であり、ＶＤＤは、プリチャージ電圧生成器２３８及びランプ生成器２２４に印加される電圧であり、ＦＳＷは、ランプ生成器２２４のスイッチング周波数であり、Ｐｒｏｃｅｓｓは、回路２００の製造変動を説明するためにプリチャージ電圧生成器２３８にプログラムされた定数であり、Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅは、遷移期間の間の回路２００の温度である。プリチャージ電圧生成器２３８及びランプ生成器２２４により生成される電圧はＶＤＤに依存せず、ここで、ＶＤＤに対する変動はＶＯＵＴに影響を与えず、Ｆｓｗ、Ｐｒｏｃｅｓｓ、及びＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅに対しても同じことが言える。一例において、デフォルトＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅは、プリチャージ電圧を決定するために用いられ得、回路２００に対するデフォルトＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅは、回路２００が閾値温度を下回るとき用いられる。
【0028】
プリチャージ電圧生成器２３８は、式、
VPRE-CHARGE=((VOUT+k1×VCSENSE)×VPWM_RAMP)/VIN 式２
に従って、電流ループ増幅器２２０の出力ＣＥＡにおいて印加されるプリチャージ電圧を決定し、ここで、
Ｒａｍｐ Ｇａｉｎ＝ＶＰＷＭ＿ＲＡＭＰ／ＶＩＮ 式３
であり、ここで、ＶＯＵＴは、回路２００の出力電圧ＶＯＵＴであり、ｋ１は、プリチャージ電圧生成器２３８の電流利得であり、VCSENSEは電流感知２１８により生成される電圧である。ＶＩＮは、電力段２３６、プリチャージ電圧生成器２３８、及びランプ生成器２２４に印加される共通電圧である。VPWM_RAMPは、ランプ生成器２２４により生成される、バックランプ電圧（ＢＵ＿ＲＡＭＰ）又はブーストランプ電圧（ＢＯ＿ＲＡＭＰ）である。ランプ生成器２２４のモード（バック又はブースト）に応じて、電力段２３６が、このようなモードに関連付するＰＷＭコンパレータ２２６及び２２８の一方により駆動される。Ｒａｍｐ Ｇａｉｎは、ランプ生成器の複製を用いて生成される固定利得を用いる代わりに、ランプ生成器２２４のバックレギュレータに対するスイッチングの周波数、抵抗、及び静電容量を追跡する。一例において、ｋ１は、プリチャージ電圧生成器２３８により生成される電圧が少し高くなるように適切な値に設定され、そのため、デューティサイクルが、電力段２３６において生じる任意の電圧損失に対してＶＯＵＴにおいて補償するために少し高くされる。
【0029】
プリチャージ電圧生成器２３８は、式、
VPRE-CHARGE=((VＲＥＦ×k２＋Ｋ1×Ｒ×ＩCSENSE)×VPWM_RAMP)/VIN 式４
に従って、電流ループ増幅器２２０の出力ＣＥＡにおいて印加されるプリチャージ電圧を決定する。ここで、ｋ２は、抵抗器２１２及び２１４により生成されるＶＯＵＴ対ＶＦＢ分圧器の比であり、ＶＯＵＴ＝ＶＦＢ×ｋ２＝ＶＲＥＦ×ｋ２で、高電力モードの間、ＶＯＵＴを設定する。ＶＲＥＦ×ｋ２は、回路２００のＶＯＵＴ、及び、ＶＯＵＴをセットアップする、フィードバック抵抗器２１２及び２１４における任意の変動を追跡する。Ｒは、アクティブにされるときの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２５４の抵抗である。電流感知２１８により生成される電圧は、ＶＣＳＥＮＳＥ＝Ｒ×ＩＣＳＥＮＳＥに等しく、ＩＣＳＥＮＳＥは、電流感知２１８により生成される電圧ＶＣＳＥＮＳＥを生成するためのベースとして電流フィードバックループ２４８から電流感知２１８により感知される電流である。ｋｌ×Ｒ×ＩＣＳＥＮＳＥは、回路２００に取り付けられる負荷が軽いか重いかに依存して適切なＣＥＡ電圧を計算するため、ＦＥＴ２６６の抵抗ＲＤＳＯＮを追跡する。電流感知２１８の出力は、式４を計算するベースとしてプリチャージ電圧生成器２３８に結合される。従って、このような結合により、回路は、出力電流が高であるとき、一層低いＶＯＵＴ電圧になることを実質的に避けることができ、これにより、ＶＰＲＥ＿ＣＨＡＲＧＥを増大させることによりＶＯＵＴ電圧降下の補償が可能となる。
ＢＵＣＫモードにおけるＶＯＵＴの一例：
ここで、ＶＲＥＦ×ｋ２は、理想的なＶＯＵＴ目標電圧であり、ＶＤＲＯＰは電力段抵抗に起因する電圧損失であり、ｋ１は、ｋ１×Ｒ×ＩＣＳＥＮＳＥ−ＶＤＲＯＰ＝０
であるように選択され、ＶＯＵＴ＝ＶＲＥＦＲＥＦ×ｋ２である。
従って、ＶＯＵＴは、遷移の間、予期される値にある。
【0030】
図３は、図２に示す回路２００の例示のタイミング図３００を図示する。タイミング図３００は、イネーブル信号「ＥＮ」に対するロジック遷移、低電力モードイネーブル信号「ＬＰＭ＿ＥＮ」、低電力モードリリース信号「ＬＰＭ＿ＲＥＬＥＡＳＥ」、スイッチＳ１のためのスイッチング信号、及びスイッチＳ２、Ｓ３、及びＳ４のためのスイッチング信号を図示する。
【0031】
時間Ｔ１の前に、２３６、２３０、２５２及び２３２を除いて、全てオフにされ、システムは低電力モードにある。時間Ｔ１において、ＥＮは、ＰＷＭコンパレータ２２６及び２２８、及びランプ生成器２２４及び２１６、２２２、２２０、２１８、２３８をアクティブにするため高に向かう。また、時間Ｔ１において、プリチャージ電圧生成器２３８及び電流感知２１８は、目標ＶＥＡ、ＣＳＥＮＳＥ、及びＣＥＡ電圧に向かってランプアップする。ＰＷＭコンパレータ２２６及び２２８は、Ｔ１において、回路２００により生成されている電力を、高電力モードで生成される目標電力に向けてランプアップさせ始める。
【0032】
時間Ｔ２において、電圧ＶＥＡ、ＣＳＥＮＳＥ、及びＣＥＡ電圧の全てがそれらの目標値で整定するときＬＰＭ＿ＲＥＬＥＡＳＥが低に向かう。また、Ｔ２において、回路２００を高電力モードにおくため、スイッチＳ１が閉じられ、スイッチＳ２、Ｓ３、及びＳ４が開かれる。電流ループ２４８及び電圧ループ２４０は、目標電圧及び目標電流レベルにおけるＶＯＵＴにおいて電力を維持する制御を引き継ぐ。
【0033】
時間Ｔ３において、回路２００の低電力モードをディセーブルするためにＬＰＭ＿ＥＮが低に向かい、これは、プリチャージ電圧生成器２３８及び低電力モードコントローラ２３０をディセーブルする。Ｔ３において、回路２００は、遷移期間を完了し、高電力モードで動作する。
【0034】
上述の構造的及び上述した機能的特徴を考慮して、例示の実施例の種々の態様に従った方法が図４を参照して記載されている。説明を簡潔にするため、図４の方法は、順次実行するように示され説明されたが、例示の実施例は、例示される順に限定されず、幾つかの態様が異なる順で、及び／又は本明細書において示され記載される他の態様と同時に生じ得る。また、或る方法を実装するために図示した全ての特徴が必要とされるわけではない。例示の実施例の一態様に従った。また、説明を簡潔にするため、図４の方法は、（たとえ本明細書において記載されていない場合でも）付加的な機能的特徴を含み得、図４は、本願において例示される例を参照して説明される。
【0035】
図４は、図１及び図２に示すシステム１００及び回路２００の低電力モードから高電力モードへスムーズに遷移するための方法４００の一例を図示する。４０２において、方法４００は出力信号を提供する。電力段１１６及び２３６は、スイッチング信号に応答して出力信号を提供する。電力段１１６及び２３６は、低電力モードコントローラ１１８及び２３０からスイッチング信号を受信する。４０４において、方法４００は、出力信号を監視する。出力信号、ＶＯＵＴにおける電圧及び／又は電流は、フィードバックループ１２０で監視される。上述したように、フィードバックループ１２０は、電圧フィードバックループ２４０、電流フィードバックループ２４８、又は電圧フィードバックループ２４０及び電流フィードバックループ２４８の両方を含み得る。
【0036】
４０６において、方法４００は、フィードバック誤差信号を提供する。フィードバックループ１２０は、出力信号ＶＯＵＴレギュレートするためデューティサイクルを調節するために用いられるフィードバック誤差信号を提供する。フィードバック誤差信号は、ＶＯＵＴにおいて利用可能な電圧における誤差の量を表す電圧フィードバック誤差、及び、高電力モードの間、ＶＯＵＴにおいて生成される電流における誤差の量を表す電流フィードバック誤差のうち少なくとも一つを含む。４０８において、方法４００はフィードバックループ１２０をディセーブルする。低電力モードコントローラ１１８は、低電力モードの間、フィードバックループ１２０、２４０、及び２４８をディセーブルする。従って、フィードバックループ１２０、２４０、及び２４８により生成されるフィードバック誤差信号は、低電力モードにおいてディセーブルされる。
【0037】
４１０に進み、方法４００は、スイッチング信号を一時的に供給する。低電力モードコントローラ１１８及び２３０は、低電力モードの間、スイッチング信号を電力段１１６に一時的に供給する。４１２において、方法４００は、シミュレートされたフィードバック誤差信号を一時的に提供する。シミュレートされたフィードバック誤差生成器１１４、電流感知２１８、及びプリチャージ電圧生成器２３８は、低電力モードからの遷移期間の間、シミュレートされたフィードバック誤差信号をスイッチング電源に提供し、低電力モードコントローラ１１８は、フィードバック誤差信号に関連する回路要素が遷移してフィードバック誤差信号の提供に戻るまで、遷移期間の間、シミュレートされたフィードバック誤差生成器１１４、電流感知２１８、及びプリチャージ電圧生成器２３８をイネーブルする。
【0038】
４１４において、方法４００は、フィードバック誤差信号の生成に切り替わる。高電力モードにおいて、電流ループ増幅器２２０は、フィードバック誤差信号を生成するためアクティブにされる。その後、４１６において、方法４００は、低電力モードコントローラ１１８、及びシミュレートされたフィードバック誤差生成器１１４、電流感知２１８、及びプリチャージ電圧生成器２３８により生成されるシミュレートされたフィードバック誤差信号をディセーブルする。
【0039】
本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に改変が成され得、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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