JP2002530036A - Digital voltage adjustment method and device - Google Patents

Digital voltage adjustment method and device

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JP2002530036A
JP2002530036A JP2000580058A JP2000580058A JP2002530036A JP 2002530036 A JP2002530036 A JP 2002530036A JP 2000580058 A JP2000580058 A JP 2000580058A JP 2000580058 A JP2000580058 A JP 2000580058A JP 2002530036 A JP2002530036 A JP 2002530036A
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voltage
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switching circuit
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アンドリュー, ジェイ. バーンステイン,
アーロン, エム. シュルツ,
マイケル クリステンソン,
デイヴィッド, ビー. リドスキー,
アンソニー ストラタコス,
チャーリー サリバン,
ウィリアム クラーク,
Original Assignee
ヴォルテラ セミコンダクター コーポレイション
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    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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Abstract

(57)【要約】 デジタル電圧レギュレータは、入力電圧源(12)に接続される入力端子(20)、負荷(14)に接続される出力端子(22)、および入力端子(20)を出力端子(22)へ交互に接続または遮断するための複数のスイッチング回路(24)を有する。各スイッチング回路(24)について推定電流が計算され、各推定電流はスイッチング回路(24)に関連付けられるインダクタ(34)を流れる電流を表す。出力端子(22)での出力電圧を実質的に一定に維持するインダクタ(34)を流れる全所望出力電流が計算される。スイッチング回路(24)は、推定電流および全所望出力電流に基づいて制御され、それによりインダクタ(34)を流れる全電流は全所望出力電流とほぼ等しくなる。 (57) [Summary] A digital voltage regulator has an input terminal (20) connected to an input voltage source (12), an output terminal (22) connected to a load (14), and an input terminal (20) connected to an output terminal. It has a plurality of switching circuits (24) for alternately connecting or disconnecting to (22). An estimated current is calculated for each switching circuit (24), each estimated current representing a current flowing through an inductor (34) associated with the switching circuit (24). The total desired output current through the inductor (34) that keeps the output voltage at the output terminal (22) substantially constant is calculated. The switching circuit (24) is controlled based on the estimated current and the total desired output current, such that the total current flowing through the inductor (34) is approximately equal to the total desired output current.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【背景】【background】

本発明は一般に電圧レギュレータに関し、より詳しくは、スイッチング電圧レ
ギュレータ用の制御システムに関する。
The present invention relates generally to voltage regulators, and more particularly to a control system for a switching voltage regulator.

【0002】 DC/DCコンバータ等の電圧レギュレータを用いて、電子システムに安定化
電圧源を提供する。効率の良いDC/DCコンバータは特に、ラップトップ型ノ
ートブックや携帯電話等の低電力装置のバッテリ管理に必要とされる。スイッチ
ング電圧レギュレータ(またはより簡単に「スイッチングレギュレータ」)が、
DC/DCコンバータの効率的な形式であることは周知である。スイッチングレ
ギュレータは、入力のDC電圧を高周波電圧に変換し、出力のDC電圧を発生す
るためにその高周波電圧をフィルタリングすることにより出力電圧を発生する。
スイッチングレギュレータは、普通、バッテリ等の定電圧化されていない入力D
C電圧源を集積回路等の負荷へ交互に接続、遮断するスイッチを含んでいる。出
力フィルタは普通はインダクタとコンデンサを含み、入力電圧源と負荷の間に接
続されてスイッチの出力をフィルタリングし、その結果出力のDC電圧を提供す
る。コントローラは、例えば電圧や負荷を流れる電流等の、回路の電気特性を測
定し、出力のDC電圧を実質的に一定レベルに維持するためにスイッチングのデ
ューティサイクルを設定する。
[0002] A voltage regulator such as a DC / DC converter is used to provide a stabilized voltage source for an electronic system. Efficient DC / DC converters are especially needed for battery management in low power devices such as laptops and mobile phones. Switching voltage regulators (or more simply "switching regulators")
It is well known that this is an efficient form of DC / DC converter. The switching regulator converts an input DC voltage into a high-frequency voltage, and generates an output voltage by filtering the high-frequency voltage to generate an output DC voltage.
Switching regulators usually have an input D that is not regulated, such as a battery.
A switch for alternately connecting and disconnecting the C voltage source to a load such as an integrated circuit is included. The output filter typically includes an inductor and a capacitor, and is connected between the input voltage source and the load to filter the output of the switch, thereby providing a DC voltage at the output. The controller measures electrical characteristics of the circuit, such as, for example, voltage and current flowing through the load, and sets a switching duty cycle to maintain the output DC voltage at a substantially constant level.

【0003】 マイクロプロセサ用の電圧レギュレータは以前より厳しい性能要件を満足しな
ければならない。一つの傾向は、例えば35〜50アンペアの、より大電流で動
作することである。別の傾向は、省エネルギーのためにサイクル毎にマイクロプ
ロセサの異なる部分をオンオフすることである。これは電圧レギュレータが負荷
変動に対して非常に高速に反応することを必要とし、例えば、最小負荷から最大
負荷まで数ナノ秒で変化する必要がある。更に別の傾向は、配ライン内の寄生容
量、抵抗および/またはインダクタンスを減少させ、それによって電流損失を防
ぐために、電圧レギュレータをマイクロプロセサの近くに配置することであり、
ことができる。しかし、電圧レギュレータをマイクロプロセサの近くに配設する
ためには、電圧レギュレータは小型でかつ使いやすい形状因子を持つ必要がある
[0003] Voltage regulators for microprocessors must meet more stringent performance requirements than before. One trend is to operate at higher currents, for example, 35-50 amps. Another trend is to turn on and off different parts of the microprocessor every cycle to save energy. This requires that the voltage regulator respond very quickly to load changes, for example, from a minimum load to a maximum load in a few nanoseconds. Yet another trend is to place voltage regulators near the microprocessor to reduce parasitic capacitance, resistance and / or inductance in the distribution lines, and thereby prevent current loss,
be able to. However, in order to place the voltage regulator near the microprocessor, the voltage regulator must have a small and easy-to-use form factor.

【0004】 これらの特別な傾向に加えて、高負荷での熱的な過負荷を避け、携帯システム
のバッテリ寿命を長くするために一般に高効率が望ましい。別の望ましい特長は
、電圧レギュレータが、低負荷での電力消費を抑える「スタンバイ」モードを持
つことである。
[0004] In addition to these special trends, high efficiency is generally desirable to avoid thermal overload at high loads and to extend battery life in portable systems. Another desirable feature is that the voltage regulator has a "standby" mode that reduces power consumption at low loads.

【0005】 従来のコントローラは、抵抗、コンデンサおよび演算増幅器等のアナログ回路
で構成される。残念ながらアナログ回路は高価で、および/または集積回路とし
て製作するのが困難である。特に、特別な技法が抵抗や半導体装置を製作するの
に必要である。更に、アナログ信号はノイズによって性能が低下し、その結果情
報の損失を発生させる。
A conventional controller is configured by an analog circuit such as a resistor, a capacitor, and an operational amplifier. Unfortunately, analog circuits are expensive and / or difficult to fabricate as integrated circuits. In particular, special techniques are needed to fabricate resistors and semiconductor devices. In addition, analog signals degrade in performance due to noise, resulting in loss of information.

【0006】 上記に鑑みて、電圧レギュレータおよび電圧レギュレータ用の制御システムに
は改良の余地がある。
[0006] In view of the above, there is room for improvement in voltage regulators and control systems for voltage regulators.

【0007】[0007]

【概要】【Overview】

全般に、一局面によれば、本発明は電圧レギュレータを動作させる方法に向け
られ、その電圧レギュレータは、入力電圧源と接続される入力端子、負荷に接続
される出力端子、および入力端子を出力端子に交互に接続、遮断する複数のスイ
ッチング回路を有する。その方法は各スイッチング回路について推定電流を計算
する。各推定電流はスイッチング回路と関連するインダクタを流れる電流を表す
。インダクタを流れる所望の全出力電流が計算され、その電流が出力端子での出
力電圧を実質的に一定に維持する。スイッチング回路は、推定電流と所望の全出
力電流に基づいて制御され、それにより、インダクタを流れる全電流は所望の全
出力電流と略等しくなる。
In general, according to one aspect, the present invention is directed to a method of operating a voltage regulator that outputs an input terminal connected to an input voltage source, an output terminal connected to a load, and an input terminal. It has a plurality of switching circuits that alternately connect and disconnect to terminals. The method calculates an estimated current for each switching circuit. Each estimated current represents a current flowing through an inductor associated with the switching circuit. The desired total output current through the inductor is calculated, which keeps the output voltage at the output terminal substantially constant. The switching circuit is controlled based on the estimated current and the desired total output current, so that the total current flowing through the inductor is substantially equal to the desired total output current.

【0008】 別の局面によれば、本発明は、入力電圧源と接続される入力端子、および負荷
に接続される出力端子を有する電圧レギュレータに向けられる。複数のスイッチ
ング回路はデジタル制御信号に応答して入力端子と出力端子を間欠的に接続する
。それぞれがインダクタを含む複数のフィルタは、出力端子にほぼDCの出力を
提供する。複数の電流センサは、スイッチング回路を流れる電流から導かれるフ
ィードバック信号を生成する。デジタルコントローラは、複数のフィードバック
信号を受け取って使用しスイッチング回路毎の推定電流を計算する。各推定電流
はスイッチング回路と関連するインダクタを流れる電流を表す。インダクタを流
れる全所望出力電流が計算され、それが出力端子における出力電圧を実質的に一
定に維持する。デジタル制御信号は推定電流と全所望出力電流に基づいて生成さ
れ、それにより、インダクタを流れる全電流はほぼ全所望出力電流と略等しくな
る。
According to another aspect, the present invention is directed to a voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source, and an output terminal connected to a load. The plurality of switching circuits intermittently connect the input terminal and the output terminal in response to the digital control signal. A plurality of filters, each including an inductor, provide a substantially DC output at an output terminal. The plurality of current sensors generate a feedback signal derived from a current flowing through the switching circuit. The digital controller receives and uses the plurality of feedback signals to calculate an estimated current for each switching circuit. Each estimated current represents a current flowing through an inductor associated with the switching circuit. The total desired output current through the inductor is calculated, which keeps the output voltage at the output terminal substantially constant. A digital control signal is generated based on the estimated current and the total desired output current, such that the total current flowing through the inductor is substantially equal to the total desired output current.

【0009】 別の局面によれば、本発明は、出力端子における出力電圧を実質的に一定に維
持するために電圧レギュレータのスイッチング回路を流れる全所望電流を決定す
る方法に向けられる。スイッチング回路は、入力電圧源へ接続される入力端子を
、負荷へ接続される出力端子へ間欠的に接続する。電圧レギュレータは、出力端
子へ接続される少なくとも一つのコンデンサを含む。第1の出力電圧が第1の時
間に出力端子で測定され、第2の出力電圧が第2の時間に出力端子で測定される
。インダクタを流れる電流を表す推定電流が計算され、少なくとも一つのコンデ
ンサへ、またはそこから流れる電流を表すキャパシタンス電流が第1出力電圧と
第2出力電圧の差に基づいて計算され、そして補正電流が所望の電圧を第1およ
び第2出力電圧の一つとの差に基づいて計算される。電圧レギュレータの全所望
電流が推定電流と補正電流の合計と、キャパシタンス電流との差から計算される
According to another aspect, the present invention is directed to a method of determining a total desired current through a switching circuit of a voltage regulator to maintain an output voltage at an output terminal substantially constant. The switching circuit intermittently connects an input terminal connected to an input voltage source to an output terminal connected to a load. The voltage regulator includes at least one capacitor connected to the output terminal. A first output voltage is measured at an output terminal at a first time and a second output voltage is measured at an output terminal at a second time. An estimated current representing the current flowing through the inductor is calculated, a capacitance current representing the current flowing to or from the at least one capacitor is calculated based on a difference between the first output voltage and the second output voltage, and a correction current is calculated. Is calculated based on the difference between the first voltage and one of the first and second output voltages. The total desired current of the voltage regulator is calculated from the difference between the sum of the estimated and corrected currents and the capacitance current.

【0010】 別の局面によれば、本発明は電圧レギュレータへ向けられる。レギュレータは
、入力電圧源へ接続される入力端子と、負荷へ接続される出力端子を有する。ス
イッチング回路がデジタル制御信号に応答して入力端子と出力端子を間欠的に接
続する。フィルタが出力端子にほぼDCの出力電圧を提供する。電流センサがス
イッチング回路を流れる電流を表すデジタルの第1フィードバック信号を生成す
る。電圧センサが出力電圧を表す第2フィードバック信号を生成する。デジタル
コントローラがデジタルフィードバック信号を受け取って使用し、デジタル制御
信号を生成する。デジタルコントローラは、出力端子での出力電圧が実質的に一
定レベルを維持するよう構成される。
[0010] According to another aspect, the invention is directed to a voltage regulator. The regulator has an input terminal connected to an input voltage source and an output terminal connected to a load. A switching circuit intermittently connects the input terminal and the output terminal in response to the digital control signal. A filter provides a substantially DC output voltage at the output terminal. A current sensor generates a digital first feedback signal representing the current flowing through the switching circuit. A voltage sensor generates a second feedback signal representing the output voltage. A digital controller receives and uses the digital feedback signal to generate a digital control signal. The digital controller is configured such that the output voltage at the output terminal maintains a substantially constant level.

【0011】 別の局面によれば、本発明は、入力電圧源と接続される入力端子、および負荷
に接続される出力端子を有する電圧レギュレータに向けられる。電圧レギュレー
タは複数のスレーブを有し、各スレーブは、デジタル制御信号に応答して入力端
子と出力端子を間欠的に接続するスイッチング回路と、出力端子にほぼDC出力
電圧を提供するフィルタと、スイッチング回路を流れる電流を表すデジタルフィ
ードバック信号を生成する電流センサと、複数のデジタル制御信号を生成する複
数のスレーブからデジタルフィードバック信号を受け取って使用するデジタルコ
ントローラとを有する。デジタルコントローラは、出力端子での出力電圧が実質
的に一定レベルを維持するよう構成される。
According to another aspect, the present invention is directed to a voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source, and an output terminal connected to a load. The voltage regulator has a plurality of slaves, each slave responding to a digital control signal, a switching circuit intermittently connecting an input terminal and an output terminal, a filter providing an almost DC output voltage to an output terminal, and a switching circuit. A current sensor that generates a digital feedback signal representing a current flowing through the circuit; and a digital controller that receives and uses digital feedback signals from a plurality of slaves that generate a plurality of digital control signals. The digital controller is configured such that the output voltage at the output terminal maintains a substantially constant level.

【0012】 別の局面によれば、本発明は電圧レギュレータを動作させる方法をに向けられ
、その電圧レギュレータは、入力電圧源と接続される入力端子、および負荷に接
続される出力端子を有する。入力端子と出力端子は、デジタル制御信号に応答し
てスイッチング回路によって間欠的に接続される。スイッチング回路の出力はフ
ィルタリングされ出力端子にほぼDCの出力電圧を提供する。デジタルフィード
バック信号が電流センサを持つスイッチング回路を流れる電流を表すよう生成さ
れる。デジタルコントローラは、スレーブからデジタルフィードバック信号を受
け取って使用し、デジタル制御信号を生成する。デジタルコントローラは出力端
子での出力電圧を実質的に一定レベルに維持するよう構成される。
According to another aspect, the present invention is directed to a method of operating a voltage regulator, the voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source, and an output terminal connected to a load. The input terminal and the output terminal are intermittently connected by a switching circuit in response to a digital control signal. The output of the switching circuit is filtered to provide a substantially DC output voltage at the output terminal. A digital feedback signal is generated to represent the current flowing through the switching circuit having the current sensor. The digital controller receives and uses the digital feedback signal from the slave to generate a digital control signal. The digital controller is configured to maintain the output voltage at the output terminal at a substantially constant level.

【0013】 別の局面によれば、本発明は、入力電圧源と接続される入力端子、および負荷
に接続される出力端子を有する電圧レギュレータに向けられる。スイッチング回
路は制御信号に応答して入力端子と出力端子を間欠的に接続する。フィルタは出
力端子にほぼDCの出力電圧を提供する。デジタルコントローラはクロック周波
数fclockで動作し、それはスイッチング回路に所望されるスイッチング周波数
switchより著しく高速である。各クロックサイクルでデジタルコントローラは
、出力端子での出力電圧から導かれた第1のデジタルフィードバック信号、およ
びスイッチング回路を流れる電流から導かれた第2のデジタルフィードバック信
号を受け取って、そしてスイッチング回路を制御する制御信号を生成し、それに
より出力電圧は実質的に一定レベルで維持される。
According to another aspect, the present invention is directed to a voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source, and an output terminal connected to a load. The switching circuit intermittently connects the input terminal and the output terminal in response to the control signal. The filter provides a substantially DC output voltage at the output terminal. The digital controller operates at a clock frequency f clock , which is significantly faster than the switching frequency f switch desired for the switching circuit. At each clock cycle, the digital controller receives a first digital feedback signal derived from the output voltage at the output terminal and a second digital feedback signal derived from the current flowing through the switching circuit, and controls the switching circuit And the output voltage is maintained at a substantially constant level.

【0014】 別の局面によれば、本発明は、入力電圧源と接続される入力端子および負荷に
接続される出力端子を有する電圧レギュレータを動作させる方法に向けられる。
入力端子と出力端子は、デジタル制御信号に応答してスイッチング回路によって
間欠的に接続される。スイッチング回路の出力はフィルタリングされて出力端子
にほぼDC出力電圧を提供する。デジタルコントローラはクロック周波数fcloc k で動作し、それはスイッチング回路に所望のスイッチング周波数fswitchより
著しく高速である。デジタルコントローラは、出力端子での出力電圧から導かれ
た第1のデジタルフィードバック信号、および各クロックサイクルでインダクタ
を流れる電流から導かれた第2のデジタルフィードバック信号を受け取る。制御
信号はデジタルコントローラで生成されてスイッチング回路を制御し、それによ
り出力電圧を実質的に一定レベルに維持する。
According to another aspect, the present invention is directed to a method of operating a voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source and an output terminal connected to a load.
The input terminal and the output terminal are intermittently connected by a switching circuit in response to a digital control signal. The output of the switching circuit is filtered to provide a substantially DC output voltage at the output terminal. Digital controller operates at a clock frequency f cloc k, which is significantly faster than the desired switching frequency f: switch to the switching circuit. The digital controller receives a first digital feedback signal derived from the output voltage at the output terminal and a second digital feedback signal derived from the current flowing through the inductor at each clock cycle. The control signal is generated by a digital controller to control the switching circuit, thereby maintaining the output voltage at a substantially constant level.

【0015】 別の局面によれば、本発明は、電圧レギュレータのインダクタを流れる電流を
推定する方法に向けられ、電圧レギュレータは、間欠的に出力端子を入力端子に
接続するスイッチング回路を含む。初期の推定電流は記憶され、インダクタを流
れる電流を表し、そして初期の推定電流は、スイッチング回路の状態に基づいて
調整されて、新規の推定電流を生成する。
According to another aspect, the present invention is directed to a method for estimating a current flowing through an inductor of a voltage regulator, wherein the voltage regulator includes a switching circuit intermittently connecting an output terminal to an input terminal. The initial estimated current is stored and represents the current flowing through the inductor, and the initial estimated current is adjusted based on the state of the switching circuit to generate a new estimated current.

【0016】 別の局面によれば、本発明は、入力電圧源と接続されるべき入力端子と、負荷
に接続されるべき出力端子と、入力端子を中間端子に接続するスイッチング回路
と、出力端子に実質的にDC電圧を生成するためのインダクタを有するフィルタ
とを有する電圧レギュレータを動作させる方法に向けられる。初期の推定電流は
記憶され、インダクタを流れる電流を表す。初期の推定電流は、スイッチング回
路の状態に基づいて調整されて、新規の推定電流を生成するる。インダクタを流
れる全所望出力電流が決定され、それは出力端子での出力電圧を実質的に一定に
維持する。スイッチング回路は、推定電流と全所望出力電流に基づいて制御され
、それにより、インダクタを流れる全電流は全所望出力電流と略等しくなる。
According to another aspect, the present invention provides an input terminal to be connected to an input voltage source, an output terminal to be connected to a load, a switching circuit connecting the input terminal to an intermediate terminal, and an output terminal. And a filter having an inductor for generating a substantially DC voltage. The initial estimated current is stored and represents the current flowing through the inductor. The initial estimated current is adjusted based on the state of the switching circuit to generate a new estimated current. The total desired output current through the inductor is determined, which keeps the output voltage at the output terminal substantially constant. The switching circuit is controlled based on the estimated current and the total desired output current, such that the total current flowing through the inductor is substantially equal to the total desired output current.

【0017】 別の局面によれば、本発明は電圧レギュレータ内のインダクタを流れる電流を
推定する方法に向けられ、電圧レギュレータは、出力端子を入力端子と間欠的に
接続するスイッチング回路を含む。初期の推定電流はインダクタを流れる電流を
表す。出力端子が入力端子へ接続されている場合には、増加する電流が初期の推
定電流へ加算され、出力端子が接地されている場合には、減少する電流が初期の
推定電流から減算される。
According to another aspect, the invention is directed to a method for estimating a current flowing through an inductor in a voltage regulator, the voltage regulator including a switching circuit intermittently connecting an output terminal to an input terminal. The initial estimated current represents the current flowing through the inductor. When the output terminal is connected to the input terminal, the increasing current is added to the initial estimated current, and when the output terminal is grounded, the decreasing current is subtracted from the initial estimated current.

【0018】 別の局面によれば、本発明は、入力電圧源と接続されるべき入力端子、および
負荷に接続されるべき出力端子を有する電圧レギュレータに向けられる。電圧レ
ギュレータは、制御信号に応答して入力端子と出力端子を間欠的に接続するスイ
ッチング回路と、出力端子にほぼDC出力電圧を提供するためのインダクタを含
むフィルタと、デジタルコントローラとを有する。デジタルコントローラは、イ
ンダクタを流れる電流を表す初期の推定電流を記憶し、新規の推定電流を生成す
るためにスイッチング回路の状態に基づいて初期の推定電流を調整し、出力電圧
を実質的に一定に維持するインダクタを流れる全所望出力電流を決定し、そして
スイッチング回路を制御するために、調整された推定電流と全所望出力電流に基
づく制御信号を生成し、それにより、出力電圧は実質的に一定レベルに維持され
る。
According to another aspect, the present invention is directed to a voltage regulator having an input terminal to be connected to an input voltage source, and an output terminal to be connected to a load. The voltage regulator includes a switching circuit intermittently connecting the input terminal and the output terminal in response to a control signal, a filter including an inductor for providing a substantially DC output voltage to the output terminal, and a digital controller. The digital controller stores an initial estimated current representing the current flowing through the inductor, adjusts the initial estimated current based on the state of the switching circuit to generate a new estimated current, and makes the output voltage substantially constant. A control signal based on the adjusted estimated current and the total desired output current is generated to determine the total desired output current through the maintaining inductor and to control the switching circuit, so that the output voltage is substantially constant Maintained at the level.

【0019】 別の局面によれば、本発明は、入力電圧源と接続される入力端子、負荷に接続
される出力端子、および入力端子と出力端子を間欠的に接続する少なくとも一つ
のスイッチング回路を有する電圧レギュレータを動作させる方法に向けられる。
推定電流は少なくとも一つのスイッチング回路の各々について計算され、各推定
電流は、関連するスイッチング回路内のインダクタを流れる電流を表す。出力端
子での出力電圧を実質的に一定レベルに維持するインダクタを流れる所望の全出
力電流が計算され、電流の上限と下限が計算される。電流の上限と下限の平均値
は、一つのインダクタに対する個々の所望出力電流に等しい。一つ以上のスイッ
チング回路に対して、スイッチング回路は、推定電流が下限電流未満に低下する
場合には、入力端子を出力端子に接続させ、推定電流が上限電流を超えて上昇す
る場合には、出力端子をグランドに接続させる。
According to another aspect, the present invention provides an input terminal connected to an input voltage source, an output terminal connected to a load, and at least one switching circuit intermittently connecting the input terminal and the output terminal. And a method of operating a voltage regulator having the same.
An estimated current is calculated for each of the at least one switching circuit, each estimated current representing a current flowing through an inductor in the associated switching circuit. The total desired output current through the inductor that maintains the output voltage at the output terminal at a substantially constant level is calculated, and the upper and lower current limits are calculated. The average of the upper and lower current limits is equal to the individual desired output current for one inductor. For one or more switching circuits, the switching circuit connects the input terminal to the output terminal when the estimated current falls below the lower limit current, and when the estimated current rises above the upper limit current, Connect the output terminal to ground.

【0020】 別の局面によれば、本発明は、入力電圧源と接続されるべき入力端子、負荷に
接続されるべき出力端子、および入力端子と出力端子を間欠的に接続する少なく
とも一つのスイッチング回路を有する電圧レギュレータを動作させる方法に向け
られる。推定電流はスイッチング回路毎に決定され、各推定電流は、スイッチン
グ回路と関連するインダクタを流れる電流を表す。インダクタを流れる所望の全
出力電流が計算され、出力端子での出力電圧を実質的に一定レベルに維持する。
一つ以上のスイッチング回路に対して、個々の所望電流が計算され、そして推定
電流が個々の所望電流と比較されて、スイッチング回路がスイッチングされ、そ
れにより、スイッチング回路を流れる電流は所望の電流と略等しくなる。
According to another aspect, the invention relates to an input terminal to be connected to an input voltage source, an output terminal to be connected to a load, and at least one switching intermittently connecting the input terminal and the output terminal. The present invention is directed to a method of operating a voltage regulator having a circuit. An estimated current is determined for each switching circuit, and each estimated current represents a current flowing through an inductor associated with the switching circuit. The desired total output current through the inductor is calculated to maintain the output voltage at the output terminal at a substantially constant level.
For one or more switching circuits, an individual desired current is calculated, and the estimated current is compared to the individual desired current, and the switching circuit is switched so that the current flowing through the switching circuit is equal to the desired current. It is almost equal.

【0021】 別の局面によれば、本発明は、入力電圧源と接続されるべき入力端子、負荷に
接続されるべき出力端子、および入力端子と出力端子を間欠的に接続する複数の
スイッチング回路を有する電圧レギュレータを動作させる方法に向けられる。複
数のスイッチング回路の一つは基準回路として選択され、所望の位相オフセット
が残りのスイッチング回路について決定される。推定電流がスイッチング回路毎
に計算され、各推定電流はスイッチング回路と関連するインダクタを流れる電流
を表す。インダクタを流れる所望の全出力電流が計算され、出力端子での出力電
圧を実質的に一定レベルに維持し、スイッチング回路は、所望の位相オフセット
および所望の全出力電流を実質的に達成するような方法で出力端子を入力端子ま
たはグランドへ接続させる。
According to another aspect, the present invention relates to an input terminal to be connected to an input voltage source, an output terminal to be connected to a load, and a plurality of switching circuits intermittently connecting the input terminal and the output terminal. And a method of operating a voltage regulator having the same. One of the plurality of switching circuits is selected as a reference circuit, and a desired phase offset is determined for the remaining switching circuits. An estimated current is calculated for each switching circuit, each estimated current representing a current through an inductor associated with the switching circuit. The desired total output current through the inductor is calculated and the output voltage at the output terminal is maintained at a substantially constant level, and the switching circuit is configured to substantially achieve the desired phase offset and the desired total output current. Connect the output terminal to the input terminal or the ground by the method.

【0022】 本発明の利点は以下を含むこともある。本電圧レギュレータは、負荷変動に迅
速に反応する比較的大きな電流を取り扱う。本電圧レギュレータは、使いやすい
形状因子を持つ小型のコンデンサを用いてもよい。本電圧レギュレータは、リッ
プル電流を減少させるために逆相で動作する複数のスレーブを含んでもよい。ア
ナログ回路の使用は、コントローラのアナログ測定値をデジタル信号に変換する
ことによって最小化される。コントローラは、大部分がデジタル回路を用いて実
施され、従来の相補型MOS(CMOS)生産技法によって既知のプロセスを用
いて生産できる。これはコントローラ内のチップに含まれない構成要素の数を減
少させる。コントローラはデジタル制御アルゴリズムで動作し、その場合、動作
パラメータを補正して異なる用途のための電圧レギュレータに適合させることが
できる。デジタル制御アルゴリズムは、スイッチング周波数より著しく高いクロ
ック周波数で動作可能であり、負荷変動に迅速に応答することが可能である。マ
スタとスレーブはデジタル信号で通信可能であり、それによって通信+の信頼性
向上が図れる。
Advantages of the present invention may include the following. The voltage regulator handles relatively large currents that respond quickly to load changes. The voltage regulator may use a small capacitor with an easy-to-use form factor. The voltage regulator may include a plurality of slaves operating in opposite phases to reduce ripple current. The use of analog circuits is minimized by converting analog measurements of the controller to digital signals. The controller is implemented largely using digital circuits and can be produced using known processes by conventional complementary MOS (CMOS) production techniques. This reduces the number of components not included on the chip in the controller. The controller operates with a digital control algorithm, in which case the operating parameters can be corrected to suit the voltage regulator for different applications. Digital control algorithms can operate at clock frequencies that are significantly higher than the switching frequency, and can respond quickly to load changes. The master and the slave can communicate by digital signals, thereby improving the reliability of communication +.

【0023】[0023]

【詳しい説明】【detailed explanation】

図1を参照して、スイッチングレギュレータ10は、入力端子20によりバッ
テリ等の定電圧化されていないDC入力電圧源12に接続される。スイッチング
レギュレータ10は、出力端子22により集積回路等の負荷14にも接続される
。負荷14は普通、期待される公称電圧Vnomおよび電圧許容範囲ΔVnomを有す
る。マイクロプロセッサーチップの公称電圧Vnomは普通、約1.0から5.0
ボルト、例えば約1.2から1.8ボルトであり、電圧許容範囲ΔVnomは普通
、公称電圧Vnomの±6%、すなわち、1.2ボルトの公称電圧に対して約80
mVである。スイッチングレギュレータ10は、入力端子20と出力端子22間
のDC/DCコンバータとして働く。スイッチングレギュレータ10は、入力端
子20の入力電圧Vinを、公称電圧Vndjomの許容範囲ΔVnom内にある出力端子
22の出力電圧Voutに変換するための一つ以上のスレーブ16、およびスレー
ブ16の動作を制御するためのマスタコントローラ18を含む。マスタコントロ
ーラ18は、(図示のような)電圧源12または別の電圧源によって電力を供給
される。
Referring to FIG. 1, a switching regulator 10 is connected to a non-constant DC input voltage source 12 such as a battery by an input terminal 20. The switching regulator 10 is also connected to a load 14 such as an integrated circuit by an output terminal 22. Load 14 typically has an expected nominal voltage V nom and a voltage tolerance ΔV nom . The nominal voltage V nom of a microprocessor chip is typically about 1.0 to 5.0
Volts, eg, about 1.2 to 1.8 volts, and the voltage tolerance ΔV nom is typically ± 6% of the nominal voltage V nom , ie, about 80 volts for a nominal voltage of 1.2 volts.
mV. The switching regulator 10 functions as a DC / DC converter between the input terminal 20 and the output terminal 22. The switching regulator 10, the input voltage V in at the input terminal 20, a nominal voltage V Ndjom tolerance one or more slaves 16 for converting the output voltage V out of the [Delta] V nom is within an output terminal 22, and slave 16 Includes a master controller 18 for controlling the operation of. Master controller 18 is powered by voltage source 12 (as shown) or another voltage source.

【0024】 端的に言えば、マスタコントローラ18は、デジタル式電流基準制御アルゴリ
ズムを使用している。スレーブからの出力電圧Voutとフィードバックとに基づ
いて、マスタコントローラ18の制御アルゴリズムは、出力電圧Voutを実質的
に一定レベルに、つまり電圧許容範囲内に維持するために各スレーブ16の状態
を判定する。マスタコントローラ18は、各スレーブ16を制御する一組の制御
信号を生成し、それを適切な状態に設定する。より詳細には、マスタコントロー
ラ18は、スイッチングレギュレータ10からの電流を負荷14への電流と確実
に一致させ、それによって出力電圧を実質的に一定レベルに維持する。例えば、
電流負荷(または単に「負荷」)が増加する場合、スレーブを流れる電流の量は
増加する。これは、所望の負荷に到達するまで、電流を「一定勾配で上昇」させ
る。一方、負荷が減少する場合、アクティブスレーブを通る電流量が減少する。
これは、所望の負荷に到達するまで、電流を「一定勾配で下降」させる。
In short, the master controller 18 uses a digital current reference control algorithm. Based on the output voltage V out from the slaves and the feedback, the control algorithm of the master controller 18 changes the state of each slave 16 to maintain the output voltage V out at a substantially constant level, ie, within a voltage tolerance range. judge. The master controller 18 generates a set of control signals for controlling each slave 16 and sets it to an appropriate state. More specifically, master controller 18 ensures that the current from switching regulator 10 matches the current into load 14, thereby maintaining the output voltage at a substantially constant level. For example,
As the current load (or simply "load") increases, the amount of current flowing through the slave increases. This causes the current to “slope up” until the desired load is reached. On the other hand, when the load decreases, the amount of current passing through the active slave decreases.
This causes the current to "fall down" until the desired load is reached.

【0025】 各スレーブ16は、中間端子26に入力端子20を交互に接続、遮断する電力
スイッチとして働くスイッチング回路24を含む。スイッチング回路24は、ス
イッチやダイオード等の整流器も含み、中間端子26を接地接続する。各スレー
ブの中間端子26は、出力フィルタ28を介して出力端子22に接続される。ス
イッチング回路24の開閉は、中間端子26に矩形波を持つ中間電圧Vintを生
成する。出力フィルタ28は、この矩形波を出力端子22での実質的にDCであ
る出力電圧に変換する。このスイッチングレギュレータは、バックコンバータト
ポロジとして以下に図示し説明するが、本発明はまた、例えばブーストコンバー
タやバックブーストコンバータトポロジ等の他の電圧レギュレータトポロジにも
適用できる。
Each slave 16 includes a switching circuit 24 serving as a power switch for alternately connecting and disconnecting the input terminal 20 to the intermediate terminal 26. The switching circuit 24 also includes a rectifier such as a switch or a diode, and connects the intermediate terminal 26 to ground. The intermediate terminal 26 of each slave is connected to the output terminal 22 via the output filter 28. Opening and closing of the switching circuit 24 generates an intermediate voltage V int having a rectangular wave at the intermediate terminal 26. Output filter 28 converts this square wave into an output voltage that is substantially DC at output terminal 22. Although this switching regulator is illustrated and described below as a buck converter topology, the invention is also applicable to other voltage regulator topologies, such as, for example, a boost converter or a buck-boost converter topology.

【0026】 図示のように、スイッチング回路24と出力フィルタ28は、バックコンバー
タトポロジで構成される。特に、各スレーブ16のスイッチング回路24は、入
力端子20に接続されるソースと中間端子26に接続されるドレインとを有する
第1のトランジスタ30のようなスイッチを含む。スイッチング回路24はまた
、接地接続されたソースと中間端子26に接続されたドレインとを有する第2の
トランジスタ32のような整流器を含む。第1のトランジスタ30はP型MOS
(PMOS)デバイスでよく、第2のトランジスタ32はN型MOS(NMOS
)デバイスでよい。代替として、第2のトランジスタ32は、整流が可能となる
ようにダイオードに置換えるか、またはダイオードで補完してもよい。第1と第
2のトランジスタ30と32はそれぞれ、制御ライン44aと44b上のスイッ
チング信号により駆動される。出力フィルタ28は、中間端子26と出力端子2
2間に接続されるインダクタ34と、負荷14と並列接続されたコンデンサ36
とを含む。更に、各スレーブ16からのコンデンサ36は、インダクタ34から
の共通ラインへ接続される一つ以上のコンデンサで補完するか、置換えてもよい
As shown, the switching circuit 24 and the output filter 28 are configured in a buck converter topology. In particular, the switching circuit 24 of each slave 16 includes a switch such as a first transistor 30 having a source connected to the input terminal 20 and a drain connected to the intermediate terminal 26. Switching circuit 24 also includes a rectifier, such as second transistor 32, having a source connected to ground and a drain connected to intermediate terminal 26. The first transistor 30 is a P-type MOS
(PMOS) device, and the second transistor 32 is an N-type MOS (NMOS)
) Devices are fine. Alternatively, the second transistor 32 may be replaced by a diode or complemented by a diode to allow rectification. First and second transistors 30 and 32 are driven by switching signals on control lines 44a and 44b, respectively. The output filter 28 includes an intermediate terminal 26 and an output terminal 2
And a capacitor 36 connected in parallel with the load 14.
And Further, the capacitors 36 from each slave 16 may be supplemented or replaced by one or more capacitors connected to a common line from the inductor 34.

【0027】 第1のトランジスタ30が閉じて、第2のトランジスタ32が開いている場合
(PMOS導通状態)、中間端子26は電圧源12に接続され、電圧源12は、
第1のトランジスタ30を介して負荷14およびインダクタ34にエネルギーを
供給する。他方、第1のトランジスタが開いて、第2のトランジスタが閉じてい
る場合(NMOS導通状態)、中間端子26は接地接続され、インダクタ34に
よってエネルギーが負荷14に供給される。
When the first transistor 30 is closed and the second transistor 32 is open (PMOS conduction state), the intermediate terminal 26 is connected to the voltage source 12, and the voltage source 12
Energy is supplied to the load 14 and the inductor 34 via the first transistor 30. On the other hand, when the first transistor is open and the second transistor is closed (NMOS conduction state), the intermediate terminal 26 is connected to ground, and energy is supplied to the load 14 by the inductor 34.

【0028】 各スレーブ16は第1と第2のトランジスタ30と32のそれぞれの電流を測
定する第1と第2の電流センサ40と42を含む。マスタコントローラ18は、
電流センサ40と42の情報を電流基準制御アルゴリズムの状態で使用する。各
電流センサは、一本以上の出力ライン上にデジタル出力信号を生成する。単一ビ
ット信号では、出力ライン上のデジタル出力信号は、スレーブを通る電流がトリ
ガー電流を超えるかまたは下回る場合、ハイからローへスイッチングされる(逆
も同)。特に、第1の電流センサ30からの第1の出力ライン44c上の信号は
、第1のトランジスタを通る電流が第1のトリガー電流Ipcrossを超える時に、
ローからハイへスイッチングする。同様に、第2の電流センサ42からの第2の
出力ライン44上の出力信号は、第2のトランジスタ32を通る電流が第2のト
リガー電流Incross未満に低下する時にハイからローへスイッチングする。
Each slave 16 includes first and second current sensors 40 and 42 that measure the respective currents of first and second transistors 30 and 32. The master controller 18
The information of the current sensors 40 and 42 is used in the state of the current reference control algorithm. Each current sensor generates a digital output signal on one or more output lines. With a single bit signal, the digital output signal on the output line is switched from high to low when the current through the slave exceeds or falls below the trigger current, and vice versa. In particular, the signal on the first output line 44c from the first current sensor 30 indicates that when the current through the first transistor exceeds the first trigger current I pcross
Switch from low to high. Similarly, the output signal on the second output line 44 from the second current sensor 42 switches from high to low when the current through the second transistor 32 drops below the second trigger current Incross. .

【0029】 図1に示すように、各出力ライン44cと44dは、マスタコントローラ18
に直接接続されてもよい。代替として、図1Aに示すように、第1と第2の出力
ラインは、単一の出力ライン44gを形成するよう互いに結合されてもよい。こ
の場合、マスタコントローラ18’が判定することは、スレーブがPMOS(第
1のトランジスタ)かまたはNMOS(第2のトランジスタ)導通状態のいずれ
であるかに基づいて、出力ライン44g上の信号g1,g2,...,gnが第1または
第2のトランジスタのいずれの電流を表しているかということである。
As shown in FIG. 1, each output line 44 c and 44 d is connected to the master controller 18.
May be directly connected. Alternatively, as shown in FIG. 1A, the first and second output lines may be coupled together to form a single output line 44g. In this case, the master controller 18 'determines that the signal g 1 on the output line 44g is based on whether the slave is in a PMOS (first transistor) or NMOS (second transistor) conducting state. , g 2 ,..., g n represent the current of the first or second transistor.

【0030】 図2を参照すると、例えば第1の電流センサ40等の各電流センサは、基準ト
ランジスタ52、電流源54および比較器56を含む。同様の電流センサは、An
thony Stratakos他によって同時出願され、本発明の譲受人に譲渡された米国特
許出願第09/183,417号「電流測定の技法」に記載されており、その全
ての開示は引用されて本明細書に組み込まれる。基準トランジスタ52は、測定
されるトランジスタつまり第1のトランジスタ30のソースに接続されるソース
、電流源54に接続されるドレイン、および制御ライン44eに接続されるゲー
トを有する。基準トランジスタ52はパワートランジスタ30と同一である。す
なわち、トランジスタ素子は同じチップ上に、同じ寸法で同じプロセスを使用し
て製造されるので、両者は実質的に同一の電気的特性を有する。既知の電流Ire f が電流源54を流れる。比較器56のプラス入力は、基準トランジスタ52の
ドレインと電流源54の間のノード58に接続され、比較器56のマイナス入力
は中間端子26に接続されている。比較器の出力は基準ライン44cに接続され
ている。第2の電流センサ42も同様に構成されるが、NMOSトランジスタに
関連付けられる極性を有する。
Referring to FIG. 2, each current sensor such as, for example, the first current sensor 40 includes a reference transistor 52, a current source 54 and a comparator 56. A similar current sensor is An
No. 09 / 183,417, entitled "Current Measurement Techniques," co-filed by Thony Stratakos et al. and assigned to the assignee of the present invention, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference. Incorporated in The reference transistor 52 has a source connected to the source of the transistor being measured or the first transistor 30, a drain connected to the current source 54, and a gate connected to the control line 44e. The reference transistor 52 is the same as the power transistor 30. That is, since the transistor elements are manufactured on the same chip with the same dimensions and using the same process, both have substantially the same electrical characteristics. Known current I re f flows through the current source 54. The positive input of the comparator 56 is connected to a node 58 between the drain of the reference transistor 52 and the current source 54, and the negative input of the comparator 56 is connected to the intermediate terminal 26. The output of the comparator is connected to reference line 44c. The second current sensor 42 is similarly configured, but has a polarity associated with the NMOS transistor.

【0031】 動作においては、パワートランジスタ30および基準トランジスタ52がとも
に閉じているとすると、スレーブ電流Islaveはパワートランジスタ30を流れ
、基準電流Irefは基準トランジスタ52を流れることになる。ノード58での
電圧Vnodeは、Vnode=Vin−(RR×Iref)によって与えられ、ここでRR
トランジスタ52の等価抵抗であり、一方、中間端子26での電圧Vintは、Vi nt =Vin−(RP×Islave)で与えられ、ここでRPはパワートランジスタ30
の抵抗である。基準トランジスタ52が単一トランジスタ素子で製作されている
のに対して、パワートランジスタはNトランジスタ素子で製作されているので、
パワートランジスタの抵抗RPは基準トランジスタ52のRRの1/N倍に実質的
に等しく、従ってVnode=Vin−(RP×N×Iref)となり、スレーブ電流Isl ave がN×Irefより大きい場合、ノード電圧Vnodeは中間電圧Vintより大きく
なろう。従って、スレーブ電流Islaveがスレッショルド電流N×Irefより大き
い場合、電流センサ40は出力ライン44cへ高い信号を出力し、一方、スレー
ブ電流Islaveがスレッショルド電流N×Irefより低い場合、基準ライン44c
に低い信号を出力する。
In operation, assuming that both power transistor 30 and reference transistor 52 are closed, slave current I slave will flow through power transistor 30 and reference current I ref will flow through reference transistor 52. The voltage V node at node 58, V node = V in - given by (R R × I ref), where R R is the equivalent resistance of the transistor 52, while the voltage V int at the intermediate terminal 26 , V i nt = V in - is given by (R P × I slave), wherein R P is a power transistor 30
Resistance. Since the reference transistor 52 is made of a single transistor element, while the power transistor is made of an N transistor element,
Resistance R P of the power transistor is substantially equal to 1 / N times the R R of the reference transistor 52, thus V node = V in - (R P × N × I ref) , and the slave current I sl ave is N × If greater than I ref , node voltage V node will be greater than intermediate voltage V int . Thus, if the slave current I slave is greater than the threshold current N × I ref , the current sensor 40 outputs a high signal on the output line 44c, while if the slave current I slave is lower than the threshold current N × I ref , 44c
To output a low signal.

【0032】 2個の電流センサ40および42は、異なるスレッショルド電流Tpcrossおよ
びTncrossを提供するように異なる基準電流Irefを用いて構成してもよい。第
1の電流センサ40用の第1のスレッショルド電流Tpcrossは、第2の電流セン
サ42用の第2のスレッショルド電流Tncrossより大きくてもよい。従って、ス
レーブ電流Islaveがスレッショルド電流Tpcrossより大きい場合、電流センサ
40は高い信号を出力し、スレーブ電流Islaveがスレッショルド電流Tpcross
未満の場合、低い信号を出力する。同様に、電流センサ42は、スレーブ電流I slave がスレッショルド電流Tncrossより大きい場合、出力ライン44dに高い
信号を出力し、スレーブ電流Islaveがスレッショルド電流Tncross未満の場合
、低い信号を出力する。これらの簡単なスレッショルド出力信号は、マスタコン
トローラ18にスレーブ電流についての情報を提供し、アナログ信号よりノイズ
に影響されず、電力消費がより少なく、そして電流を完全にA/D変換する結果
、多数の相互接続が不要となる。
The two current sensors 40 and 42 have different threshold currents TpcrossAnd
And TncrossTo provide different reference currents IrefMay be used. No.
1st threshold current T for one current sensor 40pcrossIs the second current sensor
The second threshold current T for the capacitor 42ncrossIt may be larger. Therefore,
Reave current IslaveIs the threshold current TpcrossIf greater, current sensor
40 outputs a high signal and the slave current IslaveIs the threshold current Tpcross
If less, a low signal is output. Similarly, the current sensor 42 detects the slave current I slave Is the threshold current TncrossIf greater, high on output line 44d
Output the signal and the slave current IslaveIs the threshold current TncrossLess than
Outputs a low signal. These simple threshold output signals are
Provides information about the slave current to the controller 18 and reduces noise from analog signals.
Less power consumption and less A / D conversion of current
, Eliminating the need for multiple interconnects.

【0033】 電流スレッショルドTncrossおよびTpcrossが選択されて、それによりスレー
ブ電流Islaveが、各スイッチングサイクルで、つまり、各PMOSおよびNM
OSの導通状態で、少なくとも一つのスレッショルドと交差できる。スレッショ
ルド電流Tpcrossは、スレーブ電流Islaveがスレッショルドを横切るのが、比
較器がイネーブルになった後で起きるという可能性を増大させるためにスレッシ
ョルド電流Tncrossより高くなければならない。一実施の形態では、第1のスレ
ッショルド電流Tpcrossは約8アンペアでよく、他方、第2のスレッショルド電
流Tncrossは約2アンペアでよい。
The current thresholds T ncross and T pcross are selected so that the slave current I slave is changed at each switching cycle, ie at each PMOS and NM
At least one threshold can be crossed while the OS is conducting. The threshold current T pcross must be higher than the threshold current T ncross to increase the likelihood that the slave current I slave crosses the threshold after the comparator is enabled. In one embodiment, the first threshold current T pcross may be about 8 amps, while the second threshold current T ncross may be about 2 amps.

【0034】 電流センサは、一つを超えるデジタル信号を出力するよう構成できる。例えば
、スレーブ電流Islaveが第1のスレッショルド電流Tpcrossを超える場合、電
流センサは第1のデジタル信号を生成でき、スレーブ電流Islaveが、第2のス
レッショルド電流Tpcross2を超える場合、第2のデジタル信号を生成できる、
等である。
The current sensor can be configured to output more than one digital signal. For example, if the slave current I slave exceeds a first threshold current T pcross , the current sensor can generate a first digital signal, and if the slave current I slave exceeds a second threshold current T pcross2 , the second Can generate digital signals,
And so on.

【0035】 図1に戻って、先に説明したように、出力端子22の出力電圧Voutは、マス
タコントローラ18によって定電圧化され、または実質的に一定のレベルに維持
される。マスタコントローラ18は、出力端子22での電圧を測定して、各スレ
ーブ16の電流センサ40および42からの出力ライン44cおよび44d上の
デジタル出力信号を受け取る。電流センサからの測定出力電圧Voutおよび出力
信号に応答して、マスタコントローラ18は、各スレーブ16内の第1と第2の
トランジスタ30、32の動作を制御するために制御信号を生成する。マスタコ
ントローラ18の動作は、以下に更に詳細に説明する。
Returning to FIG. 1, as described above, the output voltage V out of the output terminal 22 is made constant by the master controller 18 or maintained at a substantially constant level. Master controller 18 measures the voltage at output terminal 22 and receives digital output signals on output lines 44c and 44d from current sensors 40 and 42 of each slave 16. In response to the measured output voltage Vout and the output signal from the current sensor, the master controller 18 generates a control signal to control the operation of the first and second transistors 30, 32 in each slave 16. The operation of master controller 18 will be described in further detail below.

【0036】 マスタコントローラ18とスレーブ16は、大部分がデジタルでスイッチドキ
ャパシタを基礎とする構成部品を利用して構成してもよい。従って、大部分のス
イッチングレギュレータ10は、従来のCMOS技法を利用してシングルチップ
上に実装されるか、またはその上に製造される。しかし、各スレーブ16はシン
グルチップ上に製造され、マスタコントローラ18は別のチップ上に製造される
ことが好ましい。あるいは、各スレーブは単一ICで製造され、電圧センサは別
のICチップ上に製造され、そして、デジタルコントローラの残りは更に別のI
Cチップ上に製造されてもよい。各チップは従来のCMOS技法を利用して製造
されてもよい。
The master controller 18 and the slave 16 may be configured utilizing components that are largely digital and based on switched capacitors. Thus, most switching regulators 10 are implemented on or fabricated on a single chip utilizing conventional CMOS technology. However, preferably, each slave 16 is manufactured on a single chip and the master controller 18 is manufactured on a separate chip. Alternatively, each slave is manufactured on a single IC, the voltage sensor is manufactured on a separate IC chip, and the rest of the digital controller is
It may be manufactured on a C chip. Each chip may be manufactured utilizing conventional CMOS technology.

【0037】 図3を参照すると、マスタコントローラ18は、スイッチング回路の各サイク
ル中に一つ以上の離散時間で、出力端子22の出力電圧Voutを測定する電圧サ
ンプリング回路60を含む。このサンプリング回路60は、Anthony Stratakos
他による、本発明の譲受人に譲渡され、その全ての開示は引用されて本明細書に
組み込まれる、1997年12月16日出願の米国特許出願第08/991,3
94号「スイッチングレギュレータに用いるためのデータの離散時間サンプリン
グ」に記載されているように実質的に構成できる。サンプリング回路60は、寄
生容量およびインダクタンスによって発生する誤差を低減させるためにマイクロ
プロセッサのグランドへ直接に接地接続されてもよい。サンプリング回路60に
よってサンプリングされた電圧は、アナログディジタル(A/D)コンバータ6
2によってデジタル電圧信号に変換される。
Referring to FIG. 3, the master controller 18 includes a voltage sampling circuit 60 that measures the output voltage V out of the output terminal 22 at one or more discrete times during each cycle of the switching circuit. This sampling circuit 60 is based on Anthony Stratakos
No. 08 / 991,3 filed Dec. 16, 1997, assigned to the assignee of the present invention, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.
No. 94, "Discrete Time Sampling of Data for Use in Switching Regulators". The sampling circuit 60 may be grounded directly to the microprocessor ground to reduce errors caused by parasitic capacitance and inductance. The voltage sampled by the sampling circuit 60 is supplied to an analog / digital (A / D) converter 6.
2 converts it into a digital voltage signal.

【0038】 マスタコントローラ18はデジタル制御アルゴリズム64も含む。デジタル制
御アルゴリズムは、A/Dコンバータ62からデジタル電圧信号を、出力ライン
44cと44dから出力信号c1,c2,...,cn,とd1,d2,...,dnを、そして外
部クロックからクロック信号66を受け取る。クロック信号66は、マイクロプ
ロセッサを実行する同じクロックによって、負荷内の他のIC装置によって、ま
たはマスタコントローラチップ上のクロックによって生成されてもよい。クロッ
ク周波数fclockは、スイッチング回路24のスイッチング周波数fswitchより
著しく高くするのがよく、例えば、負荷変動に迅速に応答するのを確実にするた
めには、10〜100倍高くするのがよい。しかし、クロック周波数fclock
、スイッチングレギュレータとマスタコントローラが電圧源に大きなドレインを
構成するほど高くすべきではない。普通、クロック周波数fclockはマイクロプ
ロセッサのクロック速度ほど高くなく、マイクロプロセッサのクロック信号を分
周して発生させる。クロック信号66の周波数は、約16と66MHz間、例え
ば約33MHzの周波数fclockである。
The master controller 18 also includes a digital control algorithm 64. The digital control algorithm uses a digital voltage signal from the A / D converter 62 and output signals c 1 , c 2 ,..., C n from the output lines 44 c and 44 d and d 1 , d 2 ,. And a clock signal 66 from an external clock. Clock signal 66 may be generated by the same clock running the microprocessor, by other IC devices in the load, or by a clock on the master controller chip. Clock frequency f clock may have to significantly higher than the switching frequency f: switch of the switching circuit 24, for example, in order to ensure to respond quickly to load change, it is preferable to 10 to 100 times higher. However, the clock frequency f clock should not be so high that the switching regulator and the master controller constitute a large drain on the voltage source. Normally, the clock frequency f clock is not as high as the clock speed of the microprocessor, but is generated by dividing the clock signal of the microprocessor. The frequency of the clock signal 66 is between about 16 and 66 MHz, for example a frequency f clock of about 33 MHz.

【0039】 図3Aを参照して、マスタコントローラ18’の別の実施は、出力電圧と公称
電圧との差、すなわちVout[n]−Vnom、および現在の出力電圧と一つ前のクロ
ックサイクルにおける出力電圧の差、すなわちVout[n]−Vout[n-1]、を測定す
るために出力端子24に接続される電圧のサンプリング&ホールド回路60’を
含む。デジタル公称電圧Vnomは、外部ピンによってセットされ、デジタル/ア
ナログ(D/A)コンバータ68によって、アナログ電圧に変換されてもよい。
この実施では、サンプリング回路60’によってサンプリングされた電圧差は、
2個のA/Dコンバータ62’によって、2つのデジタル電圧差信号に変換され
る。電圧差の場合には必要な変換はより狭い範囲で済むので(A/Dコンバータ
60’と比較すると)、より単純でより高速のA/Dコンバータが使用できる。
デジタル制御アルゴリズムは、A/Dコンバータ62’からのデジタル電圧差信
号、出力ライン44cと44dからの出力信号c1,c2,...,cn,とd1,2,...,
n、外部クロックからのクロック信号66、デジタル公称電圧Vnom、および電
流リミットライン44h上の電流制限信号を受け取る(以下に図1Aを参照して
説明する)。
Referring to FIG. 3A, another implementation of the master controller 18 ′ is the difference between the output voltage and the nominal voltage, ie, V out [n] −V nom , and the current output voltage and the previous clock. It includes a voltage sampling and holding circuit 60 'connected to the output terminal 24 to measure the output voltage difference in the cycle, Vout [n] -Vout [n-1] . The digital nominal voltage V nom may be set by an external pin and converted to an analog voltage by a digital / analog (D / A) converter 68.
In this implementation, the voltage difference sampled by sampling circuit 60 'is
The signals are converted into two digital voltage difference signals by two A / D converters 62 '. In the case of a voltage difference, the conversion required is narrower (compared to A / D converter 60 '), so that a simpler and faster A / D converter can be used.
Digital control algorithm, A / D converter digital voltage difference signal from the 62 ', the output signal c 1 from the output line 44c and 44d, c 2, ..., c n, and d 1, d 2, ... ,
d n, (described with reference to FIG. 1A below) the clock signal 66 from an external clock, the digital nominal voltage V nom, and receives the current limit signal on a current limit line 44h.

【0040】 図1および図3に戻ると、デジタル制御アルゴリズム64は、各スレーブ16
においてトランジスタ30と32を制御するために、タイミングライン44aと
44b上の制御信号a1,2,...,anおよびb1,2,...,bnのセットを生成す
る。電流負荷に基づいて、デジタル制御アルゴリズム64は、各スレーブのスイ
ッチング状態、すなわち、出力端子22の出力電圧Voutが、公称電圧Vnomの電
圧許容範囲ΔVnom内に実質的に維持されるように、PMOSトランジスタ30
が閉じてNMOSトランジスタ32が開きかつNMOSトランジスタ32が閉じ
てPMOSトランジスタ30が開き、またはPMOSトランジスタ30とNMO
Sトランジスタ32がともに開く、という状態を判定する。
Returning to FIG. 1 and FIG. 3, the digital control algorithm 64
To control the transistor 30 and 32 in the control signals a 1, a 2 in timing lines 44a and 44b, ..., a n and b 1, b 2, ..., to produce a set of b n . Based on the current load, the digital control algorithm 64 operates such that the switching state of each slave, ie, the output voltage V out at the output terminal 22, is substantially maintained within the voltage tolerance ΔV nom of the nominal voltage V nom. , PMOS transistor 30
Is closed and the NMOS transistor 32 is opened and the NMOS transistor 32 is closed and the PMOS transistor 30 is opened, or the PMOS transistor 30 and the NMO
It is determined that both S transistors 32 are open.

【0041】 代替として、図1A、3Aおよび13Aを参照すると、マスタコントローラ1
8’は一つ以上のデジタルの状態制御信号を生成し、この信号は、制御ライン4
4aと44b上の制御信号を生成するために各スレーブ16’内のオンチップイ
ンタープリタ48により解釈される。図示のように、マスタコントローラ18’
が、状態制御ライン44h上に、PMOS状態制御信号e1,2,...,eN、NM
OS状態制御信号f1,2,...,fN、そして連続/不連続モード動作制御信号h1 ,2,...,hN、を生成する。特に、スレーブがPMOS導通状態にスイッチング
される場合、マスタコントローラは、PMOS状態制御ライン44e上にパルス
49aを出力する。一方、スレーブがNMOS導通状態にスイッチングされる場
合、マスタコントローラ18’は、NMOS状態制御ライン44f上にパルス4
9bを出力する。オンチップインタープリタ48は、状態制御ライン44e上の
パルス49aの立上がりエッジを、PMOS状態にスレーブ16をスイッチング
する命令として解釈する。例えば、制御ライン44a’をハイに設定し、制御ラ
イン44b’をローに設定することによってスイッチングする。逆に、状態制御
ライン44f上のパルス49bの立上がりエッジは、オンチップインタープリタ
48によって、スレーブ16をNMOS状態にスイッチングする命令として解釈
される。例えば、制御ライン44a’をローに設定し、制御ライン44b’をハ
イに設定することによってスイッチングする。オンチップインタープリタは、状
態制御ライン44eと44f上のパルスの立下りエッジをそれぞれ電流センサ4
0と42内の比較器56をイネーブルする命令として解釈する。
As an alternative, referring to FIGS. 1A, 3A and 13A, the master controller 1
8 'generates one or more digital state control signals, which are
Interpreted by on-chip interpreter 48 in each slave 16 'to generate control signals on 4a and 44b. As shown, the master controller 18 '
But on the state control line 44h, PMOS state control signal e 1, e 2, ..., e N, NM
OS state control signals f 1, f 2, ..., f N and continuous / discontinuous mode operation control signal h 1, h 2,, ... , h N, to produce a. In particular, when the slave is switched to the PMOS conduction state, the master controller outputs a pulse 49a on the PMOS state control line 44e. On the other hand, when the slave is switched to the NMOS conducting state, the master controller 18 'sends the pulse 4
9b is output. On-chip interpreter 48 interprets the rising edge of pulse 49a on state control line 44e as a command to switch slave 16 to the PMOS state. For example, switching is performed by setting control line 44a 'high and control line 44b' low. Conversely, the rising edge of pulse 49b on state control line 44f is interpreted by on-chip interpreter 48 as a command to switch slave 16 to the NMOS state. For example, switching is performed by setting control line 44a 'low and control line 44b' high. The on-chip interpreter detects the falling edges of the pulses on state control lines 44e and 44f,
Interpret as an instruction to enable the comparator 56 in 0 and 42.

【0042】 連続するモード動作が、イネーブルされると(例えば、制御ライン44gがロ
ーのとき)、スイッチング回路は通常、スレーブ電流Islaveが負のときに動作
する。しかし、NMOSトランジスタ30が閉じていて、不連続モード動作制御
信号がディスエイブルの場合には(例えば、制御ライン44gがハイのとき)、
NMOSトランジスタ30およびPMOSトランジスタ32はともに、スレーブ
電流Islaveがゼロを下回る場合、負電流がスレーブを流れるのを防止するため
に開く。一般に、マスタコントローラ18は、より効率がよい不連続モードでス
レーブを動作させる。しかし、負荷が大きくて急速な電圧低下を起こす場合、連
続モードで動作する方が有利である。
When continuous mode operation is enabled (eg, when control line 44g is low), the switching circuit typically operates when slave current I slave is negative. However, if the NMOS transistor 30 is closed and the discontinuous mode operation control signal is disabled (eg, when the control line 44g is high),
Both NMOS transistor 30 and PMOS transistor 32 open to prevent negative current from flowing through the slave if slave current I slave is below zero. Generally, the master controller 18 operates the slaves in a more efficient discontinuous mode. However, when the load is large and causes a rapid voltage drop, it is advantageous to operate in continuous mode.

【0043】 スレーブは故障保護回路68も含み、スイッチング回路の電流が、例えば15
アンペアの危険なレベルを超える場合、自動的にスレーブを遮断する(マスタコ
ントローラからの制御信号を無効にする)。故障保護回路68が作動する場合、
スレーブは電流制限ライン44i(図3A参照)上にデジタル信号を送ってスレ
ーブが非アクティブにされたことをマスタコントローラ18’に知らせる。スレ
ーブは、他のデジタルフィードバック信号を生じてもよい。例えば、スレーブは
状態センサを含んでもよく、PMOSまたはNMOS導通状態にある等の、スイ
ッチングレギュレータの状態を示すデジタル状態信号を生成する。
The slave also includes a fault protection circuit 68, and the current of the switching circuit is, for example, 15
Automatically shuts down the slave if the dangerous ampere level is exceeded (disables the control signal from the master controller). When the failure protection circuit 68 is activated,
The slave sends a digital signal on the current limit line 44i (see FIG. 3A) to inform the master controller 18 'that the slave has been deactivated. The slave may generate another digital feedback signal. For example, the slave may include a state sensor and generate a digital state signal that indicates the state of the switching regulator, such as being in a PMOS or NMOS conducting state.

【0044】 図4を参照して、各クロックサイクルTclock毎に、例えばクロック周波数fc lock が約33MHzである場合、約30ナノ秒毎に、デジタル制御アルゴリズム
64は制御方式100を実行してもよい。制御アルゴリズム64は、各スレーブ
に対してそのスレーブのインダクタ34の電流を表す推定電流Iestimateを判定
する(ステップ102)。制御アルゴリズム64はまた、出力端子22上の目標
出力電圧を表す所望電圧Vdesを計算し(ステップ104)、インダクタを介し
て負荷に流入するはずの電流を表す所望全電流Itotalを計算するので、出力電
圧Voutは実質的に所望電圧Vdesに等しくなる(ステップ106)。次に、デジ
タル制御アルゴリズムは、次のクロックサイクルでアクティブにされる所望数の
スレーブを決定し(ステップ108)、各スレーブに対する所望電流Idesを計
算する(ステップ110)。最後に、制御アルゴリズムは各スレーブの第1と第
2のトランジスタ30、32を制御するので、スレーブの全電流は所望全電流I total に実質的に、例えば所望電流誤差ΔItotalの範囲内で等しくなる(ステッ
プ112)。各々のこれらのステップは以下で更に詳細に説明する。しかし、特
定順序で実行しなくてもよいことが理解されよう。例えば、様々な計算は、並列
で実行され、または前のクロックサイクルで実行されて記憶されてもうよい。特
に、所望電圧と所望電流は、次のクロックサイクルで用いるために計算され記憶
される。
Referring to FIG. 4, each clock cycle TclockEach time, for example, clock frequency fc lock Is approximately 33 MHz, the digital control algorithm
64 may execute the control method 100. The control algorithm 64 is used for each slave.
The estimated current I representing the current of the slave inductor 34estimateJudge
(Step 102). Control algorithm 64 also determines the target on output terminal 22
Desired voltage V representing output voltagedesIs calculated (step 104), and
Desired current I that represents the current that would flow into the loadtotalIs calculated.
Pressure VoutIs substantially the desired voltage Vdes(Step 106). Next,
Control algorithm, the desired number of clocks to be activated in the next clock cycle.
The slaves are determined (step 108) and the desired current IdesTotal
(Step 110). Finally, the control algorithm determines the first and
2 transistors 30 and 32 so that the total current of the slave is equal to the desired total current I total Substantially, for example, the desired current error ΔItotalWithin the range (step
112). Each of these steps is described in further detail below. However,
It will be appreciated that they need not be performed in a fixed order. For example, various calculations are performed in parallel
Or may be executed and stored in a previous clock cycle. Special
In addition, the desired voltage and current are calculated and stored for use in the next clock cycle.
Is done.

【0045】 図1と図5を参照して、推定電流Iestimateはステップ102で計算される。
インダクタを通過する電流の変動率、つまりdI/dTは、インダクタにかかる電圧
inductorに比例するので、
Referring to FIGS. 1 and 5, an estimated current I estimate is calculated in step 102.
Variation rate of current passing through the inductor, i.e. dI / dT is proportional the voltage V Inductor across the inductor,

【0046】[0046]

【式1】 (Equation 1)

【0047】 ここで、Lは中間端子26から出力端子22へ流れる電流についてのインダクタ
のインダクタンスである。PMOS導通状態の間、中間端子26は入力電圧源に
接続され、インダクタ34にかかる電圧Vinductor、すなわちVout-Vintetmed iate は正であり、それによりインダクタの電流を増加させる。一方、NMOS導
通状態の間、中間端子26は接地されているので、インダクタ34にかかる電圧
inductorは負となり、それによってインダクタの電流を減少させる。PMOS
導通状態の間、スレーブ電流Islaveの勾配(想像線70で示す)は次式で与え
られる。
Here, L is the inductance of the inductor for the current flowing from the intermediate terminal 26 to the output terminal 22. During the PMOS conduction state, the intermediate terminal 26 is connected to an input voltage source, the voltage V Inductor across the inductor 34, i.e. V out -V intetmed iate is positive, thereby increasing the current in the inductor. On the other hand, during the NMOS conduction state, since the intermediate terminal 26 is grounded, the voltage V Inductor across the inductor 34 becomes negative, thereby reducing the current in the inductor. PMOS
During the conduction state, the slope of the slave current I slave (indicated by phantom line 70) is given by:

【0048】[0048]

【式2】 (Equation 2)

【0049】 一方、NMOS導通状態の間、スレーブ電流Islaveの勾配は次式で与えられ
る。
On the other hand, during the NMOS conduction state, the slope of the slave current I slave is given by the following equation.

【0050】[0050]

【式3】 (Equation 3)

【0051】 推定電流Iestimate(実線72で示す)はクロックサイクル毎に調整される。
特に、PMOS導通状態の間、推定電流Iestimateはクロックサイクル毎に一定
勾配で上昇する値ΔIupによって増加される。同様に、NMOS導通状態の間、
推定電流Iestimateはクロックサイクル毎に一定勾配で下降する値ΔIdownによ
って減少される。一定勾配で上昇および下降するΔIupおよびΔIdownは次式で
与えられてもよい。
The estimated current I estimate (indicated by solid line 72) is adjusted every clock cycle.
In particular, during the PMOS conduction state, the estimated current I estimate is increased by a value ΔI up that rises with a constant slope every clock cycle. Similarly, during NMOS conduction,
The estimated current I estimate is reduced by a value ΔI down that falls at a constant slope every clock cycle. ΔI up and ΔI down that rise and fall at a constant gradient may be given by the following equations.

【0052】[0052]

【式4】 (Equation 4)

【0053】 ここで、Lはインダクタ34のインダクタンス、fclockはクロック周波数であ
る。
Here, L is the inductance of the inductor 34, and f clock is the clock frequency.

【0054】 公称値はΔIupとΔIdownの判定において変数として使用されてもよく、その
結果、一定勾配で上昇、下降する率はスイッチングレギュレータの動作中変化し
ない。代替として、Vin、Vout、fclockおよびLの値の一つ以上は、スイッチ
ングレギュレータ10の動作中に一定勾配で上昇、下降する率の動的な調整がで
きるようにΔIupとΔIdownの再計算のために測定され使用されてもよい。残念
ながら、インダクタンスLと入力電流Vinは、正確には判らず、時間によって変
化し、また回路から回路へと変化する。従って、推定電流Iestimateは、実際の
スレーブ電流Islaveからずれる。その結果、実際のスレーブ電流Islaveに対し
て、時々推定電流Iestimateをチェックすることが必要となる。各クロックサイ
クルで、スレーブのための推定電流Iestimateが、電流センサ40と42からの
出力信号に対してチェックされる。推定値が測定値と一致しない場合、推定値が
一致するよう調整される。
The nominal value may be used as a variable in the determination of ΔI up and ΔI down so that the rate of rising and falling at a constant slope does not change during operation of the switching regulator. Alternatively, one or more of the values of V in , V out , f clock and L may be ΔI up and ΔI down to allow for dynamic adjustment of the rate of rise and fall with a constant slope during operation of switching regulator 10. May be measured and used for recalculation. Unfortunately, the inductance L and the input current V in is, exactly not know will vary with the time, also changes from circuit to circuit. Therefore, the estimated current I estimate deviates from the actual slave current I slave . As a result, it is sometimes necessary to check the estimated current I estimate against the actual slave current I slave . At each clock cycle, the estimated current I estimate for the slave is checked against the output signals from current sensors 40 and 42. If the estimates do not match the measurements, the estimates are adjusted to match.

【0055】 図6Aと図7Aを参照して、PMOS導通状態中、推定電流Iestimateが上側
のスレッショルド電流Ipcross未満であるが、電流センサ40からの出力信号c 1 がハイの場合には、推定電流はIpcrossに一致するように増加される。図6B
と図7Bを参照して、推定電流Iestimateが上側のスレッショルド電流Ipcross を超えるが、出力信号c1が低い場合には、推定電流Iestimateは、出力信号c1 がハイになるまでIpcrossに保たれる。図6Cと図7Cを参照して、NMOS導
通状態中、推定電流Iestimateが下側のスレッショルド電流Incrossより上にあ
るが、電流センサ42からの出力信号d1が低い場合は、推定電流Iestimate
ncrossに一致するよう直ちに減少される。図6dと図7dを参照して、推定電
流Iestimateが下側のスレッショルド電流Incrossを下回って低下するが、出力
信号d1が高い場合、推定電流Iestimateは出力信号d1が低くなるまで、Incro ss に保持される。推定電流Iestimateの計算は、表1に要約される。
Referring to FIG. 6A and FIG. 7A, during the PMOS conduction state, the estimated current IestimateIs above
Threshold current IpcrossLess than the output signal c from the current sensor 40 1 Is high, the estimated current is IpcrossIs increased to match. FIG. 6B
7B, the estimated current IestimateIs the upper threshold current Ipcross , But the output signal c1Is low, the estimated current IestimateIs the output signal c1 Until I goes highpcrossIs kept. Referring to FIG. 6C and FIG.
During the passing state, the estimated current IestimateIs the lower threshold current IncrossAbove
However, the output signal d from the current sensor 421Is low, the estimated current IestimateIs
IncrossIs immediately reduced to match. Referring to FIG. 6d and FIG.
Style IestimateIs the lower threshold current IncrossBut falls below
Signal d1Is high, the estimated current IestimateIs the output signal d1Until I is lowncro ss Is held. Estimated current IestimateThe calculation of is summarized in Table 1.

【0056】[0056]

【表1】 [Table 1]

【0057】 デジタル制御アルゴリズムは、擬似信号が推定電流を誤って調整することを防
止するよう、PMOSとNMOS導通状態の間のスイッチング直後に一つ以上の
クロックサイクル内の電流センサからの信号を無視してもよい。
The digital control algorithm ignores the signal from the current sensor in one or more clock cycles immediately after switching between the PMOS and NMOS conduction states to prevent spurious signals from incorrectly adjusting the estimated current. May be.

【0058】 比較器を作動させるために必要なスイッチング時間によって遅延時間ΔTdela y と、出力ライン44cまたは44dに沿って信号が伝わるために必要な伝播時
間とは、推定電流の判定に因数分解される。例えば、出力信号c1がローからハ
イへスイッチングされる時に推定電流Iestimateが補正される場合は、補正係数
ΔTdelay×ΔIup×fswitchはマスタコントローラが出力信号c1の変化を受け
取る時に、実電流を表すよう推定電流に加算される。同様に、出力信号d1がハ
イからローへスイッチングされる時に推定電流Iestimateが補正される場合、補
正係数ΔTdelay×ΔIdown×fswitchは推定電流から減算される。代替として
、(表1で使用されるIncrossとIpcrossの元の値を維持する間)同一の効果を
得るためにスレッショルド電流Ipcrossは、補正係数Tdelay×Iup×fswitch
により減少されてもよく、またスレッショルド電流Incrossは補正係数Tdelay
xIdown×fswitchによって、増加してもよく図8を参照すると、所望電圧Vdes ired は、ステップ104で選択されて、出力電圧Voutが公称電圧Vnomの電圧許
容範囲ΔVnomの範囲内に保たれるという可能性を高める出力電圧Voutについて
の負荷変動の効果は、想像線ライン80で図示する。特に、負荷が突然増加する
場合、電流はコンデンサ36から負荷14に流れ、それによって出力電圧Vout
は低下する。逆に、スイッチングレギュレータの負荷が突然減少する場合、電荷
はコンデンサ36に蓄積され、それによって出力電圧Voutは増加する。これは
、出力電圧Voutが、許容範囲電圧を例えば超過電圧ΔVexcessまで超える原因
となる。
[0058] Delay time by the switching time required for operating the comparator and [Delta] T dela y, a propagation time required for the signal is transmitted along the output line 44c or 44d is factored into the determination of the estimated current You. For example, if the estimated current I estimate is corrected when the output signal c 1 is switched from low to high, then the correction factor ΔT delay × ΔI up × f switch will cause the master controller to receive a change in the output signal c 1 It is added to the estimated current to represent the actual current. Similarly, if the estimated current I estimate is corrected when the output signal d 1 is switched from high to low, the correction factor ΔT delay × ΔI down × f switch is subtracted from the estimated current. Alternatively, the threshold current I Pcross in order to obtain the same effect (while maintaining the original value of I Ncross and I Pcross used in Table 1), the correction coefficient T delay × I up × f switch
, And the threshold current Incross is reduced by the correction factor T delay
xI down × f switch may be increased. Referring to FIG. 8, the desired voltage V des ired is selected in step 104 so that the output voltage V out is within the voltage tolerance ΔV nom of the nominal voltage V nom . The effect of load fluctuations on the output voltage V out that increases the likelihood of being maintained at is shown by phantom line 80. In particular, if the load suddenly increases, current flows from the capacitor 36 to the load 14, thereby causing the output voltage V out
Drops. Conversely, if the load on the switching regulator suddenly decreases, charge is stored on the capacitor 36, thereby increasing the output voltage Vout . This causes the output voltage V out to exceed the allowable voltage range, for example, up to the excess voltage ΔV excess .

【0059】 コントローラ18は、超過電圧ΔVexcessを低下または除去するために所望電
圧Vdesiredを選択する。スイッチングレギュレータの負荷が最小である場合、
負荷は増加だけでき、従って、出力電圧Voutは低下だけできる。逆に、スイッ
チングレギュレータの負荷が最大である場合、負荷は減少だけでき、従って、出
力電圧Voutは増加だけできる。負荷が低い場合、所望電圧Vdesiredは僅かに公
称電圧Vnomより高くなるようセットされる。負荷が高い場合、所望電圧Vdesir ed は僅かに公称電圧Vnomより低くなるようセットされる。実線82で示すよう
に、この技法は、超過電圧ΔVexcessを低下させ、それによって、出力電圧Vou t が公称電圧Vnomの所望の電圧許容範囲ΔVnomの範囲内に留まる可能性を高め
る。従って、与えられた負荷に対して、スイッチングレギュレータは、より小さ
なコンデンサを使用でき、かつ同じ電圧許容範囲を維持できる。クロックサイク
ルn+1に対する所望電圧Vdesired[n+1]は、次のように計算されてもよい:
The controller 18 selects the desired voltage V desired to reduce or eliminate the excess voltage ΔV excess . If the switching regulator load is minimal,
The load can only be increased and therefore the output voltage Vout can only be reduced. Conversely, when the load of the switching regulator is at its maximum, the load can only be reduced and thus the output voltage Vout can only be increased. When the load is low, the desired voltage V desired is set to be slightly higher than the nominal voltage V nom . If the load is high, the desired voltage V desir ed is set to be slightly lower than the nominal voltage V nom. As shown by the solid line 82, this technique reduces the excess voltage [Delta] V excess, thereby increasing the likelihood that the output voltage V ou t remains within the desired voltage tolerance [Delta] V nom nominal voltage V nom. Thus, for a given load, the switching regulator can use smaller capacitors and maintain the same voltage tolerance. The desired voltage V desired [n + 1] for clock cycle n + 1 may be calculated as follows:

【0060】[0060]

【式5】 (Equation 5)

【0061】 ここで、Iloadは負荷14を流れる電流(下記の式8から計算)、Imaxは負
荷14の許容最大電流、c1とc2はフィードバック定数、そしてΔVswingは電圧
許容範囲によって許容される電圧変動であり、すなわち、ΔVswing<ΔVnom
ある。例えば、公称電圧Vnomが1.3ボルトで電圧許容範囲が±6%であれば
、ΔVnomは約78ミリボルト、ΔVswingはほぼ30ミリボルト、c1は約1.0
、c2は約−0.9375であろう。
Where I load is the current flowing through the load 14 (calculated from Equation 8 below), I max is the maximum allowable current of the load 14, c 1 and c 2 are the feedback constants, and ΔV swing is the voltage allowable range. It is an allowable voltage fluctuation, that is, ΔV swing <ΔV nom . For example, if the nominal voltage V nom is 1.3 volts and the voltage tolerance is ± 6%, ΔV nom is about 78 mV, ΔV swing is about 30 mV, and c 1 is about 1.0 mV.
, C 2 would be about -0.9375.

【0062】 一旦、所望電圧Vdesiredがステップ104で決定されると、所望全電流Itot al はステップ106で決定される。特に、所望電流Itotalは、出力端子22に
おける出力電圧Voutを所望電圧Vdesiredに維持するためにセットされる。一般
に、出力電圧Voutが所望所望電圧Vdesiredに等しいと仮定すると、インダクタ
を介して負荷に流れる全電流は、負荷を介する電流に等しいはず、すなわちIto tal = Iloadである。しかし、電圧Voutが所望電圧Vdesiredと異なれば、スイ
ッチングレギュレータ10を流れる電流はこの電圧誤差を補正するよう調整され
てもよい。従って、所望全電流Itotalは次のように表される:
[0062] Once the desired voltage V Desired is when it is determined in step 104, the desired total current I tot al is determined in step 106. In particular, the desired current I total is set to maintain the output voltage V out at the output terminal 22 at the desired voltage V desired . In general, when the output voltage V out is assumed to be equal to the desired desired voltage V Desired, the total current flowing to the load through the inductor, should be equal to the current through the load, that is, I to tal = I load. However, if the voltage Vout is different from the desired voltage Vdesir , the current flowing through the switching regulator 10 may be adjusted to correct this voltage error. Thus, the desired total current I total is expressed as:

【0063】[0063]

【式6】 (Equation 6)

【0064】 ここで、Iadjustは電圧誤差を補正する調整係数である。Here, I adjust is an adjustment coefficient for correcting a voltage error.

【0065】 図9を参照して、出力端子に接続されるすべてのコンデンサがスレーブ内にあ
ると仮定すると、負荷電流Iloadは、各スレーブ16からの出力電流Iout(i
)の合計に等しく、すなわち:
Referring to FIG. 9, assuming that all capacitors connected to the output terminals are in the slave, the load current I load is equal to the output current I out (i
) Is equal to the sum of, ie:

【0066】[0066]

【式7】 Equation 7

【0067】 各スレーブ16の出力電流Iout(i)は、インダクタ34を流れる電流すなわ
ちスレーブ電流Islave(i)と、コンデンサ36へまたはそこから流れる電流
すなわちコンデンサ電流Icap(i)との差に等しく、その結果:
The output current I out (i) of each slave 16 is equal to the difference between the current flowing through inductor 34, ie, slave current I slave (i), and the current flowing into or out of capacitor 36, ie, capacitor current I cap (i). And the result is:

【0068】[0068]

【式8】 (Equation 8)

【0069】 従って、この構成では所望全電流Itotalは次のように表される:Thus, in this configuration, the desired total current I total is expressed as:

【0070】[0070]

【式9】 [Equation 9]

【0071】 スレーブ電流Islave(i)は、正確には既知ではないが、各スレーブからの
推定電流Iestimateの合計として近似されるであろう。加えて、コンデンサ電流
cap(i)も既知ではなく、スレーブ内のコンデンサは、インダクタ34から
の共通ラインに接続されるマイクロプロセッサのバイパスコンデンサ等の一つ以
上のコンデンサによって補完されるか、または置換えられてもよい。しかし一般
に、出力電圧Voutが変動していれば、電流はコンデンサ36へまたはそこから
流れていなければならない。その結果、全コンデンサ電流ICAPは次式で表され
る:
The slave current I slave (i) is not exactly known, but will be approximated as the sum of the estimated currents I estimate from each slave. In addition, the capacitor current I cap (i) is not known, and the capacitors in the slave are supplemented by one or more capacitors, such as a microprocessor bypass capacitor connected to a common line from inductor 34, or It may be replaced. In general, however, if the output voltage V out is fluctuating, current must flow to and from the capacitor 36. As a result, the total capacitor current I CAP is given by:

【0072】[0072]

【式10】 (Equation 10)

【0073】 ここで、Cは出力端子と接地間に接続されるコンデンサの全キャパシタンス、Δ
Tはクロック周期、そしてΔVoutはクロック周期における出力電圧の変化であ
る。従って、負荷電流Iloadは一般に次式より決定される:
Here, C is the total capacitance of the capacitor connected between the output terminal and the ground, Δ
T is the clock period, and ΔV out is the change in output voltage during the clock period. Therefore, the load current I load is generally determined by the following equation:

【0074】[0074]

【式11】 [Equation 11]

【0075】 図3に示す実施では、ΔVoutの計算、すなわちVout[n]-Vout[n-1]はデジタ
ル制御アルゴリズム64により実行されてもよいが、それに対して、図3Aに示
す実施では、電圧差Vout[n]−Vout[n-1]はサンプリング&ホールド回路60’
によって与えられる。
In the implementation shown in FIG. 3, the calculation of ΔV out , ie, V out [n] −V out [n−1] , may be performed by the digital control algorithm 64, whereas FIG. 3A shows In the implementation, the voltage difference V out [n] −V out [n−1] is the sampling and holding circuit 60 ′.
Given by

【0076】 調整電流Iadjustは、測定された出力電圧Voutと所望電圧Vdesiredの差に正
比例する。従って、所望全電流Itotalは次のように計算される:
The adjustment current I adjust is directly proportional to the difference between the measured output voltage V out and the desired voltage V desired . Therefore, the desired total current I total is calculated as follows:

【0077】[0077]

【式12】 (Equation 12)

【0078】 ここで、Kは調整電流Iadjustを決定するフィードバック定数である。Here, K is a feedback constant that determines the adjustment current I adjust .

【0079】 一旦全所望電流Itotalが決定されると、コントローラ18はいくつのスレー
ブがステップ108でアクティブにされるべきかについて決定する。電流サイク
ルのためのスレーブ数は、前のクロックサイクルで計算することができる。一般
に、アクティブスレーブの数は、所望全電流に比例する。例えば、各スレーブ1
6の最大平均電流が約7アンペアだとすると、Itotalが0〜7アンペアである
なら一つのスレーブがアクティブであればよく、Itotalが7〜14アンペアな
ら2つのスレーブがアクティブであればよい、等である。より詳しくは、アクテ
ィブスレーブの数は表2によって与えられる。
Once the total desired current I total has been determined, the controller 18 determines how many slaves are to be activated in step 108. The number of slaves for the current cycle can be calculated in the previous clock cycle. Generally, the number of active slaves is proportional to the total desired current. For example, each slave 1
Assuming that the maximum average current of 6 is about 7 amps, one slave may be active if I total is 0-7 amps, two slaves may be active if I total is 7-14 amps, etc. It is. More specifically, the number of active slaves is given by Table 2.

【0080】[0080]

【表2】 [Table 2]

【0081】 一旦所望全電流Itotalおよびアクティブスレーブの数が決定されると、所望
電圧Idesiredはステップ110で各スレーブについて計算されてもよい。特に
、所望電圧Idesiredは、単にアクティブスレーブの数により除算される全電流
totalであってもよい。
Once the desired total current I total and the number of active slaves have been determined, the desired voltage I desired may be calculated at step 110 for each slave. In particular, the desired voltage I desired may simply be the total current I total divided by the number of active slaves.

【0082】 一旦、所望電流Idesiredが各アクティブスレーブのために計算されると、各
アクティブスレーブのスイッチング回路が制御され(ステップl 12)、その結
果、アクティブスレーブを流れる平均電流は実質的に所望電流Idesiredに等し
くなり、スイッチングレギュレータを流れる全電流は実質的にItotalに等しく
なる。従って、スイッチングレギュレータl 0から流れる電流は負荷12に流れ
る電流と一致し、それによって出力電圧を所望電圧Vdesiredに維持する。残り
のすなわち、非アクティブのスレーブは接続されない。すなわち、PMOSトラ
ンジスタ30とNMOSトランジスタ32は共にオープンのままである。
Once the desired current I desired has been calculated for each active slave, the switching circuit of each active slave is controlled (step 112) so that the average current flowing through the active slave is substantially the desired The current becomes equal to I desired and the total current flowing through the switching regulator is substantially equal to I total . Therefore, the current flowing from the switching regulator 10 matches the current flowing to the load 12, thereby maintaining the output voltage at the desired voltage V desired . The remaining or inactive slaves are not connected. That is, both the PMOS transistor 30 and the NMOS transistor 32 remain open.

【0083】 様々な制御アルゴリズムが、アクティブスレーブのスイッチング回路を制御す
ることに対して可能であり、その結果、スイッチングレギュレータを流れる全電
流は実質的に所望全電流Itotalに等しくなる。一般に、制御アルゴリズムは下
記要因のバランスを取るよう選択される:1)負荷変動に迅速に応答するために
すべてのスレーブを同時にスイッチオンまたはオフにできること、2)スレーブ
が電圧リップルを最小にするよう所望位相オフセットで動作することを確実にす
ること、3)実質的に一定レベルで電圧を維持するために平均電流を所望電流に
等しく維持すること、および4)所望スイッチング周波数でスイッチングを行う
こと。
Various control algorithms are possible for controlling the switching circuit of the active slave, so that the total current flowing through the switching regulator is substantially equal to the desired total current I total . Generally, the control algorithm is chosen to balance the following factors: 1) all slaves can be switched on or off simultaneously to respond quickly to load changes; 2) slaves should minimize voltage ripple. Ensuring operation at the desired phase offset, 3) maintaining the average current equal to the desired current to maintain the voltage at a substantially constant level, and 4) switching at the desired switching frequency.

【0084】 図10を参照して、アクティブスレーブの一つは、例えば所定の選択パターン
に基づいて基準スレーブとして選択される(ステップ120)。例えば、特定ス
レーブが基準スレーブとして指定されてもよく、あるいは基準スレーブはスレー
ブを順に交代させてもよい。以下に検討されるように、残りのスレーブ、すなわ
ち非基準スレーブの動作は基準スレーブの動作に結合される。基準スレーブは、
スイッチングレギュレータのパワーアップ時、またはアクティブスレーブ数を変
更する度に選択されてもよい。一旦基準スレーブが選択されると、所望位相オフ
セットは各非基準スレーブについて計算される(ステップl 22)。所望位相オ
フセットは、アクティブスレーブの数が変更される度に決定してもよい。非基準
スレーブは、所望位相オフセットで動作するよう制御される。
Referring to FIG. 10, one of the active slaves is selected as a reference slave based on, for example, a predetermined selection pattern (step 120). For example, a particular slave may be designated as a reference slave, or the reference slave may alternate slaves in order. As discussed below, the operation of the remaining slaves, ie, the non-reference slaves, is combined with the operation of the reference slaves. The reference slave is
It may be selected when the switching regulator is powered up or every time the number of active slaves is changed. Once the reference slave is selected, the desired phase offset is calculated for each non-reference slave (step 122). The desired phase offset may be determined each time the number of active slaves changes. Non-reference slaves are controlled to operate at the desired phase offset.

【0085】 各クロックサイクルで、上限電流Iupperと下限電流Ilowerを含む2つの電流
制限が、基準スレーブについて計算される(ステップ124)。最終的に、基準
スレーブは、基準スレーブ制御アルゴリズムに基づいて制御され(ステップ12
6)、そして非基準スレーブは非基準スレーブ制御アルゴリズムに基づいて制御
される(ステップ128)。いくつかの実施では、基準スレーブは、推定電流I estimate の上下の電流制限IupperとIlowerとの比較に基づいて制御され、そし
て非基準スレーブは、所望位相オフセットに基づいて制御される。もちろん、図
10に示すステップの順序は例としてであり、ステップは別の順序で並列に実行
できるであろう。例えば、任意の特定クロックサイクルにおいて、電流制限は位
相オフセットの前に計算でき、スレーブが、以前のクロックサイクル内で計算し
記憶した電流制限と位相オフセットに基づいて制御される場合、計算ステップは
制御ステップの後で実行することができる。
In each clock cycle, the upper limit current IupperAnd the lower limit current IlowerTwo currents including
A limit is calculated for the reference slave (step 124). Finally, the criteria
The slave is controlled based on a reference slave control algorithm (step 12).
6), and the non-reference slave is controlled based on the non-reference slave control algorithm
Is performed (step 128). In some implementations, the reference slave uses the estimated current I estimate Current limit I above and belowupperAnd IlowerControlled based on the comparison with the
The non-reference slave is controlled based on the desired phase offset. Of course, the figure
The order of the steps shown in FIG. 10 is by way of example and the steps are performed in parallel in another order
I can do it. For example, at any particular clock cycle, the current limit
It can be calculated before the phase offset, and the slave can calculate it in the previous clock cycle.
When controlled based on the stored current limit and phase offset, the calculation step is
It can be performed after the control step.

【0086】 ステップ122では、各非基準スレーブについて、制御アルゴリズムは、基準
スレーブと非基準スレーブの間でPMOSとNMOS導通状態の開始時における
所望時間遅延を表わす所望位相オフセットΦ(i)を計算する。例えば、2台の
スレーブがアクティブであれば、それらは180°の位相ずれであり、時間遅延
はスイッチング周期Tの半分、すなわちΦ(1)= 1/(2T)に等しいはずで
ある。3台のスレーブがアクティブであれば、それらは、120°の位相ずれで
あり、時間遅延Φ(1)およびΦ(2)はスイッチング周期のそれぞれ1/3お
よび2/3に等しいはずである。位相がずれているスレーブを動作させることに
よって、各スレーブからの電流リップルは少なくとも部分的に打消され、それに
よって、スイッチングレギュレータからより一定の出力電流が提供される。所望
位相オフセットは、表3により要約される。
In step 122, for each non-reference slave, the control algorithm calculates a desired phase offset Φ (i) representing the desired time delay between the reference slave and the non-reference slave at the beginning of the PMOS and NMOS conduction states. . For example, if two slaves are active, they are 180 ° out of phase and the time delay should be equal to half the switching period T, ie, Φ (1) = 1 / (2T). If the three slaves are active, they are 120 ° out of phase and the time delays Φ (1) and Φ (2) should be equal to 3 and / of the switching period, respectively. By operating the out-of-phase slaves, the current ripple from each slave is at least partially canceled, thereby providing a more constant output current from the switching regulator. The desired phase offset is summarized by Table 3.

【0087】[0087]

【表3】 [Table 3]

【0088】 上下の電流制限IupperとIlowerがステップ124で基準スレーブについて計
算され、その結果、基準スレーブ16を介する平均電流が所望電流Idesired
等しくなる。特に、上限電流Iupperと下限電流Ilowerは次のように計算される
The upper and lower current limits I upper and I lower are calculated for the reference slave at step 124, so that the average current through the reference slave 16 equals the desired current I desired . In particular, the upper current I upper and the lower current I lower are calculated as follows:

【0089】[0089]

【式13】 (Equation 13)

【0090】 ここで、ΔI0は基準スレーブのバンド幅である。バンド幅ΔI0は、次のように
所望スイッチング周波数に基づいてセットされる:
Here, ΔI 0 is the bandwidth of the reference slave. The bandwidth ΔI 0 is set based on the desired switching frequency as follows:

【0091】[0091]

【式14】 (Equation 14)

【0092】 ここで、fswitchは所望スイッチング周波数である。所望スイッチング周波数は
、適切な電力効率を維持しながら良好な動的応答を備えるように選択される。一
般に、スイッチング周波数の増加は、電流リップルを低減させるが、スイッチン
グレギュレータを非効率にする。逆に、スイッチング周波数の低下は、スイッチ
ングレギュレータの電力効率を向上させるが電流リップルが増加する。スイッチ
ング周波数は、約0.5〜5.0MHzの範囲内、例えば約1MHzにある。所
望スイッチング周波数を与えるバンド幅計算は、式14における他の変数の測定
値または公称値のいずれかに基づく。
Here, f switch is a desired switching frequency. The desired switching frequency is selected to provide good dynamic response while maintaining adequate power efficiency. In general, increasing the switching frequency reduces current ripple, but makes switching regulators inefficient. Conversely, lowering the switching frequency improves the power efficiency of the switching regulator but increases the current ripple. The switching frequency is in the range of about 0.5-5.0 MHz, for example, about 1 MHz. The bandwidth calculation that gives the desired switching frequency is based on either measured or nominal values of the other variables in Equation 14.

【0093】 基準スレーブの制御におけるマスタコントローラ18の基本的な動作の一つの
実施は、図11と図12を参照して説明される。前記のように、マスタコントロ
ーラ18は、ステップ102において推定電流Iestimateを計算する(実線70
で示す)。マスタコントローラl 8はまた、ステップ122で上限電流Iupper
(実線72で示す)と下限電流Ilower(実線74で示す)も計算する。デジタ
ル制御アルゴリズム64は、基準スレーブの推定電流Iestimateを上限電流Iup per および下限電流Iupperと比較して、第1と第2のトランジスタ30、32を
スイッチングすべきかどうか判定する。特に、推定電流Iestimateが上限電流I upper を超える場合、NMOSトランジスタ32が閉じて、PMOSトランジス
タ30が開き、それによって中間端子26を接地する。一方、推定電流Iestima te が下限電流Ilowerを下回る場合、NMOSトランジスタ32は開いて、PM
OSトランジスタ30が閉じ、それによって中間端子26は入力電圧源12に接
続される。従って、推定電流Iestimateが基準スレーブを流れる電流Islave
正確に表すと仮定すると、基準スレーブ電流Islave(想像線76で示す)は、
上限電流Iupperと下限電流Ilowerの間で振動し、基準スレーブ電流Islave
平均電流が、所望電流Idesiredに略等しくなる(想像線78で示す)。
One of the basic operations of the master controller 18 in the control of the reference slave is
The implementation is described with reference to FIGS. As mentioned above, the master control
The controller 18 determines in step 102 that the estimated current Iestimate(Solid line 70)
). The master controller 18 also determines in step 122 that the upper limit current Iupper
(Shown by a solid line 72) and the lower limit current Ilower(Shown by solid line 74) is also calculated. Digital
Control algorithm 64 determines the estimated current I of the reference slave.estimateIs the upper limit current Iup per And lower limit current IupperIn comparison with the first and second transistors 30 and 32
Determine whether to switch. In particular, the estimated current IestimateIs the upper limit current I upper Is exceeded, the NMOS transistor 32 is closed and the PMOS transistor is closed.
The terminal 30 opens, thereby grounding the intermediate terminal 26. On the other hand, the estimated current Iestima te Is the lower limit current Ilower, The NMOS transistor 32 opens and the PM transistor
OS transistor 30 is closed, thereby connecting intermediate terminal 26 to input voltage source 12.
Continued. Therefore, the estimated current IestimateIs the current I flowing through the reference slaveslaveTo
Assuming accurate representation, the reference slave current Islave(Shown by imaginary line 76)
Upper limit current IupperAnd the lower limit current IlowerBetween the reference slave current Islaveof
The average current is the desired current Idesired(Indicated by imaginary line 78).

【0094】 図1Aに示すスイッチングレギュレータ10’において、推定電流Iestimate が上限電流Iupperを超える場合、マスタコントローラ18’はパルス49bを
状態制御ライン44fに出力する。このパルスは、オンチップインタープリタ4
8によって、PMOSトランジスタ30を開き(図13Aにローになる制御ライ
ン44aで示す)、NMOSトランジスタ32を閉じる命令として解釈される。
一方推定電流Iestimateが下限電流Ilowerを下回って降下する場合、マスタコ
ントローラは、NMOSトランジスタ32を開きPMOSトランジスタ30を閉
じさせる制御ライン44aにパルス49aを出力する(図13Aにハイになる制
御ライン44aで示す)。
In the switching regulator 10 ′ shown in FIG. 1A, when the estimated current I estimate exceeds the upper limit current I upper , the master controller 18 ′ outputs a pulse 49b to the state control line 44f. This pulse is output from the on-chip interpreter 4
8 is interpreted as a command to open the PMOS transistor 30 (indicated by the control line 44a going low in FIG. 13A) and close the NMOS transistor 32.
If, on the other hand, the estimated current I estimate drops below the lower limit current I lower , the master controller outputs a pulse 49a on the control line 44a that opens the NMOS transistor 32 and closes the PMOS transistor 30 (the control line going high in FIG. 13A). 44a).

【0095】 上限電流Iupperと下限電流Ilowerは、基準スレーブから流れる平均電流と確
実に一致することを確実にするようスイッチング回路24の制御に用いられる。
例えば、負荷が増加すると、Idesiredは増加し、制限電流IupperとIlower
増加する。一方、負荷が減少すると、Idesiredは減少し、制限電流IupperとI lower が減少する。加えて、負荷が実質的に一定である場合、上限電流Iupper
下限電流Ilower間のバンド幅ΔI0は、スイッチング回路24のスイッチング周
波数をセットする。
[0095] Upper limit current IupperAnd the lower limit current IlowerIs the average current flowing from the reference slave
It is used to control the switching circuit 24 to ensure that they actually match.
For example, as the load increases, IdesiredIncreases and the limiting current IupperAnd IlowerBut
To increase. On the other hand, when the load decreases, IdesiredDecreases and the limiting current IupperAnd I lower Decrease. In addition, if the load is substantially constant, the upper limit current IupperWhen
Lower limit current IlowerBandwidth ΔI between0Is the switching frequency of the switching circuit 24.
Set the wave number.

【0096】 種々の制御アルゴリズムが、所望電流と位相オフセットを達成するための非基
準スレーブのスイッチング回路の制御に対して可能である。図14および図15
を参照すると、デジタル制御アルゴリズム64の一つの実施では、非基準スレー
ブは、電流制限の一つ、および基準スレーブにおけるトランジスタの一つのスイ
ッチング時間に基づいて制御される。要約すると、非基準スレーブのスイッチン
グは2つのイベント:スレーブに対する推定電流が流制限の一つを通過するとき
、および基準スレーブが他の電流制限によるスイッチングを行う時に開始する位
相オフセットタイマーの終了時によって、誘引される。
Various control algorithms are possible for controlling the switching circuit of the non-reference slave to achieve the desired current and phase offset. 14 and 15
Referring to, in one implementation of the digital control algorithm 64, the non-reference slave is controlled based on one of the current limits and the switching time of one of the transistors in the reference slave. In summary, the switching of a non-reference slave is due to two events: when the estimated current for the slave passes one of the current limits, and at the end of the phase offset timer, which starts when the reference slave switches with the other current limit. Be attracted.

【0097】 特に、非基準スレーブの推定電流Iestimateが(基準スレーブのための式12
で計算した)上限電流Iupperを超える場合、非基準スレーブはそのNMOS導
通状態を開始し、すなわちPMOSトランジスタ30が開かれ、NMOSトラン
ジスタ32が閉じられる。デジタル制御アルゴリズムは、一つ以上の位相オフセ
ットタイマーを含むことができる。位相オフセットタイマーは、非基準スレーブ
のPMOS導通状態の誘引に用いられる。特に、基準スレーブがそのPMOS導
通状態を開始する時、タイマーは開始される。各クロックサイクルで、タイマー
は各非基準スレーブの所望位相オフセットΦ(i)と比較される。特定の非基準
スレーブと関連付けられるオフセット時間Φ(i)が終了した場合、非基準スレ
ーブはPMOS導通状態を開始し、すなわち、NMOSトランジスタ32が開か
れ、PMOSトランジスタ30が閉じられる。従って、位相オフセットΦ(i)
は、NMOS導通状態の開始における基準スレーブと非基準スレーブ間の遅延を
決定する。もちろん、誘引の仕組みは、非基準スレーブが下限電流Ilowerを下
回って降下する時に誘引されるPMOS導通状態と、基準スレーブがそのNMO
S導通状態を開始する時に作動するタイマーでは、反転可能である。
In particular, the estimated current I estimate of the non-reference slave is (Equation 12 for the reference slave)
When the upper reference current I upper is exceeded, the non-reference slave starts its NMOS conduction state, that is, the PMOS transistor 30 is opened and the NMOS transistor 32 is closed. The digital control algorithm can include one or more phase offset timers. The phase offset timer is used to trigger the non-reference slave PMOS conduction state. In particular, the timer is started when the reference slave starts its PMOS conduction state. At each clock cycle, the timer is compared to the desired phase offset Φ (i) of each non-reference slave. When the offset time Φ (i) associated with a particular non-reference slave expires, the non-reference slave begins to conduct PMOS, ie, the NMOS transistor 32 is opened and the PMOS transistor 30 is closed. Therefore, the phase offset Φ (i)
Determines the delay between the reference and non-reference slaves at the start of the NMOS conduction state. Of course, the mechanism of the attraction is that the PMOS conduction state that is attracted when the non-reference slave falls below the lower limit current I lower and that the reference slave has its NMO
A timer that operates when the S-conduction state is started can be inverted.

【0098】 図16と図17を参照すると、デジタル制御アルゴリズム64の第2の実施で
は、上下の電流制限Iupper(i)とIlower(i)は、各非基準スレーブのため
に計算される。上下の電流制限は、非基準スレーブ16の平均電流が所望電流I desired に等しくなるように選択される。各スレーブは自らの電流制限を持つの
で、各スレーブのバンド幅ΔIiはそのスレーブのスイッチング周波数を制御す
る。特に、スイッチング周期Tは以下の式から計算できる:
Referring to FIGS. 16 and 17, in a second implementation of the digital control algorithm 64
Is the upper and lower current limit Iupper(I) and Ilower(I) for each non-reference slave
Is calculated. The upper and lower current limits are such that the average current of the non-reference slave 16 is equal to the desired current I desired Is chosen to be equal to Each slave has its own current limit
And the bandwidth ΔI of each slaveiControls the switching frequency of that slave
You. In particular, the switching period T can be calculated from the following equation:

【0099】[0099]

【式15】 (Equation 15)

【0100】 基準スレーブと非基準スレーブ間の位相差を調整するために、非基準スレーブの
バンド幅ΔIiは、そのスイッチング周波数を変更するために調整される。これ
は、非基準スレーブを基準スレーブに対して遅くしたり速くしたりすることによ
って、PMOSおよびNMOS導通状態間の時間差を変更する。一旦、所望位相
差が達成されると、非基準スレーブのバンド幅が再度調整されて、それにより2
つのスレーブのスイッチング周波数が一致する。非基準スレーブのバンド幅を調
整するために、デジタル制御アルゴリズム64は、2つのスレーブのNMOSお
よびPMOS導通状態の開始の実際の時間遅延TNおよびTpを測定する。次いで
、バンド幅ΔIiは、所望のおよび実際の時間遅延の間の誤差または差に比例す
るフィードバック項を加えた所望バンド幅に等しくなるようセットされる。例え
ば、バンド幅ΔIiは、次のように計算される:
To adjust the phase difference between the reference slave and the non-reference slave, the bandwidth ΔI i of the non-reference slave is adjusted to change its switching frequency. This changes the time difference between the PMOS and NMOS conduction states by making the non-reference slave slower or faster relative to the reference slave. Once the desired phase difference has been achieved, the bandwidth of the non-reference slave is readjusted, thereby
The switching frequencies of the two slaves match. To adjust the bandwidth of the non-reference slave, the digital control algorithm 64 measures the actual time delays T N and T p of the onset of NMOS and PMOS conduction of the two slaves. The bandwidth ΔI i is then set equal to the desired bandwidth plus a feedback term proportional to the error or difference between the desired and actual time delay. For example, the bandwidth ΔI i is calculated as follows:

【0101】[0101]

【式16】 (Equation 16)

【0102】 ここで、K1とK2はフィードバック誤差定数、ΔI0は式13で計算される所望
バンド幅である。次いで、上限電流Iupper(i)と下限電流Ilower(i)は、
次のように計算される:
Here, K 1 and K 2 are feedback error constants, and ΔI 0 is a desired bandwidth calculated by Expression 13. Next, the upper limit current I upper (i) and the lower limit current I lower (i) are
It is calculated as follows:

【0103】[0103]

【式17】 (Equation 17)

【0104】 上限電流Iupper(i)と下限電流Ilower(i)を用いて、非基準スレーブの
第1と第2のトランジスタ30、32のトリガーをかける。特に、推定電流Ies timate (i)が上限電流Iupper(i)を超える場合、PMOSトランジスタ3
0は開き、NMOSトランジスタ32は閉じる。一方、推定電流Iestimate(i
)が下限電流Ilower(i)を下回る場合、NMOSトランジスタ32は開き、
PMOSトランジスタ30は閉じる。その結果、推定電流Iestimate(i)が正
確にスレーブ電流Islave(i)を表すとすれば、スレーブ電流Islave(i)は
、上限Iupper(i)と下限Ilower(i)の間で振動する。従って、スレーブを
流れる平均電流はIdesired(i)にほぼ等しく、スイッチングレギュレータを
流れる全電流はほぼ所望全電流Itotalに等しくなる。スレーブからの平均全出
力電流が負荷に一致するように、上下の電流制限がセットされる。
The upper and lower currents I upper (i) and I lower (i) are used to trigger the first and second transistors 30, 32 of the non-reference slave. In particular, when the estimated current I es timate (i) exceeds the upper limit current I upper (i), the PMOS transistor 3
0 is open and NMOS transistor 32 is closed. On the other hand, the estimated current I estimate (i
) Falls below the lower limit current I lower (i), the NMOS transistor 32 opens,
PMOS transistor 30 closes. As a result, if the estimated current I estimate (i) accurately represents the slave current I slave (i), the slave current I slave (i) is between the upper I upper (i) the lower limit I lower (i) Vibrates at Thus, the average current flowing through the slave is approximately equal to I desired (i), and the total current flowing through the switching regulator is approximately equal to the desired total current I total . Upper and lower current limits are set so that the average total output current from the slave matches the load.

【0105】 図18ないし図23を参照すると、第3の実施では、デジタル制御アルゴリズ
ム64は、各非基準スレーブ16のための「ゴースト」電流を計算する。ゴース
ト電流Ighost(i)はそのスレーブを流れる所望電流を表し、電流制限および
所望の位相オフセットが与えられる。各非基準スレーブは、非基準スレーブのた
めの推定電流Iestimate(i)をゴースト電流Ighost(i)と比較することに
より制御される。
Referring to FIGS. 18 to 23, in a third implementation, the digital control algorithm 64 calculates a “ghost” current for each non-reference slave 16. The ghost current I ghost (i) represents the desired current flowing through the slave, given the current limit and the desired phase offset. Each non-reference slave is controlled by comparing the estimated current I estimate (i) for the non-reference slave with the ghost current I ghost (i).

【0106】 ゴースト電流は、推定電流の計算と同様の方式で計算される。すなわち、ゴー
ストPMOS導通状態の間、ゴースト電流Ighost(i)(図22の実線84で
示す)がクロックサイクル毎に一定勾配の上昇値ΔIup-ghost分だけ増加され、
そしてゴーストNMOS導通の間、ゴースト電流Ighost(i)がクロックサイ
クル毎に一定勾配の下降値Idown-ghost分だけ減少される。しかし、ゴースト電
流Ighost(i)が上限電流Iupperを超える場合、ゴースト電流は上限電流Iup per に等しくセットされる。同様に、ゴースト電流Ighost(i)が下限電流Ilo wer を下回る場合、ゴースト電流は上限電流Ilowerに等しくセットされる。
The ghost current is calculated in the same manner as the calculation of the estimated current. That is, during the ghost PMOS conduction state, the ghost current I ghost (i) (indicated by the solid line 84 in FIG. 22) is increased by a constant gradient rise value ΔI up-ghost every clock cycle,
Then, during the ghost NMOS conduction, the ghost current I ghost (i) is reduced by a constant gradient falling value I down-ghost every clock cycle. However, if the ghost current I ghost (i) exceeds the upper limit current I upper , the ghost current is set equal to the upper limit current I up per . Similarly, ghost current I ghost (i) if below the lower limit current I lo wer, ghost current is set equal to the upper limit current I lower.

【0107】 ゴースト導通状態は、基準スレーブおよび所望位相オフセットのスイッチング
によってトリガーがかけられる(図20および21を参照)。特に、ゴーストは
、基準スレーブがPMOS導通状態にスイッチングした後、所望位相オフセット
Φ(i)でゴーストPMOS導通状態にスイッチングする。同様に、ゴーストは
、基準スレーブがNMOS導通状態にスイッチングした後で、所望位相オフセッ
トΦ(i)でゴーストNMOS導通状態にスイッチングする。
The ghost conduction state is triggered by the switching of the reference slave and the desired phase offset (see FIGS. 20 and 21). In particular, the ghost switches to the ghost PMOS conducting state at the desired phase offset Φ (i) after the reference slave switches to the PMOS conducting state. Similarly, the ghost switches to the ghost NMOS conducting state at the desired phase offset Φ (i) after the reference slave switches to the NMOS conducting state.

【0108】 上記のように、非基準スレーブのスイッチングは、非基準スレーブのための推
定電流Iestimate(i)(図23の実線86で示す)を、非基準スレーブのため
のゴースト電流Ighost(i)(図23内に示された破線84)と比較すること
により制御される。特に、非基準スレーブがPMOS導通状態にあり、ゴースト
がNMOS導通状態にあり、そして推定電流Iestimate(i)がゴースト電流I ghost (i)を超える場合、スレーブはNMOS導通状態にスイッチングする。
同様に、非基準スレーブがNMOS導通状態にあり、ゴーストがPMOS導通状
態にあり、そして推定電流Iestimate(i)がゴースト電流Ighost(i)を下
回る場合、スレーブはPMOS導通状態にスイッチングする。換言すると、スレ
ーブが推定電流をスイッチングする場合、ゴースト電流を横切り、2つの電流は
逆の傾斜を持つ。このように、スレーブは、ゴースト電流を効率よく追跡するた
めにスイッチングされる。加えて、ゴーストがPMOS導通状態にある場合、非
基準スレーブは、推定電流Iestimate(i)が、電流オフセットIoverによって
ゴースト電流Ighost(i)を超えればNMOS導通状態にスイッチングする。
そして、ゴーストがNMOS導通状態にある場合、非基準スレーブは、推定電流
estimate(i)が、電流オフセットIunderによってゴースト電流Ighost(i
)を下回ればPMOS導通状態にスイッチングする。これにより、ゴースト電流
が急に変化する場合でも、電流スレーブはゴースト電流を確実に追跡できる。
As described above, the switching of the non-reference slave is a non-reference slave.
Constant current Iestimate(I) (indicated by solid line 86 in FIG. 23) for non-reference slave
Ghost current Ighost(I) (compare dashed line 84 shown in FIG. 23)
Is controlled by In particular, the non-reference slave is in PMOS conduction and the ghost
Is in the NMOS conducting state and the estimated current Iestimate(I) is the ghost current I ghost If (i) is exceeded, the slave switches to the NMOS conducting state.
Similarly, the non-reference slave is NMOS conductive and the ghost is PMOS conductive.
And the estimated current Iestimate(I) is the ghost current Ighost(I) down
If so, the slave switches to PMOS conduction. In other words, the thread
When the node switches the estimated current, it crosses the ghost current and the two currents
Has the opposite slope. In this way, the slave can efficiently track the ghost current.
Is switched on. In addition, when the ghost is in PMOS conduction,
The reference slave uses the estimated current Iestimate(I) is the current offset IoverBy
Ghost current IghostIf it exceeds (i), it switches to the NMOS conduction state.
And if the ghost is in NMOS conduction, the non-reference slave will
Iestimate(I) is the current offset IunderGhost current Ighost(I
), It switches to the PMOS conduction state. This allows the ghost current
The current slave can reliably track the ghost current even if changes rapidly.

【0109】 図24ないし図27を参照すると、第4の実施では、デジタル制御アルゴリズ
ム64は、基準スレーブと非基準スレーブの両方について「ゴースト」電流を計
算し、基準スレーブと非基準スレーブはともに、推定電流Iestimate(i)をゴ
ースト電流Ighost(i)と比較することにより制御される。
Referring to FIGS. 24-27, in a fourth implementation, the digital control algorithm 64 calculates a “ghost” current for both reference and non-reference slaves, where both the reference and non-reference slaves It is controlled by comparing the estimated current I estimate (i) with the ghost current I ghost (i).

【0110】 図25を参照すると、デジタル制御アルゴリズム64は、所望スイッチング周
波数にほぼ等しい、例えば1MHzのスイッチング周波数、および所望デューテ
ィサイクルにほぼ等しい、例えばVout/VinのデューティサイクルDsを持つク
ロック信号90を発生する。デューティサイクルは、VinとVnomの公称値に基
づいて固定されてもよい。クロック信号90を用いて、各ゴーストのゴースト導
通状態を制御する。特に、クロック信号は、所望位相オフセットphi(i)によ
ってオフセットされる各クロック信号を用いて、各アクティブスレーブ用に発生
されることができる。ゴーストは、スレーブに関連付けられるクロック信号90
がハイの場合、ゴーストPMOS導通状態内にあり、そしてゴーストは、スレー
ブに関連付けられるクロック信号90がローの場合、ゴーストNMOS導通状態
内にある。例えば、3つのスレーブがアクティブである場合、第3のゴーストは
、第2のゴースト後のスイッチング周期の1/3後で、そして第1のゴースト後
のスイッチング周期の2/3後にスイッチングする。基準スレーブがPMOS導
通状態にスイッチングした後の所望位相オフセットphi(i)で、 図25と図26に最もよく示されるように、ゴースト電流は、さもなければ、
第3の実施および図18を参照して検討したゴースト電流の計算と同様の方法で
計算される。すなわち、ゴーストPMOS導通状態の間、ゴースト電流Ighost
(i)(図26に実線92で示す)は、各クロックサイクルで一定勾配の上昇値
ΔIup-ghost分だけ増加され、ゴーストNMOS導通状態の間、ゴースト電流I ghost (i)は、各クロックサイクルで一定勾配の下降値ΔIdown-ghost分だけ
減少される。しかし、ゴースト電流Ighost(i)が上限電流Iupperを超える場
合、ゴースト電流は上限電流Iupperに等しくセットされる。同様に、ゴースト
電流Ighost(i)が下限電流Ilowerを下回る場合、ゴースト電流は上限電流I lower に等しくセットされる。
Referring to FIG. 25, the digital control algorithm 64 determines the desired switching frequency.
A switching frequency of approximately equal to the wave number, for example 1 MHz, and the desired duty cycle.
Cycle, for example, Vout/ VinDuty cycle DsWith
A lock signal 90 is generated. The duty cycle is VinAnd VnomBased on the nominal value of
May be fixed accordingly. Ghost derivation for each ghost using clock signal 90
Control the communication status. In particular, the clock signal is subject to the desired phase offset phi (i).
Generated for each active slave using each clock signal offset by
Can be done. The ghost has a clock signal 90 associated with the slave.
Is high, the ghost is in the PMOS conduction state, and the ghost is
Ghost NMOS conduction state when clock signal 90 associated with
Is within. For example, if three slaves are active, the third ghost is
, One third of the switching period after the second ghost, and after the first ghost
Is switched after 2/3 of the switching period of the switch. Reference slave is PMOS
At the desired phase offset phi (i) after switching to the active state, the ghost current, as best shown in FIGS.
In the same manner as the calculation of the ghost current discussed with reference to the third embodiment and FIG.
Is calculated. That is, during the ghost PMOS conduction state, the ghost current Ighost
(I) (indicated by the solid line 92 in FIG. 26) is the rising value of a constant slope in each clock cycle.
ΔIup-ghostThe ghost current I during the ghost NMOS conduction state. ghost (I) is a falling value ΔI having a constant gradient in each clock cycle.down-ghostOnly the minute
Is reduced. However, the ghost current Ighost(I) is the upper limit current IupperA place beyond
The ghost current is the upper limit current IupperIs set equal to Similarly, ghost
Current Ighost(I) is the lower limit current IlowerGhost current is below the upper limit current I lower Is set equal to

【0111】 図24と図27を参照すると、上記のように、非基準スレーブのスイッチング
は、非基準スレーブのための推定電流Iestimate(i)(実線94で示す)を、
非基準スレーブについてのゴースト電流Ighost(i)(点ライン92で示す)
と比較することにより制御される。特に、非基準スレーブがPMOS導通状態に
あり、ゴーストがNMOS導通状態にあり、そして推定電流Iestimate(i)が
ゴースト電流Ighost(i)を超える場合、スレーブはNMOS導通状態にスイ
ッチングする。同様に、非基準スレーブがNMOS導通状態にあり、ゴーストが
PMOS導通状態にあり、そして推定電流Iestimate(i)がゴースト電流Igh ost (i)を下回る場合、スレーブはPMOS導通状態にスイッチングする。換
言すると、スレーブが推定電流をスイッチングする場合、ゴースト電流を横切り
、2つの電流は逆の傾斜を持つ。このように、スレーブはスイッチングされてゴ
ースト電流を効率よく追跡する。
Referring to FIGS. 24 and 27, as described above, the switching of the non-reference slave causes the estimated current I estimate (i) for the non-reference slave (shown by solid line 94) to be:
Ghost current I ghost (i) for non-reference slave (indicated by dotted line 92)
Is controlled by comparing with In particular, if the non-reference slave is in PMOS conduction, the ghost is in NMOS conduction, and the estimated current I estimate (i) exceeds the ghost current I ghost (i), the slave switches to NMOS conduction. Similarly, if the non-reference slave is in NMOS conduction, the ghost is in PMOS conduction, and the estimated current I estimate (i) is less than the ghost current I gh ost (i), the slave switches to PMOS conduction. . In other words, when the slave switches the estimated current, it crosses the ghost current and the two currents have opposite slopes. In this way, the slave is switched to efficiently track the ghost current.

【0112】 加えて、非基準スレーブは、推定電流Iestimate(i)が上限電流Iupper
超える場合、NMOS導通状態にスイッチングするか、あるいは、推定電流Ies timate (i)が下限電流Ilowerを下回る場合、PMOS導通状態にスイッチン
グする。効率を低下させる過度のスイッチングを抑制するために、ゴーストの一
定勾配の上昇値ΔIup-ghostと一定勾配の下降値ΔIdown-ghostは、推定電流の
ための一定勾配の上昇値ΔIupおよび一定勾配の下降値ΔIdown未満に、例えば
約20〜25%までに、人工的にセットされてもよい。あるいは、ゴースト電流
は予め設定されたいくつかのマージンによって、上下の電流制限IupperとIlow er を超え、または下回ることが許容され得る。
In addition, the non-reference slave switches to the NMOS conduction state if the estimated current I estimate (i) exceeds the upper current I upper , or the non-reference slave switches the estimated current I es timate (i) to the lower current I lower , Switching to the PMOS conduction state. In order to suppress excessive switching that reduces the efficiency, the constant gradient rise value ΔI up-ghost and the constant gradient fall value ΔI down-ghost of the ghost are determined by the constant gradient rise value ΔI up and the constant gradient value ΔI up for the estimated current. It may be set artificially to less than the slope down value [Delta] I down , for example to about 20-25%. Alternatively, the ghost current by some margin which is set in advance, beyond the upper and lower current limit I upper and I low er, or fall below an acceptable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に従うスイッチングレギュレータのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a switching regulator according to the present invention.

【図1A】 本発明に従うスイッチングレギュレータの別の実施のブロック図である。FIG. 1A is a block diagram of another embodiment of a switching regulator according to the present invention.

【図2】 図1のスイッチングレギュレータの電流センサのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a current sensor of the switching regulator of FIG. 1;

【図3】 図1のスイッチングレギュレータのコントローラのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a controller of the switching regulator of FIG. 1;

【図3A】 図1Aのスイッチングレギュレータのコントローラのブロック図である。FIG. 3A is a block diagram of a controller of the switching regulator of FIG. 1A.

【図4】 図3のコントローラによって実行される方法を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating a method performed by the controller of FIG. 3;

【図5】 推定電流をスレーブを流れる実際の電流と比較するタイミング図である。FIG. 5 is a timing diagram comparing the estimated current with the actual current flowing through the slave.

【図6】 推定電流の補正を説明するタイミング図である。FIG. 6 is a timing chart illustrating correction of an estimated current.

【図7】 図6A〜図6Dの推定電流の補正と関連する電流センサからの出力信号を説明
するタイミング図である。
FIG. 7 is a timing diagram illustrating an output signal from a current sensor associated with the correction of the estimated current in FIGS. 6A to 6D.

【図8】 所望の電圧をスイッチングレギュレータの実際の出力電圧と比較するタイミン
グ図である。
FIG. 8 is a timing diagram for comparing a desired voltage with an actual output voltage of a switching regulator.

【図9】 所望の電流の決定に用いる簡略化したブロック図である。FIG. 9 is a simplified block diagram used to determine a desired current.

【図10】 図4の方法からのスイッチング回路を制御するステップを示すフローチャート
である。
FIG. 10 is a flowchart illustrating steps for controlling a switching circuit from the method of FIG. 4;

【図11】 図1のスイッチングレギュレータの基準スレーブを制御する方法を説明するフ
ローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart illustrating a method for controlling a reference slave of the switching regulator of FIG. 1;

【図12】 図11の方法から生じる基準スレーブを流れる電流を説明するタイミング図で
ある。
FIG. 12 is a timing diagram illustrating the current flowing through a reference slave resulting from the method of FIG.

【図13】 図11の基準スレーブへの制御信号を説明するタイミング図である。FIG. 13 is a timing chart for explaining a control signal to the reference slave in FIG. 11;

【図13A】 図1Aのスイッチングレギュレータからの基準スレーブへの制御信号を説明す
るタイミング図である。
FIG. 13A is a timing chart illustrating a control signal from the switching regulator of FIG. 1A to a reference slave.

【図14】 スレーブの位相関係を制御する方法を説明するフローチャートであり、図にお
いて、一つのトランジスタが、基準スレーブのスイッチングに続いてプリセット
時間でスイッチングされ、そして他のトランジスタが推定電流と電流限界との比
較に基づいてスイッチングされる。
FIG. 14 is a flowchart illustrating a method of controlling a phase relationship of a slave, where one transistor is switched at a preset time following switching of a reference slave, and another transistor is switched between an estimated current and a current limit. Is switched based on the comparison with.

【図15】 図14の方法から生じる基準スレーブと非基準スレーブを流れる電流を説明す
るタイミング図である。
FIG. 15 is a timing diagram illustrating the current flowing through a reference slave and a non-reference slave resulting from the method of FIG.

【図16】 スレーブの位相関係を制御する方法を説明するフローチャートであり、その方
法で非基準スレーブの電流限界が調整される。
FIG. 16 is a flowchart illustrating a method for controlling a phase relationship of a slave, in which a current limit of a non-reference slave is adjusted.

【図17】 図16の方法から生じる基準スレーブと非基準スレーブを流れる電流を説明す
るタイミング図である。
FIG. 17 is a timing diagram illustrating the current flowing through the reference and non-reference slaves resulting from the method of FIG.

【図18】 非基準スレーブのためにゴースト電流を生成する方法を説明するフローチャー
トである。
FIG. 18 is a flowchart illustrating a method for generating a ghost current for a non-reference slave.

【図19】 スレーブの位相関係を制御する方法を説明するフローチャートであり、その方
法で推定スレーブ電流がゴースト電流と比較される。
FIG. 19 is a flowchart illustrating a method of controlling a phase relationship of a slave, in which an estimated slave current is compared with a ghost current.

【図20】 図18と図19の方法を実行しているときに、基準スレーブを流れる電流を説
明するタイミング図である。
FIG. 20 is a timing diagram illustrating the current flowing through the reference slave when performing the method of FIGS. 18 and 19;

【図21】 図20で示す基準スレーブ電流から生じる一つの非基準スレーブのためのゴー
スト導通状態を説明するタイミング図である。
FIG. 21 is a timing diagram illustrating a ghost conduction state for one non-reference slave resulting from the reference slave current shown in FIG.

【図22】 図18で示す方法から生じるゴースト電流、および図21で示すゴースト導通
状態を説明するタイミング図である。
FIG. 22 is a timing chart illustrating a ghost current generated by the method shown in FIG. 18 and a ghost conduction state shown in FIG. 21;

【図23】 図19で示す方法から生じる基準スレーブ性能、および図22で示すゴースト
電流を説明するタイミング図である。
FIG. 23 is a timing diagram illustrating reference slave performance resulting from the method shown in FIG. 19 and the ghost current shown in FIG. 22.

【図24】 スレーブの位相関係を制御する方法を説明するフローチャートであり、その方
法で、ゴースト電流が基準スレーブと非基準スレーブについて生成され、推定ス
レーブ電流がスレーブを制御するゴースト電流と比較される。
FIG. 24 is a flowchart illustrating a method of controlling a phase relationship of a slave, in which ghost currents are generated for a reference slave and a non-reference slave, and an estimated slave current is compared with a ghost current controlling the slave. .

【図25】 クロック信号から生じる非基準スレーブの一つについてのゴースト導通状態を
説明するタイミング図である。
FIG. 25 is a timing diagram illustrating a ghost conduction state for one of the non-reference slaves resulting from a clock signal.

【図26】 図18で示す方法から生じるゴースト電流、および図25で示すゴースト導通
状態を説明するタイミング図である。
26 is a timing chart for explaining a ghost current generated by the method shown in FIG. 18 and a ghost conduction state shown in FIG. 25;

【図27】 図24で示す方法から生じるスレーブ性能、および図26で示すゴースト電流
を説明するタイミング図である。
FIG. 27 is a timing diagram illustrating slave performance resulting from the method shown in FIG. 24 and the ghost current shown in FIG. 26.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 09/183,326 (32)優先日 平成10年10月30日(1998.10.30) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 09/183,337 (32)優先日 平成10年10月30日(1998.10.30) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA ,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ, PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,S K,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG ,UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 シュルツ, アーロン, エム. アメリカ合衆国, カリフォルニア州, サニーヴェイル, クーリッジ アヴェニ ュー 896 (72)発明者 クリステンソン, マイケル アメリカ合衆国, カリフォルニア州, バークレイ, マーティン ルーサー キ ング ジュニア ウェイ 1429エー (72)発明者 リドスキー, デイヴィッド, ビー. アメリカ合衆国, カリフォルニア州, オークランド, コルトン ブルヴァード 5739 (72)発明者 ストラタコス, アンソニー アメリカ合衆国, カリフォルニア州, フレモント, レッド ホーク ランチ 39241 ビー201 (72)発明者 サリバン, チャーリー アメリカ合衆国, ニューハンプシャー 州, ハノヴァー, サウス パーク ス トリート 7 (72)発明者 クラーク, ウィリアム アメリカ合衆国, カリフォルニア州, フレモント, テラス ドライヴ 35624 Fターム(参考) 5H730 BB11 BB82 DD04 DD34 FD31 FF09 FG05 FG11 FG22 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (31) Priority claim number 09 / 183,326 (32) Priority date October 30, 1998 (Oct. 30, 1998) (33) Priority claim country United States (US) ( 31) Priority claim number 09 / 183,337 (32) Priority date October 30, 1998 (Oct. 30, 1998) (33) Priority claim country United States (US) (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW), EA (AM, AZ) , BY, KG, KZ, MD, RU , TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, EE, ES , FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ , UA, UG, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Schulz, Aaron, M. United States, California, Sunnyvale, Coolidge Avenue 896 (72) Inventor Christenson, Michael United States, California, Berkeley, Martin Luther King Jr. Way 1429 A (72) Inventor Ridsky, David, Bee. United States, California, Oakland, Colton Boulevard 5739 (72) Inventor Stratacos, Anthony United States of America, California, Fremont, Red Hawk Ranch 39241 Bee 201 (72) Inventor Sullivan, Charlie United States of America, New Hampshire, Hanover, South Park Street 7 (72) Inventor Clark, William Terrace drive, Fremont, CA, USA 35624 F-term (reference) 5H730 BB11 BB82 DD04 DD34 FD31 FF09 FG05 FG11 FG22

Claims (122)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力電圧源に接続される入力端子、負荷に接続される出力端子
、および前記入力端子を前記出力端子に交互に接続と遮断をする複数のスイッチ
ング回路を有する電圧レギュレータを動作させる方法であって: a) 各スイッチング回路のための推定電流、すなわち前記スイッチング回路
に関連するインダクタを流れる電流を表す各推定電流を計算すするステップ; b)前記出力端子での出力電圧を実質的に一定に維持する前記インダクタを流
れる全所望出力電流を計算するステップ;および、 c)前記インダクタを流れる全電流が、前記全所望出力電流にほぼ等しくなる
ように、前記推定電流と前記全所望出力電流に基づいて前記スイッチング回路を
制御するステップ;を含む方法。
1. A voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source, an output terminal connected to a load, and a plurality of switching circuits for alternately connecting and disconnecting the input terminal to the output terminal. The method comprising: a) calculating an estimated current for each switching circuit, ie, each estimated current representing a current flowing through an inductor associated with the switching circuit; b) substantially calculating an output voltage at the output terminal. Calculating the total desired output current through the inductor, which is kept constant, and c) the estimated current and the total desired output such that the total current through the inductor is approximately equal to the total desired output current. Controlling the switching circuit based on a current.
【請求項2】 ステップ(a)乃至(c)が繰り返される、請求項1の方法。2. The method of claim 1, wherein steps (a) to (c) are repeated. 【請求項3】 ステップ(a)乃至(c)が、前記スイッチング回路の所望ス
イッチング周波数fswitchより著しく速いクロック周波数fclockで繰り返され
る、請求項1の方法。
3. The method of claim 1, wherein steps (a) to (c) are repeated at a clock frequency f clock which is significantly faster than a desired switching frequency f switch of said switching circuit.
【請求項4】 前記全所望出力電流を計算するステップが、前記スイッチング
回路を流れる前記全電流を判定するステップと、前記出力端子に接続されるコン
デンサへ、またはそこから流れる容量性の電流を判定するステップを含む、請求
項1の方法。
4. The step of calculating the total desired output current includes determining the total current flowing through the switching circuit and determining a capacitive current flowing to or from a capacitor connected to the output terminal. 2. The method of claim 1, comprising the step of:
【請求項5】 前記スイッチング回路を流れる前記全電流と判定するステップ
が、各インダクタに対する前記推定電流を合計するステップを含む、請求項4の
方法。
5. The method of claim 4, wherein determining the total current flowing through the switching circuit comprises summing the estimated current for each inductor.
【請求項6】 前記容量性の電流を判定するステップが、前記出力電圧におけ
る変動を測定するステップを含む、請求項4の方法。
6. The method of claim 4, wherein determining the capacitive current comprises measuring a variation in the output voltage.
【請求項7】 前記容量性の電流は以下の式から計算され: ICAP=C・ΔVout/ΔT ここで、Cは前記出力端子に接続される前記コンデンサの全容量、ΔVoutはク
ロックサイクル全体にわたる前記出力電圧における前記変動、そしてTは前記ク
ロックサイクルの前記期間である、請求項6の方法。
7. The capacitive current is calculated from the following equation: I CAP = C · ΔV out / ΔT where C is the total capacitance of the capacitor connected to the output terminal, and ΔV out is the clock cycle. 7. The method of claim 6, wherein said variation in said output voltage throughout, and T is said period of said clock cycle.
【請求項8】 前記全所望出力電流を計算するステップが、前記出力電圧の誤
差を補正するための調整電流を決定するステップを更に含む、請求項4の方法。
8. The method of claim 4, wherein calculating the total desired output current further comprises determining an adjustment current to correct for the output voltage error.
【請求項9】 前記調整電流が前記出力電圧と所望電圧の差に比例する、請求
項8の方法。
9. The method of claim 8, wherein said regulating current is proportional to a difference between said output voltage and a desired voltage.
【請求項10】 前記電流が所定の電流レベルより高い場合、前記所望電圧を
増加させ、前記電流が前記所定の電流レベル未満の場合、前記所望電圧を減少さ
せるステップを更に含む、請求項9の方法。
10. The method of claim 9, further comprising: increasing the desired voltage if the current is above a predetermined current level; and decreasing the desired voltage if the current is below the predetermined current level. Method.
【請求項11】 多くのアクティブスイッチング回路を判定するステップを更
に含む、請求項1の方法。
11. The method of claim 1, further comprising determining a number of active switching circuits.
【請求項12】 アクティブスイッチング回路の前記数が前記全所望電流にほ
ぼ比例する、請求項11の方法。
12. The method of claim 11, wherein said number of active switching circuits is approximately proportional to said total desired current.
【請求項13】 アクティブスレーブの新規の数が、アクティブスイッチング
回路の旧い数および前記全所望電流に基づく、請求項12の方法。
13. The method of claim 12, wherein the new number of active slaves is based on the old number of active switching circuits and the total desired current.
【請求項14】 アクティブスレーブの前記数の前記決定が、アクティブスイ
ッチング回路の前記数の過度の変更を避けるヒステリシス効果を含む、請求項1
2の方法。
14. The method of claim 1, wherein the determining of the number of active slaves includes a hysteresis effect that avoids excessively changing the number of active switching circuits.
Method 2.
【請求項15】 各スイッチング回路の個々の所望出力電流を計算するステッ
プを更に含み、前記個々の所望出力電流の前記合計が前全所望出力電流に等しい
、請求項11の方法。
15. The method of claim 11, further comprising the step of calculating an individual desired output current for each switching circuit, wherein said sum of said individual desired output currents is equal to a previous total desired output current.
【請求項16】 前記アクティブスイッチング回路の前記個々の所望電流が、
アクティブスイッチング回路の前記数により分割される前記全所望電流にほぼ等
しい、請求項15の方法。
16. The individual desired current of the active switching circuit,
16. The method of claim 15, wherein said total desired current divided by said number of active switching circuits is approximately equal.
【請求項17】 前記非アクティブスレーブのための前記個々の所望電流がほ
ぼゼロである、請求項15の方法。
17. The method of claim 15, wherein said individual desired current for said inactive slave is substantially zero.
【請求項18】 前記所望全電流の計算が、公称電圧の電圧許容範囲内である
所望電圧を決定するステップを含む、請求項1の方法。
18. The method of claim 1, wherein calculating the desired total current comprises determining a desired voltage that is within a voltage tolerance of a nominal voltage.
【請求項19】 前記所望電圧の決定は、前記電流が最大電流に近い場合、前
記公称電圧より上に前記所望電圧をセットするステップと、前記電流がゼロに近
い場合、前記公称電圧未満に前記所望電圧をセットするステップを含む、請求項
18の方法。
19. The method of claim 19, further comprising: setting the desired voltage above the nominal voltage if the current is near a maximum current; and determining the desired voltage below the nominal voltage if the current is near zero. 19. The method of claim 18, including the step of setting a desired voltage.
【請求項20】 前記所望電圧を決定するステップは、前のクロックサイクル
からの前記所望電圧と前記電流電圧の前記差に比例する項による前記所望電圧を
調整するステップを含む、請求項18の方法。
20. The method of claim 18, wherein determining the desired voltage comprises adjusting the desired voltage by a term proportional to the difference between the desired voltage and the current voltage from a previous clock cycle. .
【請求項21】 クロックサイクルn+1についての前記所望電圧Vdesired[ n+1] は以下の式により決定され: ここで、Vnomは公称電圧、Vdesired[n]は前記クロックサイクルnからの前記
所望電圧、Iloadは前記負荷を流れる前記電流、Imaxは前記負荷を流れる前記
許容最大電流、ΔVswingは前記電圧許容範囲により許容される電圧内の変動、
そして c1とc2はフィードバック定数である、請求項20の方法。
21. The desired voltage V desired [ n + 1] for clock cycle n + 1 is determined by the following equation: Where V nom is the nominal voltage, V desired [n] is the desired voltage from clock cycle n, I load is the current flowing through the load, I max is the allowable maximum current flowing through the load, ΔV swing is Fluctuations in the voltage allowed by the voltage tolerance,
Then c 1 and c 2 is a feedback constant The method of claim 20.
【請求項22】 入力電圧源に接続される入力端子と負荷に接続される出力端
子を有する電圧レギュレータであって: a)デジタル制御信号に応答して間欠的に前記入力端子と前記出力端子を接続
する複数のスイッチング回路; b)各フィルタがインダクタを含む前記出力端子にほぼDCの出力電圧を提供
する複数の前記フィルタ; c)前記スイッチング回路を流れる前記電流から導かれる複数のフィードバッ
ク信号を生じる複数の電流センサ;および、 d)前記複数フィードバック信号を受け取って使用するデジタルコントローラ
を備え、前記デジタルコントローラは: i)各スイッチング回路についての推定電流を計算し、ここで前記各推定電
流は、前記スイッチング回路に関連付けられる前記インダクタを流れる電流を表
し; ii)前記出力端子での出力電圧を実質的に一定に維持する前記インダクタを
流れる全所望出力電流を計算し;そして、 iii) 前記インダクタを流れる全電流が前記全所望出力電流にほぼ等しくな
るように前記推定電流と前記全所望出力電流に基づいて前記デジタル制御信号を
生成する; 電圧レギュレータ。
22. A voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source and an output terminal connected to a load, comprising: a) intermittently connecting the input terminal and the output terminal in response to a digital control signal. A plurality of switching circuits to connect; b) a plurality of said filters each providing an approximately DC output voltage at said output terminal including an inductor; c) a plurality of feedback signals derived from said current flowing through said switching circuits. And d) a digital controller for receiving and using the plurality of feedback signals, the digital controller: i) calculating an estimated current for each switching circuit, wherein each estimated current is Ii) representing a current flowing through the inductor associated with a switching circuit; Calculating a total desired output current through the inductor that maintains an output voltage at an output terminal substantially constant; and iii) estimating the total current through the inductor to be approximately equal to the total desired output current. Generating the digital control signal based on a current and the total desired output current; a voltage regulator.
【請求項23】 出力端子での出力電圧を実質的に一定に維持するために電圧
レギュレータのスイッチング回路を流れる全所望電流を判定する方法であって、
前記スイッチング回路は、入力電圧源と接続される入力端子を負荷と接続される
前記出力端子に間欠的に接続し、前記電圧レギュレータは、前記出力端子に接続
される少なくとも一つのコンデンサを含み、前記方法が: 第1の時間に前記出力端子での第1の出力電圧を測定するステップ; 第2の時間に前記出力端子での第2の出力電圧を測定するステップ; 前記インダクタを流れる前記電流を表す推定電流を計算するステップ; 前記第1の出力電圧と前記第2の出力電圧の差に基づいて、前記少なくとも一
つのコンデンサへ、またはそこから流れる電流を表すキャパシタンス電流を計算
するステップ; 所望電圧および前記第1と第2の出力電圧のうちの一つの差に基づいて補正電
流を計算するステップ;および、 前記推定電流と前記補正電流の合計と、前記キャパシタンス電流との差から前
記電圧レギュレータに対する全所望電流を計算するステップ;を含む方法。
23. A method for determining a total desired current flowing through a switching circuit of a voltage regulator to maintain an output voltage at an output terminal substantially constant.
The switching circuit intermittently connects an input terminal connected to an input voltage source to the output terminal connected to a load, the voltage regulator includes at least one capacitor connected to the output terminal, Measuring a first output voltage at the output terminal at a first time; measuring a second output voltage at the output terminal at a second time; Calculating an estimated current representing the current; calculating a capacitance current representing a current flowing to or from the at least one capacitor based on a difference between the first output voltage and the second output voltage; Calculating a correction current based on a difference between one of the first and second output voltages; and the estimated current and the correction Method comprising; sum of the flow, calculating the total desired current to said voltage regulator from the difference between the capacitance current.
【請求項24】 入力電圧源に接続される入力端子と負荷に接続される出力端
子を持つ電圧レギュレータであって: デジタル制御信号に応答して前記入力端子と前記出力端子を間欠的に接続する
スイッチング回路; 前記出力端子でのほぼDCの出力電圧を提供するフィルタ; 前記スイッチング回路を流れる前記電流を表すデジタルの第1のフィードバッ
ク信号を生成する電流センサ; 前記出力電圧を表す第2のフィードバック信号を生成する電圧センサ;および
、 前記デジタル制御信号を生成する前記デジタルフィードバック信号を受け取っ
て使用するデジタルコントローラ、すなわち前記出力端子での前記出力電圧を実
質的に一定のレベルに維持するために構成される前記デジタルコントローラ;を
備える電圧レギュレータ。
24. A voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source and an output terminal connected to a load: intermittently connecting the input terminal and the output terminal in response to a digital control signal. A switching circuit; a filter for providing a substantially DC output voltage at the output terminal; a current sensor for generating a digital first feedback signal representing the current flowing through the switching circuit; a second feedback signal representing the output voltage. And a digital controller for receiving and using the digital feedback signal to generate the digital control signal, ie, configured to maintain the output voltage at the output terminal at a substantially constant level. A voltage regulator comprising the digital controller.
【請求項25】 前記スイッチング回路が、前記出力端子を少なくとも間欠的
にグランドに接続する整流子を含む、請求項24の電圧レギュレータ。
25. The voltage regulator of claim 24, wherein said switching circuit includes a commutator connecting said output terminal to ground at least intermittently.
【請求項26】 前記スイッチング回路、フィルタおよび電流センサは、第1
のICチップ上に製造され、前記デジタルコントローラは第2の別のICチップ
上に製造される、請求項24の電圧レギュレータ。
26. The switching circuit, a filter and a current sensor, wherein:
25. The voltage regulator of claim 24, wherein the digital controller is manufactured on a second IC chip and the digital controller is manufactured on a second separate IC chip.
【請求項27】 前記デジタルフィードバック信号は、前記電流がスレッショ
ルド電流を超えるか否かを示す、請求項24の電圧レギュレータ。
27. The voltage regulator of claim 24, wherein the digital feedback signal indicates whether the current exceeds a threshold current.
【請求項28】 前記電流センサは、複数のデジタルフィードバック信号を生
成し、前記各信号は前記電流が別のスレッショルド電流を超えたか否かを表す、
請求項27の電圧レギュレータ。
28. The current sensor generates a plurality of digital feedback signals, each signal indicating whether the current has exceeded another threshold current.
28. The voltage regulator of claim 27.
【請求項29】 前記電流センサは、複数のデジタルフィードバック信号を生
成し、前記各信号は前記電流が別のスレッショルド電流と交差したか否かを表す
、請求項27の電圧レギュレータ。
29. The voltage regulator of claim 27, wherein the current sensor generates a plurality of digital feedback signals, each of the signals indicating whether the current has crossed another threshold current.
【請求項30】 前記スイッチング回路を流れる電流が前記スレッショルド電
流より大きい安全限界を超える場合、前記デジタル制御信号を無効にし、かつ前
記スイッチング回路を開く故障保護回路を更に備える、請求項27の電圧レギュ
レータ。
30. The voltage regulator of claim 27, further comprising a fault protection circuit that disables the digital control signal and opens the switching circuit if the current flowing through the switching circuit exceeds a safety limit greater than the threshold current. .
【請求項31】 前記故障保護回路は、前記電流が前記安全限界を超える場合
、前記デジタルコントローラによって受け取られる第2のデジタルフィードバッ
ク信号を生成する、請求項30の電圧レギュレータ。
31. The voltage regulator of claim 30, wherein the fault protection circuit generates a second digital feedback signal received by the digital controller when the current exceeds the safety limit.
【請求項32】 前記スイッチング回路は、前記出力端子を前記入力端子へ接
続する第1のトランジスタおよび前記出力端子をグランドに接続する第2のトラ
ンジスタを含む、請求項27の電圧レギュレータ。
32. The voltage regulator of claim 27, wherein said switching circuit includes a first transistor connecting said output terminal to said input terminal and a second transistor connecting said output terminal to ground.
【請求項33】 前記電流センサは、前記第1のトランジスタを流れる電流を
示す第1のフィードバックライン上の第1のデジタルフィードバック信号を生成
する第1のセンサ、および前記第2のトランジスタを流れる電流を表す第2のフ
ィードバックライン上の第2のデジタルフィードバック信号を生成する第2のセ
ンサを含む、請求項32の電圧レギュレータ。
33. A current sensor comprising: a first sensor for generating a first digital feedback signal on a first feedback line indicative of a current flowing through the first transistor; and a current flowing through the second transistor. 33. The voltage regulator of claim 32, including a second sensor that generates a second digital feedback signal on a second feedback line that represents a second feedback signal.
【請求項34】 前記第1と第2のフィードバックラインが、前記デジタルコ
ントローラに接続される第3のフィードバックラインに接続される。前記デジタ
ルコントローラは、どのトランジスタが前記第3のフィードバックライン上の前
記信号により表されるかを判定するロジックを含む、請求項33の電圧レギュレ
ータ。
34. The first and second feedback lines are connected to a third feedback line connected to the digital controller. 34. The voltage regulator of claim 33, wherein the digital controller includes logic to determine which transistor is represented by the signal on the third feedback line.
【請求項35】 前記デジタル制御信号を受け取って、前記第1と第2のトラ
ンジスタをスイッチングする命令に前記デジタル制御信号を変換する前記スレー
ブに設置されるインタープリタを更に備える、請求項32の電圧レギュレータ。
35. The voltage regulator of claim 32, further comprising an interpreter located on the slave that receives the digital control signal and converts the digital control signal into a command to switch the first and second transistors. .
【請求項36】 前記デジタルコントローラによって生成される前記デジタル
制御信号は、第1の制御ライン上の第1の制御信号および第2の制御ライン上の
第2の制御信号を含み、前記インタープリタは、前記第1の制御信号を、前記第
1のトランジスタを開いて前記第2のトランジスタを閉じる命令へ変換し、前記
第2の制御信号を、前記第1のトランジスタを閉じて前記第2のトランジスタを
開く第2の命令へ変換する、請求項35の電圧レギュレータ。
36. The digital control signal generated by the digital controller includes a first control signal on a first control line and a second control signal on a second control line, the interpreter comprising: The first control signal is converted into a command to open the first transistor and close the second transistor, and the second control signal is transmitted to the second transistor when the first transistor is closed. 36. The voltage regulator of claim 35, converting to a second instruction to open.
【請求項37】 前記デジタルコントローラによって生成される前記デジタル
制御信号は、第3の制御ライン上の第3の制御信号を含み、前記インタープリタ
は、第3の制御信号を前記第1と第2のトランジスタを開く命令に変換する、請
求項36の電圧レギュレータ。
37. The digital control signal generated by the digital controller includes a third control signal on a third control line, and the interpreter transmits a third control signal to the first and second control lines. 37. The voltage regulator of claim 36, which translates into a command to open a transistor.
【請求項38】 前記インタープリタは、前記第2のトランジスタが閉じて前
記電流がゼロ未満へ低下する場合、第3の制御信号を前記第1と第2のトランジ
スタを開く命令に変換する、請求項37の電圧レギュレータ。
38. The interpreter translates a third control signal into an instruction to open the first and second transistors when the second transistor closes and the current drops below zero. 37 voltage regulators.
【請求項39】 前記デジタルコントローラによって受け取られる前記スイッ
チングレギュレータの前記状態を示すデジタルの状態信号を生成するための状態
センサを更に備える、請求項24の電圧レギュレータ。
39. The voltage regulator of claim 24, further comprising a state sensor for generating a digital state signal indicative of said state of said switching regulator received by said digital controller.
【請求項40】 前記スレーブは、前記デジタル制御信号を受け取って、前記
デジタル制御信号を前記スイッチング回路をスイッチングする命令に変換するイ
ンタープリタを含む、請求項24の電圧レギュレータ。
40. The voltage regulator of claim 24, wherein the slave includes an interpreter that receives the digital control signal and converts the digital control signal into a command to switch the switching circuit.
【請求項41】 入力電圧源に接続される入力端子と負荷に接続される出力端
子を有する電圧レギュレータであって: a)それぞれが以下を含む複数のスレーブ: I) デジタル制御信号に応答して間欠的に前記入力端子と前記出力端子を接
続するスイッチング回路; ii) 前記出力端子にほぼDCの出力電圧を提供するフィルタ; iii) 前記スイッチング回路を流れる電流を表すデジタルフィードバック信
号を生成する電流センサ; b)複数のデジタル制御信号を生成する複数の前記スレーブからの前記デジタ
ルフィードバック信号を受け取って使用するデジタルコントローラであって、前
記出力端子での前記出力電圧を実質的に一定のレベルに維持するよう構成される
前記デジタルコントローラ:を含む、電圧レギュレータ。
41. A voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source and an output terminal connected to a load, comprising: a) a plurality of slaves each comprising: I) responsive to a digital control signal. A switching circuit that intermittently connects the input terminal and the output terminal; ii) a filter that provides a substantially DC output voltage to the output terminal; iii) a current sensor that generates a digital feedback signal representing a current flowing through the switching circuit. B) a digital controller for receiving and using the digital feedback signals from the plurality of slaves to generate a plurality of digital control signals, wherein the digital controller maintains the output voltage at the output terminal at a substantially constant level; A voltage regulator, comprising: the digital controller configured to:
【請求項42】 入力電圧源に接続される入力端子と負荷に接続される出力端
子を有する電圧レギュレータを動作させる方法であって: デジタル制御信号に応答して前記入力端子と前記出力端子をスイッチング回路
で間欠的に接続するステップ; 前記出力端子にほぼDCの出力電圧を提供するために前記スイッチング回路の
出力をフィルタリングするステップ; 電流センサを有する前記スイッチング回路を流れる電流を表しているデジタル
フィードバック信号を生成するステップ;および、 前記デジタル制御信号を生成するためにデジタルコントローラ内の前記スレー
ブから前記デジタルフィードバック信号を受け取って使用するステップ、ここで
前記デジタルコントローラは前記出力端子での前記出力電圧を実質的に一定のレ
ベルに維持するために構成される;を含む方法。
42. A method of operating a voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source and an output terminal connected to a load, comprising: switching the input terminal and the output terminal in response to a digital control signal. Intermittently connecting in a circuit; filtering the output of the switching circuit to provide a substantially DC output voltage at the output terminal; a digital feedback signal representing a current flowing through the switching circuit having a current sensor. Generating and receiving the digital feedback signal from the slave in a digital controller to generate the digital control signal, wherein the digital controller substantially reduces the output voltage at the output terminal. At a constant level Method comprising; configured in order.
【請求項43】 入力電圧源に接続される入力端子と負荷に接続される出力端
子を有する電圧レギュレータであって: 制御信号に応答して間欠的に前記入力端子と前記出力端子を接続するスイッチ
ング回路; 前記出力端子にほぼDCの出力電圧を提供するフィルタ;および、 前記スイッチング回路の所望スイッチング周波数fswitchより著しく速いクロ
ック周波数fclockで動作するデジタルコントローラを含み、ここで、前記デジ
タルコントローラは、クロックサイクル毎に、前記出力端子での出力電圧から導
かれる第1のデジタルフィードバック信号、および前記スイッチング回路を流れ
る電流から導かれる第2のデジタルフィードバック信号を受け取って、前記出力
電圧が実質的に一定のレベルに維持されるように前記スイッチング回路を制御す
る前記制御信号を生成する。
43. A voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source and an output terminal connected to a load: a switching device intermittently connecting the input terminal and the output terminal in response to a control signal. A filter for providing a substantially DC output voltage at the output terminal; and a digital controller operating at a clock frequency f clock that is significantly faster than a desired switching frequency f switch of the switching circuit, wherein the digital controller comprises: Receiving, at each clock cycle, a first digital feedback signal derived from an output voltage at the output terminal and a second digital feedback signal derived from a current flowing through the switching circuit, wherein the output voltage is substantially constant; The switching circuit is maintained at a level of Generating the control signal for controlling.
【請求項44】 前記第1のデジタルフィードバック信号を生成する電流セン
サを更に備える、請求項43の電圧レギュレータ。
44. The voltage regulator of claim 43, further comprising a current sensor that generates the first digital feedback signal.
【請求項45】 前記第2のデジタルフィードバック信号を生成する電圧セン
サを更に備える、請求項44の電圧レギュレータ。
45. The voltage regulator of claim 44, further comprising a voltage sensor that generates the second digital feedback signal.
【請求項46】 前記電圧センサはA/D変換器を含む、請求項45の電圧レ
ギュレータ。
46. The voltage regulator according to claim 45, wherein said voltage sensor includes an A / D converter.
【請求項47】 前記電圧センサは電圧サンプリング回路を更に含む、請求項
46の電圧レギュレータ。
47. The voltage regulator of claim 46, wherein said voltage sensor further comprises a voltage sampling circuit.
【請求項48】 前記スイッチング回路、フィルタおよび電流センサは第1の
ICチップ上に製造され、前記デジタルコントローラと電圧センサは第2の異な
るICチップ上に製造される、請求項45の電圧レギュレータ。
48. The voltage regulator of claim 45, wherein said switching circuit, filter and current sensor are manufactured on a first IC chip, and said digital controller and voltage sensor are manufactured on a second different IC chip.
【請求項49】 前記スイッチング回路、フィルタおよび電流センサは第1の
ICチップ上に製造され、前記電圧センサは第2のICチップ上に製造され、そ
して前記デジタルコントローラは第3のICチップ上に組み立てられる、請求項
45の電圧レギュレータ。
49. The switching circuit, the filter and the current sensor are manufactured on a first IC chip, the voltage sensor is manufactured on a second IC chip, and the digital controller is manufactured on a third IC chip. 46. The voltage regulator of claim 45 assembled.
【請求項50】 前記第1のデジタルフィードバック信号は前記出力電圧と公
称電圧の前記差を表す、請求項43の電圧レギュレータ。
50. The voltage regulator of claim 43, wherein said first digital feedback signal is representative of said difference between said output voltage and a nominal voltage.
【請求項51】 前記第1のデジタルフィードバック信号は、現在のクロック
サイクルでの前記出力電圧と前のクロックサイクルでの出力電圧の前記差を表す
、請求項43の電圧レギュレータ。
51. The voltage regulator of claim 43, wherein the first digital feedback signal is representative of the difference between the output voltage in a current clock cycle and an output voltage in a previous clock cycle.
【請求項52】 前記デジタルコントローラは、クロックサイクル毎に、前記
出力端子での出力電圧から導かれる第3のデジタルフィードバック信号を受け取
る、請求項43の電圧レギュレータ。
52. The voltage regulator of claim 43, wherein the digital controller receives a third digital feedback signal derived from an output voltage at the output terminal every clock cycle.
【請求項53】 前記第1のデジタルフィードバック信号は、前記出力電圧と
公称電圧の前記差に等しく、前記第3のデジタルフィードバック信号は、現在の
クロックサイクルにおける前記出力電圧と、前のクロックサイクルにおける出力
電圧内の前記差に等しい、請求項52の電圧レギュレータ。
53. The first digital feedback signal is equal to the difference between the output voltage and a nominal voltage, and the third digital feedback signal is different from the output voltage in a current clock cycle and the output voltage in a previous clock cycle. 53. The voltage regulator of claim 52, wherein said voltage regulator equals said difference in output voltage.
【請求項54】 前記第1のデジタルフィードバック信号は前記出力電圧であ
る、請求項43の電圧レギュレータ。
54. The voltage regulator of claim 43, wherein said first digital feedback signal is said output voltage.
【請求項55】 デジタルコントローラは前記出力端子に接続され、前記コン
トローラは、前記出力電圧と基準電圧の差を捕捉するサンプリング回路を含み、
更に、前記デジタルコントローラは、前記サンプリング回路によって保持される
前記電荷をデジタル信号に変換するためのA/D変換器を含む、請求項43の電
圧レギュレータ。
55. A digital controller connected to the output terminal, the controller including a sampling circuit for capturing a difference between the output voltage and a reference voltage,
44. The voltage regulator according to claim 43, wherein said digital controller further includes an A / D converter for converting said charge held by said sampling circuit into a digital signal.
【請求項56】 前記基準電圧は接地される、請求項32の電圧レギュレータ
56. The voltage regulator of claim 32, wherein said reference voltage is grounded.
【請求項57】 前記基準電圧は公称電圧である、請求項32の電圧レギュレ
ータ。
57. The voltage regulator of claim 32, wherein said reference voltage is a nominal voltage.
【請求項58】 前記基準電圧は、前のクロックサイクルからの出力電圧であ
る、請求項32の電圧レギュレータ。
58. The voltage regulator of claim 32, wherein said reference voltage is an output voltage from a previous clock cycle.
【請求項59】 前記入力端子と前記出力端子を間欠的に接続するための複数
のスイッチング回路を更に備え、ここで、前記デジタルコントローラは、クロッ
クサイクル毎に各スイッチング回路に対する第2のデジタルフィードバック信号
を受け取り、そのスイッチング回路に対する制御信号を生成し、前記各第2のデ
ジタルフィードバック信号は関連スイッチング回路を流れる電流から導かれる、
請求項43の電圧レギュレータ。
59. The system further comprises a plurality of switching circuits for intermittently connecting the input terminal and the output terminal, wherein the digital controller provides a second digital feedback signal to each switching circuit every clock cycle. And generating a control signal for the switching circuit, wherein each second digital feedback signal is derived from a current flowing through an associated switching circuit.
44. The voltage regulator of claim 43.
【請求項60】 入力電圧源に接続される入力端子と負荷に接続される出力端
子を有する電圧レギュレータを動作させる方法であって: 制御信号に応答して前記入力端子および前記出力端子をスイッチング回路で間
欠的に接続するステップ; 前記出力端子にほぼDCの出力電圧を提供するために前記スイッチング回路の
出力をフィルタをかけるステップ; 前記スイッチング回路の所望スイッチング周波数fswitchより著しく速いクロ
ック周波数fclockでデジタルコントローラを動作させるステップ; 前記デジタルコントローラにおいてクロックサイクル毎に前記出力端子での出
力電圧から導き出される第1のデジタルフィードバック信号を受け取るステップ
; 前記デジタルコントローラにおいてクロックサイクル毎に前記スイッチング回
路を流れる電流から導き出される第2のデジタルフィードバック信号を受け取る
ステップ;および、 前記出力電圧が実質的に一定のレベルに維持されるように前記スイッチング回
路を制御するために前記デジタルコントローラによって前記制御信号を生成する
ステップを含む方法。
60. A method of operating a voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source and an output terminal connected to a load, the method comprising: switching the input terminal and the output terminal in response to a control signal. Intermittently connecting; filtering the output of the switching circuit to provide a substantially DC output voltage at the output terminal; at a clock frequency f clock which is significantly faster than the desired switching frequency f switch of the switching circuit. Operating a digital controller; receiving a first digital feedback signal derived from an output voltage at the output terminal at each clock cycle in the digital controller; Receiving a second digital feedback signal derived from a flowing current; and generating the control signal by the digital controller to control the switching circuit such that the output voltage is maintained at a substantially constant level. A method comprising the steps of:
【請求項61】 入力電圧源に接続される入力端子、負荷に接続される出力端
子、前記入力端子を中間端子に接続するスイッチング回路、および前記出力端子
に実質的にDC電圧を発生させるインダクタを持つフィルタを有する電圧レギュ
レータを動作させる方法であって: 前記インダクタを流れる前記電流を表す初期の推定電流を記憶するステップ; 前記スイッチング回路の前記状態に基づく前記初期の推定電流を、新規の推定
電流を生成するように調整するステップ; 前記出力端子での出力電圧を実質的に一定に維持する前記インダクタを流れる
全所望出力電流を決定するステップ;および、 前記インダクタを流れる全電流が前記全所望出力電流にほぼ等しくなるように
、前記推定電流および前記全所望出力電流に基づいて前記スイッチング回路を制
御するステップを含む方法。
61. An input terminal connected to an input voltage source, an output terminal connected to a load, a switching circuit connecting the input terminal to an intermediate terminal, and an inductor for generating a substantially DC voltage at the output terminal. Operating a voltage regulator having a filter comprising: storing an initial estimated current representing the current flowing through the inductor; replacing the initial estimated current based on the state of the switching circuit with a new estimated current. Adjusting the total output current through the inductor to maintain the output voltage at the output terminal substantially constant; and the total current flowing through the inductor being the total desired output. The switch based on the estimated current and the total desired output current to be approximately equal to the current. Comprising the step of controlling the ring circuit.
【請求項62】 前記スイッチング回路は、前記入力端子を前記中間端子に間
欠的に接続する第1のトランジスタ、および前記中間端子を間欠的にグランドに
接続する第2のトランジスタを含む;請求項61の方法。
62. The switching circuit includes a first transistor that intermittently connects the input terminal to the intermediate terminal and a second transistor that intermittently connects the intermediate terminal to ground. the method of.
【請求項63】 前記第1のトランジスタが閉じている場合、前記調整ステッ
プが増加電流を前記初期の推定電流に加算するステップを含む、請求項62の方
法。
63. The method of claim 62, wherein the adjusting step comprises adding an increasing current to the initial estimated current when the first transistor is closed.
【請求項64】 前記前記第2のトランジスタが閉じている場合、前記調整ス
テップが減少電流を前記初期の推定電流から減算するステップを含む、請求項6
2の方法。
64. The method of claim 6, wherein the adjusting step comprises subtracting a reduced current from the initial estimated current when the second transistor is closed.
Method 2.
【請求項65】 前記スイッチング回路が前記入力端子を前記中間端子に間欠
的に接続する第1のトランジスタ、および前記中間端子をグランドに間欠的に接
続するダイオードを含む、請求項61の方法。
65. The method of claim 61, wherein said switching circuit includes a first transistor intermittently connecting said input terminal to said intermediate terminal, and a diode intermittently connecting said intermediate terminal to ground.
【請求項66】 前記記憶するステップおよび調整するステップはクロック周
波数で発生する、請求項61の方法。
66. The method of claim 61, wherein said storing and adjusting steps occur at a clock frequency.
【請求項67】 前記クロック周波数は、前記スイッチング回路の所望スイッ
チング周波数より著しく速い、請求項66の方法。
67. The method of claim 66, wherein said clock frequency is significantly faster than a desired switching frequency of said switching circuit.
【請求項68】 前記調整するステップは、前記中間端子が前記入力端子に接
続される場合、増加電流を前記初期の推定電流に加算し、前記中間端子がグラン
ドに接続される場合、減少電流を前記初期の推定電流から減算する、請求項66
の方法。
68. The adjusting step includes adding an increasing current to the initial estimated current when the intermediate terminal is connected to the input terminal, and adding a decreasing current when the intermediate terminal is connected to the ground. 67. Subtract from the initial estimated current.
the method of.
【請求項69】 前記増加電流は、前記入力端子での入力電圧、前記出力端子
での出力電圧、前記スイッチング回路と前記出力端子の間に配設されるインダク
タのインダクタンス、および前記クロック周波数基づいて選択される、請求項6
8の方法。
69. The increased current is based on an input voltage at the input terminal, an output voltage at the output terminal, an inductance of an inductor disposed between the switching circuit and the output terminal, and the clock frequency. Claim 6 selected
Method 8.
【請求項70】 前記増加電流は、(Vin−Vout)/L×fclockから計算さ
れ、ここで、Vinは前記入力電圧、Voutは前記出力電圧、Lは前記インダクタ
ンス、およびfclockは前記クロック周波数を表す、請求項69の方法。
Wherein 70, wherein said increased current, (V in -V out) / L × calculated from f clock, wherein, V in is the input voltage, V out is the output voltage, L is the inductance, and f 70. The method of claim 69, wherein clock represents the clock frequency.
【請求項71】 前記減少電流は、前記出力端子での出力電圧、前記中間端子
と前記出力端子の間に配設されるインダクタのインダクタンス、および前記クロ
ック周波数に基づいて選択される、請求項68の方法。
71. The reduced current is selected based on an output voltage at the output terminal, an inductance of an inductor disposed between the intermediate terminal and the output terminal, and the clock frequency. the method of.
【請求項72】 前記減少電流はVout/L×fclockで計算され、ここで、V out は前記出力電圧、Lは前記インダクタンス、および fclockは前記クロック
周波数を表す、請求項71の方法。
72. The reduced current is Vout/ L × fclockWhere V out Is the output voltage, L is the inductance, and fclockIs the clock
72. The method of claim 71, representing frequency.
【請求項73】 前記増加および減少電流は公称値に基づく、請求項68の方
法。
73. The method of claim 68, wherein said increasing and decreasing currents are based on a nominal value.
【請求項74】 前記増加および減少電流は動的に調整される、請求項68の
方法。
74. The method of claim 68, wherein said increasing and decreasing currents are dynamically adjusted.
【請求項75】 前記スイッチング回路を流れる前記実電流を表すフィードバ
ック信号を生成するステップ、およびフィードバック信号に基づいて前記推定電
流を補正するステップを更に備える、請求項61の方法。
75. The method of claim 61, further comprising: generating a feedback signal representing the actual current flowing through the switching circuit; and correcting the estimated current based on the feedback signal.
【請求項76】 前記記憶するステップおよび調整ステップは前記補正ステッ
プより高い周波数で発生する、請求項75の方法。
76. The method of claim 75, wherein said storing and adjusting steps occur at a higher frequency than said correcting step.
【請求項77】 前記記憶するステップおよび調整ステップは、一連のクロッ
クサイクルで実行され、かつ前記補正ステップがいくつかの前記クロックサイク
ル内に発生する、請求項76の方法。
77. The method of claim 76, wherein said storing and adjusting steps are performed in a series of clock cycles, and wherein said correcting steps occur within a number of said clock cycles.
【請求項78】 前記フィードバックは、前記実電流がスレッショルド電流よ
り上かまたは未満であるかを示す、請求項61の方法。
78. The method of claim 61, wherein the feedback indicates whether the actual current is above or below a threshold current.
【請求項79】 前記中間端子が前記入力端子に接続される場合、前記増加電
流の加算が、前記推定電流が前記スレッショルド電流を超える原因となる場合、
および前記フィードバック信号が前記実電流が前記スレッショルド電流未満であ
ることを示す場合、前記推定電流を前記スレッショルド電流付近に保持するステ
ップを更に備える、請求項78の方法。
79. When the intermediate terminal is connected to the input terminal, if the addition of the increased current causes the estimated current to exceed the threshold current,
79. The method of claim 78, further comprising, if the feedback signal indicates that the actual current is less than the threshold current, holding the estimated current near the threshold current.
【請求項80】 前記中間端子がグランドに接続される場合、前記増加電流の
減算が、前記推定電流が前記スレッショルド電流未満になる原因となる場合、お
よび前記実電流が前記スレッショルド電流を超えることを前記フィードバック信
号が示す場合、前記推定電流を前記スレッショルド電流付近に保持するステップ
を更に備える、請求項78の方法。
80. When the intermediate terminal is connected to ground, when the subtraction of the increased current causes the estimated current to be less than the threshold current, and when the actual current exceeds the threshold current. 79. The method of claim 78, further comprising maintaining the estimated current near the threshold current when the feedback signal indicates.
【請求項81】 前記スイッチング回路が閉じている場合、前記推定電流が前
記スレッショルド電流より少ない場合、および前記実電流が前記スレッショルド
電流を超えることを前記フィードバック信号が示す場合、前記推定電流を前記ス
レッショルド電流と等しくセットするステップを更に備える、請求項78の方法
81. When the switching circuit is closed, when the estimated current is less than the threshold current, and when the feedback signal indicates that the actual current exceeds the threshold current, the estimated current is reduced to the threshold. 79. The method of claim 78, further comprising setting equal to a current.
【請求項82】 前記出力端子が接地接続されている場合、前記推定電流が前
記スレッショルド電流より大きい場合、および前記実電流が前記スレッショルド
電流未満となることを前記フィードバック信号が示す場合、前記推定電流を前記
スレッショルド電流と等しくセットするステップを更に備える、請求項78の方
法。
82. When the output terminal is grounded, when the estimated current is greater than the threshold current, and when the feedback signal indicates that the actual current is less than the threshold current, the estimated current 78. The method of claim 78, further comprising: setting the threshold current equal to the threshold current.
【請求項83】 前記フィードバック信号を生成するセンサ内比較器の起動に
必要な前記スイッチング時間によって発生する遅延時間、および前記フィードバ
ック信号が前記センサから前記スイッチング回路を制御するコントローラまで伝
わるのに必要な前記伝播時間に対する前記推定電流を調整するステップを更に備
える、請求項68の方法。
83. A delay time generated by the switching time required to activate the in-sensor comparator that generates the feedback signal, and a delay time required for the feedback signal to travel from the sensor to a controller that controls the switching circuit. 69. The method of claim 68, further comprising adjusting the estimated current for the propagation time.
【請求項84】 前記調整するステップが、前記増加値、前記クロックサイク
ルおよび前記スイッチング周波数に基づく、請求項68の方法。
84. The method of claim 68, wherein said adjusting is based on said increment, said clock cycle and said switching frequency.
【請求項85】 前記調整するステップが、前記減少値、前記クロックサイク
ルおよび前記スイッチング周波数に基づく、請求項68の方法。
85. The method of claim 68, wherein said adjusting is based on said decrement, said clock cycle and said switching frequency.
【請求項86】 電圧レギュレータのインダクタを流れる電流を推定する方法
であって、前記電圧レギュレータは出力端子を入力端子に間欠的に接続するため
のスイッチング回路を含み、前記方法は: 前記インダクタを流れる前記電流を表す初期の推定電流を記憶するステップ;
および、 新規の推定電流を生成させるために前記スイッチング回路の前記状態に基づい
て前記初期の推定電流を調整するステップ;を含む方法。
86. A method for estimating a current flowing through an inductor of a voltage regulator, wherein the voltage regulator includes a switching circuit for intermittently connecting an output terminal to an input terminal, the method comprising: Storing an initial estimated current representing said current;
And adjusting the initial estimated current based on the state of the switching circuit to generate a new estimated current.
【請求項87】 電圧レギュレータのインダクタを流れる電流を評価する方法
であって、前記電圧レギュレータは出力端子を入力端子に間欠的に接続するスイ
ッチング回路を含み、前記方法は: 前記インダクタを流れる前記電流を表す初期の推定電流を記憶するステップ; 前記出力端子が前記入力端子に接続される場合、前記初期の推定電流に増加電
流を加算するステップ;および、 前記出力端子が接地接続される場合、前記初期の推定電流から減少電流を減算
するステップ;を含む方法。
87. A method of evaluating a current flowing through an inductor of a voltage regulator, the voltage regulator including a switching circuit intermittently connecting an output terminal to an input terminal, the method comprising: Storing an initial estimated current representing the following: if the output terminal is connected to the input terminal, adding an increasing current to the initial estimated current; and if the output terminal is grounded, Subtracting the reduced current from the initial estimated current.
【請求項88】 入力電圧源に接続される入力端子と負荷に接続される出力端
子を有する電圧レギュレータであって: a)制御信号に応答して前記入力端子と前記出力端子を間欠的に接続するスイ
ッチング回路; b)前記出力端子にほぼDCの出力電圧を提供するフィルタであって、前記フ
ィルタはインダクタを含むように成した前記フィルタ;および c)デジタルコントローラ;を含み、 前記デジタルコントローラは: i)前記インダクタを介して流れる前記電流を表す初期の推定電流を記憶し; ii)前記スイッチング回路の前記状態に基づいて前記初期の推定電流が新規
の推定電流を生じるように調整し; iii)出力電圧を実質的に一定に維持する前記インダクタを流れる全所望出力
電流を判定し;および、 iv)前記出力電圧を実質的に一定のレベルに維持するために、前記スイッチ
ング回路を制御するよう前記調整された推定電流および前記全所望出力電流に基
づく前記制御信号を生成する;電圧レギュレータ。
88. A voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source and an output terminal connected to a load, comprising: a) intermittently connecting the input terminal and the output terminal in response to a control signal. B) a filter for providing a substantially DC output voltage at said output terminal, said filter comprising an inductor; and c) a digital controller; said digital controller comprising: i) storing an initial estimated current representing the current flowing through the inductor; ii) adjusting the initial estimated current to produce a new estimated current based on the state of the switching circuit; iii). Determining the total desired output current through the inductor that maintains the output voltage substantially constant; and iv) keeping the output voltage substantially constant. In order to maintain the bell, it generates the control signal based on the adjusted estimated current and the total desired output current to control said switching circuit; voltage regulators.
【請求項89】 入力電圧源に接続される入力端子、負荷に接続される出力端
子、および前記入力端子および前記出力端子を間欠的に接続する少なくとも一つ
のスイッチング回路、を有する電圧レギュレータを動作させる方法であって: 前記少なくとも一つのスイッチング回路の各々に対する推定電流、ここで前記
各推定電流は関連するスイッチング回路のインダクタを流れる電流を表す、を判
定するステップ; 前記出力端子での出力電圧を実質的に一定のレベルに維持する前記インダクタ
を流れる所望全出力電流を計算するステップ; 上限電流と下限電流を計算するステップ、前記上限電流と下限電流の前記平均
は、前記インダクタの一つについての個々の所望出力電流に等しい;および、 前記スイッチング回路の一つ以上について、前記推定電流が前記下限電流を下
回る場合、前記スイッチング回路に前記入力端子を前記出力端子に接続させ、そ
して前記推定電流が前記上限電流を超える場合、前記スイッチング回路に前記出
力端子をグランドに接続させるステップ;を含む方法。
89. A voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source, an output terminal connected to a load, and at least one switching circuit intermittently connecting the input terminal and the output terminal. Determining an estimated current for each of the at least one switching circuit, wherein each estimated current represents a current flowing through an inductor of an associated switching circuit; substantially determining an output voltage at the output terminal. Calculating a desired total output current flowing through the inductor to maintain a constant level; calculating an upper current and a lower current; wherein the average of the upper current and the lower current is individually calculated for one of the inductors. And for one or more of said switching circuits, Connecting the input terminal to the output terminal when the estimated current is lower than the lower limit current; and connecting the output terminal to the ground when the estimated current exceeds the upper limit current. A method comprising:
【請求項90】 前記電圧レギュレータは複数のスイッチング回路を含む、請
求項89の方法。
90. The method of claim 89, wherein said voltage regulator includes a plurality of switching circuits.
【請求項91】 基準回路として前記複数のスイッチング回路の一つを選択す
るステップを更に備え、前記残りのスイッチング回路が非基準回路である、請求
項90の方法。
91. The method of claim 90, further comprising selecting one of said plurality of switching circuits as a reference circuit, wherein said remaining switching circuits are non-reference circuits.
【請求項92】 各非基準スイッチング回路に対する所望位相オフセットを判
定するステップを更に備える、請求項91の方法。
92. The method of claim 91, further comprising determining a desired phase offset for each non-reference switching circuit.
【請求項93】 前記推定電流が前記下限電流未満に低下する場合、前記基準
回路は、前記入力端子と前記出力端子を接続し、前記推定電流が前記上限電流を
超える場合、前記出力端子をグランドに接続する、請求項92の方法。
93. The reference circuit connects the input terminal and the output terminal when the estimated current falls below the lower limit current, and connects the output terminal to ground when the estimated current exceeds the upper limit current. 94. The method of claim 92, wherein
【請求項94】 複数の上限電流と複数の下限電流を計算するステップを更に
備え、各非基準回路に関連する一つの上限電流および一つの下限電流が存在する
、請求項92の方法。
94. The method of claim 92, further comprising calculating a plurality of upper currents and a plurality of lower currents, wherein there is one upper current and one lower current associated with each non-reference circuit.
【請求項95】 各非基準回路は、関連する推定電流が関連する下限電流未満
に低下する場合、前記入力端子と前記出力端子を接続し、前記関連する推定電流
が関連する上限電流を超える場合、前記出力端子を接地接続する、請求項94の
方法。
95. Each non-reference circuit connects the input terminal and the output terminal when an associated estimated current drops below an associated lower current limit, and wherein the associated estimated current exceeds an associated upper limit current. 95. The method of claim 94, wherein said output terminal is grounded.
【請求項96】 前記複数の上下限電流は、所望スイッチング周波数および前
記所望位相オフセットから導かれる、請求項95の方法。
96. The method of claim 95, wherein said plurality of upper and lower current limits are derived from a desired switching frequency and said desired phase offset.
【請求項97】 前記基準回路と前記非基準回路間の前記実際の位相オフセッ
トを測定するステップを更に備える、請求項95の方法。
97. The method of claim 95, further comprising measuring the actual phase offset between the reference circuit and the non-reference circuit.
【請求項98】 前記上下限電流の前記差は、前記実際の位相オフセットと前
記所望位相オフセットの前記差によって調整される、請求項95の方法。
98. The method of claim 95, wherein said difference between said upper and lower current limits is adjusted by said difference between said actual phase offset and said desired phase offset.
【請求項99】 各非基準回路は、前記基準回路が前記入力端子と前記出力端
子を接続した後、前記所望位相オフセットで前記入力端子と前記出力端子を接続
する、請求項92の方法。
99. The method of claim 92, wherein each non-reference circuit connects the input terminal and the output terminal at the desired phase offset after the reference circuit connects the input terminal and the output terminal.
【請求項100】 各非基準回路は、前記関連する推定電流が前記関連する上
限電流を超える場合、前記出力端子を接地接続する、請求項99の方法。
100. The method of claim 99, wherein each non-reference circuit connects the output terminal to ground if the associated estimated current exceeds the associated upper limit current.
【請求項101】 各非基準回路は、前記基準回路が前記出力端子を接地接続
した後、前記所望位相オフセットで前記出力端子を接地接続する、請求項92の
方法。
101. The method of claim 92, wherein each non-reference circuit grounds the output terminal at the desired phase offset after the reference circuit grounds the output terminal.
【請求項102】 前記関連する推定電流が前記関連する下限電流を下回る場
合、各非基準回路は前記入力端子と前記出力端子を接続する、請求項101の方
法。
102. The method of claim 101, wherein each non-reference circuit connects the input terminal and the output terminal if the associated estimated current is below the associated lower limit current.
【請求項103】 入力電圧源に接続される入力端子、負荷に接続される出力
端子、および前記入力端子と前記出力端子を間欠的に接続する少なくとも一つの
スイッチング回路を有する電圧レギュレータを動作させる方法であって: 少なくとも一つの前記スイッチング回路の各々についての推定電流を判定する
ステップ、前記各推定電流は各スイッチング回路と関連するインダクタを流れる
電流を表し; 前記出力端子での出力電圧を実質的に一定のレベルに維持する前記インダクタ
を流れる所望全出力電流を計算するステップ; 一つ以上の前記スイッチング回路について、個々の所望電流を計算するステッ
プ; 一つ以上の前記スイッチング回路について、前記推定電流を個々の前記所望電
流と比較し、前記スイッチング回路を流れる前記電流が前記所望電流にほぼ等し
くなるように、前記スイッチング回路をスイッチングさせるステップを含む方法
103. A method of operating a voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source, an output terminal connected to a load, and at least one switching circuit intermittently connecting the input terminal and the output terminal. Determining an estimated current for each of the at least one switching circuit, each estimated current representing a current flowing through an inductor associated with each switching circuit; and substantially reducing an output voltage at the output terminal. Calculating a desired total output current through the inductor to maintain a constant level; calculating an individual desired current for one or more of the switching circuits; calculating the estimated current for one or more of the switching circuits. The current flowing through the switching circuit is compared with each of the desired currents. As but substantially equal to the desired current, the method comprising the step of switching the switching circuit.
【請求項104】 前記電圧レギュレータが複数のスイッチング回路を含む、
請求項103の方法。
104. The voltage regulator includes a plurality of switching circuits.
104. The method of claim 103.
【請求項105】 各スイッチング回路に対する所望位相オフセットを判定す
るステップを更に含む、請求項104の方法。
105. The method of claim 104, further comprising determining a desired phase offset for each switching circuit.
【請求項106】 少なくとも一つの前記スイッチング回路についてのファン
トム状態を判定するステップを更に含む、請求項105の方法。
106. The method of claim 105, further comprising determining a phantom condition for at least one of said switching circuits.
【請求項107】 基準回路として前記複数のスイッチング回路の一つを選択
するステップを更に含む、前記残りのスイッチング回路が非基準回路である、請
求項106の方法。
107. The method of claim 106, further comprising selecting one of said plurality of switching circuits as a reference circuit, wherein said remaining switching circuits are non-reference circuits.
【請求項108】 ファントム状態が、各非基準回路のために判定される、請
求項107の方法。
108. The method of claim 107, wherein a phantom condition is determined for each non-reference circuit.
【請求項109】 前記基準回路に対する上限電流と下限電流を計算するステ
ップを更に含む、請求項107の方法。
109. The method of claim 107, further comprising calculating upper and lower current limits for said reference circuit.
【請求項110】 前記推定電流が前記下限電流未満に低下する場合、前記基
準回路に前記入力端子を前記出力端子に接続させるステップ、および前記推定電
流が前記上限電流を超える場合、前記基準回路に前記出力端子をグランドに接続
させるステップを更に含む、請求項109の方法。
110. When the estimated current falls below the lower limit current, the reference circuit connects the input terminal to the output terminal; and when the estimated current exceeds the upper limit current, the reference circuit 110. The method of claim 109, further comprising connecting the output terminal to ground.
【請求項111】 前記非基準回路のファントム状態は、前記基準回路の前記
状態および前記所望位相オフセットから導かれる、請求項110の方法。
111. The method of claim 110, wherein the phantom state of the non-reference circuit is derived from the state of the reference circuit and the desired phase offset.
【請求項112】 所望電流は、各スイッチング回路について計算される、請
求項106の方法。
112. The method of claim 106, wherein the desired current is calculated for each switching circuit.
【請求項113】 ファントム状態が、各スイッチング回路について判定され
る、請求項112の方法。
113. The method of claim 112, wherein a phantom condition is determined for each switching circuit.
【請求項114】 前記スイッチング回路の前記ファントム状態がクロック信
号および前記所望位相オフセットに基づく、請求項112の方法。
114. The method of claim 112, wherein said phantom state of said switching circuit is based on a clock signal and said desired phase offset.
【請求項115】 前記所望電流を判定するステップが、新規の所望電流を生
成するために前記少なくとも一つのスイッチング回路について前記ファントム状
態に基づいて初期の所望電流を記憶し、そして前記初期の所望電流を調整するス
テップを含む、請求項106の方法。
115. The step of determining a desired current comprises storing an initial desired current for the at least one switching circuit based on the phantom state to generate a new desired current, and 107. The method of claim 106, comprising adjusting
【請求項116】 前記初期の所望電流を調整するステップが、前記ファント
ム状態が前記出力端子が前記入力端子に接続されることを示す場合、増加電流を
前記初期の所望電流に加算し、そして前記ファントム状態が前記出力端子が接地
接続されることを示す場合、減少電流を前記初期の推定電流から減算するステッ
プ;を含む、請求項115の方法。
116. If the step of adjusting the initial desired current is such that the phantom state indicates that the output terminal is connected to the input terminal, an increasing current is added to the initial desired current; and 115. If the phantom condition indicates that the output terminal is connected to ground, subtracting a reduced current from the initial estimated current.
【請求項117】 前記推定電流が前記所望電流と交差し、かつ前記基準回路
の前記状態が前記ファントム状態と同一でない場合、前記少なくとも一つのスイ
ッチング回路にスイッチングさせるステップを更に含む、請求項106の方法。
117. The method of claim 106, further comprising: switching to the at least one switching circuit if the estimated current crosses the desired current and the state of the reference circuit is not the same as the phantom state. Method.
【請求項118】 前記推定電流が前記所望電流を超える場合、前記スイッチ
ングさせるステップが前記出力端子を接地接続するステップを含む、請求項11
7の方法。
118. The method of claim 11, wherein if the estimated current exceeds the desired current, the switching comprises grounding the output terminal.
Method 7.
【請求項119】 前記推定電流が前記所望電流未満に低下する場合、前記ス
イッチングさせるステップが前記出力端子と前記入力端子を接続するステップを
含む、請求項117の方法。
119. The method of claim 117, wherein said switching comprises connecting said output terminal and said input terminal if said estimated current falls below said desired current.
【請求項120】 前記推定電流が前記下限電流未満に低下する場合、前記少
なくとも一つのスイッチング回路に、前記入力端子を前記出力端子に接続させ、
そして前記推定電流が前記上限電流を超える場合、前記少なくとも一つのスイッ
チング回路に、前記出力端子を接地接続させるステップを更に含む、請求項11
7の方法。
120. When the estimated current falls below the lower limit current, the at least one switching circuit connects the input terminal to the output terminal;
12. The method according to claim 11, further comprising: when the estimated current exceeds the upper limit current, connecting the output terminal to the at least one switching circuit.
Method 7.
【請求項121】 前記推定電流が第1のプリセットマージンによって、前記
所望電流未満に低下する場合、前記少なくとも一つのスイッチング回路に前記入
力端子を前記出力端子に接続させ、そして前記推定電流が第2のプリセットマー
ジンによって、前記所望電流を超える場合、前記少なくとも一つのスイッチング
回路に前記出力端子を接地接続させるステップを更に含む、請求項117の方法
121. If the estimated current drops below the desired current due to a first preset margin, the at least one switching circuit connects the input terminal to the output terminal, and the estimated current is the second current. 118. The method of claim 117, further comprising the step of: grounding the output terminal to the at least one switching circuit if the desired current is exceeded by the preset margin.
【請求項122】 入力電圧源に接続される入力端子、負荷に接続される出力
端子、および前記入力端子と前記出力端子を間欠的に接続する複数のスイッチン
グ回路を有する電圧レギュレータを動作させる方法であって: 基準回路として前記複数のスイッチング回路の一つを選択するステップ; 前記残りのスイッチング回路に対する所望位相オフセットを判定するステップ
; 各スイッチング回路に対する推定電流を判定するステップ、各推定電流は前記
スイッチング回路と関連付けられるインダクタを流れる電流を表し; 前記出力端子での出力電圧を実質的に一定のレベルに維持する前記スイッチン
グ回路を流れる所望全出力電流を計算するステップ; 前記所望位相オフセットおよび前記所望全出力電流を実質的に達成するために
、前記スイッチング回路に前記出力端子を前記入力端子または接地接続させるス
テップを含む。
122. A method for operating a voltage regulator having an input terminal connected to an input voltage source, an output terminal connected to a load, and a plurality of switching circuits intermittently connecting the input terminal and the output terminal. Selecting: one of the plurality of switching circuits as a reference circuit; determining a desired phase offset for the remaining switching circuits; determining an estimated current for each switching circuit; Calculating a desired total output current through the switching circuit that maintains an output voltage at the output terminal at a substantially constant level; representing the current through an inductor associated with the circuit; the desired phase offset and the desired total; In order to substantially achieve the output current, The output terminal to the etching circuit comprises the step of the input terminal or ground connections.
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