JP2008182889A - 出力レギュレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御システムが、デジタル検知信号を生成して、少なくとも3つの基準範囲のどの範囲に調整済出力が含まれるかを示す出力センサを備える。調整済出力の複数の可能な値の個々の値には少なくとも3つの基準範囲が含まれる。デジタルコントローラが、デジタル検知信号に応動して、調整済出力を制御する駆動信号を生成する。
【選択図】図2
Description
Claims (62)
- 調整済出力を有する出力レギュレータを制御する制御システムであって、
デジタル検知信号を生成して、少なくとも3つの基準範囲のどの範囲に前記調整済出力が含まれるかを示す出力センサであって、前記少なくとも3つの基準範囲の個々の範囲が前記調整済出力の複数の可能な値を含む出力センサと、
前記デジタル検知信号に応動して、前記調整済出力を制御する駆動信号を生成するデジタルコントローラと
を備える、制御システム。 - オーバーラップする範囲と連続する範囲とから成るグループから前記基準範囲を選択する、請求項1に記載の制御システム。
- 前記デジタルコントローラが、電力段を制御するデューティサイクル推定値をさらに生成し、前記駆動信号が前記デューティサイクル推定値に基づく、請求項1に記載の制御システム。
- 前記デジタルコントローラが前記デューティサイクル推定値を調整する遅延ラインをさらに有し、前記遅延ラインが前記デューティサイクル推定値に対応する入力パルス信号と、選択信号とを受け取る、請求項3に記載の制御システム。
- 前記出力レギュレータの状態情報を取得する格納システムをさらに備え、
前記格納システムが、
デジタル形式である前記状態情報を取得する前記出力レギュレータと交信する情報コントローラと、
前記状態情報を格納し、前記情報コントローラと交信するメモと
を備える、請求項1に記載の制御システム。 - 調整済出力を有する出力レギュレータを制御する制御システムであって、
デジタル検知信号を生成して、少なくとも3つの基準範囲のどの範囲に前記調整済出力が含まれるかを示す出力センサであって、前記少なくとも3つの基準範囲の個々の範囲が前記調整済出力の複数の可能な値を含む出力センサと、
前記デジタル検知信号に応動して、駆動信号のデューティサイクルを推定するデューティサイクル推定値を生成するデジタルコントローラであって、前記駆動信号は電力段を制御し、それによって前記調整済出力を調整するように為すデジタルコントローラと、
前記デューティサイクル推定値に応じて駆動信号を生成するデューティサイクル生成装置であって、
クロック周期を有するクロック信号に応動して、前記クロック周期のほぼ整数倍となるパルス幅を有する駆動信号を生成するカウンタであり、前記デューティサイクル推定値に対応するデジタルデューティサイクル信号を受け取るカウンタ制限入力値を含むカウンタであって、前記デジタルデューティサイクル信号はクロック周期の量をセットしてカウントを行い、それによって前記パルス幅が、前記クロック周期に前記デジタルデューティサイクル信号を乗じた値にほぼ等しくなるように為すカウンタを含むデューティサイクル生成装置と、
前記デューティサイクル推定値と、前記クロック周期に対応する量子化誤差を表す選択信号とに基づいて前記駆動信号の前記パルス幅の微調整を行う遅延ラインと、
前記駆動信号と、前記デジタルデューティサイクル信号とに応じて遅延制御信号を生成する制御ブロックと、
を備える、制御システム。 - 入力電圧を調整済出力に変換する出力レギュレータであって、
前記入力電圧から電力出力を生成する電力段と、
前記電力出力をフィルタリングして、前記調整済出力を生成する出力フィルタと、
デジタル検知信号を生成して、少なくとも3つの基準範囲のどの範囲に前記調整済出力が含まれるかを示す出力センサであって、前記少なくとも3つの基準範囲の個々の範囲が前記調整済出力の複数の可能な値を含む出力センサと、
デジタル検知信号に応動して、駆動信号を生成し、前記電力段を制御するデジタルコントローラと
を備える、出力レギュレータ。 - 前記電力段が、線形レギュレータとスイッチングレギュレータとから成るグループから選択された構成を有する、請求項7に記載の出力レギュレータ。
- 前記スイッチングレギュレータの電力段が、バック、ブースト、チュック(Cuk)、ゼータ(zeta)バックブーストおよびセピック(sepic)から成るグループから選択されたトポロジである、請求項8に記載の出力レギュレータ。
- 前記デジタルコントローラがデューティサイクル推定値をさらに生成し、前記駆動信号が前記デューティサイクル推定値に基づく、請求項7に記載の出力レギュレータ。
- 第1の電圧に対応するフィードバック信号を生成する回路であって、
少なくとも2つの基準電圧を生成する基準ジェネレータであって、前記基準電圧が少なくとも3つの電圧範囲を画定する基準ジェネレータと、
前記第1の電圧を前記少なくとも3つの電圧範囲と比較するコンパレータであって、前記少なくとも3つの基準範囲のどの範囲に前記調整済出力が含まれるかを示すデジタル信号を生成するコンパレータと
を備える、回路。 - オーバーラップする範囲と連続する範囲とから成るグループから前記基準範囲を選択する請求項11に記載の回路。
- 前記デジタル信号を復号化し、誤差信号を生成するデコーダをさらに備える請求項11記載の回路。
- 出力レギュレータを制御する制御システムであり、前記出力レギュレータは、入力電圧を調整済出力に変換し、さらに、前記入力電圧から電力出力を生成する電力段と、前記電力出力をフィルタリングして前記調整済出力を生成する出力フィルタとを含むように為す制御システムであって、
前記調整済出力に対応する検知信号に応動して、前記電力段を制御する駆動信号を生成するデジタルコントローラであって、駆動信号を生成する動作モードのうちの1つの選択モードを含み、少なくとも3つの動作モードの間で前記1つの選択モードを選択するデジタルコントローラを備える、制御システム。 - クロックサイクルを有するクロック信号を生成するクロックをさらに備え、
前記デジタルコントローラが、前記クロック信号と同期して、前記少なくとも3つの動作モードのうちの1つの動作モードを選択する、
請求項14に記載の制御システム。 - 前記デジタルコントローラが、クロックサイクルをベースにして、前記少なくとも3つの動作モード間の切り替えをクロックサイクルで行う、請求項15に記載の制御システム。
- 前記少なくとも3つの動作モードが、ヒステリシスモード、適応型ヒステリシスモード、パルス幅変調モード、一定のオンタイムモード、一定のオフタイムモード、共振モード、固定周波数ソフトスイッチングモード、電圧モード、電流モード、固定周波数モード、可変周波数モードおよびこれらモードの組み合わせを含む、請求項14に記載の制御システム。
- 前記デジタルコントローラが、同期切り替え、非同期切り替えおよびマルチ周波数切り替えから成るグループから選択されるスイッチングモードを有する、請求項14に記載の制御システム。
- 入力電圧を調整済出力に変換する出力レギュレータであって、
前記入力電圧から電力出力を生成する電力段と、
前記電力出力をフィルタリングして、前記調整済出力を生成する出力フィルタと、
前記調整済出力に対応する検知信号を生成する出力センサと、
前記検知信号に応動して、前記電力段を制御する駆動信号を生成するデジタルコントローラであって、駆動信号を生成する動作モードのうちの1つの選択モードを含み、少なくとも3つの動作モードの間で上記1つの選択モードを選択するデジタルコントローラと、を備える、出力レギュレータ。 - 前記デジタルコントローラが、クロックサイクルをベースにして、前記少なくとも3つの動作モード間の切り替えをクロックサイクルで行う、請求項19に記載の出力レギュレータ。
- 前記少なくとも3つの動作モードが、ヒステリシスモード、適応型ヒステリシスモード、パルス幅変調モード、一定のオンタイムモード、一定のオフタイムモード、共振モード、固定周波数ソフトスイッチングモード、電圧モード、電流モード、固定周波数モード、可変周波数モードおよびこれらモードの組み合わせを含む、請求項19に記載の出力レギュレータ。
- 前記デジタルコントローラが、同期切り替え、非同期切り替えおよびマルチ周波数切り替えから成るグループから選択されたスイッチングモードを有する、請求項19に記載の出力レギュレータ。
- 入力電圧をチョッピング処理済みの出力電圧に変換する出力アレイであり、出力レギュレータが、前記チョッピング処理済みの出力電圧を調整済出力に変換するように為す出力アレイであって、
独立した駆動信号に応動して、スイッチング周波数で、前記入力電圧を前記チョッピング処理済みの出力電圧に変換し、少なくとも2つのパワースイッチを含むスイッチアレイと、
デューティサイクル信号に応じて独立した駆動信号を生成するスイッチコントローラであって、前記スイッチング周波数よりも高いサンプリング周波数で作動し、前記スイッチング周波数よりも高い駆動周波数で前記独立した駆動信号を制御するスイッチコントローラと
を備える、出力アレイ。 - 前記コントローラが、前記出力レギュレータの動作特性に応じて前記独立した駆動信号をさらに制御する、請求項23に記載の出力アレイ。
- 出力電流、周囲温度、動作温度、出力電圧およびインダクタ電流から成るグループから前記動作特性を選択する、請求項24に記載の出力アレイ。
- 前記コントローラが前記パワースイッチの遷移を制御するタイムシーケンスを決定する、請求項23に記載の出力アレイ。
- スイッチアレイの中を流れる電流を検知し、ゲイン分解能を有する電流センサをさらに備え、
前記スイッチコントローラが、前記電流センサゲイン分解能を初期分解能にセットする処理と、前記電流センサの中を流れる電流の振幅を評価する処理と、前記電流センサの中を流れる電流の振幅に基づいて前記電流センサのゲイン分解能を前記サンプリング周波数で制御する処理とをさらに含む、
請求項23に記載の出力アレイ。 - 出力レギュレータにおいて電流を検知する方法であって、
ゲイン分解能を有する電流センサを設けるステップと、
前記電流センサゲイン分解能を初期分解能にセットするステップと、
電流センサの中を流れる電流を検知するステップと、
前記電流の振幅を評価するステップと、
前記評価ステップに基づいて前記電流センサのゲイン分解能をサンプリング周波数で制御するステップと
を備える、方法。 - 前記電流を検知するステップが、所定のインピーダンスの両端にわたって電圧を測定し、前記電圧と前記所定のインピーダンスとから前記電流を計算するステップを含む、請求項28に記載の方法。
- 出力レギュレータにおけるパワースイッチ間の無駄時間を制御する方法であって、
共通ノードを有する少なくとも2つのパワースイッチを設けるステップであって、前記2つのパワースイッチのうちの少なくとも一方が通電スイッチであり、前記2つのパワースイッチの残りの一方がフリーホイーリングスイッチであるステップと、
前記通電スイッチとフリーホイーリングスイッチとのうちの一方をオン状態からオフ状態へ切り替えるステップと、
オン状態からオフ状態への遷移中、通電スイッチとフリーホイーリングスイッチのうちの一方の中を流れる電流をモニタするステップと、
電流を基準レベルと比較するステップと、
所定時間の間、遅延を行い、次いで、通電スイッチとフリーホイーリングスイッチのうちの一方のスイッチの作動状態をオフ状態からオン状態へ変更するステップと
を備える、方法。 - 出力レギュレータ用スイッチアレイにおけるスイッチング損失を低減する方法であり、前記スイッチアレイが入力源から出力レギュレータの調整済出力へエネルギを変換し、前記スイッチアレイが少なくとも2つのパワースイッチを含むように為す方法であって、
a)次のスイッチングサイクル中にスイッチアレイの中を流れる予想電流を決定するステップと、
b)サンプリングレートで、前記予想電流に基づいて前記スイッチアレイの予想電力損失を決定するステップと、
c)オンにするパワースイッチの組み合わせを決定し、この組み合わせによって前記予想電力損失を最小限にとどめるように為すステップと、
d)前記パワースイッチの組み合わせをオンにするステップと
を備える、方法。 - ステップ"c"が、少なくとも2つのパワースイッチの組み合わせに関連する前記予想電力損失を決定するステップと、
前記予想電力損失を最小限にとどめる前記パワースイッチの組み合わせのうちの一方を選択するステップと
を含む、請求項31に記載の方法。 - 前記出力レギュレータがスイッチング周波数と切り替え時間とを有し、
前記方法が、
ステップ"d"が、前記スイッチング周波数よりも高いレートで前記パワースイッチの組み合わせをオンにし、それによって前記パワースイッチの組み合わせを前記切り替え時間中に制御するように為すステップを含む、請求項31に記載の方法。 - 出力レギュレータ用電力段においてノイズを抑制する方法であり、入力源から出力レギュレータの調整済出力へエネルギを変換する前記電力段が、共通ノードを有する少なくとも2つのスイッチアレイを含むように為す方法であって、
a)共通ノードのノイズ特性をモニタするステップと、
b)前記ノイズ特性を基準レベルと比較するステップと、
c)前記比較に基づいてインピーダンス制御信号を生成するステップと、
d)サンプリングレートで、前記インピーダンス制御信号に応じて前記スイッチアレイを制御するステップと
を備える方法。 - 前記出力レギュレータがスイッチング周波数を有し、
前記サンプリングレートの方が前記出力レギュレータのスイッチング周波数よりも高い、
請求項34に記載の方法。 - 出力レギュレータ用電力段の回路ノードのキャパシタンスを制御する方法であり、前記電力段が、入力源から出力レギュレータの調整済出力へエネルギを変換し、少なくとも1つのスイッチアレイと、前記回路ノードと接続された第1のパワースイッチとを含み、前記スイッチアレイが少なくとも2つの直列対のパワースイッチを含むように為す方法であって、
a)スイッチアレイの中を流れる電流をモニタするステップと、
b)前記電流に基づいて前記回路ノードにおける所望のキャパシタンスを決定するステップと、
c)サンプリングレートで、オンにするスイッチアセンブリの組み合わせを決定して、前記回路ノードを前記所望のキャパシタンスにセットするステップと、
d)前記直列対のパワースイッチを制御して、前記回路ノードを前記所望のキャパシタンスにセットするステップと
を備える、方法。 - 前記出力レギュレータがスイッチング周波数を有し、
前記サンプリングレートの方が前記出力レギュレータのスイッチング周波数よりも高い、
請求項36に記載の方法。 - 入力源から、スイッチング周波数を有する出力レギュレータの調整済出力へエネルギを変換するダイオードエミュレーションシステムであって、
第1の駆動信号に応動する第1のパワースイッチであって、前記入力源から前記出力レギュレータの出力インダクタへのエネルギの流れを制御し、それによって前記出力インダクタの中を流れる電流が増加するように為す第1のパワースイッチと、
少なくとも2つのパワースイッチを含む、アレイ駆動信号に応動するスイッチアレイであって、フリーホイーリング段階中に、出力インダクタの中を流れる前記電流用の経路を設け、それによって前記出力インダクタの中を流れる電流が減少するように為すスイッチアレイと、
スイッチアレイの中を流れる電流を検知する電流センサと、
スイッチアレイの中を流れる電流に応じてアレイ駆動信号を生成し、さらに、前記少なくとも2つのパワースイッチを独立に制御するコントローラと
を備える、ダイオードエミュレーションシステム。 - 前記インダクタ電流が0へ向かって減少するにつれて、前記コントローラが、前記スイッチアレイのパワースイッチを逐次オフにする、請求項38に記載のダイオードエミュレーションシステム。
- 前記コントローラが、前記スイッチング周波数よりも高いサンプリング周波数で前記アレイ駆動信号を制御する、請求項38に記載のダイオードエミュレーションシステム。
- 入力源と出力レギュレータの調整済出力との間でのエネルギの移動を制限するデューティサイクルリミッタであり、前記出力レギュレータが、レギュレータ特性と、入力源と調整済出力との間でのエネルギの移動を制御する計算済みデューティサイクルとを有するデューティサイクルリミッタであって、
基準レベルを生成して、前記出力レギュレータのレギュレータ特性を前記基準レベルと比較して、最大デューティサイクルを決定するデジタルコントローラであって、前記出力レギュレータのスイッチング周波数に少なくとも等しい周波数で前記基準レベルを制御するデジタルコントローラと、
前記計算済みデューティサイクルを前記最大デューティサイクルに制限する前記デジタルコントローラと
を備える、デューティサイクルリミッタ。 - 前記デジタルコントローラが、ほぼ前記スイッチング周波数とサンプリング周波数との間の範囲にわたる周波数で前記基準レベルを制御する、請求項41に記載のデューティサイクルリミッタ。
- 公称デューティサイクルを決定するデューティサイクル推定装置をさらに含み、
前記計算済みデューティサイクルが前記公称デューティサイクルに基づいて決定され、
前記デューティサイクル推定装置が、前回までのデューティサイクルうちの少なくとも1つと累積誤差とに応じて前記公称デューティサイクルを決定するモード推定装置を備える、
請求項41に記載のデューティサイクルリミッタ。 - 出力レギュレータの公称デューティサイクルを決定するデューティサイクル推定装置であって、
前回までのデューティサイクルに応じて公称デューティサイクルを決定するモード1の推定装置と、累積誤差に応じて公称デューティサイクルを決定するモード2の推定装置とを含む少なくとも2つのモードと、
モード選択基準に基づいて前記少なくとも2つのモードのうちの一方を選択して、前記公称デューティサイクルを生成するモードセレクタと
を備える、デューティサイクル推定装置。 - 前記モード1の推定装置が少なくともスイッチング周波数のサイクル周波数で前記公称デューティサイクルを決定する、請求項44に記載のデューティサイクル推定装置。
- 前記モード2の推定装置が、少なくとも100×出力レギュレータの切り替え時間の時間にわたって移動平均値を計算する処理を含む、請求項44に記載のデューティサイクル推定装置。
- 出力レギュレータの調整済出力を制御するデジタルコントローラであり、出力レギュレータが、パルス幅信号に応動して、入力源と調整済出力間でのエネルギの移動を制御するように為すデジタルコントローラにおいて、
公称デューティサイクルを決定するデューティサイクル推定装置と、
前記公称デューティサイクルと組み合わせて、調整済みデューティサイクルを生成する調整値を決定する調整デターミナと
を備え、
前記パルス幅信号が前記調整済みデューティサイクルの関数である、
出力レギュレータ。 - 前記調整デターミナが、前記調整値を決定するための選択可能なループゲインを含む、請求項47に記載のデジタルコントローラ。
- 前記出力レギュレータのスイッチング周波数よりも高いレートで前記選択可能なループゲインを選択することが可能である、請求項48に記載のデジタルコントローラ。
- 前記調整済みデューティサイクルに応動して、初期パルス幅を生成するカウンタをさらに備える、請求項47に記載のデジタルコントローラ。
- 前記公称デューティサイクルと前記初期パルス幅とに応じて遅延制御を生成する制御ブロックと、
前記初期パルス幅と前記遅延制御とに応動して、微調整パルス幅を有する前記パルス幅信号を生成する遅延ラインと、
をさらに備える、請求項50記載のデジタルコントローラ。 - レギュレータ特性に応じて前記調整済みデューティサイクルを制限するデューティサイクルリミッタをさらに備える、請求項47に記載のデジタルコントローラ。
- 前記調整デターミナが前記出力レギュレータのループ応答を安定化するループ補正値を含み、前記ループ補正値が、前記出力レギュレータの前記スイッチング周波数にほぼ等しい周波数から前記デジタルコントローラのサンプリング周波数までの範囲にわたるレートで制御されることが可能である、請求項47に記載のデジタルコントローラ。
- 前記調整値が誤差の推定されるトレンドの関数であり、前記誤差が基準電流と前記調整済出力との間の差に基づく、請求項47に記載のデジタルコントローラ。
- 前記調整値が、前記出力レギュレータのスイッチング周波数よりも高いレートで選択可能な勾配定数の関数である、請求項47に記載のデジタルコントローラ。
- 前記調整値が誤差を示す誤差履歴の関数であり、
前記誤差が基準電流と前記調整済出力との間の差に基づき、
前記誤差履歴が、移動平均値、平均値、ピーク値および加重平均値を含む前記誤差の前回までの値の数学関数に基づく、
請求項47に記載のデジタルコントローラ。 - 出力レギュレータの調整済出力を制御するデューティサイクルを決定するデューティサイクル推定装置であり、前記出力レギュレータは、前記デューティサイクルに応動して、入力源と調整済出力との間のエネルギの移動を制御するように為すデューティサイクル推定装置であって、
出力レギュレータの切り替え時間よりも長い時間にわたって累積誤差を決定するアキュムレータと、
基準レベルを生成する基準ジェネレータと、
ほぼ100×前記切り替え時間の最大レートで累積誤差を基準レベルと比較し、それによって単一ゼロを生成し、さらに、前記比較に基づいて前記デューティサイクルを生成するように為すコンパレータと
を備える、デューティサイクル推定装置。 - 前記基準レベルが、少なくとも第1の基準レベルと第2の基準レベルとを含み、
前記コンパレータが、前記累積誤差を前記基準レベルの各々と比較し、それに応じて、ステップ毎に前記デューティサイクルを制御する、請求項57に記載のデューティサイクル推定装置。 - 出力レギュレータを制御するデジタルコントローラであり、前記出力レギュレータを制御する機能を与えるサブブロックを有するデジタルコントローラであって、
前記出力レギュレータの検知ポイントをモニタするエネルギ節約型不連続モード(ESDM)コントローラであって、前記検知ポイントは前記出力レギュレータの出力電力の状態を示し、前記出力レギュレータの選択された電力状態の間、デジタルコントローラの消費電力を低減するサブブロックへの電力の流れを制御する前記ESDMコントローラを備える、デジタルコントローラ。 - 前記サブブロックが、PWMコントローラ、遅延ラインおよび電圧検知用コンパレータを含む、請求項59に記載のデジタルコントローラ。
- 基準レベルを生成する基準ジェネレータと、
レギュレータ信号を前記基準レベルと比較し、コンパレータ出力を生成するコンパレータと、
前記コンパレータ出力に応動して、前記出力レギュレータの前記スイッチングモード間で切り替えを行うモードコントローラと、をさらに備え、前記スイッチングモードが直流モード(CCM)とエネルギ節約型不連続モード(ESDM)と
を更に備える、請求項59に記載のデジタルコントローラ。 - 前記モードコントローラが前記出力レギュレータのオンタイムを定数値にセットし、前記出力レギュレータのスイッチング周波数を変更して、前記出力電圧を安定化する処理をさらに含む、請求項61に記載のデジタルコントローラ。
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