JP4712453B2 - 電圧レギュレータフィードバック保護方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明の一つの分野は、複数の電子回路のための複数の電力システムに関する。

最新の複数の電子システムは、システムへ安定化した出力電力を供給する一つ以上の電圧レギュレータを備えている。一つの代表的な電圧レギュレータは、システムへの電力入力からＤＣ／ＤＣコンバータへ至る一つのフィードバック信号を含む。フィードバック信号は、システムへの入力点で電圧レギュレータが出力を調整し、これにより、電圧レギュレータとシステムとの間の複数の伝導損により生ずる可能性のある調整出力の制御偏差を低減するために使われる。

図１に、一つの電圧レギュレータ１２及び電子システム１４、とともに用いられる一つの代表的な従来方式のフィードバック・システムを示す。一つの集積回路１６に、電圧レギュレータ１２を含め、一つのピン１７を経由して、これを一つの出力インダクタ１８及び出力コンデンサ２０のような複数の外部フィルタ部品に接続することができる。調整出力、Ｖｏｕｔからの一つのフィードバック信号２２を一つのピン１９を経由して電圧レギュレータに接続することができる。フィードバック信号２２は、一般的には、複数のフィルタ部品と関連するゲイン及び位相が電圧レギュレータ１２の制御ループ内に含まれるように、出力インダクタ１８と出力コンデンサ２０との一つの接合点で採取される。電子システム１４への入力により近い一つの点から追加のフィードバック信号を取得して、複数の伝導損及び複数の漏れインダクタンスのような複数の寄生効果による制御偏差を最小化することができる。

複数のフィルタ部品の接合点を感知してフィードバック信号を発生させることで、電圧レギュレータ１２の調整出力の安定性と精度を向上することができるが、フィードバック信号を搬送しているラインが電気的に劣化すれば、調整出力が調整枠を超えてドリフトし、電圧レギュレータ１２が動作停止することがある。

一つのフィードバック信号を受信するための一つのフィードバック端子を含む一つの集積回路。一つの電圧レギュレータは、フィードバック端子からフィードバック信号を受信するための一つのフィードバック入力を有する。電圧レギュレータは、一つの出力端子へ連絡する一つの電力出力を有する。フィードバック信号に応じて、電力出力を発生させる電圧レギュレータ。電力出力の一つのＤＣ電圧振幅より大きい一つの振幅を持つ一つのプルアップ電圧を発生させるための一つの電圧発生器。電力出力から分離して得られるプルアップ電圧。プルアップ発生器及び電圧レギュレータのフィードバック入力と連絡している一つのプルアップ抵抗。

本発明の一つ以上の実施形態の複数の詳細を、添付の複数の図面及び下記の説明に提示する。本発明の他の複数の特色、複数の目的、及び複数の利点は、説明と複数の図面、及び特許請求の範囲から明らかであろう。

図２は、一つの電子システムのような一つのシステム３５へ一つの調整出力電圧、Ｖｏｕｔ、を供給するための一つの出力分配システム３０の一つの様態の一つのブロック図を示す。出力分配システム３０は、正常動作よりも電気的に劣化している一つのフィードバック・ライン３２の潜在的影響から、出力分配システム３０を保護するための一つのフィードバック保護システム５０を含む。ここで、電気的に劣化しているとは、フィードバック・ライン３２上の一つのフィードバック信号を、出力分配システム３０の制御ループが調整出力電圧を制御するには不十分な品質にしてしまうような、一つの増加したインピーダンスを有することとして定義される。フィードバック・ライン３２のインピーダンス増加は、一つのはんだ接合不良、フィードバック・ライン３２の調整出力電圧からの部分的接続外れ、及びフィードバック・ライン３２の調整出力電圧からの完全な接続外れのような、何らかの原因で生じることがある。

一つの電圧レギュレータ３４は、一つの入力電圧、Ｖｉｎ、から調整出力電圧、Ｖｏｕｔを発生させ、その調整出力電圧をシステム３５へ供給することができる。電圧レギュレータ３４は、複数のスイッチング・レギュレータ及び複数のリニア・レギュレータのような、どのような種類の電圧レギュレータであってもよい。一つの集積回路３６に、電圧レギュレータ３４を含め、一つ以上の出力端子３８を経由して、一つの出力インダクタ４０及び出力コンデンサ４２のような複数の外部フィルタ部品へ接続することができる。出力端子３８として、複数のピン、複数のボール・グリッド・アレイ、及び複数のコネクタのようなどのような種類の端子でも使うことができる。電圧レギュレータ３４は、一つの電力出力、Ｖｃ、を発生させ、これを複数の外部フィルタ部品にろ波させてＶｏｕｔを発生させることができる。電力出力、Ｖｃ、は、複数の外部フィルタ部品にろ波された一つのスイッチング・レギュレータの一つのチョップ出力、及び、一つのスイッチング・レギュレータもしくは一つのリニア・レギュレータからの一つのＤＣ出力のような、システム３５への電力供給に使われるどのような種類の電力出力であってもよい。

フィードバック・ライン３２を、調整出力、Ｖｏｕｔ、から、一つ以上のフィードバック端子４４を経由して電圧レギュレータにつなぐことができる。複数のフィードバック端子４４には、複数のピン、複数のボール・グリッド・アレイ、及び複数のコネクタのようなどのような種類の端子を使ってもよい。フィードバック・ライン３２で搬送される一つのフィードバック信号を、システム３５への入力３７の近辺のような出力インダクタ４０と出力コンデンサ４２の一つの接合点で感知することができる。

集積回路３６に、一つのフィードバック保護システムを含めて、フィードバック・ライン３２が電気的に劣化した場合に、システム３５を保護することができる。別の様態において、フィードバック保護システム５０は、フィードバック・ライン３２を監視し、フィードバック・ライン３２が電気的に劣化したかどうかを検知することができる。フィードバック保護システム５０に、フィードバック・ライン３２と一つのプルアップ電圧との間をつなぐ、一つのプルアップ抵抗４６を含めることができる。プルアップ抵抗４６は、プルアップ抵抗４６の比較的高いインピーダンスを通して、フィードバック・ライン３２にプルアップ電圧を印加することができる。プルアップ抵抗４６は、フィードバック・ライン３２が電気的に劣化すると、有益に出力電圧の低下をもたらす。

一つの様態において、フィードバック・ライン３２が電気的に劣化すると、Ｖｏｕｔより大きな一つの電圧が、プルアップ抵抗４６を通して電圧レギュレータ３４に印加され、電圧レギュレータの制御ループ３２がコンバータ３２の伝導時間を低減する原因をもたらし、出力電圧の一つの低下につながる。接続が外れて電気的に劣化した一つのフィードバック・ラインを持つ複数の従来方式ＤＣ／ＤＣコンバータは、一般的に、一つの過電圧回路を引き起こし、コンバータの動作停止につながることのある、一つのより高い出力電圧を発生させる。フィードバック保護回路５０は、フィードバック・ライン３２が電気的に劣化したとき、一つの過電圧保護回路に依存する代わりに、電圧レギュレータの制御ループ３２が出力電圧を低下させるように有益に動作することができる。さらに、フィードバック保護回路５０は、出力電圧が、最初に上昇することなく、低下するようにすることができる。

別の様態において、集積回路３６からのフィードバック・ライン３２が電気的に劣化した場合に、プルアップ抵抗４６を通して印加されるプルアップ電圧が十分に高いので、電圧レギュレータ３４の中の過電圧回路が、電圧レギュレータ３４の一つの過電圧動作停止を引き起こし、ほぼゼロボルトまで出力電圧を低下させる。過電圧回路は、フィードバック・ライン３２が電気的に劣化した場合、電圧レギュレータ３４を停止させるよう動作するが、出力電圧は最初に増大するのでなく、最初に低下する。動作停止回路は、最後には電圧レギュレータ３４を動作停止させるが、出力初期の電圧の最初の低下は、制御ループ及び過電圧保護回路の間の相対的な動作速度いかんによって、そのいずれかの動作によることになる。

プルアップ抵抗４６は、フィードバック・ライン３２が電気的に劣化した場合に、フィードバック・ライン３２をほぼプルアップ電圧までプルアップするのであれば、どのような適切な抵抗であってもよい。典型的な抵抗の複数の値は、約１００オームから１メガオームまでの範囲であるが、プルアップ電圧と出力電圧との差分、及びプルアップ抵抗４６に接続されたインタフェース回路のインピーダンスのような、いくつかの設計ファクタによっては、この範囲より大きいか、又は小さくしてもよい。ただ１つのプルアップ抵抗４６しか示されていないが、差動フィードバック感知を採用する場合には、別のプルアップ抵抗を一つのフィードバック帰還ラインに結合することができる。

一つの電圧発生器５４は、プルアップ抵抗４６に印加されるプルアップ電圧を発生させることができる。このプルアップ電圧は、Ｖｏｕｔよりも約２０％高い一つの電圧など、Ｖｏｕｔより高いどのような電圧であってもよい。プルアップ電圧を発生させるために、入力電圧、Ｖｉｎ、及び電圧レギュレータ３４からの電圧など、どのようなエネルギー源を使うこともできる。

一つのフィードバック・モニタ５６は、集積回路５０内のフィードバック・ライン３２を監視し、調整出力電圧からフィードバック端子４４へ至るフィードバック・ライン３２の一部が電気的に劣化しているかどうかを検知することができる。フィードバック・モニタ５６は、電圧レギュレータ３４へ一つのフィードバック劣化信号を伝達し、フィードバック・ライン３２が一つの増大したインピーダンスを持つことを示すことができる。一つの様態において、フィードバック・モニタ５６は、フィードバック・ライン３２の集積回路３６内部部分の電圧を一つの基準電圧と比較して、フィードバック・ライン３２が電気的に劣化しているかどうかを判定することができる。

図３は、一つの調整出力電圧、Ｖｏｕｔ、を、一つの電子システムのような一つのシステム１０２へ供給するための一つの出力分配システム１００の一つの様態を示す。出力分配システム１００は、正常動作よりも電気的に劣化している一つのフィードバック・ライン１０６の潜在的影響から、出力分配システム１００を保護するための一つのフィードバック保護システム１０４を含む。ここで、電気的に劣化しているとは、フィードバック・ライン１０６上の一つのフィードバック信号を、出力分配システム１００の制御ループが調整出力電圧を制御するためには不十分な品質にしてしまうような、一つの増加したインピーダンスを有することとして定義される。フィードバック・ライン１０６のインピーダンス増加は、一つのはんだ接合不良、前記フィードバック・ライン１０６の前記調整出力電圧からの部分的接続外れ、及び前記フィードバック・ライン１０６の前記調整出力電圧からの完全な接続外れのような、何らかの原因で生じることがある。

一つの電圧レギュレータ１０８は、一つの入力電圧、Ｖｉｎ、から調整出力電圧、Ｖｏｕｔ、を発生させ、その調整出力電圧をシステム１０２へ供給することができる。電圧レギュレータ１０８は、複数のスイッチング・レギュレータ及び複数のリニア・レギュレータのような、どのような種類の電圧レギュレータであってもよい。一つの集積回路１１０に、電圧レギュレータ１０８を含め、一つ以上の出力端子１１２を経由して、一つの出力インダクタ１１４及び出力コンデンサ１１６のような複数の外部フィルタ部品へ接続することができる。電圧レギュレータ１０８は、一つの電力出力、Ｖｃ、を発生させ、これを複数の外部フィルタ部品にろ波させてＶｏｕｔを発生させることができる。電力出力、Ｖｃ、は、複数の外部フィルタ部品にろ波された一つのスイッチング・レギュレータの一つのチョップ出力、及び一つのスイッチング・レギュレータもしくは一つのリニア・レギュレータいずれかからの一つのＤＣ出力のような、システム３５の電力供給に使われるどのような種類の電力出力であってもよい。

複数のフィードバック・ライン１０６を、調整出力、Ｖｏｕｔ、から２つ以上のフィードバック端子１１８を経由して電圧レギュレータにつなぐことができる。複数のフィードバック・ライン１０６で搬送される一つのフィードバック信号を、システム１０２への入力１２０の近辺のような、出力インダクタ１１４と出力コンデンサ１１６の一つの接合点で感知することができる。フィードバック保護システム１０４に、フィードバック端子１１８、及びフィードバック端子１１８への集積回路１１０内部の配線を含めることができる。フィードバック保護システム１０４は、有益に、冗長な複数のフィードバック・ライン１０６及び複数のフィードバック端子１１８を備え、複数のフィードバック・ラインのどれか一つの電気的劣化が、電圧レギュレータ１０８の動作に影響することを防止する。例えば、複数のフィードバック端子１１８の一つに、一つのはんだ接合不良があってそれにつながるフィードバック・ライン１０６のインピーダンスを増大させている場合にも、他の一つ又は複数のフィードバック・ライン１０６及び一つ又は複数のフィードバック・ピン１０６が、フィードバック信号に対する一つの冗長な低インピーダンスのパスを提供する。

図４は、一つの電子システムのような一つのシステム２３５へ、一つの調整出力電圧、Ｖｏｕｔ、を供給するための別の出力分配システム２３０の一つの様態を示す。出力分配システム２３０は、２３０から２６０の範囲の番号を付された対応する複数の要素については、出力分配システム３０と同様であるが、出力分配システム２３０は、電圧発生器５４及びプルアップ抵抗４６に換えて、一つの信号発生器２５４を含んでいる点が違っている。

信号発生器２５４は、一つの電流発生器、及び一つの直列抵抗を備えた一つの電圧発生器のような、どのような種類の高インピーダンス信号発生器であってもよい。信号発生器の出力インピーダンスを、フィードバック信号の発生源が負荷ダウンしないように十分高く選定することができる。例えば、フィードバック信号を、インダクタ２４０及びコンデンサ２４２のような一つのインダクタ−コンデンサ・フィルタから得る場合は、インダクタ−コンデンサ・フィルタの信号源インピーダンスは、非常に低く、ほとんどゼロオームであり、したがって、出力インピーダンスは、約１０オームより大きい、任意のインピーダンスでよい。

信号発生器２５４は、一つの交流（ＡＣ）信号源及び一つの直流（ＤＣ）信号源のような、どのような種類の信号源であってもよい。一つの様態において、信号発生器２５４はＡＣ信号源である場合、一つの信号検知器は、電圧レギュレータ２３４のフィードバック入力を監視し、ＡＣ信号源からのＡＣ信号を検知して、フィードバック・ライン２３２及びフィードバック端子２４４の一つの劣化した電気的状態を表示する。一つの様態において、フィードバック・モニタ２５６に、信号検知器を含めることができる。

本発明のいくつかの実施形態について説明してきた。それでもなお、本発明の精神と範囲とから離れることなく、様々な変更を作ることができることが理解されるであろう。したがって、他の複数の実施形態は、次の複数の請求の範囲内にある。

一つの従来方式の電源フィードバック・システムの一つの様態の一つのブロック図である。 一つのフィードバック保護システムの一つの様態を含む、一つの出力分配システムの一つのブロック図である。 一つのフィードバック保護システムの別の様態を含む、一つの出力分配システムの一つのブロック図である。 一つのフィードバック保護システムの別の様態を含む、一つの出力分配システムの一つのブロック図である。 様々な図面の中の複数の同一の参照記号は、複数の同一要素を示す。

符号の説明

１２ 電圧レギュレータ
１４ システム
３４ 電圧レギュレータ
３５ システム
５４ 電圧発生器
５６ フィードバック・モニタ
１０２ システム
１０８ 電圧レギュレータ
２３４ 電圧レギュレータ
２３５ システム
２５４ 信号発生器
２５６ フィードバック・モニタ

Claims (16)

1. 一つの集積回路であって、
   一つの出力端子、
   一つのフィードバック信号を受信する一つのフィードバック端子、
   前記フィードバック端子から前記フィードバック信号を受信する一つのフィードバック入力を持つ一つの電圧レギュレータであって、前記電圧レギュレータは、前記出力端子と連絡する一つの電力出力を有し、前記フィードバック信号に応じて、出力電圧を得るべく前記電力出力を発生させかつ調整する前記電圧レギュレータ、及び
   前記フィードバック入力によって受け取られ、前記出力電圧の電圧振幅よりも大きな振幅を有する一つのプルアップ信号を発生させ、当該プルアップ信号を前記フィードバック入力へ出力すべく、前記フィードバック端子と前記フィードバック入力との間へ出力する信号発生器
   を含み、
   前記フィードバック端子は前記出力端子から前記フィードバック信号を受けとり、
   前記信号発生器は、前記フィードバック端子へ前記フィードバック信号を伝導するフィードバック・ラインが劣化した時に、前記出力電圧が最初に上昇することなく低下するように前記プルアップ信号を生成する、集積回路。
2. 請求項１の前記集積回路であって、前記信号発生器は、一つの電流源、及び一つの出力抵抗を持つ一つの電圧源から成る一つの群から選定される、集積回路。
3. 請求項１の前記集積回路であって、前記信号発生器は、一つの直流（ＤＣ）信号源、及び一つの交流（ＡＣ）信号源から成る一つの群から選定される、集積回路。
4. 請求項１から３のいずれかの前記集積回路であって、前記電力出力から一つの調整出力電圧を発生させるための一つのフィルタをさらに含み、前記フィードバック信号は、前記調整出力から得られる集積回路。
5. 請求項４の前記集積回路であって、前記フィードバック・ラインは前記調整出力電圧から前記フィードバック信号を前記フィードバック端子に伝導し、当該フィードバック・ラインは一つの出力分配システムに包含される集積回路。
6. 請求項１から３のいずれかの前記集積回路であって、前記出力端子に結合された複数の外部フィルタ部品を含む一つの出力分配システムに包含され、前記複数の外部フィルタ部品は、前記電力出力ろ波して一つの調整出力電圧を発生させるための一つの出力インダクタ及び一つの出力コンデンサを含み、前記フィードバック信号は前記調整出力電圧から得られる、集積回路。
7. 請求項１から６のいずれかの前記集積回路であって、前記電圧レギュレータは、一つのスイッチング・レギュレータ及び一つのリニア・レギュレータから成る一つの群から選定される、集積回路。
8. 請求項５の前記集積回路であって、前記フィードバック端子と前記調整出力電圧との間の一つの電気的に劣化した接続を検知する為の一つのフィードバック・モニタをさらに含む集積回路。
9. 請求項８の前記集積回路であって前記電力出力は一つの振幅を有し、前記電気的に劣化した接続とは、前記電圧レギュレータが前記電力出力の前記振幅を制御するためには、不十分な品質に前記フィードバック信号をするような一つの増大したインピーダンスを持つこととして定義される、集積回路。
10. 請求項８の前記集積回路であって、前記電気的に劣化した接続は、一つのはんだ接合不良、前記フィードバック・ラインの前記調整出力電圧からの部分的接続外れ、及び前記フィードバック・ラインの前記調整出力電圧からの完全な接続外れから成る一つの群から選ばれる、集積回路。
11. 請求項８の前記集積回路であって、前記フィードバック・モニタは、前記電気的に劣化した接続を検知するため、前記フィードバック端子上の一つの電圧を一つの基準電圧と比較する、集積回路。
12. 請求項１の前記集積回路であって、前記フィードバック信号をそれぞれが受信する少なくとも２つのフィードバック端子をさらに含む集積回路。
13. 請求項１２の前記集積回路であって、
    前記電力出力から一つの調整出力電圧を発生させる一つのフィルタ、及び
    前記フィードバック信号を伝導するため、前記調整出力電圧と、前記集積回路の前記少なくとも２つのフィードバック端子との間を結合する複数の冗長ライン、
    を含む一つの出力分配システムに包含される集積回路。
14. 請求項１２の前記集積回路であって、複数のフィードバック端子を相互接続する一つの配線回路をさらに含む集積回路。
15. 請求項１の前記集積回路であって、前記電力出力から一つの調整出力電圧を発生させるためのフィルタを更に備え、前記フィードバック信号は当該調整出力電圧から得られ、
    前記フィルタは、前記電力出力をろ波して前記調整出力電圧を発生させるための出力インダクタ及び出力コンデンサを含み、
    前記フィルタのインピーダンスはほぼゼロオームであり、前記信号発生器の出力インピーダンスは１０オームよりも大きい、集積回路。
16. 請求項１の前記集積回路であって、前記プルアップ信号は、前記電圧レギュレータの前記出力電圧から分離して得られる、集積回路。

Images