JP5425701B2 - 補償回路及び方法 - Google Patents
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Description
Frequency Compensation For DC−to−DC Converter)」、発明者リュ・チェン他、出願日2005年2月10日、代理人番号VISH−8731.PRO、本願と同一の指定代理人、の同時係属出願の権利を主張する。前記米国仮出願は、参照されることにより本願明細書に組み込まれる。
比較器704の第1の入力は、(1−Δ%)VREF閾値504Aを受信するよう結合され得る。同時に比較器704の第2の入力は、帰還電圧212を受信するよう結合され得る。比較器702の出力は、ANDゲート708の第1の入力と結合され得る。同時に比較器704の出力は、ANDゲート708の第2の入力と結合され得る。ANDゲート708の出力(クリア信号714を生成し得る)は、Dフリップフロップ718、720、722、及び724のそれぞれのクリア(CLR)又はリセット入力と結合され得る。比較器706の第1の入力は、帰還電圧212を受信するよう結合され得る。同時に比較器706の第2の入力は、基準電圧206を受信するよう結合され得る。比較器706の出力は、遅延回路710の入力及びXOR論理ゲート712の第1の入力と結合され得る。遅延回路710の出力は、XORゲート712の第2の入力と結合され得る。XORゲート712の出力(クロック信号716を生成し得る)は、Dフリップフロップ718、720、722、及び724のそれぞれのクロック(CLK)入力と結合され得る。Dフリップフロップ718のXQ出力(切り替え信号506を生成し得る)は、図4のスイッチ416及び/又は図6のスイッチ416の動作を制御するよう結合され得る。Dフリップフロップ722のXQ出力は、図4のスイッチ418及び/又は図6のスイッチ418の動作を制御するよう結合され得る。Dフリップフロップ724のXQ出力は、図4のスイッチ420及び/又は図6のスイッチ420の動作を制御するよう結合され得る。留意すべき点は、Dフリップフロップ720のXQ出力が、補償回路302Aのスイッチ(図示されない)又は補償回路302Bのスイッチ(図示されない)の動作を制御するよう結合され得ることである。
「DC−DCコンバータの適応型補償」に関する特許情報開示
DC−DCコンバータの遷移速度は、ループ利得及びクロスオーバー周波数により制限される。遷移の初めに伝達関数を変更し、応答速度を増大する方法が提案される。従って、伝達関数は、徐々に変化し通常に戻り、定常状態でループの安定性が維持され得る。
DC−DCコンバータは、負帰還ループシステムであり、直流状態で180度の位相シフトがある。高周波数では、無効分及び時間遅延は、更なる位相シフトを生じ得る。従って、利得及びループのクロスオーバー周波数を制限することにより、このループで十分な位相マージンを保証するため、補償回路が必要である。補償回路はまた、過渡応答のループ速度を制限する。補償回路は、通常、固定値抵抗及びキャパシターを有する。これら固定値は、最悪の入力/出力/負荷条件に基づき決定される。従って、通常の条件では、位相マージンは必要以上であり、その結果ループの負荷過渡応答又は入力過渡応答の速度は遅くなり得る。
(具体例)
電圧モードブーストコンバータは、適応型補償回路がDC−DCコンバータでどのように利用され得るかを示す例として利用される。通常の電圧モードブーストコンバータでは、ループ帯域は、右半面(RHP)ゼロにより制限されるので、過渡応答速度は遅い。適応型補償は、遷移速度を向上させる良い解決策である。電圧モードブーストコンバータでは、出力段は二極形及び右半面(RHP)ゼロを有し得る。参考図2に示される一極形及び2ゼロシステムは、通常、補償のために利用される。
104 入力電圧(Vin)
106 出力電圧(Vout)
202 出力段
204 帰還回路
206 基準電圧
208 適応型補償
210 デューティーサイクル制御部
302 適応型補償回路
304 切り替え制御回路
306 電圧補償信号(Vcomp)
308 三角波信号
310 比較器
312 パルス幅変調信号
314 ドライバ
316 トランジスタ
318 インダクター
422 増幅器
Claims (23)
- コンバータの過渡応答を調整する補償回路であって、
基準電圧を受信し電圧補償信号を出力するよう結合された比較器、
コンバータの出力電圧に関連した帰還電圧を受信するよう結合された第1のキャパシタンス、
該第1のキャパシタンスに直列に結合された第2のキャパシタンス、及び
該第2のキャパシタンスにのみ並列に結合され及び前記第1のキャパシタンスに結合された可変キャパシタンス、
を有し、
前記可変キャパシタンスは対応する複数のスイッチに結合された複数のキャパシタンスを含み、
前記複数のスイッチは、
当該補償回路の可変キャパシタンスを上限値に設定する段階であって、固定抵抗が前記可変キャパシタンス及び前記補償回路に結合される、段階、
コンバータ回路の出力電圧と関連した遷移帰還電圧が、所定の範囲を超えたかどうかを決定する段階、及び
前記遷移帰還電圧の前記所定の範囲の超過に応じて、前記可変抵抗又は可変キャパシタンスを調整するよう配置されたスイッチの作動又は解除により、前記可変キャパシタンスを下限値に設定する段階、
前記遷移帰還電圧が前記所定の範囲を超えた後に、前記遷移帰還電圧が基準電圧値と交差すると、前記可変キャパシタンスをより高い値に増大させる段階、
により、前記電圧補償信号を制御し及び前記コンバータの過渡応答を調整するように、前記可変キャパシタンスを制御するよう結合される、
ことを特徴とする補償回路。 - 前記第1のキャパシタンスは、前記比較器に結合された抵抗に並列に結合される、
ことを特徴とする請求項1の補償回路。 - 第2のキャパシタンス、前記可変キャパシタンス、及び前記比較器の出力に結合された第2の抵抗、
を更に有する請求項2記載の補償回路。 - 前記可変キャパシタンスを変化させるよう結合された制御回路、
を更に有する請求項1記載の補償回路。 - 前記補償回路は、前記コンバータのデューティーサイクル制御部に結合される、
ことを特徴とする請求項1記載の補償回路。 - 前記デューティーサイクル制御部は、前記コンバータの出力段に結合される、
ことを特徴とする請求項5記載の補償回路。 - 前記可変キャパシタンスは、複数のキャパシタンス及びスイッチを有し、
前記スイッチは前記複数のキャパシタンスのうちの1つのキャパシタンスに結合される、
ことを特徴とする請求項1記載の補償回路。 - 請求項1に記載の補償回路を用いる方法であって、
当該補償回路の可変キャパシタンスを上限値に設定する段階、
コンバータ回路の出力電圧と関連した遷移帰還電圧が、所定の範囲を超えたかどうかを決定する段階、及び
前記遷移帰還電圧の前記所定の範囲の超過に応じて、前記可変抵抗又は可変キャパシタンスを調整するよう配置されたスイッチの作動又は解除により、前記可変キャパシタンスを下限値に設定する段階、
前記遷移帰還電圧が前記所定の範囲を超えた後に、前記遷移帰還電圧が基準電圧値と交差すると、前記可変キャパシタンスをより高い値に増大させる段階、
を有し、固定抵抗が前記可変キャパシタンス及び前記補償回路に結合される、
ことを特徴とする方法。 - 前記増大させる段階は、前記遷移帰還電圧が前記基準電圧値と交差する奇数回目の事象毎に実行される、
ことを特徴とする請求項8記載の方法。 - 前記増大させる段階は、前記上限値に到達するまで実行される、
ことを特徴とする請求項9記載の方法。 - 前記補償回路は、バックコンバータ又はブーストコンバータの部分である、
ことを特徴とする請求項8記載の方法。 - 前記所定の範囲は、超過分比率と前記基準電圧の和又は差である、
ことを特徴とする請求項8記載の方法。 - 前記比較器は、前記基準電圧を受信し前記電圧補償信号を出力するよう結合された増幅器、を更に有し、
前記可変キャパシタンスは該増幅器に結合され、
前記第1のキャパシタンスは前記帰還電圧から前記増幅器を分離するように結合され、
当該補償回路は、
該増幅器の入力と出力の間に結合された抵抗、及び
前記帰還電圧が所定の範囲又は閾を超過するのに応じて前記スイッチの動作を制御することにより、前記可変キャパシタンスのインピーダンスを制御又は調整するよう結合された切り替え制御回路、
を更に有する請求項1記載の補償回路。 - 前記切り替え制御回路は、前記第1のキャパシタンスと同一の前記帰還電圧を受信するよう結合された比較器を有する、
ことを特徴とする請求項13記載の補償回路。 - 前記切り替え制御回路は、それぞれ異なる入力電圧を受信するよう結合された3個の比較器を有し、
3個の前記異なる入力電圧のそれぞれは、前記基準電圧に基づく、
ことを特徴とする請求項13記載の補償回路。 - 前記比較器のうちの2個の比較器の前記異なる入力電圧は、同一の超過分比率に基づく前記基準電圧に比例する、
ことを特徴とする請求項15記載の補償回路。 - 各前記スイッチは、前記複数のキャパシタンスの中の異なるキャパシタンスにそれぞれ対応し、該キャパシタンスに直列に結合され、
前記切り替え制御回路は前記可変キャパシタンスを3個以上の異なる値に調整可能である、
ことを特徴とする請求項1記載の補償回路。 - コンバータの過渡応答を調整する補償回路であって、
基準電圧を受信し電圧補償信号を出力するよう結合された比較器、
コンバータの出力電圧に関連した帰還電圧を受信するよう結合されたキャパシタンス、
前記帰還電圧を受信するよう結合された第1の抵抗、及び
前記第1の抵抗に直列に結合され前記キャパシタンス及び前記比較器に結合された可変抵抗、
を有し、
前記可変抵抗は、前記第1の抵抗と前記比較器との間に結合され、
前記可変抵抗は、対応する複数のスイッチに結合された複数の抵抗を含み、
前記複数のスイッチは、
当該補償回路の可変キャパシタンスを上限値に設定する段階であって、固定抵抗が前記可変キャパシタンス及び前記補償回路に結合される、段階、
コンバータ回路の出力電圧と関連した遷移帰還電圧が、所定の範囲を超えたかどうかを決定する段階、及び
前記遷移帰還電圧の前記所定の範囲の超過に応じて、前記可変抵抗又は可変キャパシタンスを調整するよう配置されたスイッチの作動又は解除により、前記可変キャパシタンスを下限値に設定する段階、
前記遷移帰還電圧が前記所定の範囲を超えた後に、前記遷移帰還電圧が基準電圧値と交差すると、前記可変キャパシタンスをより高い値に増大させる段階、
により、前記電圧補償信号を制御し及び前記コンバータの過渡応答を調整するように、前記可変抵抗を制御する、
ことを特徴とする補償回路。 - 前記比較器は、前記基準電圧を受信し前記電圧補償信号を出力するよう結合された増幅器を有し、
前記可変抵抗は前記増幅器に結合され、
前記キャパシタンスは前記帰還電圧から前記増幅器を分離するように結合され、
当該補償回路は、
該増幅器の入力と出力の間に結合されたキャパシタンス、及び
前記帰還電圧が所定の範囲又は閾を超過するのに応じて前記スイッチの動作を制御することにより、前記可変抵抗のインピーダンスを制御又は調整するよう結合された切り替え制御回路、
を更に有する請求項18記載の補償回路。 - 前記切り替え制御回路は、前記キャパシタンスと同一の前記帰還電圧を受信するよう結合された比較器を有する、
ことを特徴とする請求項19記載の補償回路。 - 前記切り替え制御回路は、それぞれ異なる入力電圧を受信するよう結合された3個の比較器を有し、
3個の前記異なる入力電圧のそれぞれは、前記基準電圧に基づく、
ことを特徴とする請求項19記載の補償回路。 - 前記比較器のうちの2個の比較器の前記異なる入力電圧は、同一の超過分比率に基づく前記基準電圧に比例する、
ことを特徴とする請求項21記載の補償回路。 - 前記複数のスイッチは互いに直列に結合され、
各前記スイッチは、前記複数の抵抗の中の異なる抵抗にそれぞれ対応し、該抵抗に並列に結合され、
前記切り替え制御回路は前記可変抵抗を3個以上の異なる値に調整可能である、
ことを特徴とする請求項18記載の補償回路。
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