JP7221221B2 - Chip-embedded power converter - Google Patents

Chip-embedded power converter Download PDF

Info

Publication number
JP7221221B2
JP7221221B2 JP2019565153A JP2019565153A JP7221221B2 JP 7221221 B2 JP7221221 B2 JP 7221221B2 JP 2019565153 A JP2019565153 A JP 2019565153A JP 2019565153 A JP2019565153 A JP 2019565153A JP 7221221 B2 JP7221221 B2 JP 7221221B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inductor
switch
converter
power converter
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019565153A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020511110A (en
JP2020511110A5 (en
Inventor
パルヴィズ パルト,
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FARADAY SEMI, LLC
Original Assignee
FARADAY SEMI, LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/428,019 external-priority patent/US9729059B1/en
Priority claimed from US15/669,838 external-priority patent/US10193442B2/en
Application filed by FARADAY SEMI, LLC filed Critical FARADAY SEMI, LLC
Publication of JP2020511110A publication Critical patent/JP2020511110A/en
Publication of JP2020511110A5 publication Critical patent/JP2020511110A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7221221B2 publication Critical patent/JP7221221B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26Power supply means, e.g. regulation thereof
    • 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Description

[関連出願の相互参照]
この出願は、2017年2月8日に出願された米国特許出願番号第15/428、019号(米国特許第9、729、059号として発行)の一部継続である、2017年8月4日に出願された米国特許出願番号第15/669、838の継続である。これらの出願の全内容を全ての目的のために本願に参照により援用する。
[Cross reference to related applications]
This application is a continuation-in-part of U.S. patent application Ser. This is a continuation of US patent application Ser. No. 15/669,838, filed on Jan. The entire contents of these applications are incorporated herein by reference for all purposes.

[技術分野]
本開示は、電子システム、直流-直流(DC-DC)変換器、電子デバイス設計、および電子デバイス製造技術に関する。
[Technical field]
The present disclosure relates to electronic systems, direct current-to-direct current (DC-DC) converters, electronic device design, and electronic device manufacturing techniques.

種々のDC-DC変換器が知られているが、これらのDC-DC変換器は、寄生損失および非効率性の影響を受ける非理想的な構成要素および/または構造からなる。改善された電力変換器に対する必要性がある。 Various DC-DC converters are known, but these DC-DC converters consist of non-ideal components and/or structures subject to parasitic losses and inefficiencies. There is a need for improved power converters.

いくつかの実施形態は、直流-直流(DC-DC)電力変換器について開示されており、この直流-直流電力変換器は、下面および上面を有する下部プリント基板(PCB)部分と、下面および上面を有する上部プリント基板(PCB)部分と、前記下部PCB部分の前記上面と前記上部PCB部分の前記下面との間の埋め込み型回路とを備え、前記埋め込み型回路は、パルス幅変調器と、少なくとも1つのスイッチとを備え、前記上部PCB部分を通って延びる1つまたは複数のビアと、前記上部PCB部分の前記上面に位置決めされたインダクタとを備え、前記1つまたは複数のビアは、前記インダクタおよび前記埋め込み型回路と電気的に連結されている。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記埋め込み型回路は集積回路(IC)を備える。
・前記インダクタのフットプリントは前記集積回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なる。
・ワイヤボンドが前記インダクタと前記埋め込み型回路とを電気的に相互接続しない、
・前記回路は少なくとも1MHzの切替速度を有する。
・前記回路は少なくとも3MHzの切替速度を有する。
・前記回路は少なくとも5MHzの切替速度を有する。
・前記回路は最大7MHzの切替速度を有する。
・前記少なくとも1つのスイッチはエンハンスト窒化ガリウム電界効果トランジスタ(enhanced gallium nitride fieldeffect transistor、eGaNFET)を備える。
・前記上部PCB部分の前記上面に設けられた1つまたは複数のキャパシタをさらに備える。
・前記下部PCB部分の前記上面と前記上部PCB部分の前記下面との間に設けられたコアをさらに備え、前記コアはその内部に形成された1つまたは複数のポケットを備え、前記埋め込み型回路は前記1つまたは複数のポケットに設けられている。
・前記DC-DC電力変換器は25mm未満のフットプリントを有する。
・前記DC-DC電力変換器は10mm未満のフットプリントを有し、
・前記DC-DC電力変換器は5mm未満のフットプリントを有し、
・前記DC-DC電力変換器が2mmのように小さいフットプリントを有する。
・前記DC-DC電力変換器は電流のアンペア数当たり0.5mm~10mmであるフットプリント領域を有する。
Some embodiments are disclosed for a direct current-to-direct current (DC-DC) power converter comprising a lower printed circuit board (PCB) portion having a bottom surface and a top surface, and a bottom surface and a top surface. and embedded circuitry between the top surface of the bottom PCB section and the bottom surface of the top PCB section, the embedded circuitry comprising a pulse width modulator and at least a switch; one or more vias extending through the upper PCB portion; and an inductor positioned on the top surface of the upper PCB portion, wherein the one or more vias are connected to the inductor. and electrically coupled to the embedded circuit. This embodiment may feature any combination of the following. i.e.
- said embedded circuit comprises an integrated circuit (IC);
- the footprint of the inductor at least partially overlaps the footprint of the integrated circuit;
- wire bonds do not electrically interconnect the inductor and the embedded circuit;
- the circuit has a switching speed of at least 1 MHz;
- the circuit has a switching speed of at least 3 MHz;
• The circuit has a switching speed of at least 5 MHz.
• The circuit has a switching speed of up to 7 MHz.
- said at least one switch comprises an enhanced gallium nitride field effect transistor (eGaNFET);
• further comprising one or more capacitors provided on said top surface of said upper PCB portion;
- further comprising a core provided between said upper surface of said lower PCB portion and said lower surface of said upper PCB portion, said core comprising one or more pockets formed therein, said embedded circuit; are provided in said one or more pockets.
- Said DC-DC power converter has a footprint of less than 25mm2 .
- said DC-DC power converter has a footprint of less than 10mm2 ;
- said DC-DC power converter has a footprint of less than 5 mm2 ;
- The DC-DC power converter has a footprint as small as 2mm2 .
• Said DC-DC power converter has a footprint area that is between 0.5 mm 2 and 10 mm 2 per amperage of current.

いくつかの実施形態は、直流-直流(DC-DC)電力変換器パッケージについて開示されており、この直流-直流電力変換器パッケージは、少なくとも1つのプリント基板(PCB)に埋め込まれた集積回路(IC)チップであって、ドライバを備えるICチップと、と、前記チップ埋め込みパッケージの外部に位置決めされ、前記チップ埋め込みパッケージの表面に連結されたインダクタと、前記インダクタを前記ICチップに電気的に連結するビアとを備え、前記インダクタのフットプリントは、前記ICチップのフットプリントに少なくとも部分的に重なる。本実施形態は、以下のいずれかを特徴とし得る。すなわち、トランジスタは前記少なくとも1つのPCBに埋め込みされる、前記インダクタは前記トランジスタと電気的に連結される、前記ICチップは、前記ドライバに連結されたパルス幅変調器(PWM)コントローラと、前記ドライバの出力部と連結されたスイッチングトランジスタとを備える、エンハンスト窒化ガリウム(eGaN)を含むスイッチをさらに備える、前記スイッチは4MHz以上で切り替わるように構成されている、前記スイッチは5MHz以上で切り替わるように構成されている、シリコンまたはヒ化ガリウムの少なくとも1つを含むスイッチをさらに備える。 Some embodiments are disclosed for a direct current to direct current (DC-DC) power converter package, which includes an integrated circuit ( an IC chip, the IC chip comprising a driver; an inductor positioned outside the chip-embedded package and coupled to a surface of the chip-embedded package; and electrically coupling the inductor to the IC chip. and a via, wherein the footprint of the inductor at least partially overlaps the footprint of the IC chip. This embodiment may be characterized by any of the following. a transistor is embedded in the at least one PCB; the inductor is electrically coupled to the transistor; the IC chip comprises a pulse width modulator (PWM) controller coupled to the driver; further comprising a switch comprising enhanced gallium nitride (eGaN) comprising a switching transistor coupled to an output of and a switch comprising at least one of silicon or gallium arsenide.

いくつかの実施形態は、単一のパッケージにおける直流-直流(DC-DC)電力変換器について開示されており、この直流-直流電力変換器は、実装基板の内側に、少なくとも部分的に、埋め込まれたエンハンスト窒化ガリウム(eGaN)構成要素と、前記実装基板の外側に搭載されたインダクタと、前記eGaN構成要素に前記インダクタを連結するビアとを備え、前記インダクタのフットプリントは、前記eGaN構成要素のフットプリントに少なくとも部分的に重なる。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記実装基板は多層PCBである。
・前記eGaN構成要素はeGaNを含むスイッチであり、前記DC-DC電力変換器は前記スイッチを駆動するドライバ回路をさらに備える。
・前記ドライバおよび前記スイッチは、ICチップの一部である。
・前記ICチップは、パルス幅変調器(PWM)コントローラをさらに備える。
Some embodiments are disclosed for a direct current to direct current (DC-DC) power converter in a single package, the direct current to direct current power converter being embedded, at least partially, inside a mounting substrate. an enhanced gallium nitride (eGaN) component mounted on the substrate; an inductor mounted on the outside of the mounting substrate; and a via coupling the inductor to the eGaN component, the footprint of the inductor at least partially overlap the footprint of This embodiment may feature any combination of the following. i.e.
- The mounting substrate is a multi-layer PCB.
- the eGaN component is a switch comprising eGaN, and the DC-DC power converter further comprises a driver circuit for driving the switch;
• the driver and the switch are part of an IC chip;
- the IC chip further comprises a pulse width modulator (PWM) controller;

いくつかの実施形態は、チップ埋め込みパッケージを利用する直流-直流(DC-DC)電力変換器について開示されており、このDC-DC変換器は、プリント基板(PCB)の内側におけるエンハンスト窒化ガリウム(eGaN)スイッチと、パルス幅変調器(PWM)コントローラと、前記PCBの内部に埋め込まれたドライバとを備え、前記PWMコントローラおよび前記ドライバは、1MHz以上の周波数で前記eGaNスイッチを駆動するように構成され、そして、このDC-DC変換器は、前記チップ埋め込みパッケージの外部に配置され、前記PCBの表面に連結されたインダクタと、前記インダクタを前記eGaNスイッチに電気的に連結するビアとを備える。これらの実施形態は、前記ドライバが前記eGaNスイッチを5MHz以上の周波数で駆動するように構成されていることを特徴とし得る。 Some embodiments are disclosed for direct-current-to-direct-current (DC-DC) power converters that utilize chip-embedded packages, which include enhanced gallium nitride ( a pulse width modulator (PWM) controller; and a driver embedded within said PCB, said PWM controller and said driver configured to drive said eGaN switch at a frequency of 1 MHz or higher. and the DC-DC converter comprises an inductor located outside the chip-embedded package and coupled to the surface of the PCB, and a via electrically coupling the inductor to the eGaN switch. These embodiments can be characterized in that the driver is configured to drive the eGaN switch at a frequency of 5 MHz or greater.

いくつかの実施形態は、直流-直流(DC-DC)電力変換器について開示されており、この直流-直流電力変換器は、プリント基板と、前記プリント基板の内側の集積回路とを備え、前記集積回路はドライバを備える。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記プリント基板を通って延びる1つまたは複数のビアにより前記集積回路と電気的に連結されたインダクタをさらに備える。
・前記インダクタは、前記集積回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なるフットプリントを有する。
Some embodiments are disclosed for a direct current to direct current (DC-DC) power converter comprising a printed circuit board and an integrated circuit inside said printed circuit board, said The integrated circuit has a driver. This embodiment may feature any combination of the following. i.e.
• further comprising an inductor electrically coupled to said integrated circuit by one or more vias extending through said printed circuit board;
- the inductor has a footprint that at least partially overlaps the footprint of the integrated circuit;

いくつかの実施形態は、直流-直流(DC-DC)電力変換器について開示されており、この直流-直流電力変換器は、ドライバを備える集積回路と、前記インダクタのフットプリントが前記集積回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なるように、前記集積回路に垂直に積層されたインダクタとを備え、前記インダクタは、前記集積回路と電気的に連結されている。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・第1面と前記第1面とは反対側の第2面とを有するプリント基板(PCB)をさらに備え、前記集積回路は、前記PCBの前記第1面に実装され、前記インダクタは、前記PCBの前記第2側に実装される。
・前記インダクタは、前記プリント基板を通って延びる1つまたは複数のビアにより前記集積回路と電気的に連結されている。
Some embodiments are disclosed for a direct current to direct current (DC-DC) power converter comprising an integrated circuit comprising a driver and a footprint of the inductor an inductor vertically stacked on the integrated circuit to at least partially overlap the footprint, the inductor electrically coupled to the integrated circuit. This embodiment may feature any combination of the following. i.e.
- further comprising a printed circuit board (PCB) having a first side and a second side opposite said first side, said integrated circuit being mounted on said first side of said PCB; Mounted on the second side of the PCB.
- the inductor is electrically coupled to the integrated circuit by one or more vias extending through the printed circuit board;

いくつかの実施形態は、直流-直流(DC-DC)バックコンバータについて開示されており、この直流-直流電力変換器は、1つまたは複数のスイッチと、前記1つまたは複数のスイッチを駆動するドライバと、前記スイッチと電気的に連結されたインダクタとを備え、前記DC-DCバックコンバータの前記フットプリントは、65mm未満であり、前記DC-DCバックコンバータは、少なくとも20アンペアの電流を受信するように構成され、前記DC-DCバックコンバータは、少なくとも20アンペアの電流を出力するように構成されている。 Some embodiments are disclosed for a direct current to direct current (DC-DC) buck converter, the direct current to direct current power converter driving one or more switches and the one or more switches a driver and an inductor electrically coupled to the switch, wherein the footprint of the DC-DC buck converter is less than 65 mm 2 and the DC-DC buck converter receives a current of at least 20 amps; and the DC-DC buck converter is configured to output a current of at least 20 amps.

いくつかの実施形態は、直流-直流(DC-DC)電力変換器について開示されており、この直流-直流電力変換器は、1つまたは複数のスイッチと、前記1つまたは複数のスイッチを1MHz以上5MHz以下の周波数で駆動するように構成されたドライバと、前記1つまたは複数のスイッチと電気的に連結されたインダクタとを備え、前記DC-DC変換器の前記フットプリントは、10mm以下であり、前記DC-DC変換器は少なくとも5アンペアの電流を受信するように構成されており、前記DC-DC変換器は少なくとも5アンペアの電流を出力するように構成されている。 Some embodiments are disclosed for a direct current to direct current (DC-DC) power converter comprising one or more switches and switching the one or more switches to 1 MHz a driver configured to drive at a frequency greater than or equal to 5 MHz and less than or equal to 5 MHz; and an inductor electrically coupled to the one or more switches, wherein the footprint of the DC-DC converter is less than or equal to 10 mm 2 . and wherein the DC-DC converter is configured to receive a current of at least 5 Amps and the DC-DC converter is configured to output a current of at least 5 Amps.

いくつかの実施形態は、直流-直流(DC-DC)電力変換器について開示されており、この直流-直流電力変換器は、第1インダクタと連結された第1スイッチと、第2インダクタと連結された第2スイッチと、プリント基板に埋め込まれた集積回路チップとを備え、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチは、変調器と連結され、前記第1インダクタおよび前記第2インダクタは、電圧出力ノードと連結されている。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記変調器は、前記集積回路チップに含まれる。
・前記変調器は、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチに同期期間で位相を出力するように動作させるように構成されている。
・前記出力ノードにおける出力信号は、第1インダクタを介した第1信号および第2インダクタを介した第2信号に重畳される。
Some embodiments are disclosed for a direct current to direct current (DC-DC) power converter, the direct current to direct current power converter having a first switch coupled with a first inductor and a second inductor. and an integrated circuit chip embedded in a printed circuit board, wherein the first switch and the second switch are coupled with a modulator, and the first inductor and the second inductor are voltage output connected to the node. This embodiment may feature any combination of the following. i.e.
- the modulator is included in the integrated circuit chip;
- the modulator is arranged to operate the first switch and the second switch to output a phase in a synchronous period;
- the output signal at the output node is superimposed on a first signal via a first inductor and a second signal via a second inductor;

いくつかの実施形態は、直流-直流(DC-DC)電力変換器について開示されており、この直流-直流電力変換器は、プリント基板に埋め込まれた集積回路チップであって、ドライバを備える集積回路チップと、前記ドライバと連結された第1スイッチと、前記第1スイッチと連結されたインダクタと、出力ノードから変調回路へのフィードバック経路とを備える。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記変調回路は、電圧モード変調回路である。
・前記変調回路は、常時オン時間または常時オフ時間変調回路である。
・前記変調回路は、前記集積回路チップに含まれる。
・前記変調回路および前記インダクタは、前記集積回路チップと共にパッケージに含まれている。
Some embodiments are disclosed for a direct current-to-direct current (DC-DC) power converter, which is an integrated circuit chip embedded in a printed circuit board and comprising a driver. A circuit chip, a first switch coupled to the driver, an inductor coupled to the first switch, and a feedback path from an output node to a modulation circuit. This embodiment may feature any combination of the following. i.e.
- said modulation circuit is a voltage mode modulation circuit;
- the modulation circuit is an always-on-time or always-off-time modulation circuit;
- the modulation circuit is included in the integrated circuit chip;
- the modulation circuit and the inductor are included in a package with the integrated circuit chip;

いくつかの実施形態は、直流-直流(DC-DC)電力変換器について開示されており、この直流-直流電力変換器は、プリント基板に埋め込まれた集積回路チップであって、ドライバを備える集積回路チップと、前記ドライバと連結された第1スイッチと、前記第1スイッチと連結されたインダクタと、出力ノードから変調回路へのフィードバック経路と、ランプ波発生器とを備える。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記フィードバック経路と、前記ランプ波発生器からの出力とが比較器に連結される。
・前記比較器と連結された基準電圧源をさらに備える。
・前記ランプ波発生器は、前記インダクタを通るリップル電流をエミュレートするように構成される。
・前記ランプ波発生器は、第1電流源と、第2電流源と、キャパシタとを備える。
・前記第1電流源および前記第2電流源は、少なくとも一部が前記インダクタのインダクタンスに基づいてトリムされるように構成される。
・前記ランプ波発生器および前記インダクタは、同じDC-DC電力変換器パッケージに含まれる。
・前記ランプ波発生器は、前記インダクタに連結された出力キャパシタにより影響を受けない出力信号を生成するように構成されている。
・前記ランプ波発生器は、前記インダクタに連結された出力キャパシタの等価直列抵抗(ESR)から独立した出力信号を生成するように構成されている。
・前記出力キャパシタのリップル電圧が小さすぎて変調回路へ確実に提供されないように、十分に低いESRを有する出力キャパシタをさらに備える。
Some embodiments are disclosed for a direct current-to-direct current (DC-DC) power converter, which is an integrated circuit chip embedded in a printed circuit board and comprising a driver. A circuit chip, a first switch coupled with the driver, an inductor coupled with the first switch, a feedback path from an output node to a modulation circuit, and a ramp generator. This embodiment may feature any combination of the following. i.e.
• the feedback path and the output from the ramp generator are coupled to a comparator;
• further comprising a reference voltage source connected to the comparator;
- the ramp generator is configured to emulate a ripple current through the inductor;
- the ramp generator comprises a first current source, a second current source and a capacitor;
- the first current source and the second current source are configured to be trimmed at least in part based on the inductance of the inductor;
- The ramp generator and the inductor are included in the same DC-DC power converter package.
- the ramp generator is configured to generate an output signal that is unaffected by an output capacitor coupled to the inductor;
- the ramp generator is configured to generate an output signal independent of the equivalent series resistance (ESR) of an output capacitor coupled to the inductor;
• further comprising an output capacitor with a sufficiently low ESR to ensure that the ripple voltage of said output capacitor is not too small to be provided to the modulation circuit;

いくつかの実施形態は、以下を備えるランプ波発生器について開示されている。すなわち、供給電圧に連結された第1電流源と、アースに連結された第2電流源と、前記第1電流源と前記第2電流源との間に連結されたキャパシタとを備える。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記ランプ波発生器は、DC-DC変換器においてインダクタを通るリップル電流をエミュレートするように構成される。
・前記第1電流源の前記出力は、DC-DC変換器に対する入力電圧少なくとも一部が基づいている。
・前記第1電流源の前記出力は、DC-DC変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいている。
・前記第2電流源の前記出力は、DC-DC変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいている。
・前記第2電流源の前記出力は、DC-DC変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいている。
・前記第1電流源は、DC-DC変換器に置けるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいてトリムされるように構成されている。
・前記第2電流源は、DC-DC変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいてトリムされるように構成されている。
Some embodiments are disclosed for a ramp generator comprising: a. That is, it comprises a first current source connected to a supply voltage, a second current source connected to ground, and a capacitor connected between the first current source and the second current source. This embodiment may feature any combination of the following. i.e.
- the ramp generator is configured to emulate a ripple current through an inductor in a DC-DC converter;
- said output of said first current source is based at least in part on an input voltage to a DC-DC converter;
- the output of the first current source is based at least in part on the inductance of an inductor in a DC-DC converter;
- the output of the second current source is based at least in part on the inductance of an inductor in a DC-DC converter;
• the output of the second current source is based at least in part on the inductance of an inductor in a DC-DC converter;
• the first current source is configured to be trimmed based at least in part on the inductance of an inductor in the DC-DC converter;
• the second current source is configured to be trimmed based at least in part on the inductance of an inductor in the DC-DC converter;

いくつかの実施形態は、チップ埋め込み型直流-直流変換器の作成のための、以下を含む方法について開示されている。すなわち、プリント基板に集積回路チップを埋め込み、前記プリント基板に第1インダクタを連結し、前記プリント基板に第2インダクタを連結し、前記第1インダクタおよび前記第2インダクタの双方は出力ノードに連結されていることを含む。 Some embodiments are disclosed for methods for making chip-embedded DC-DC converters, including: An integrated circuit chip is embedded in a printed circuit board, a first inductor is connected to the printed circuit board, a second inductor is connected to the printed circuit board, and both the first inductor and the second inductor are connected to an output node. including being

いくつかの実施形態は、第1直流電圧を第2直流電圧に変換する、以下を含む方法について開示されている。すなわち、第1インダクタと連結された第1スイッチを駆動し、第2インダクタと連結された第2スイッチを駆動し、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチは、出力ノードに連結され、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチを位相をずらして変調し、ドライバまたは変調器の少なくとも1つのがプリント基板に埋め込まれたチップに含まれる。 Some embodiments are disclosed for methods of converting a first DC voltage to a second DC voltage, including: a. That is, a first switch connected to a first inductor is driven, a second switch connected to a second inductor is driven, the first switch and the second switch are connected to an output node, and the first switch is connected to the output node. Modulating the switch and said second switch out of phase, at least one of the driver or modulator being included in a chip embedded in a printed circuit board.

いくつかの実施形態は、チップ埋め込み型直流-直流変換器の作成のための、以下を含む方法について開示されている。すなわち、プリント基板に集積回路チップを埋め込み、前記集積回路チップと出力ノードとの間にインダクタを連結し、前記出力ノードから変調回路へのフィードバック経路を提供し、前記変調回路がランプ波発生器を含む。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記変調回路は、前記プリント基板に含まれる。
・前記変調回路は、常時オン時間または常時オフ時間変調回路である。
・前記ランプ波発生器は、前記集積回路に含まれる。
・前記ランプ波発生器を少なくとも一部は前記インダクタの特性に基づいてトリムすることをさらに備える。
・前記ランプ波発生器は、いずれかの上記実施形態のランプ波発生器である。
Some embodiments are disclosed for methods for making chip-embedded DC-DC converters, including: An integrated circuit chip is embedded in a printed circuit board, an inductor is coupled between the integrated circuit chip and an output node to provide a feedback path from the output node to a modulation circuit, the modulation circuit driving a ramp generator. include. This embodiment may feature any combination of the following. i.e.
- The modulation circuit is included in the printed circuit board.
- the modulation circuit is an always-on-time or always-off-time modulation circuit;
- the ramp generator is included in the integrated circuit;
• further comprising trimming the ramp generator based at least in part on the characteristics of the inductor;
- the ramp generator is the ramp generator of any of the above embodiments;

いくつかの実施形態は、直流-直流変換器の使用のための、以下を含む方法について開示されている。すなわち、入力ノードにおいて入力電力を受信し、インダクタへスイッチを通して電力を提供し、出力電圧が出力キャパシタ両端に生じるように出力キャパシタにエネルギーを格納し、前記出力電圧で出力電力を出力ノードへ提供し、前記出力電圧を変調回路へ提供し、出力キャパシタとは独立したリップル電圧を生成し、前記リップル電圧を前記変調回路へ提供し、前記スイッチを、前記変調回路の出力に少なくとも一部は基づいて変調する。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記リップル電圧、基準電圧、および前記出力電圧のうち少なくとも2つを比較することをさらに含む。
・電流源を、少なくとも一部は、前記インダクタのインダクタンスに基づいてトリムすることをさらに備える。
・前記リップル電圧は、前記インダクタを通る電流をエミュレートするように構成されたランプ波発生器により生成される。
Some embodiments are disclosed for methods for use of DC-to-DC converters, including: That is, receiving input power at an input node, providing power through a switch to an inductor, storing energy in the output capacitor such that an output voltage appears across the output capacitor, and providing output power to the output node at said output voltage. providing said output voltage to a modulation circuit; generating a ripple voltage independent of an output capacitor; providing said ripple voltage to said modulation circuit; and configuring said switch based at least in part on the output of said modulation circuit. modulate. This embodiment may feature any combination of the following. i.e.
- further comprising comparing at least two of said ripple voltage, a reference voltage and said output voltage;
- further comprising trimming a current source based at least in part on the inductance of said inductor;
- the ripple voltage is generated by a ramp generator configured to emulate the current through the inductor;

いくつかの実施形態は、直流-直流(DC-DC)電力変換器パッケージについて開示されており、この直流-直流電力変換器パッケージは、少なくとも1つのプリント基板(PCB)に埋め込まれた集積回路(IC)チップであって、ドライバを備えるICチップと、前記チップ埋め込みパッケージの外部に位置決めされ、前記チップ埋め込みパッケージの表面に連結されたインダクタと、前記インダクタへ提供される電流が限界を超えた場合を検出するように構成された過電流保護回路とを備える。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記過電流保護回路は、少なくとも一部が集積回路間または電源管理バスコマンドに基づいて調整またはトリムされるように構成された電流源を備える。
・前記インダクタの飽和インダクタンスが前記限界を超え、かつ、前記限界を50%未満超える。
・前記限界は、最大規定DC電流仕様プラス最大交流電流リップル仕様を50%未満超過する。
Some embodiments are disclosed for a direct current to direct current (DC-DC) power converter package, the direct current to direct current power converter package comprising an integrated circuit ( IC) chip, the IC chip comprising a driver, an inductor positioned outside the chip-embedded package and coupled to the surface of the chip-embedded package, and when the current provided to the inductor exceeds a limit. an overcurrent protection circuit configured to detect This embodiment may feature any combination of the following. i.e.
- the overcurrent protection circuit comprises a current source configured at least in part to be regulated or trimmed based on inter-integrated circuit or power management bus commands;
• the saturated inductance of the inductor exceeds the limit and exceeds the limit by less than 50%;
• Said limit exceeds the maximum specified DC current specification plus maximum AC current ripple specification by less than 50%.

ここに開示されたいくつかの実施形態は、直流-直流(DC-DC)電力変換器パッケージに関し、この直流-直流電力変換器パッケージは、少なくとも1つのプリント基板(PCB)に埋め込まれた集積回路(IC)チップであって、ドライバを備える前記ICチップと、前記チップ埋め込みパッケージの外部に位置決めされ、前記チップ埋め込みパッケージの表面に連結されたインダクタと、集積回路間または電源管理バスとを備える。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを有し得る。すなわち、
・前記集積回路間または電源管理バスは少なくとも1つの電流源に連結され、プロトコルコマンドを提供して前記電流源を調節またはトリムするように構成されている。
・前記集積回路間または電源管理バスは少なくとも1つの電流源に連結され、プロトコルコマンドを提供して比較器へ提供される基準値を設定または調節するように構成されている。
・前記集積回路間または電源管理バスは、前記DC-DC電力変換器パッケージのオンまたはオフ、前記DC-DC電力変換器パッケージの低電力またはスリープモードの変更、前記DC-DC電力変換器パッケージの電流設定についての情報の読み出し、前記DC-DC電力変換器パッケージについて診断および/または技術情報の読み出し、前記DC-DC電力変換器パッケージにより提供される出力電圧の設定または変更、の少なくとも1つを実施するための指示を含むプロトコルを通信するように構成されている。
・集積回路間実装品の上に配線層として電源管理プロトコルを実施する。
Some embodiments disclosed herein relate to a direct current-to-direct current (DC-DC) power converter package, which includes an integrated circuit embedded in at least one printed circuit board (PCB). An (IC) chip comprising: said IC chip with drivers; an inductor positioned outside said chip-embedded package and coupled to a surface of said chip-embedded package; and an inter-integrated circuit or power management bus. This embodiment may have any combination of the following. i.e.
- the inter-integrated circuit or power management bus is coupled to at least one current source and is configured to provide protocol commands to adjust or trim the current source;
- the inter-integrated circuit or power management bus is coupled to at least one current source and configured to provide protocol commands to set or adjust the reference value provided to the comparator;
the inter-integrated circuit or power management bus can turn on or off the DC-DC power converter package, change the low power or sleep mode of the DC-DC power converter package, at least one of reading information about current settings, reading diagnostic and/or technical information about the DC-DC power converter package, and setting or changing the output voltage provided by the DC-DC power converter package. It is configured to communicate a protocol including instructions to implement.
• Implement the power management protocol as a wiring layer above the inter-integrated circuit implementation.

ここに開示されたいくつかの実施形態は、以下を備える電力変換器を特徴とする。すなわち、プリント基板(PCB)(前記プリント基板は、下面および上面を有する下部プリント基板(PCB)部分と、下面および上面を有する上部プリント基板(PCB)部分とを備える)と、前記下部PCB部分の前記上面と前記上部PCB部分の前記下面との間の埋め込み型回路(1つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されたドライバと、前記1つまたは複数のドライバ信号により駆動されるように構成された1つまたは複数のスイッチとを備える前記埋め込み型回路)と、前記上部PCB部分を通って延びる1つまたは複数のビアと、前記上部PCB部分の前記上面に位置決めされたインダクタとを備え、前記1つまたは複数のビアは、前記インダクタおよび前記埋め込み型回路と電気的に連結され、前記インダクタのフットプリントが前記埋め込み型回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なる。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを有し得る。すなわち、
・前記電力変換器は、前記電力変換器の入力部と出力部との間の直接的な電気的接続を絶縁するように構成された絶縁トポロジで構成される。
・前記絶縁トポロジは、フライバックトポロジ、順方向変換器トポロジ、2トランジスタ順方向、LLC共振変換器、プッシュプルトポロジ、フルブリッジ、ハイブリッド、PWM共振変換器、およびハーフブリッジトポロジの少なくとも1つを備える。
・前記第1インダクタを通る変更電流が前記第2インダクタにおける変更電流を誘発するように構成された前記第1インダクタおよび前記第2インダクタを含む変圧器をさらに備える。
・前記埋め込み型回路と同じパッケージにおける無線通信システムをさらに備える。
・前記電力変換器の出力は、前記無線信号システムにより受信される無線信号に応じて調整されるように構成される。前記インダクタを通る電流リップルをエミュレートする信号を生成するように構成されたランプ波発生器を有するフィードバックシステムをさらに備え、前記フィードバックシステムは、前記無線通信システムにより受信される無線信号に応じてトリムまたは調整されるように構成された電流源を備える。
・前記埋め込み型回路は前記無線通信システムを備える。
・前記電力変換器の出力を調整するための制御信号を受信するように構成された通信インターフェースをさらに備える。
・前記通信インターフェースは電源管理バス(PMBUS)を備える。
・前記通信インターフェースは、集積回路間(I2C)プロトコルを実施するように構成されている。
・前記インダクタを通る電流リップルをエミュレートする信号を生成するように構成されたランプ波発生器を有するフィードバックシステムをさらに備え、前記フィードバックシステムは、前記通信インターフェースを介して受信されるコマンドに応じて前記ランプ波発生器をトリムするように構成されている。
・前記埋め込み型回路は、1つまたは複数のPWM信号を生成するように構成されたパルス幅変調器(PWM)コントローラを備え、前記PWMコントローラは、前記ドライバと連結され、前記ドライバは、少なくとも一部は前記PWM信号に基づいて1つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成される。
・前記インダクタは、定格電流を有し、前記インダクタは、飽和定格を有し、前記飽和定格は、前記定格電流よりも50%未満高い。
・前記インダクタは、定格電流を有し、前記インダクタは、飽和定格を有し、前記飽和定格は、前記定格電流よりも20%未満高い。
・前記インダクタを通る電流が前記飽和定格を上回るのを防止するように構成された過電流保護回路をさらに備える。
・過電流条件の検出に応じて前記1つまたは複数のスイッチの少なくとも1つを開くように構成された過電流保護回路さらに備える。
・前記電力変換器は、直流-直流(DC-DC)電力変換器である。
・前記電力変換器は、交流-直流(AC-DC)電力変換器である。
・電流源を有するフィードバックシステムをさらに備え、前記電流源は、前記無線通信システムにより受信される無線信号に少なくとも一部が基づいてトリムまたは調整されるように構成されている。
・前記インダクタを通る電流の指標を提供するように構成された過電流保護システムをさらに備え、前記過電流システムは電流源を備え、前記電流源は、前記無線通信システムにより受信される無線信号に少なくとも一部が基づいてトリムまたは調整されるように構成されている。
Some embodiments disclosed herein feature power converters comprising: a printed circuit board (PCB), said printed circuit board comprising a lower printed circuit board (PCB) portion having a bottom surface and a top surface, and an upper printed circuit board (PCB) portion having a bottom surface and a top surface; Embedded circuitry between the top surface and the bottom surface of the upper PCB portion (drivers configured to generate one or more driver signals and to be driven by the one or more driver signals) one or more vias extending through the upper PCB portion; and an inductor positioned on the top surface of the upper PCB portion. , the one or more vias are electrically coupled to the inductor and the embedded circuit, and the footprint of the inductor at least partially overlaps the footprint of the embedded circuit. This embodiment may have any combination of the following. i.e.
- the power converter is configured with an isolation topology configured to isolate a direct electrical connection between an input and an output of the power converter;
- said isolation topology comprises at least one of a flyback topology, a forward converter topology, a two-transistor forward, an LLC resonant converter, a push-pull topology, a full-bridge, a hybrid, a PWM resonant converter, and a half-bridge topology; .
• further comprising a transformer comprising said first inductor and said second inductor configured such that a modified current through said first inductor induces a modified current in said second inductor;
• further comprising a wireless communication system in the same package as the embedded circuit;
- the output of said power converter is arranged to be adjusted in response to a radio signal received by said radio signal system; Further comprising a feedback system having a ramp generator configured to generate a signal emulating current ripple through the inductor, the feedback system being trimmed in response to a radio signal received by the radio communication system. or with a current source configured to be regulated.
- the embedded circuit comprises the wireless communication system;
• further comprising a communication interface configured to receive a control signal for regulating the output of said power converter;
- The communication interface comprises a power management bus (PMBUS).
- the communication interface is configured to implement an inter-integrated circuit (I2C) protocol;
- further comprising a feedback system having a ramp generator configured to generate a signal emulating a current ripple through the inductor, the feedback system being responsive to commands received via the communication interface; configured to trim the ramp generator;
- the embedded circuit comprises a pulse width modulator (PWM) controller configured to generate one or more PWM signals, the PWM controller coupled to the driver, the driver comprising at least one A unit is configured to generate one or more driver signals based on said PWM signal.
- said inductor has a rated current, said inductor has a saturation rating, said saturation rating being less than 50% higher than said rated current;
- said inductor has a rated current, said inductor has a saturation rating, said saturation rating being less than 20% higher than said rated current;
• further comprising an overcurrent protection circuit configured to prevent current through said inductor from exceeding said saturation rating;
• further comprising an overcurrent protection circuit configured to open at least one of said one or more switches in response to detection of an overcurrent condition;
- said power converter is a direct current to direct current (DC-DC) power converter;
- said power converter is an alternating current to direct current (AC-DC) power converter;
• further comprising a feedback system comprising a current source, said current source being configured to be trimmed or adjusted based at least in part on radio signals received by said wireless communication system;
- further comprising an overcurrent protection system configured to provide an indication of the current through the inductor, the overcurrent system comprising a current source, the current source responsive to a radio signal received by the wireless communication system; configured to be trimmed or adjusted based at least in part.

ここに開示されたいくつかの実施形態は、以下を備える品目を特徴とし、すなわち、前記パラグラフの前記電力変換器と、電力を用いる物理作用を実施するように構成された第1システムと、前記第1システムを制御するように構成された電気システムとを備え、前記電力変換器は、前記第1システムおよび前記電気システムの一方または双方に電力を提供するように構成され、前記電気システムは、前記電力変換器の前記埋め込み型回路と同じパッケージにある前記無線通信システムにより受信される無線信号に少なくとも一部は基づいて前記第1システムを制御するように構成されている。いくつかの実施形態において、前記品目はインターネット・オブ・シングス装置である。いくつかの実施形態は、以下を備える電力供給システムを特徴とする。すなわち、複数の電力変換器であって、前記パラグラフの電力変換器にそれぞれ応じた電力変換器と、複数のPWM信号を生成するように構成された共用パルス幅変調器(PWM)コントローラとを備え、前記PWMコントローラは、前記複数の電力変換器の前記ドライバと連結されて、前記複数のPWM信号を前記電力変換器の前記対応するドライバへ送り、前記ドライバは、少なくとも一部は前記PWM信号に基づいて前記1つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されている。いくつかの実施形態は、電力供給システムを特徴とし、この電力供給システムは、請求項1の電力変換器に係る第1電力変換器と、前記第1電力変換器と並列に連結された第2電力変換器とを備える。前記電力供給システムは、電流平衡のために前記第1電力変換器の出力と前記第2電力変換器の出力とを調節するように構成された制御システムを特徴とし得る。 Some embodiments disclosed herein feature items comprising: the power converter of the previous paragraph; a first system configured to perform a physical action using power; an electrical system configured to control a first system, the power converter configured to provide power to one or both of the first system and the electrical system, the electrical system comprising: configured to control the first system based at least in part on radio signals received by the wireless communication system co-packaged with the embedded circuitry of the power converter. In some embodiments, the item is an Internet of Things device. Some embodiments feature a power delivery system comprising: That is, a plurality of power converters, each power converter responsive to the power converters of the previous paragraph, and a shared pulse width modulator (PWM) controller configured to generate a plurality of PWM signals. , the PWM controller is coupled to the drivers of the plurality of power converters to deliver the plurality of PWM signals to the corresponding drivers of the power converters, the drivers at least in part to the PWM signals; and generating the one or more driver signals based on. Some embodiments feature a power supply system comprising a first power converter according to the power converter of claim 1 and a second power converter coupled in parallel with the first power converter. and a power converter. The power supply system may feature a control system configured to regulate the output of the first power converter and the output of the second power converter for current balancing.

ここに開示されたいくつかの実施形態は、以下を備える電力変換器を特徴とする。すなわち、下面および上面を有する下部プリント基板(PCB)部分と、下面および上面を有する上部プリント基板(PCB)部分とを有するプリント基板(PCB)と、入力電圧を受信するように構成された入力ポートと、前記入力電圧とは異なる出力電圧を提供するように構成された出力ポートと、前記下部PCB部分の前記上面と前記上部PCB部分の前記下面との間の埋め込み型回路であって、前記入力ポートに連結され、前記入力電圧を変化させるように構成された埋め込み型回路と、前記上部PCB部分を通って延びるビアと、前記上部PCB部分の前記上面に位置決めされたインダクタまたはキャパシタとを備え、前記1つまたは複数のビアは、前記インダクタまたはキャパシタおよび前記埋め込み型回路と電気的に連結され、前記インダクタまたはキャパシタのフットプリントが前記埋め込み型回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なる。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを有し得る。すなわち、
・前記インダクタは、前記上部PCB部分の前記上面に位置決めされ、前記1つまたは複数のビアは、前記インダクタおよび前記埋め込み型回路と電気的に連結され、発生器前記インダクタのフットプリントが前記埋め込み型回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なり、前記埋め込み型回路は、1つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されたドライバと、前記1つまたは複数のドライバ信号により駆動されるように構成された1つまたは複数のスイッチとを備える。
・前記電力変換器は、直流-直流(DC-DC)変換装置である。
・前記電力変換器は、交流-直流(AC-DC)変換装置である。
・前記第1インダクタを通る変更電流が前記第2インダクタにおける変更電流を誘発するように構成された前記第1インダクタおよび前記第2インダクタを含む変圧器をさらに備える。
・前記埋め込み型回路は、交流電流(AC)入力電圧をパルスDC電圧に変更するように構成された整流回路を備える。
・前記パルスDC電圧をより安定したDC電圧に平滑化するように構成された平滑回路を備え、前記平滑回路は、前記上部PCB部分の上側の上部に位置決めされたキャパシタまたは前記インダクタを備える。
・前記整流回路は、1つまたは複数のスイッチを備える。
・前記整流回路は、ダイオードブリッジを備える。
Some embodiments disclosed herein feature power converters comprising: a printed circuit board (PCB) having a lower printed circuit board (PCB) portion having a bottom surface and a top surface and an upper printed circuit board (PCB) portion having a bottom surface and a top surface; and an input port configured to receive an input voltage. and an output port configured to provide an output voltage different from the input voltage, and embedded circuitry between the top surface of the lower PCB portion and the bottom surface of the upper PCB portion, wherein the input an embedded circuit coupled to a port and configured to vary the input voltage; a via extending through the upper PCB portion; an inductor or capacitor positioned on the top surface of the upper PCB portion; The one or more vias are electrically coupled to the inductor or capacitor and the embedded circuit, and the footprint of the inductor or capacitor at least partially overlaps the footprint of the embedded circuit. This embodiment may have any combination of the following. i.e.
- the inductor is positioned on the top surface of the upper PCB portion, the one or more vias are electrically coupled to the inductor and the embedded circuit, and the generator footprint of the inductor is embedded in the embedded circuit; a driver configured to generate one or more driver signals, the embedded circuit being configured to be driven by the one or more driver signals; and one or more switches.
- said power converter is a direct current to direct current (DC-DC) converter;
- said power converter is an alternating current to direct current (AC-DC) converter;
• further comprising a transformer comprising said first inductor and said second inductor configured such that a modified current through said first inductor induces a modified current in said second inductor;
- said implantable circuit comprises a rectifying circuit configured to change an alternating current (AC) input voltage into a pulsed DC voltage;
- a smoothing circuit configured to smooth the pulsed DC voltage to a more stable DC voltage, the smoothing circuit comprising the capacitor or the inductor positioned on top of the upper side of the upper PCB portion;
- the rectifier circuit comprises one or more switches;
- the rectifier circuit comprises a diode bridge;

ここに開示されたいくつかの実施形態は、直流-直流(DC-DC)電力変換器を特徴とし、この直流-直流電力変換器は、下面および上面を有する下部プリント基板(PCB)部分と、下面および上面を有する上部プリント基板(PCB)部分と、前記下部PCB部分の前記上面と前記上部PCB部分の前記下面との間の埋め込み型回路とを備え、前記埋め込み型回路は、PWM信号を生成するように構成されたパルス幅変調器(PWM)コントローラと、前記PWM信号を受信するように構成され、1つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されたドライバと、前記1つまたは複数のドライバ信号の少なくとも1つにより駆動されるように構成された第1スイッチと、前記1つまたは複数のドライバ信号の少なくとも1つにより駆動されるように構成された第2スイッチと、前記上部PCB部分を通って延びる1つまたは複数のビアと、前記上部PCB部分の前記上面に位置決めされたインダクタとを備え、前記1つまたは複数のビアは、前記インダクタおよび前記埋め込み型回路と電気的に連結され、発生器前記インダクタのフットプリントが前記埋め込み型回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なり、前記埋め込み型回路と同じパッケージにおける無線通信システムと、前記無線通信は、前記PWMコントローラ、または、前記第1スイッチの少なくとも1つへ信号を提供して前記DC-DC変換器の出力に影響を及ぼすように構成されている。 Some embodiments disclosed herein feature a direct current-to-direct current (DC-DC) power converter comprising a lower printed circuit board (PCB) portion having a bottom surface and a top surface; an upper printed circuit board (PCB) portion having a bottom surface and a top surface; and embedded circuitry between the top surface of the bottom PCB portion and the bottom surface of the top PCB portion, the embedded circuitry generating a PWM signal. a pulse width modulator (PWM) controller configured to: a driver configured to receive the PWM signal and configured to generate one or more driver signals; and the one or more a first switch configured to be driven by at least one of the driver signals of the upper PCB; a second switch configured to be driven by at least one of the one or more driver signals; and an inductor positioned on the top surface of the upper PCB portion, the one or more vias electrically coupling the inductor and the embedded circuitry. a generator with a footprint of the inductor at least partially overlapping a footprint of the embedded circuit, and a wireless communication system in the same package as the embedded circuit; A switch is configured to provide a signal to at least one of the switches to affect the output of the DC-DC converter.

ここに開示されたいくつかの実施形態は、直流-直流(DC-DC)電力を特徴とし、この直流-直流電力は、プリント基板(PCB)の内側に位置決めされた集積回路を備え、前記集積回路は、ドライバからの第1信号により駆動されるように構成された第1窒化ガリウム(GaN)スイッチと、前記ドライバからの第2信号により駆動されるように構成された第2GaNスイッチと、前記集積回路のフットプリントと少なくとも部分的に重なるフットプリントを有するように前記集積回路に位置決めされたインダクタと、前記インダクタを前記GaNスイッチに電気的に連結するビアとを備える。いくつかの実施形態は以下を含んでいてもよく、すなわち、前記第1GaNスイッチが第1エンハンスト窒化ガリウム(eGaN)スイッチであり、前記第2GaNスイッチが第2eGaNスイッチである。 Some embodiments disclosed herein feature direct current to direct current (DC-DC) power comprising an integrated circuit positioned inside a printed circuit board (PCB), said integrated The circuit includes a first gallium nitride (GaN) switch configured to be driven by a first signal from a driver, a second GaN switch configured to be driven by a second signal from the driver, and the An inductor positioned on the integrated circuit to have a footprint that at least partially overlaps a footprint of the integrated circuit, and a via electrically coupling the inductor to the GaN switch. Some embodiments may include: the first GaN switch is a first enhanced gallium nitride (eGaN) switch and the second GaN switch is a second eGaN switch.

図1は、チップ埋め込み型DC-DC変換器パッケージの例示的回路レベルの回路図を示す。FIG. 1 shows an exemplary circuit-level schematic of a chip-embedded DC-DC converter package. 図2は、チップ埋め込み型DC-DC変換器パッケージの例示的実施形態のパッケージレベルの回路図を示す。FIG. 2 shows a package-level schematic of an exemplary embodiment of a chip-embedded DC-DC converter package. 図3は、例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器の断面図を示す。FIG. 3 shows a cross-sectional view of an exemplary on-chip DC-DC converter. 図4Aは、積層型インダクタを有する例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器の斜視図を示す。FIG. 4A shows a perspective view of an exemplary on-chip DC-DC converter with stacked inductors. 図4Bは、積層型インダクタを有する例示的なレンダリングされたチップ埋め込み型DC-DC変換器の逆斜視図を示す。FIG. 4B shows a reverse perspective view of an exemplary rendered on-chip DC-DC converter with stacked inductors. 図4Cは、埋め込み積層型インダクタを有する例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器の側面図を示す。FIG. 4C shows a side view of an exemplary chip-embedded DC-DC converter with an embedded stacked inductor. 図4Dは、埋め込み型インダクタを有する例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器の側面図を示す。FIG. 4D shows a side view of an exemplary chip-embedded DC-DC converter with embedded inductors. 図5は、例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器の透過斜視図500を示す。FIG. 5 shows a transparent perspective view 500 of an exemplary on-chip DC-DC converter. 図6は、例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器の底面図を示す。FIG. 6 shows a bottom view of an exemplary on-chip DC-DC converter. 図7Aは、記憶装置において使用されるDC-DC変換器の一例を示す。FIG. 7A shows an example of a DC-DC converter used in a storage device. 図7Bは、記憶装置において使用されるチップ埋め込み型DC-DC変換器の一例を示す。FIG. 7B shows an example of a chip-embedded DC-DC converter used in a memory device. 図8Aは、回路基板におけるDC-DC変換器の例示的適用を示す。FIG. 8A shows an exemplary application of a DC-DC converter in a circuit board. 図8Bは、回路基板におけるチップ埋め込み型DC-DC変換器の例示的適用を示す。FIG. 8B shows an exemplary application of a chip-embedded DC-DC converter in a circuit board. 図9は、チップ埋め込み型DC-DC変換器を作成し使用するための例示的方法のフローチャートを示す。FIG. 9 shows a flowchart of an exemplary method for making and using an on-chip DC-DC converter. 図10は、チップ埋め込み型DC-DC変換器を使用するデュアルバックコンバータ用の例示的デュアルインダクタ設計を示す。FIG. 10 shows an exemplary dual inductor design for a dual Buck converter using an on-chip DC-DC converter. 図11Aは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用の第1例示的レイアウト設計を示す。FIG. 11A shows a first exemplary layout design for an embedded chip in a dual buck converter. 図11Bは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用第2例示的レイアウト設計を示す。FIG. 11B shows a second exemplary layout design for an embedded chip in a dual buck converter. 図11Cは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用第3例示的レイアウト設計を示す。FIG. 11C shows a third exemplary layout design for embedded chips in a dual buck converter. 図11Dは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用第4例示的レイアウト設計を示す。FIG. 11D shows a fourth exemplary layout design for an embedded chip in a dual buck converter. 図12は、チップ埋め込み型DC-DC変換器を含むデュアルバックコンバータの例示的回路レベル回路図を示す。FIG. 12 shows an exemplary circuit level schematic of a dual buck converter including a chip-embedded DC-DC converter. 図13Aは、チップ埋め込み型DC-DC変換器を含むDC-DC変換器の例示的回路レベルの回路図を示す。FIG. 13A shows an exemplary circuit-level schematic of a DC-DC converter, including a chip-embedded DC-DC converter. 図13Bは、チップ埋め込み型DC-DC変換器を含むDC-DC変換器の例示的回路レベルの回路図を示す。FIG. 13B shows an exemplary circuit-level schematic of a DC-DC converter, including a chip-embedded DC-DC converter. 図14は、外部リップル電圧フィードバック回路を有する例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器を示す。FIG. 14 shows an exemplary on-chip DC-DC converter with an external ripple voltage feedback circuit. 図15は、時間に対するインダクタ電流Iおよび時間に対する等価直列抵抗電圧VESR(リップル電圧とも称する)の例示的グラフを示す。FIG. 15 shows an exemplary graph of inductor current I L versus time and equivalent series resistance voltage V ESR (also referred to as ripple voltage) versus time. 図16は、外部リップル電圧フィードバック回路を有する例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器を示す。FIG. 16 shows an exemplary on-chip DC-DC converter with an external ripple voltage feedback circuit. 図17は、内部リップル電圧フィードバック回路を有する例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器を示す。FIG. 17 shows an exemplary on-chip DC-DC converter with an internal ripple voltage feedback circuit. 図18は、ランプ波発生器の例示的回路レベルの回路図を示す。FIG. 18 shows an exemplary circuit level schematic of a ramp generator. 図19は、DC-DC変換器を作成し使用するための例示的方法を示す。FIG. 19 shows an exemplary method for making and using a DC-DC converter. 図20は、絶縁型トポロジを有するチップ埋め込み型DC-DC変換器パッケージの例示的回路レベルの回路図を示す。FIG. 20 shows an exemplary circuit-level schematic of a chip-embedded DC-DC converter package having an isolated topology. 図21Aは、パッケージにおける無線通信システムを有する例示的DC-DC変換器を示す。FIG. 21A shows an exemplary DC-DC converter with a wireless communication system in a package. 図21Bは、パッケージにおける無線通信システムを有する例示的DC-DC変換器を示す。FIG. 21B shows an exemplary DC-DC converter with a wireless communication system in a package. 図21Cは、無線通信システムと2つのDC-DC変換器とを備える例示的パッケージを示す。FIG. 21C shows an exemplary package comprising a wireless communication system and two DC-DC converters. 図21Dは、外部無線装置と通信するように構成された例示的な無線利用可能電源を示す。FIG. 21D shows an exemplary wireless enabled power source configured to communicate with an external wireless device. 図21Eは、パッケージにおける無線通信システムを有する例示的DC-DC変換器を示す。FIG. 21E shows an exemplary DC-DC converter with wireless communication system in package. 図22は、例示的インターネット・オブ・シングス(IoT)装置を示す。FIG. 22 shows an exemplary Internet of Things (IoT) device. 図23Aは、多重DC-DC変換器を含む例示的DC-DC変換器システムを示す。FIG. 23A shows an exemplary DC-DC converter system including multiple DC-DC converters. 図23Bは、多重DC-DC変換器を含む例示的DC-DC変換器システムを示す。FIG. 23B shows an exemplary DC-DC converter system including multiple DC-DC converters. 図24Aは、多重電力段を有するDC-DC変換器を示す。FIG. 24A shows a DC-DC converter with multiple power stages. 図24Bは、DC-DC変換器におけるインダクタの例示的レイアウトを示す。FIG. 24B shows an exemplary layout of inductors in a DC-DC converter. 図25は、DC-DC変換器の例示的側面図を示す。FIG. 25 shows an exemplary side view of a DC-DC converter. 図26Aは、AC-DC変換器の例示的ブロック図を示す。FIG. 26A shows an exemplary block diagram of an AC-DC converter. 図26Bは、例示的AC-DC変換器を示す。FIG. 26B shows an exemplary AC-DC converter. 図26Cは、例示的AC-DC変換器を示す。FIG. 26C shows an exemplary AC-DC converter.

序論
直流(DC)-直流(DC-DC)変換器は、電子回路の一種である。DC-DC変換器は、第1電圧の入力電力を受信することができ、かつ、第2電圧の出力電力を提供することができる。DC-DC変換器としては、例えば、ブーストコンバータ(入力電圧よりも高い出力電圧を有することができる)、バックコンバータ(入力電圧よりも低い出力電圧を有することができる)、バック-ブーストコンバータ、および種々のその他のトポロジが挙げられる。
Introduction A direct current (DC) to direct current (DC-DC) converter is a type of electronic circuit. A DC-DC converter can receive input power at a first voltage and can provide output power at a second voltage. DC-DC converters include, for example, boost converters (which can have an output voltage higher than the input voltage), buck converters (which can have an output voltage lower than the input voltage), buck-boost converters, and Various other topologies are included.

DC-DC変換器は、非理想的な構成要素特性により影響を受けるものものある。これらは、ワイヤボンドおよびクワッド・フラット・リード端子なし(QFN)パッケージ、パワークワッド・フラット・リード端子なし(PQFN)パッケージ、デュアルフラット・リードなし(DFN)パッケージ、マイクロリードフレーム(MLF)パッケージなどのリードフレームパッケージなどの構成要素により引き起こされる寄生インダクタンス、寄生容量、および/または寄生抵抗を含み得る。さらに、DC-DC変換器の内部構成要素間の、例えば、ドライバからスイッチへの相互接続も寄生効果に寄与し得る。これらの寄生効果は、DC-DC変換器の効率および/または切替速度を制限し得る。パッケージは、DC-DC変換器レベルパッケージのことであってもよい。パッケージは、DC-DC変換器に含まれる1つまたは複数のICを封止してもよい。パッケージは、DC-DC変換器における構成要素のための支持および保護を提供してもよく、パッケージは、DC-DC変換器に接続するための電気接触部を提供してもよい。種々の実施形態において、パッケージは、パッケージ内に備えられた、および/または、外部からパッケージと連結された1つまたは複数のインダクタおよび/またはキャパシタを備えていてもよい。 Some DC-DC converters suffer from non-ideal component characteristics. These include wirebond and quad flat leadless (QFN) packages, power quad flat leadless (PQFN) packages, dual flat leadless (DFN) packages, and micro leadframe (MLF) packages. It may include parasitic inductance, parasitic capacitance, and/or parasitic resistance caused by components such as leadframe packages. Additionally, interconnections between internal components of the DC-DC converter, eg drivers to switches, can also contribute to parasitic effects. These parasitic effects can limit the efficiency and/or switching speed of DC-DC converters. A package may refer to a DC-DC converter level package. A package may encapsulate one or more ICs included in the DC-DC converter. The package may provide support and protection for the components in the DC-DC converter, and the package may provide electrical contacts for connecting to the DC-DC converter. In various embodiments, the package may include one or more inductors and/or capacitors provided within the package and/or externally coupled to the package.

この開示は、高集積ソリューションの例を含み、高集積ソリューションでは、DC-DC変換器は、より効率的に切替可能であり、比較的高い周波数で切替可能であり、および/または低減されたパッケージフットプリントを有する向上した性能を提供する。パルス幅変調器コントローラ、ドライバ、および/または1つまたは複数のエンハンストヒ化ガリウムスイッチ(エンハンスメントモードヒ化ガリウムスイッチおよびeGaN(登録商標)FETとしても知られている)などの多くのDC-DC構成要素を集積する集積回路チップがパッケージに含まれていてもよい。集積回路は、プリント基板に埋め込みされていてもよく、または、プリント基板間に埋め込みされていてもよい。パッケージは、パッケージフットプリントを低減するために垂直設計のインダクタおよび/またはキャパシタを含んでいてもよい。ある種の特徴は、比較的高い切替速度および/または比較的高い効率を達成することを阻止してしまう寄生効果を低減することができる。比較的高い切替速度を効率的に達成することにより、インダクタサイズは低減され得る。DC-DC変換器は、比較的高い周波数で動作することができ、より良好な過渡性能を提供することができ、比較的低いリップルを有すことができ、より少数のキャパシタを使用することができ、および/または全体のフットプリントを低減することができる。 This disclosure includes examples of highly integrated solutions, in which DC-DC converters can switch more efficiently, switch at relatively high frequencies, and/or have reduced packaging. Provides improved performance with a footprint. Many DC-DC configurations such as pulse width modulator controllers, drivers, and/or one or more enhanced gallium arsenide switches (also known as enhancement mode gallium arsenide switches and eGaN FETs) An integrated circuit chip that integrates the components may be included in the package. Integrated circuits may be embedded in or between printed circuit boards. The package may include inductors and/or capacitors in a vertical design to reduce the package footprint. Certain features can reduce parasitic effects that prevent achieving higher switching speeds and/or higher efficiencies. By efficiently achieving relatively high switching speeds, inductor size can be reduced. DC-DC converters can operate at relatively high frequencies, can provide better transient performance, can have relatively low ripple, and can use fewer capacitors. and/or the overall footprint can be reduced.

序論を提供するために、ある種の態様、利点、および新規の特徴を紹介した。必ずしも序論のこのような態様、利点、および新規の特徴の全てが任意の特定の実施形態に基づいて達成されるわけではないことが理解される。したがって、1つまたは複数の態様、利点、および新規の特徴は、ここに記載のその他の態様、利点、新規の特徴を必ずしも達成せずに達成されてもよい。全ての態様、利点、および新規の特徴が序論において開示されているわけではないことが分かる。 Certain aspects, advantages, and novel features have been introduced to provide an introduction. It is understood that not necessarily all such aspects, advantages and novel features of the introduction will be achieved in accordance with any particular embodiment. Accordingly, one or more aspects, advantages and novel features may be achieved without necessarily achieving other aspects, advantages and novel features described herein. It is understood that not all aspects, advantages and novel features are disclosed in the introduction.

例示的な概略図
図1は、チップ埋め込み型DC-DC変換器パッケージ100の例示的回路レベルの回路図を示す。回路図は、電力入力ポート101と、電源103と、入力キャパシタ105と、アースポート106と、アース107と、電圧出力ポート109と、出力キャパシタ111と、集積回路(IC)チップ113Aと、代替IC113Bと、ドライバ117と、パルス幅変調器(PWM)コントローラ119と、第1電気経路121と、第1スイッチ(例えば、第1エンハンスト窒化ガリウム(eGaN)スイッチ)123と、第2電気経路125と、第2スイッチ(例えば、第2eGaNスイッチ)127と、第3電気経路129と、インダクタ131と、ACバイパスキャパシタ133とを示す。破線135は、スイッチ123、127の代替の別個のパッケージングを示す。スイッチ123、127は、電力スイッチ、スイッチングFET、および/またはスイッチングトランジスタとも称される。この回路図は、電流源137、比較器139、故障論理および/または過電流保護回路141も示す。
Exemplary Schematic FIG. 1 shows an exemplary circuit-level schematic of a chip-embedded DC-DC converter package 100 . The schematic shows power input port 101, power supply 103, input capacitor 105, ground port 106, ground 107, voltage output port 109, output capacitor 111, integrated circuit (IC) chip 113A, and alternate IC 113B. , a driver 117, a pulse width modulator (PWM) controller 119, a first electrical path 121, a first switch (eg, a first enhanced gallium nitride (eGaN) switch) 123, a second electrical path 125; A second switch (eg, a second eGaN switch) 127, a third electrical path 129, an inductor 131, and an AC bypass capacitor 133 are shown. Dashed line 135 indicates an alternative separate packaging for switches 123,127. Switches 123, 127 are also referred to as power switches, switching FETs, and/or switching transistors. The schematic also shows current source 137 , comparator 139 , fault logic and/or overcurrent protection circuit 141 .

チップ埋め込み型DC-DC変換器パッケージ100は、電力入力ポート101を介して電源103と連結されてもよく、かつ、入力キャパシタ105を介してアース107とも連結されていてもよい。チップ埋め込み型DC-DC変換器パッケージ100は、入力キャパシタ111を介してアース107と連結されていてもよい電力入力ポート109も備えていてもよい。チップ埋め込み型DC-DC変換器パッケージ100は、アース107と連結されたアース基準ポート106も備えていてもよい。 Chip embedded DC-DC converter package 100 may be coupled to power source 103 through power input port 101 and may also be coupled to ground 107 through input capacitor 105 . Chip embedded DC-DC converter package 100 may also include a power input port 109 that may be coupled to ground 107 via an input capacitor 111 . Chip embedded DC-DC converter package 100 may also include a ground reference port 106 coupled to ground 107 .

チップ埋め込み型DC-DC変換器パッケージ100は、埋め込み型集積回路(IC)チップ113Aまたは113Bを含むプリント基板(PCB)を備えていてもよい。ICは、ドライバ117および/またはパルス幅変調器(PWM)コントローラ119を備えていてもよい。例えば、第1電気経路121は、ICを第1eGaNスイッチ123のゲートに連結する。第2電気経路125は、ICを第2eGaNスイッチ127のゲートに連結する。第3電気経路129は、ICを第1eGaNスイッチ123のソース、第2eGaNスイッチ127のドレイン、およびインダクタ131に連結する。インダクタ131は、電圧出力ポート109と連結されていてもよい。ACバイパスキャパシタ133は、第1eGaNスイッチ123のドレインから第2eGaNスイッチ127のソースへ連結されてAC信号をアース107に短絡してもよい。 Chip embedded DC-DC converter package 100 may comprise a printed circuit board (PCB) containing an embedded integrated circuit (IC) chip 113A or 113B. The IC may include a driver 117 and/or a pulse width modulator (PWM) controller 119. For example, a first electrical path 121 couples the IC to the gate of a first eGaN switch 123 . A second electrical path 125 couples the IC to the gate of a second eGaN switch 127 . A third electrical path 129 couples the IC to the source of the first eGaN switch 123 , the drain of the second eGaN switch 127 and the inductor 131 . Inductor 131 may be coupled to voltage output port 109 . An AC bypass capacitor 133 may be coupled from the drain of the first eGaN switch 123 to the source of the second eGaN switch 127 to short the AC signal to ground 107 .

図1は、ドライバ117およびPWMコントローラ119を、IC113Aの一部として示すが、種々の実施形態において、ICは、PWMコントローラ119またはドライバ117の一方を含んでいてもよく、一方、PWMコントローラ119およびドライバ117の他方は、個別にIC113Aに連結されている。いくつかの実施形態において、eGaNスイッチ123、127または一対のeGaNスイッチ123、127の1つは、各電気経路121、125、および/または129と共にIC113Aに集積されてもよい。IC113Aは、半導体であってもよい。IC113Aは、シリコン、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、eGaN、または他のIII-V族半導体であってもよい。したがって、任意の集積された構成要素も、IC113Aと同じまたは同様の材料で形成されていてもよい。スイッチ123、127、電気経路121、129、125、ドライバ、117、およびPWMコントローラ119も、IC113Aと同じまたは同様の材料で形成されていてもよい。 Although FIG. 1 shows driver 117 and PWM controller 119 as part of IC 113A, in various embodiments an IC may include either PWM controller 119 or driver 117, while PWM controller 119 and The other of drivers 117 is individually coupled to IC 113A. In some embodiments, an eGaN switch 123, 127 or one of a pair of eGaN switches 123, 127 may be integrated with each electrical path 121, 125, and/or 129 into IC 113A. IC 113A may be a semiconductor. IC 113A may be silicon, gallium arsenide, gallium nitride, eGaN, or other III-V semiconductor. Therefore, any integrated components may also be made of the same or similar materials as IC 113A. Switches 123, 127, electrical paths 121, 129, 125, driver 117, and PWM controller 119 may also be formed of the same or similar materials as IC 113A.

一対のスイッチ123、127は、モノリシックのeGaN電界効果トランジスタ(FET)であってもよい。いくつかの実施形態において、一対のスイッチ123、127は、個別の装置であってもよく、2つの独立型eGaNFETを含む。いくつかの実施形態において、スイッチ123、127は、金属酸化物電界効果トランジスタ(MOSFET)である。種々の他の複数のまたは種類のスイッチは、種々の他の実施形態において使用されてもよい。複数の実施形態はスイッチ123、127をeGaNスイッチとして説明しているが、他の適切な材料を、eGaNの代替としてまたはeGaNに加えて使用してもよい。 The pair of switches 123, 127 may be monolithic eGaN field effect transistors (FETs). In some embodiments, the pair of switches 123, 127 may be separate devices and include two independent eGaN FETs. In some embodiments, switches 123, 127 are metal oxide field effect transistors (MOSFETs). Various other multiples or types of switches may be used in various other embodiments. Although embodiments describe switches 123, 127 as eGaN switches, other suitable materials may be used in place of or in addition to eGaN.

いくつかの実施形態において、電気経路121、129、125は、銅ピラーなどのビア、配線、および/または低い寄生効果(例えば、低い寄生インダクタンス、低い寄生抵抗、および/または低い寄生容量)を有する他の電気経路によって実施されてもよい。ワイヤボンドは、比較的高い寄生効果(例えば、比較的高い寄生インダクタンス、比較的高い寄生抵抗、および/または比較的高い寄生容量)を有していてもよい。 In some embodiments, the electrical paths 121, 129, 125 have vias such as copper pillars, wiring, and/or low parasitic effects (e.g., low parasitic inductance, low parasitic resistance, and/or low parasitic capacitance) Other electrical pathways may also be implemented. Wire bonds may have relatively high parasitic effects (eg, relatively high parasitic inductance, relatively high parasitic resistance, and/or relatively high parasitic capacitance).

電力入力ポート101、アースポート106、および電圧出力ポート109を含むポートは、低い寄生効果(例えば、低い寄生インダクタンス、低い寄生抵抗、および/または低い寄生容量)を有するパッド、ピン、または他の電気導体として実施されていてもよい。ポートは、マザーボード、PCB、などの別の装置における配線と連結されるように設計されていてもよい。 Ports, including power input port 101, ground port 106, and voltage output port 109, are pads, pins, or other electrical connections that have low parasitic effects (e.g., low parasitic inductance, low parasitic resistance, and/or low parasitic capacitance). It may also be embodied as a conductor. A port may be designed to interface with wiring on another device such as a motherboard, PCB, or the like.

多くの変形例が可能である。いくつかの実施形態において、バイパスキャパシタ133は省略されていてもよい。いくつかの実施形態は、異なるインダクタ、キャパシタ、磁石、および/または共振構造を特徴としてもよい。図1の例示的な回路図に示す種々の構成要素は、DC-DC変換器を形成するが、DC-DC変換器は、他の変形例を有していてもよい。ここに開示される教示は、他の変形例のDC-DC変換器に拡大し得ることが分かる。 Many variations are possible. In some embodiments, bypass capacitor 133 may be omitted. Some embodiments may feature different inductors, capacitors, magnets, and/or resonant structures. Although the various components shown in the exemplary circuit diagram of FIG. 1 form a DC-DC converter, the DC-DC converter may have other variations. It will be appreciated that the teachings disclosed herein may be extended to other variations of DC-DC converters.

例えば、DC-DC変換器110は、電力信号を電力入力ポート101を介して電源103から受信し得る。電力信号は、ノイズの在る交流電流(AC)信号構成要素をフィルタするために減結合キャパシタとして作用し得るシャント入力キャパシタ105を通してフィルタリングされ得る。電力信号は、一対のスイッチ123、127の第1スイッチ123のドレインに提供される。 For example, DC-DC converter 110 may receive a power signal from power supply 103 via power input port 101 . The power signal may be filtered through a shunt input capacitor 105, which may act as a decoupling capacitor to filter noisy alternating current (AC) signal components. A power signal is provided to the drain of a first switch 123 of a pair of switches 123,127.

ドライバ117は、電気経路121を介して第1制御信号を第1スイッチ(例えば、eGaNスイッチ)123のゲートへ提供する。また、ドライバは、電気経路125を介して第2制御信号を第2スイッチ(例えば、eGaNスイッチ)127のゲートへ提供する。制御信号を用いて、ドライバは、スイッチ123、127を交互にオンおよびオフすることができる。ドライバは、第1スイッチ123のオン/オフ状態は第2スイッチ127のオン/オフ状態の逆であるように信号を制御してもよい。制御信号のオン/オフデューティサイクルは、PWMコントローラ119によって設定されてもよい。PWMコントローラ119は、ドライバに提供されるPWM信号を介してパルス幅または周期を制御してもよい。 Driver 117 provides a first control signal to the gate of a first switch (eg, eGaN switch) 123 via electrical path 121 . The driver also provides a second control signal to the gate of a second switch (eg, eGaN switch) 127 via electrical path 125 . Using control signals, the driver can alternately turn the switches 123, 127 on and off. The driver may control the signals such that the on/off state of the first switch 123 is the opposite of the on/off state of the second switch 127 . The on/off duty cycle of the control signal may be set by PWM controller 119 . PWM controller 119 may control the pulse width or period via the PWM signal provided to the driver.

スイッチ123、127、IC113A(例えば、PWMコントローラ119および/またはドライバ117を含む)、および、インダクタ131は、非絶縁同期電力変換器または電力段の一部を形成するように配置されてもよい。ドライバ117が第1スイッチ123を駆動してオンにし、第2スイッチ127を駆動してオフにする場合、電力は、電源103からインダクタ131および/またはキャパシタ111などのエネルギー蓄積回路に提供されてもよく、電圧出力ポート109におけるDC出力電圧を上昇させる。ドライバ117が第1スイッチ123を駆動してオフし、第2スイッチ127を駆動してオンする一方で、エネルギー蓄積回路からの電力は、第2スイッチ127を通ってアース107へ流れてもよく、電圧出力ポート109におけるDC出力電圧を低減させる。したがって、スイッチ123、127のペア123は、迅速に切り替えされて電圧出力ポート109におけるDC出力電圧を制御する。インダクタ131およびキャパシタ111も、DC電圧を制御することを補助する共振フィルタとして作用する。 Switches 123, 127, IC 113A (eg, including PWM controller 119 and/or driver 117), and inductor 131 may be arranged to form part of a non-isolated synchronous power converter or power stage. When driver 117 drives first switch 123 on and second switch 127 off, power may be provided from power supply 103 to an energy storage circuit such as inductor 131 and/or capacitor 111 . Well, the DC output voltage at voltage output port 109 is increased. Power from the energy storage circuit may flow through the second switch 127 to ground 107 while the driver 117 drives the first switch 123 off and the second switch 127 on, Reduce the DC output voltage at voltage output port 109 . Thus, the pair 123 of switches 123 , 127 are rapidly switched to control the DC output voltage at the voltage output port 109 . Inductor 131 and capacitor 111 also act as a resonant filter to help control the DC voltage.

比較器139は、第2スイッチ127のドレインに連結された第1入力部を有する。比較器139は、第2スイッチ127のソースに連結された第2入力部を有する。したがって、比較器139は、第2スイッチ127の両端に連結されてもよい。いくつかの実施形態において、比較器139は、第1入力部としての反転端子を有していてもよい。比較器139の第1入力部は、電流源137とも連結されていてもよい。I2Cおよび/またはPMBUS(図2に関連してさらに説明される)は、電流源137の出力電流をトリムおよび/または調節するために使用されてもよい。したがって、過電流限度は、設定および/または調節され得る。比較器139の出力は、故障論理および過電流保護(OCP)回路141に提供されてもよい。 Comparator 139 has a first input coupled to the drain of second switch 127 . Comparator 139 has a second input coupled to the source of second switch 127 . Therefore, the comparator 139 may be connected across the second switch 127 . In some embodiments, comparator 139 may have an inverting terminal as a first input. A first input of comparator 139 may also be coupled to current source 137 . I2C and/or PMBUS (described further in connection with FIG. 2) may be used to trim and/or adjust the output current of current source 137 . Accordingly, overcurrent limits may be set and/or adjusted. The output of comparator 139 may be provided to fault logic and overcurrent protection (OCP) circuitry 141 .

故障論理およびОCP回路141と共に比較器139は、スイッチ127がオンである場合にドレインソース抵抗Rdsを検知するように構成されている。Rdsにより引き起こされるスイッチ127の両端の電圧降下は、電流源137をトリムまたは調節することにより調節され得る基準値と比較される。比較器139の出力は、過電流条件が生じるとトリップする可能性がある。過電流保護回路141は、過電流条件が検出され故障モードになると、スイッチ123、127および/またはドライバをオフしてもよい。種々の実施形態において、ОCP回路は、スイッチ123、127のゲートに直接連結されて、スイッチをオフしてもよく、1つまたは複数の代替のエネルギー経路(図示せず)を短絡してエネルギーを放出してもよく、過電流条件に応答してPWMコントローラ119の出力に影響を及ぼし、および/または、過電流条件に応答してドライバ117の出力に影響を及ぼしてもよい。故障モードにおいて、システムは、スイッチ123、127および/またはドライバを短期間オンにすることにより回復を周期的に試みてもよく、過電流条件の検出を試みてもよく、過電流条件が依然として継続するならば、スイッチ123、127および/またはドライバ117をオフし、回復を再び試みる前に一定の期間待機する。 Comparator 139, along with fault logic and OCP circuit 141, is configured to sense drain-source resistance Rds when switch 127 is on. The voltage drop across switch 127 caused by Rds is compared to a reference value that can be adjusted by trimming or adjusting current source 137 . The output of comparator 139 can trip when an overcurrent condition occurs. Overcurrent protection circuit 141 may turn off switches 123, 127 and/or drivers when an overcurrent condition is detected and a failure mode is entered. In various embodiments, the OCP circuit may be coupled directly to the gates of switches 123, 127 to switch off, shorting one or more alternate energy paths (not shown) to dissipate energy. It may discharge, affect the output of PWM controller 119 in response to an overcurrent condition, and/or affect the output of driver 117 in response to an overcurrent condition. In failure mode, the system may periodically attempt recovery by turning on the switches 123, 127 and/or drivers for short periods of time and may attempt to detect an overcurrent condition, the overcurrent condition still persisting. If so, turn off switches 123, 127 and/or driver 117 and wait a period of time before attempting recovery again.

過電流条件は、インダクタ飽和の結果として起こり得る場合もある。インダクタ131などのインダクタは、長すぎる期間に多すぎる電流がインダクタへ提供されると、飽和し、その磁気特性を失う可能性がある。このような場合、インダクタのインダクタンスは、10%、30%、またはそれ以上低下する。完全に飽和したインダクタは、配線として効果的に作用することができ、回路において潜在的な短絡を作成する。飽和中にインダクタの実行抵抗は、降下する可能性があり、出力電流を仕様を上回って潜在的に危険なレベルまで上昇させる。回路のLC共振は、インダクタがエネルギーを効果的に格納しなくなる場合も影響される可能性があり、そのため、過電圧および/または電圧条件が起こり得る。 An overcurrent condition may also occur as a result of inductor saturation. An inductor, such as inductor 131, can saturate and lose its magnetic properties if too much current is provided to the inductor for too long. In such cases, the inductance of the inductor drops by 10%, 30%, or more. A fully saturated inductor can effectively act as a wire, creating a potential short circuit in the circuit. During saturation, the effective resistance of the inductor can drop, causing the output current to rise above specification to potentially dangerous levels. The LC resonance of the circuit can also be affected if the inductor no longer stores energy effectively, so overvoltage and/or voltage conditions can occur.

インダクタ131は、ACリップルと同様に負荷電流(DC出力電流)を許容するように選択されてもよい。したがって、インダクタ131の飽和電流限度は、特定のDC出力電流プラス最大ACリップルを超過するように選択されてもよい。例えば、チップ埋め込み型DC-DC変換器が10AのDC電流と+/-5Aのリップルとを生成する場合、最大合計電流は15Aであり、インダクタ飽和限度は、15Aを上回ることになる.比較的高いインダクタンスを有するインダクタは、比較的高い飽和限度を有していてもよく、サイズが比較的大きくてもよい。 Inductor 131 may be selected to tolerate load current (DC output current) as well as AC ripple. Therefore, the saturation current limit of inductor 131 may be selected to exceed a specified DC output current plus maximum AC ripple. For example, if the on-chip DC-DC converter produces a DC current of 10A and a ripple of +/-5A, the maximum total current is 15A and the inductor saturation limit will be above 15A. An inductor with a relatively high inductance may have a relatively high saturation limit and may be relatively large in size.

いくつかの設計では、過電流保護限度の決定およびインダクタサイズの決定が互いに独立して行われることがあり、一方または他方がオーバースペックになっている可能性がある。これは、例えば、製造者により作成されたDC-DC変換器に対して、第2者がインダクタを選択し連結する場合に起こり得る。いくつかの場合には、第2者は、十分な注意の範囲外でインダクタをオーバースペックにしてしまうことがあり、例えば、5AのAC電流、10AのDC電流、および100%のDC過電流を許容することで、このようなインダクタは、25A以上の飽和限度を有するように選択される。いくつかの場合には、第2者は、OCP限度を知ら無いことがあり、そのため、インダクタが飽和しないように、インダクタンスおよびサイズを比較的大きくするためにインダクタをオーバースペックにすることに頼る場合がある。または、いくつかの場合には、第2ユーザーは、高すぎる過電流保護限度に比較的小さいインダクタを使用することがあり、そのため、最小サイズと必要以上に大きいインダクタンスとを有するインダクタを使用する。いくつかの場合には、製造者は高すぎるまたは低すぎる過電流限度を設定することがある。ここに開示されたDC-DC変換器のいくつかの実施形態は、調整可能な過電流限度を有していてもよい。ここに開示されたDC-DC変換器のいくつかの実施形態は、過電流保護回路とインダクタとの双方を含んでいてもよく、過電流限度は、インダクタの少なくともサイズに基づいて決定され、過電流限度は、インダクタの飽和限度と等しい、および/または、飽和限度よりも低いように設定されてもよい。ここに開示されたDC-DC変換器のいくつかの実施形態は、過電流保護回路とインダクタとの双方を含んでいてもよく、インダクタのサイズは、少なくとも一部は過電流限度に基づいて、インダクタの飽和限度が過電流限度に等しいか、または、過電流限度を、50%以下、40%以下、30%以下、20%以下、10%以下、またはそれらの間の任意の値または、これらの値のいずれかにより規定される範囲等の狭い幅だけ上回るように選択される。ここに開示されたDC-DC変換器のいくつかの実施形態は、90%以下のDC過電流、75%以下のDC過電流、50%以下のDC過電流、50%以下のDC過電流、40%以下のDC過電流、30%以下のDC過電流、20%以下のDC過電流、10%以下のDC過電流、またはこれらの間の任意の値、または、これらの値の何れかにより規定される範囲など、予測される最大AC電流プラス予測されるDC電流の2倍よりも少ないように設定された過電流限度を有していてもよい。いくつかの実施形態において、単独の設計者が、構成要素を提供でき、インダクタおよびその飽和限度と同様に、OCP回路および限度の双方のために値を選択してもよい。したがって、いくつかの実施形態において、DC-DC変換器は、比較的低いフットプリント、比較的低いインダクタ直流抵抗、および上昇された効率を有しつつ、インダクタが飽和に達することなく動作し得る。 In some designs, overcurrent protection limit determination and inductor sizing may occur independently of each other, and one or the other may be overspecified. This can occur, for example, when a second party selects and connects an inductor to a DC-DC converter made by the manufacturer. In some cases, a second party may overspec the inductor outside of due diligence, e.g., 5A AC current, 10A DC current, and 100% DC overcurrent. By allowance, such inductors are selected to have a saturation limit of 25A or higher. In some cases, the second party may be unaware of the OCP limit and so resort to overspecifying the inductor to make it relatively large inductance and size so that the inductor does not saturate. There is Or, in some cases, a second user may use a relatively small inductor for overcurrent protection limits that are too high, and thus use an inductor with a minimum size and a larger inductance than necessary. In some cases, the manufacturer may set the overcurrent limit too high or too low. Some embodiments of the DC-DC converters disclosed herein may have adjustable overcurrent limits. Some embodiments of the DC-DC converter disclosed herein may include both an overcurrent protection circuit and an inductor, wherein the overcurrent limit is determined based at least on the size of the inductor and The current limit may be set equal to and/or lower than the saturation limit of the inductor. Some embodiments of the DC-DC converters disclosed herein may include both an overcurrent protection circuit and an inductor, the size of the inductor being based at least in part on the overcurrent limit: The saturation limit of the inductor is equal to the overcurrent limit, or the overcurrent limit is less than or equal to 50%, less than or equal to 40%, less than or equal to 30%, less than or equal to 20%, less than or equal to 10%, or any value in between, or is selected to be over a narrow band, such as the range defined by any of the values of . Some embodiments of the DC-DC converters disclosed herein have a DC overcurrent of 90% or less, a DC overcurrent of 75% or less, a DC overcurrent of 50% or less, a DC overcurrent of 50% or less, DC overcurrent of 40% or less, DC overcurrent of 30% or less, DC overcurrent of 20% or less, DC overcurrent of 10% or less, or any value in between, or any of these values It may have an overcurrent limit set at less than twice the expected maximum AC current plus the expected DC current, such as a specified range. In some embodiments, a single designer may provide the components and select values for both the OCP circuit and limits as well as the inductor and its saturation limit. Thus, in some embodiments, the DC-DC converter can operate without the inductor reaching saturation while having a relatively low footprint, relatively low inductor DC resistance, and increased efficiency.

パッケージング
図2は、チップ埋め込み型DC-DC変換器パッケージ100の実施形態のパッケージレベルの回路図を示す。チップ埋め込み型DC-DC変換器パッケージは、入力ポート101、アースポート106、および出力ポート109を備えていてもよい。図1に関連して説明したように、電力入力ポート101は、電源103と、アースに連結された入力キャパシタ105などにより連結されていてもよい。電圧出力ポート109は、DC出力電圧をノード201に連結された負荷へ、アース107と連結された出力キャパシタ111などによって供給してもよい。イネーブルポート205は、信号を受信してDC-DC変換器をイネーブルするように構成されていてもよい。テストポート203は、装置の状態を確認するために使用されてもよい。いくつかの実施形態において、集積回路間(I2C)および/または電源管理バス(PMBUS)は、チップ埋め込み型DC-DC変換器パッケージ100へ/からの通信経路を提供する。
Packaging FIG. 2 shows a package level schematic diagram of an embodiment of an embedded chip DC-DC converter package 100 . A chip-embedded DC-DC converter package may comprise an input port 101 , a ground port 106 and an output port 109 . As described in connection with FIG. 1, power input port 101 may be coupled to power source 103, such as by input capacitor 105 coupled to ground. Voltage output port 109 may provide a DC output voltage to a load coupled to node 201 , such as by output capacitor 111 coupled to ground 107 . Enable port 205 may be configured to receive a signal to enable the DC-DC converter. Test port 203 may be used to check the status of the device. In some embodiments, an inter-integrated circuit (I2C) and/or power management bus (PMBUS) provides a communication path to/from chip-embedded DC-DC converter package 100 .

パッケージ100のフットプリントは、DC-DC変換器の全ての構成要素を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、パッケージ100のフットプリントは、IC113Aまたは113Bおよびインダクタ131を、例えば、外部インダクタを追加せずにパッケージがDC-DC変換器として動作し得るように備える。いくつかの実施形態において、例えば、外部キャパシタを追加せずにこのようなパッケージがDC-DC変換器として動作し得るように、キャパシタ105、111、および/または133の少なくとも1つまたは複数もパッケージフットプリント内に含まれていてもよい。 The footprint of package 100 may include all components of the DC-DC converter. In some embodiments, the footprint of package 100 comprises IC 113A or 113B and inductor 131, for example, so that the package can operate as a DC-DC converter without adding an external inductor. In some embodiments, at least one or more of capacitors 105, 111, and/or 133 are also packaged such that, for example, such packages can operate as DC-DC converters without the addition of external capacitors. It may be contained within the footprint.

いくつかの実施形態において、I2Cおよび/またはPMBUSは、I2Cおよび/またはPMBUSプロトコル通信を受信するために使用されて、チップ埋め込み型DC-DC変換器パッケージ100のオンまたはオフし、前記DC-DC電力変換器パッケージ100の低電力またはスリープモードの変更、前記DC-DC変換装置パッケージ100の電流設定についての情報の読み出し、前記DC-DC変換装置パッケージ100について診断および/または技術情報の読み出し、DC-DC変換器パッケージ100により提供される出力電圧の(例えば、図16および図17に関連して説明されるデジタル-アナログコントローラ「DAC」へ提供されるデジタル信号を変更することによる)変更または設定、ランプ波発生器(例えば、図17のランプ波発生器)の振幅または周波数などの特性のトリム、1つまたは複数の電流源(例えば、図18の電流源)のトリム、その他の機能、の1つまたは複数を行ってもよい。いくつかの実施形態において、PMBUSプロトコルは、I2C実装品の上に配線層として実施されている。 In some embodiments, I2C and/or PMBUS is used to receive I2C and/or PMBUS protocol communications to turn on or off the chip embedded DC-DC converter package 100 and change the low power or sleep mode of the power converter package 100; read information about the current settings of the DC-DC converter package 100; read diagnostic and/or technical information about the DC-DC converter package 100; - changing or setting the output voltage provided by the DC converter package 100 (eg, by changing the digital signal provided to the digital-to-analog controller "DAC" described in connection with FIGS. 16 and 17); , trim characteristics such as amplitude or frequency of a ramp generator (e.g., the ramp generator of FIG. 17), trim one or more current sources (e.g., the current source of FIG. 18), and other functions. One or more may be done. In some embodiments, the PMBUS protocol is implemented as a wiring layer above the I2C implementation.

集積およびチップ埋め込み型設計
DC-DC変換器は、比較的高く集積されていてもよく、比較的高い周波数で切り替わってもよく、他のDC-DC変換器と比べて改善された性能を提供することができる。いくつかの設計では、寄生効果防止は、仮にあったとしても、DC-DC変換器が比較的高い周波数(比較的高い切替速度)で効率的に動作することを防止することができる。DC-DC変換器の複数の設計は、寄生効果が低下された追加の設計と共にここで開示されている。
Integrated and On-Chip Design DC-DC converters may be relatively highly integrated and switched at relatively high frequencies, providing improved performance compared to other DC-DC converters. be able to. In some designs, parasitic effect prevention can prevent, if at all, a DC-DC converter from operating efficiently at relatively high frequencies (relatively high switching speeds). Multiple designs of DC-DC converters are disclosed herein along with additional designs with reduced parasitic effects.

いくつかのDC-DC変換器パッケージは、ワイヤボンドおよび/またはリードフレームパッケージを備える。一例1mil、1mmの長さのボンドワイヤは、0.7nHの寄生インダクタンス、0.08pFの寄生容量、および140mΩの寄生抵抗を有していてもよい。同様のまたはより高い寄生抵抗は、ワイヤボンドおよびクワッド・フラット・リード端子なし(QFN)パッケージ、パワークワッド・フラット・リード端子なし(PQFN)パッケージ、デュアルフラット・リードなし(DFN)パッケージ、マイクロリードフレーム(MLF)パッケージなどのリードフレームパッケージから生じ得る。ここに開示されるDC-DC変換器のいくつかの実施形態は、寄生効果を低減するために、ワイヤボンドおよび/またはリードフレームの使用をまとめて制限または回避することができる。ビア、配線、バンプ、および/またはバンプパッドは、代替として、パッケージの内側に使用されてもよい。 Some DC-DC converter packages include wirebond and/or leadframe packages. An example 1 mil, 1 mm long bond wire may have a parasitic inductance of 0.7 nH, a parasitic capacitance of 0.08 pF, and a parasitic resistance of 140 mΩ. Similar or higher parasitic resistances are wirebond and quad flat leadless (QFN) packages, power quad flat leadless (PQFN) packages, dual flat leadless (DFN) packages, micro leadframes (MLF) packages, such as leadframe packages. Some embodiments of the DC-DC converters disclosed herein may collectively limit or avoid the use of wirebonds and/or leadframes to reduce parasitic effects. Vias, traces, bumps and/or bump pads may alternatively be used inside the package.

いくつかのDC-DC変換器パッケージは、インダクタもキャパシタも備えていない。このようなパッケージは、ユーザーにキャパシタおよびインダクタのための特定値の選択の柔軟性を提供し、これらの構成要素の品質を制御する。DC-DC変換器パッケージ、インダクタ、およびキャパシタは、マザーボードまたは別個のPCBに表面実装されていてもよく、マザーボードまたは別個のPCBに亘るワイヤボンドまたは長い配線と一緒に(例えば、図7Aに示すように)連結されている。しかしながら、DC-DC変換器パッケージを外部インダクタまたはキャパシタと連結することは寄生効果を導入し得る。寄生効果は、インダクタと負荷との間に同様に導入される可能性がある。ここに開示されるDC-DC変換器のいくつかの実施形態は、インダクタまたはキャパシタをDC-DC変換器の他の構成要素と同じパッケージに集積することにより、インダクタまたはキャパシタに対する連結の寄生効果を低減することができる。ここに開示されたいくつかの実施形態において、インダクタまたはキャパシタを連結する電気経路は、ワイヤボンドの代わりにビアおよび/または配線と共に実施されてもよい。ここに開示されたいくつかの実施形態において、1つまたは複数のインダクタまたはキャパシタを連結する電気経路は、マザーボードまたは別個のPCB(例えば、図3および図7Bに示すように)における配線を含む代わりに、DC-DC変換器のPCBに位置するビアおよび/または配線を含んでいてもよい。ここに開示されたいくつかの実施形態において、PWMコントローラ、ドライバ、1つまたは複数ののインダクタ、1つまたは複数のキャパシタ、および/または1つまたは複数のスイッチの任意の組み合わせは、同じパッケージに含まれていてもよい。 Some DC-DC converter packages do not have inductors or capacitors. Such packages offer the user the flexibility of selecting specific values for the capacitors and inductors to control the quality of these components. The DC-DC converter package, inductors, and capacitors may be surface mounted to the motherboard or separate PCB, with wire bonds or long traces across the motherboard or separate PCB (e.g., as shown in FIG. 7A). to). However, coupling a DC-DC converter package with an external inductor or capacitor can introduce parasitic effects. Parasitic effects can similarly be introduced between the inductor and the load. Some embodiments of the DC-DC converter disclosed herein eliminate the parasitic effects of coupling to the inductor or capacitor by integrating the inductor or capacitor in the same package as other components of the DC-DC converter. can be reduced. In some embodiments disclosed herein, electrical paths connecting inductors or capacitors may be implemented with vias and/or traces instead of wire bonds. In some embodiments disclosed herein, electrical paths connecting one or more inductors or capacitors instead include traces on the motherboard or a separate PCB (eg, as shown in FIGS. 3 and 7B). may include vias and/or traces located on the PCB of the DC-DC converter. In some embodiments disclosed herein, any combination of the PWM controller, driver, one or more inductors, one or more capacitors, and/or one or more switches are in the same package. may be included.

いくつかの設計では、寄生効果は、構成要素の相互接続の結果として生じ得る。例えば、図1に関して、1つの集積回路113Aにおけるドライバ117は、スイッチ123、127を含む別個の構成要素電子135と連結し得る。集積回路113Aおよび別個の構成要素電子135は、PCBに含まれていてもよい。ドライバとスイッチ123、127との間の電気経路121、129、125は、PCB上の配線を用いて実施されてもよいが、PCB上の配線は、集積回路内の電気経路よりも高い寄生効果を有し得る。ここに開示されるDC-DC変換器のいくつかの実施形態は、スイッチ123、127、およびドライバ117をそれらの相互接続と共に同じIC113Bに集積することによって、ドライバとスイッチとの間の相互接続の寄生効果を低減し得る。ここに開示されたいくつかの実施形態において、PWMコントローラ、ドライバ、およびスイッチは、同じIC113Bに全て含まれている。いくつかの実施形態において、1つまたは複数のキャパシタも、同じIC113Bに含まれていてもよい。 In some designs, parasitic effects can result from component interconnections. For example, with respect to FIG. 1, driver 117 in one integrated circuit 113A may be coupled with separate component electronics 135 including switches 123,127. Integrated circuit 113A and separate component electronics 135 may be included on a PCB. The electrical paths 121, 129, 125 between the drivers and the switches 123, 127 may be implemented using traces on the PCB, but traces on the PCB have higher parasitic effects than electrical traces within the integrated circuit. can have Some embodiments of the DC-DC converter disclosed herein reduce the interconnection between drivers and switches by integrating switches 123, 127 and driver 117 along with their interconnections on the same IC 113B. Parasitic effects can be reduced. In some embodiments disclosed herein, the PWM controller, drivers and switches are all included in the same IC 113B. In some embodiments, one or more capacitors may also be included in the same IC 113B.

いくつかの設計では、MOSFETスイッチを使用することができる。しかしながら、MOSFETスイッチは、比較的高い切替速度ではあまり効率的でないこともある。ここに開示されたいくつかの実施形態において、スイッチ123、127は、eGaNスイッチであってもよい。eGaNスイッチは、MOSFETスイッチと比べてより効率的かつより高い速度で切替可能である。 In some designs, MOSFET switches may be used. However, MOSFET switches may not be very efficient at relatively high switching speeds. In some embodiments disclosed herein, switches 123, 127 may be eGaN switches. eGaN switches can switch more efficiently and at higher speeds than MOSFET switches.

ここに記載の技術の相乗効果が考えられる。寄生容量および/またはインダクタンス効果は、DC-DC変換器における最大切替速度を制限し得る。その理由は、寄生効果は、格納されることになる不都合なエネルギーを引き起こす可能性があり、エネルギーの充電および放電に影響し、それにより、DC電圧規制に影響するためである。寄生効果は、スイッチをゆっくりとオンまたはオフにすることもあり得る。いくつかの実施形態において、ここに記載の技術の組み合わせは、DC-DC変換器性能における十分な程度の改善により低減されることになる寄生効果を引き起こし得る。DC-DC変換器の構造、サイズ、性能に関連する追加の相乗効果は、詳細な開示の後の部分においても検討される。 Synergistic effects of the techniques described herein are possible. Parasitic capacitance and/or inductance effects can limit the maximum switching speed in DC-DC converters. The reason is that parasitic effects can cause unwanted energy to be stored, affecting energy charging and discharging and thereby affecting DC voltage regulation. Parasitic effects can also turn the switch on or off slowly. In some embodiments, the combination of techniques described herein can cause parasitic effects that will be reduced by a sufficient degree of improvement in DC-DC converter performance. Additional synergies related to DC-DC converter structure, size, and performance are also discussed later in the detailed disclosure.

いくつかの他のDC-DC変換器と比べ、ここに開示されたいくつかの実施形態は、約40本のボンドワイヤを除去し、このことは、約20mΩ分の寄生効果を低減することができ、10nH以上分のパッケージ漏れインダクタンス(寄生インダクタンス)も低減することができる。これらの寄生効果の除去は、高速切替(例えば、eGaNスイッチ)の利益を実現することを補助し得る。 Compared to some other DC-DC converters, some embodiments disclosed herein eliminate about 40 bond wires, which can reduce parasitic effects by about 20 mΩ. It is possible to reduce package leakage inductance (parasitic inductance) by 10 nH or more. Elimination of these parasitic effects can help realize the benefits of fast switching (eg, eGaN switches).

電力スイッチについての性能指数は、数式1に基づいて決定され得る。

Figure 0007221221000001

ただし、FOMは性能指数、RDS(ON)は、スイッチのオン抵抗、およびQはスイッチのゲート電荷である。ゲート電荷Qは、寄生インダクタンスによって影響され得る。寄生インダクタンスを低減することは、比較的低いFOM、通常は達成することが困難な設計改善という結果になり得る。 A figure of merit for the power switch may be determined based on Equation 1.
Figure 0007221221000001

where FOM is the figure of merit, RDS (ON) is the on-resistance of the switch, and QG is the gate charge of the switch. Gate charge QG can be affected by parasitic inductance. Reducing parasitic inductance can result in a relatively low FOM, a design improvement that is typically difficult to achieve.

全体の利点の全てではないがいくつかは、十分な寄生効果低減と構成要素選択の同時の組み合わせによってのみ実現され得ることがさらに分かる。例えば、寄生効果を低減することのいくつかの利点は、MOSFETを使用する場合、いくつかの条件下では実現されない場合もある。これは、切替速度をより高くできるように十分なレベルまで寄生効果を低減できるかもしれないが、MOSFET設計がより高い速度での効率的な切替を許容しない場合もあるためである。同様に、DC-DC変換器におけるeGaNスイッチ(または他のより高速かつ典型的にはより高コストのスイッチ)の完全な切替性能が寄生効果によって制限される可能性がある。完全な切替性能は、1MHz以上、3MHz以上、4MHz以上、5MHz以上、7MHz以上、10MHz以上などのメガヘルツ範囲における比較的高い周波数でより効率的に切り替えることを含んでいてもよい。いくつかの例では、15MHzまでの切替速度を達成でき、これらの特定された範囲外の切替速度は、いくつかの実施において使用され得る。 It is further seen that some, but not all, of the overall benefits can only be realized through the simultaneous combination of sufficient parasitic effect reduction and component selection. For example, some benefits of reducing parasitic effects may not be realized under some conditions when using MOSFETs. This is because although the parasitic effects may be reduced to a sufficient level to allow higher switching speeds, the MOSFET design may not allow for efficient switching at higher speeds. Similarly, parasitic effects can limit the perfect switching performance of eGaN switches (or other faster and typically more costly switches) in DC-DC converters. Perfect switching performance may include more efficient switching at relatively high frequencies in the megahertz range, such as 1 MHz or higher, 3 MHz or higher, 4 MHz or higher, 5 MHz or higher, 7 MHz or higher, 10 MHz or higher. In some examples, switching speeds up to 15 MHz can be achieved, and switching speeds outside these specified ranges may be used in some implementations.

したがって、寄生効果を低減するために限定された技術をテストするエンジニアは、インパクトのあるレベルへ寄生効果を低下させない可能性がある。寄生低減技術の組み合わせをテストするエンジニアは、切替速度がMOSFETにより限定される場合、より顕著なゲインを達成しない場合がある。DC-DC変換器における寄生効果に最初に気付かず、対処せずにeGaNスイッチをテストするエンジニアは、eGaNスイッチを使用する切替速度利点に気付かない場合があり、特に、eGaNスイッチはMOSFETスイッチよりもコストがかかるからである。さらに、切替速度を、他の変数に応じて、特に、1、2、3、5、7または10MHz以上に上昇することは、効率がより高い切替速度で低減する傾向があるという従来の知識に反する。 Therefore, engineers testing limited techniques to reduce parasitic effects may not reduce parasitic effects to impactful levels. Engineers testing combinations of parasitic reduction techniques may not achieve more significant gains when switching speed is limited by the MOSFET. Engineers who test eGaN switches without first noticing and addressing parasitic effects in DC-DC converters may be unaware of the switching speed advantage of using eGaN switches, especially eGaN switches over MOSFET switches. This is because it is costly. Moreover, as the switching speed is increased above 1, 2, 3, 5, 7 or 10 MHz, depending on other variables, the conventional wisdom is that efficiency tends to decrease at higher switching speeds. oppose.

詳細な開示の集積およびチップ埋め込み型設計の項目は、寄生効果を低減および/または比較的高速の切替速度の達成のための種々の実施形態を検討する。いくつかの実施形態は、特徴の組み合わせを含むが、全ての特徴よりも少ない特徴を有する実施形態は、それ自体の権利において理解される。 The Integrated and Chip Embedded Design section of the detailed disclosure discusses various embodiments for reducing parasitic effects and/or achieving relatively fast switching speeds. Some embodiments include combinations of features, but embodiments with less than all features are understood in their own right.

物理的構造図
図3は、例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器の断面図300を示す。図300は、絶縁体301、コンダクタ(例えば、金属)303、バンプまたはパッド304、コンダクタマイクロビア305、第1PCB層307、導電性メッキ309、PCBコア311、配線313、埋め込み型ICチップ315、第2PCB層317、インダクタ321、およびキャパシタ323を備える。
Physical Structural Diagram FIG. 3 shows a cross-sectional view 300 of an exemplary on-chip DC-DC converter. Diagram 300 includes insulator 301, conductor (e.g., metal) 303, bump or pad 304, conductor microvia 305, first PCB layer 307, conductive plating 309, PCB core 311, traces 313, embedded IC chip 315, second It comprises two PCB layers 317 , an inductor 321 and a capacitor 323 .

埋め込み型ICチップ315は、PCBコア311に埋め込みされていてもよい。種々の実施形態において、ICチップ315はPCBの一層、または、PCBの2以上の層の間、または、下部PCBと上部PCBとの間に埋め込みされていてもよい。埋め込み型ICチップ315は、例えば図1に関連してここで検討したように、PWMコントローラ、ドライバ、および/または1つまたは複数のスイッチ(例えば、eGaNスイッチ)を備えていてもよい。埋め込み型ICチップ315は、DC-DC変換器構造において、複数のビア305および/または配線313を介してインダクタ321およびキャパシタ323と連結されていてもよい。 Embedded IC chip 315 may be embedded in PCB core 311 . In various embodiments, the IC chip 315 may be embedded in one layer of a PCB, between two or more layers of a PCB, or between a lower PCB and an upper PCB. Embedded IC chip 315 may include a PWM controller, drivers, and/or one or more switches (eg, eGaN switches), eg, as discussed herein with respect to FIG. Embedded IC chip 315 may be coupled with inductor 321 and capacitor 323 via multiple vias 305 and/or traces 313 in a DC-DC converter structure.

絶縁体301は、例えば、半田マスク、モールド、アンダーフィルなどを備えていてもよい。PCBの層307、317は、PCB基板、積層、樹脂、エポキシ、絶縁体などであってもよい。図3に示す図300において、PCBコア311はフィラー、積層、絶縁モールド化合物、または基板などであってもよい。導体(例えば、金属)303、ビア305、および配線313は、銅、アルミニウム、金などの様々な種類の金属または導電性材料であってもよい。ビアは、メッキされたビアとして示されているが、いくつかの実施形態は、ピラーまたは他のピラーを使用してもよい。種々の実施形態は、金属の種類および層を増減して使用し得る。 Insulator 301 may comprise, for example, a solder mask, mold, underfill, or the like. The PCB layers 307, 317 may be PCB substrates, laminates, resins, epoxies, insulators, or the like. In diagram 300 shown in FIG. 3, PCB core 311 may be a filler, laminate, insulating mold compound, substrate, or the like. Conductors (eg, metal) 303, vias 305, and traces 313 may be various types of metals or conductive materials such as copper, aluminum, gold, and the like. Although the vias are shown as plated vias, some embodiments may use pillars or other pillars. Various embodiments may use more or less metal types and layers.

いくつかの実施形態において、ICチップ315は、フリップチップ実装されていてもよい。種々の実施形態において、ICチップ315は、ICチップ315上の接続がインダクタ321および/またはキャパシタ323に対向し得るように、または、インダクタ321および/またはキャパシタ323の反対側を向くように、フェイスアップまたはフェイスダウンであってもよい。ICチップ315上の接続が、インダクタ321および/またはキャパシタ323の反対側を向く場合、インダクタ321および/またはキャパシタ323は、ビア305および/または配線313によってICチップ315の遠位端と連結されてもよい。 In some embodiments, IC chip 315 may be flip-chip mounted. In various embodiments, IC chip 315 faces such that connections on IC chip 315 may face inductor 321 and/or capacitor 323 or face away from inductor 321 and/or capacitor 323 . It may be up or face down. Inductor 321 and/or capacitor 323 are coupled to the distal end of IC chip 315 by vias 305 and/or traces 313 when the connections on IC chip 315 face away from inductor 321 and/or capacitor 323 . good too.

図3は、ドライバおよびスイッチを含み得る単一のICチップ315を示すが、いくつかの実施形態において、スイッチ(例えば、モノリシックのeGaNスイッチ)はICチップ315とは別個のPCBにチップ埋め込まれたチップであってもよく、チップ埋め込み型ICチップ315におけるドライバによって相互接続されていてもよい。ビア、パッド、および/または配線は、DC-DC変換器の種々の構成要素を連結することができ、2つのダイはフェイスダウンまたはフェイスアップであってもよい。インダクタまたは他の磁気は、最上層内または最上層上に配置されてもよく、バックコンバータにおける完全なハーフブリッジ組み合わせ、または、ハーフブリッジ回路図を用いる任意の他の構成を作成してもよい。 Although FIG. 3 shows a single IC chip 315 that can contain the drivers and switches, in some embodiments the switches (eg, monolithic eGaN switches) are chip-embedded in a separate PCB from the IC chip 315. It may be a chip and interconnected by drivers in an embedded IC chip 315 . Vias, pads, and/or traces may connect the various components of the DC-DC converter, and the two dies may be face-down or face-up. Inductors or other magnetics may be placed in or on the top layer to create a complete half-bridge combination in a buck converter, or any other configuration using a half-bridge schematic.

ICチップ315は、ビア305および配線313の双方によってインダクタ321と連結されたものを示したが、いくつかの実施形態において、ICチップ315は、ビア305または配線313のどちらかでインダクタ321および/またはキャパシタ323と連結されていてもよい。種々の実施形態において、PCB組立品は、図3に示すよりも多くの、または、よりも少ないPCB層を有していてもよく、ICチップ315は、単一層に、または、複数層のPCB間に埋め込みされていてもよい。種々の実施形態において、層307、317は、1つのPCBまたは別個の複数のPCBの複数の層であってもよい。PCBの底に露出した金属303は、入力電源、アース、および/または負荷と連結するための入力/出力パッドを提供し得る。 Although IC chip 315 is shown coupled with inductor 321 by both vias 305 and traces 313, in some embodiments IC chip 315 includes inductors 321 and/or Alternatively, it may be connected to the capacitor 323 . In various embodiments, the PCB assembly may have more or fewer PCB layers than shown in FIG. 3, and the IC chip 315 may be on a single layer or on multiple layers of a PCB. It may be embedded between them. In various embodiments, layers 307, 317 may be layers of a single PCB or separate PCBs. Metal 303 exposed on the bottom of the PCB may provide input/output pads for coupling with input power, ground, and/or loads.

インダクタ321および/またはキャパシタ323の一部は、ICチップ315に積層されていてもよい。いくつかの実施形態において、インダクタ321および/またはキャパシタ323は、ICチップ315に全体的に積層されていてもよい。インダクタ321およびICチップ315は、DC-DC変換器パッケージにおいて大きい方の構成要素になる傾向がある。いくつかの実施形態において、インダクタ321またはICチップ315の小さい方は、インダクタ321またはICチップ315の大きい方のフットプリント範囲内に積層されてもよい。スイッチおよびドライバの双方を含む単一のICチップ315が図3に示されているが、種々の実施形態において、インダクタ321および/またはキャパシタ323は、単一のICチップ315とは別個の構成要素に少なくとも部分的に重なってもよい。例えば、インダクタ321は、1つまたは複数のスイッチ、PWMコントローラ、および/またはドライバなどに重なっていてもよい。 A portion of inductor 321 and/or capacitor 323 may be laminated to IC chip 315 . In some embodiments, inductor 321 and/or capacitor 323 may be laminated entirely to IC chip 315 . Inductor 321 and IC chip 315 tend to be the larger components in a DC-DC converter package. In some embodiments, the smaller of inductor 321 or IC chip 315 may be stacked within the larger footprint of inductor 321 or IC chip 315 . Although a single IC chip 315 containing both the switch and driver is shown in FIG. 3, in various embodiments inductor 321 and/or capacitor 323 are separate components of single IC chip 315 may at least partially overlap the For example, inductor 321 may overlay one or more switches, PWM controllers, and/or drivers, and the like.

インダクタ321の位置は、DC-DC変換器のより良好な熱性能に寄与し得る。インダクタ321を最上部に設けることにより、インダクタ321は、周囲空気により冷却され得る。最上部に実装されたインダクタ321により、インダクタ321について種々のサイズまたは形状も(例えば、インダクタ321がPCBの寸法により制約されないように)使用できるようになる。 The position of inductor 321 may contribute to better thermal performance of the DC-DC converter. By providing the inductor 321 on top, the inductor 321 can be cooled by ambient air. A top-mounted inductor 321 also allows different sizes or shapes for the inductor 321 (eg, so that the inductor 321 is not constrained by PCB dimensions).

図4Aは、積層型インダクタ321を有する例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器の斜視図400を示す。インダクタ321は、PCBの層317、307間のコア311に埋め込まれたICチップ(不可視)上に積層されてもよい。インダクタ321は、少なくとも部分的に、金属接点401を介してPCBと連結されてもよい。いくつかの実施形態において、1つまたは複数のキャパシタ323(不可視)は、PBC層317と連結されていてもよい。 FIG. 4A shows a perspective view 400 of an exemplary on-chip DC-DC converter with stacked inductor 321. FIG. Inductor 321 may be laminated on an IC chip (not visible) embedded in core 311 between layers 317, 307 of the PCB. Inductor 321 may be coupled, at least in part, to the PCB via metal contacts 401 . In some embodiments, one or more capacitors 323 (not visible) may be coupled with PBC layer 317 .

図4Bは、積層型インダクタ321を有する例示的なレンダリングされたチップ埋め込み型DC-DC変換器の逆斜視図425を示す。インダクタ321は、PCBの層317、307間に埋め込まれたICチップ(不可視)上に積層されてもよい。インダクタ321は、少なくとも部分的に、金属配線313を介してPCBと連結されてもよい。1つまたは複数のキャパシタ323A、323Bは、PBC層317と連結されていてもよい。1つまたは複数のキャパシタ323A、323Bは、配線313によってインダクタ321とも連結されていてもよい。 FIG. 4B shows a reverse perspective view 425 of an exemplary rendered on-chip DC-DC converter with stacked inductor 321. FIG. The inductor 321 may be laminated on an IC chip (not visible) embedded between the layers 317, 307 of the PCB. Inductor 321 may be coupled, at least in part, to the PCB via metal trace 313 . One or more capacitors 323 A, 323 B may be coupled with PBC layer 317 . One or more capacitors 323 A, 323 B may also be coupled with inductor 321 by line 313 .

いくつかの実施形態において、切替周波数が上昇するにつれて、インダクタが小さくなり得る。さらに、いくつかの材料および薄膜技術などの技術は、インダクタのサイズも低減することができる。したがって、いくつかの実施形態において、インダクタは、例えばICの上方に、または、ICに並行してPCBに埋め込みされていてもよい。このような構造はさらなる集積を提供し、入力および出力キャパシタなどの他の周辺の構成要素のために、PCB実装表面上などの利用可能な空間量を増大させる。 In some embodiments, the inductor may become smaller as the switching frequency increases. Additionally, some materials and techniques such as thin film technology can also reduce the size of the inductor. Thus, in some embodiments, the inductor may be embedded in the PCB, for example above or parallel to the IC. Such structures provide additional integration and increase the amount of available space, such as on the PCB mounting surface, for other peripheral components such as input and output capacitors.

図4Cは、埋め込み積層型インダクタを有する例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器の側面図450を示す。第1層451は、例えば、パッケージング層またはPCB層でもよい。第2層453は、第2層453内に埋め込まれたインダクタを備えるPCB層であってもよい。第3層455は、第3層内に埋め込まれた回路(例えば、IC)を含むPCB層であってもよい。回路(例えば、IC)は、PWMコントローラ、ドライバ、および/またはスイッチ(例えば、FET)を備えていてもよい。第4層457は、例えば、パッケージング層またはPCB層でもよい。図4Cにおいて、インダクタは、少なくとも一部が、回路(例えば、IC)に重なっていてもよくまたは、側方へずれていてもよい。インダクタは、ボンドワイヤを使用せずにビアおよび/または配線によりICと連結されてもよい。 FIG. 4C shows a side view 450 of an exemplary chip-embedded DC-DC converter with embedded stacked inductors. The first layer 451 can be, for example, a packaging layer or a PCB layer. The second layer 453 may be a PCB layer with an inductor embedded within the second layer 453 . The third layer 455 may be a PCB layer that includes circuitry (eg, ICs) embedded within the third layer. A circuit (eg, IC) may comprise a PWM controller, drivers, and/or switches (eg, FETs). The fourth layer 457 can be, for example, a packaging layer or a PCB layer. In FIG. 4C, the inductor may at least partially overlap the circuit (eg, IC) or may be laterally offset. The inductor may be coupled with the IC by vias and/or traces without the use of bond wires.

図4Dは、埋め込み型インダクタを有する例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器の側面図475を示す。層451、453、455、および457は、図4Cについて説明されたものと同じまたは同様であってもよい。図4Dにおいて、層455は、回路(例えば、IC)、および他の回路(例えば、IC)の他にインダクタを含んでいてもよい。ICは、配線によってインダクタと連結されていてもよい。層453は、埋め込み型キャパシタを備えていてもよい。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の埋め込み型キャパシタは、PCBに埋め込みされていてもよく、埋め込み型キャパシタは、1つまたは複数の埋め込み型キャパシタのフットプリントが回路(例えば、IC)および/またはインダクタのフットプリントに重なるように実装されていてもよい。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の埋め込み型キャパシタは、埋め込み型回路(例えば、IC)および/または埋め込み型インダクタと共に、同じ層455に含まれていてもよい。いくつかの実施形態において、キャパシタは、層453に表面実装されていてもよい。いくつかの実施形態において、層453は省略されていてもよい。いくつかの実施形態において、キャパシタは、PCB(例えば、図3に示すキャパシタ323など)の外側に実装されてもよい。多くの変形例が可能である。PWMコントローラ、ドライバ、および/またはスイッチの任意の組み合わせを含む回路(例えば、1つまたは複数のIC)は、1つまたは複数のインダクタおよび/または1つまたは複数のキャパシタのいずれかまたは双方と同じ層に在ってもよい。ICは、eGaNICであってもよい。モノリシックのeGaNICは、PWMコントローラ、ドライバ、および1つまたは複数のスイッチの任意の組み合わせを含んでいてもよい。いくつかの実施においては、1つまたは複数のキャパシタおよび/または1つまたは複数のインダクタは、1つまたは複数のPWMコントローラ、ドライバ、および/または1つまたは複数のスイッチと共にIC(例えば、eGaNIC)に含まれていてもよい。1つまたは複数のインダクタ、1つまたは複数のキャパシタ、または両方は、回路(例えば、IC)の上方または下方などの、PCBに埋め込まれた別個の層に設けられていてもよい。いくつかの実施形態において、1つまたは複数のインダクタは、回路(例えば、IC)の第1面に在ってもよく、1つまたは複数のキャパシタは、回路(例えば、IC)の反対側の第2面に在ってもよい。いくつかの実施形態において、1つまたは複数のインダクタおよび1つまたは複数のキャパシタは、PCBの異なる層に埋め込みされていてもよいが、回路(例えば、IC)の同じ側に在ってもよい。1つまたは複数のキャパシタおよび/または1つまたは複数のインダクタのいずれかまたは両方は、(例えば、図3に示すように)PCBの外側に設けられていてもよい。いくつかの実施において、1つまたは複数のPWMコントローラ、ドライバ、および1つまたは複数のスイッチは、PCBに埋め込まれた異なる層に在ってもよい。いくつかの実施形態において、PWMコントローラおよびドライバは、別個のIC(例えば、eGaNIC)に在ってもよい。PCBにおける異なる層に埋め込まれた構成要素は、少なくとも部分的にもしくは完全に重なるように、または、重ならないように配向されている。ここに開示された任意のeGaN実施形態は、代替として、デプレッションモードGaN、eGaNおよび/またはこれらの任意の組み合わせを含んでいてもよいGaN実施形態として実施されてもよい。 FIG. 4D shows a side view 475 of an exemplary on-chip embedded DC-DC converter with embedded inductors. Layers 451, 453, 455, and 457 may be the same or similar to that described for Figure 4C. In FIG. 4D, layer 455 may include inductors in addition to circuits (eg, ICs) and other circuits (eg, ICs). The IC may be connected to the inductor by wiring. Layer 453 may comprise embedded capacitors. In some embodiments, the one or more embedded capacitors may be embedded in a PCB, where the footprint of the one or more embedded capacitors is the circuit (eg, IC) and /or may be mounted to overlap the footprint of the inductor. In some embodiments, one or more embedded capacitors may be included in the same layer 455 along with embedded circuitry (eg, IC) and/or embedded inductors. In some embodiments, the capacitor may be surface mounted to layer 453 . In some embodiments, layer 453 may be omitted. In some embodiments, the capacitor may be mounted outside the PCB (eg, capacitor 323 shown in FIG. 3, etc.). Many variations are possible. A circuit (e.g., one or more ICs) that includes any combination of PWM controllers, drivers, and/or switches may be associated with either or both of one or more inductors and/or one or more capacitors. May be in layers. The IC may be an eGaN IC. A monolithic eGaN IC may include any combination of PWM controllers, drivers, and one or more switches. In some implementations, one or more capacitors and/or one or more inductors are integrated into an IC (eg, eGaN IC) along with one or more PWM controllers, drivers, and/or one or more switches. may be included in One or more inductors, one or more capacitors, or both may be provided in a separate layer embedded in the PCB, such as above or below the circuit (eg, IC). In some embodiments, one or more inductors may be on a first side of the circuit (eg, IC) and one or more capacitors may be on the opposite side of the circuit (eg, IC). May be on the second side. In some embodiments, one or more inductors and one or more capacitors may be embedded in different layers of the PCB, but on the same side of the circuit (eg, IC). . Either or both of the one or more capacitors and/or one or more inductors may be provided outside the PCB (eg, as shown in FIG. 3). In some implementations, one or more PWM controllers, drivers, and one or more switches may reside on different layers embedded in the PCB. In some embodiments, the PWM controller and driver may reside on separate ICs (eg, eGaN ICs). Components embedded in different layers in the PCB are oriented so as to at least partially or completely overlap or not overlap. Any eGaN embodiments disclosed herein may alternatively be implemented as GaN embodiments, which may include depletion mode GaN, eGaN, and/or any combination thereof.

図5は、例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器の透過斜視図500を示す。図5は、図4Aおよび図4Bに示すものと同じ例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器を示すが、構成要素が不明瞭になるため、インダクタ321、キャパシタ323、またはコア311無しで示す。ビア305は、配線313および/またはパッド303を連結することができる。 FIG. 5 shows a transparent perspective view 500 of an exemplary on-chip DC-DC converter. FIG. 5 shows the same exemplary on-chip DC-DC converter shown in FIGS. 4A and 4B, but without inductor 321, capacitor 323, or core 311 to obscure the components. Vias 305 may connect lines 313 and/or pads 303 .

図6は、例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器の底面図を600示す。図6は、図5に示すものと同じ例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器を示す。絶縁体301のエリア間の露出された金属303のパッドは、供給電圧、アース、および/または電圧出力のための電気的な接点を提供する。ビア305を示す。しかしながら、いくつかの実施形態において、ビアは、露出された金属303に亘って可視的に延びていない。 FIG. 6 shows a bottom view 600 of an exemplary on-chip DC-DC converter. FIG. 6 shows the same exemplary on-chip DC-DC converter shown in FIG. Pads of exposed metal 303 between areas of insulator 301 provide electrical contacts for supply voltage, ground, and/or voltage output. A via 305 is shown. However, in some embodiments the via does not visibly extend across the exposed metal 303 .

低減されたフットプリント
ここに記載の物理的構造および他の技術は、DC-DC変換器のフットプリントを低減するために使用されてもよい。いくつかの実施形態において、フットプリントは、約70%低減されてもよい。積層された構成要素、より高い切替速度を有するより小さいインダクタの使用、および構成要素の単一のパッケージは全て、低減されたフットプリントに寄与し得る。
Reduced Footprint The physical structures and other techniques described herein may be used to reduce the footprint of DC-DC converters. In some embodiments, the footprint may be reduced by approximately 70%. Stacked components, use of smaller inductors with higher switching speeds, and single packaging of components can all contribute to the reduced footprint.

先述のように、いくつかのDC-DC変換器パッケージは、インダクタもキャパシタも備えておらず、いくつかのDC-DC変換器は、ドライバ、PWMコントローラ、および/またはICチップの傍らに実装されたインダクタを備えていてもよい。このようなパッケージは、ユーザーにキャパシタおよび/またはインダクタのための特定値の選択これらの構成要素の品質の制御の柔軟性を提供してもよい。しかしながら、構成要素を互いに並べる代わりに積層する構造に配置することで、DC-DC変換器のフットプリントを低減することができる。ここに開示されたいくつかの実施形態は、ICチップ上に全体または一部が垂直に積層されたインダクタを特徴とする。ここに開示されたいくつかの実施形態は、ICチップ上に全体または一部が垂直に積層されたキャパシタを特徴とする。インダクタおよび/またはキャパシタを積層することで、DC-DC変換器のフットプリントを低減することができる。積層された構成要素は、ビアを介して(例えば、ICチップと)電気的に連結されてもよく、これにより、上記のような寄生効果を低減することができる。ここに開示されたいくつかの実施形態は、ユーザーによって個々の構成要素が選択され、配置され、実装される必要が無いように設計の簡単化を提供し得る。単一のパッケージDC-DC変換器は、外部キャパシタまたはインダクタを構成せずに使用され得る。さらに、いくつかの実施形態は、インダクタのサイズに妥協することなく、インダクタの性能に妥協することなく、および/または、カスタムメイドのインダクタを必要とすることなく、インダクタをパッケージに集積し得る。 As previously mentioned, some DC-DC converter packages do not include inductors or capacitors, and some DC-DC converters are implemented alongside drivers, PWM controllers, and/or IC chips. may include an inductor. Such packages may provide the user with the flexibility of selecting specific values for the capacitors and/or inductors and controlling the quality of these components. However, by arranging the components in a stacked structure instead of side by side, the footprint of the DC-DC converter can be reduced. Some embodiments disclosed herein feature inductors that are wholly or partially vertically stacked on an IC chip. Some embodiments disclosed herein feature capacitors that are wholly or partially vertically stacked on an IC chip. Stacking inductors and/or capacitors can reduce the footprint of the DC-DC converter. Stacked components may be electrically coupled (eg, with an IC chip) via vias, which may reduce parasitic effects such as those described above. Some embodiments disclosed herein may provide design simplification as individual components do not have to be selected, placed and implemented by the user. A single package DC-DC converter can be used without configuring external capacitors or inductors. Moreover, some embodiments may integrate the inductor into a package without compromising the size of the inductor, compromising the performance of the inductor, and/or requiring a custom-made inductor.

上述のように、寄生効果を低減することができ、DC-DC変換器の切替速度を効率的に上昇させることができる。DC-DC変換器のインダクタンスは、数式2に基づいて決定され得る。

Figure 0007221221000002
ただし、Lはインダクタンス、Vinは入力電圧、Vは出力電圧、ΔIはインダクタリップル電流、Fは切替周波数である。なお、インダクタンスは、切替速度が上昇するにつれて上昇する。したがって、低減された寄生効果および比較的高速の1つまたは複数のスイッチ(例えば、eGaNスイッチ)により、DC-DC変換器は、比較的小さいインダクタを使用することができる。DC-DC変換器において、インダクタは、最大構成要素の1つであってもよい。前記インダクタのサイズを(例えば、その元のサイズの何分の1かに)低減することにより、フットプリントを実質的に低減することができる。 As mentioned above, the parasitic effects can be reduced and the switching speed of the DC-DC converter can be efficiently increased. The inductance of the DC-DC converter can be determined based on Equation 2.
Figure 0007221221000002
where L is the inductance, Vin is the input voltage, Vo is the output voltage, ΔIL is the inductor ripple current, and Fs is the switching frequency. Note that the inductance increases as the switching speed increases. Thus, the reduced parasitic effects and relatively fast switch or switches (eg, eGaN switches) allow the DC-DC converter to use relatively small inductors. In a DC-DC converter, the inductor may be one of the largest components. By reducing the size of the inductor (eg, to a fraction of its original size), the footprint can be substantially reduced.

いくつかのDC-DC変換器は、複数のパッケージを備える。例えば、ドライバを含む第1パッケージ、スイッチ用の第2パッケージ、および、インダクタを含む第3パッケージがあってもよい。ここに開示されたいくつかの実施形態は、単一のパッケージを特徴とし、単一のパッケージは、PWMコントローラ、ドライバ、スイッチ(例えば、eGaNスイッチ)、1つまたは複数のインダクタ、および1つまたは複数のキャパシタなどの、DC-DC変換器の構成要素の全てを備える。ここに開示されたいくつかの実施形態において、PWMコントローラ、ドライバ、および/またはスイッチ(例えば、eGaNスイッチ)などの多数の構成要素を単一のICに集積することができる。 Some DC-DC converters have multiple packages. For example, there may be a first package containing the driver, a second package for the switch, and a third package containing the inductor. Some embodiments disclosed herein feature a single package that includes a PWM controller, a driver, a switch (e.g., an eGaN switch), one or more inductors, and one or more It comprises all the components of a DC-DC converter, such as a plurality of capacitors. In some embodiments disclosed herein, multiple components such as PWM controllers, drivers, and/or switches (eg, eGaN switches) can be integrated into a single IC.

したがって、比較的高い切替速度に関連する特徴は、DC-DC変換器のサイズを低減することができるように、DC-DC変換器の物理的設計によって相乗作用を与えることができる。DC-DC変換器が小さいほど、種々のアプリケーションにおいて使用して、マイクロプロセッサ、フィールドプログラム可能なゲートアレイ、アプリケーション特有の集積プロセッサなどの最新の電子デバイスに動力供給するためにより高い電流密度を提供することができる。より小さいDC-DC変換器は、低減された製造コストで作成され得る。ここに記載の技術は、ボードおよびパッケージ寄生効果を低減することができる。より小さいDC-DC変換器は、より密接した接続を特徴とし得る。この接続は、インダクタ、ICチップ、および/または負荷間の寄生効果を低減し、DC-DC変換器は、より高い周波数で効率的に動作され得る。ここに記載の技術は、ノイズを低減することができ、比較的低いリップル効果および比較的低い電波障害を含む。 Therefore, the features associated with relatively high switching speed can be synergized by the physical design of the DC-DC converter so that the size of the DC-DC converter can be reduced. Smaller DC-DC converters provide higher current densities for use in a variety of applications to power modern electronic devices such as microprocessors, field programmable gate arrays, and application-specific integrated processors. be able to. Smaller DC-DC converters can be made with reduced manufacturing costs. The techniques described herein can reduce board and package parasitic effects. Smaller DC-DC converters may feature closer connections. This connection reduces parasitic effects between inductors, IC chips, and/or loads, and the DC-DC converter can be operated efficiently at higher frequencies. The techniques described herein can reduce noise, including relatively low ripple effects and relatively low radio interference.

一般的に、比較的大きいサイズのDC-DC変換器は、比較的大きい電流量を処理することができる。いくつかの実施形態において、ここに開示されるDC-DC変換器は、従来の方法に比べて、比較的小さいサイズのDC-DC変換器による電流の任意の量を処理することができる。例えば、ここに開示されるDC-DC変換器は、アンペア数当たり20mm未満の電流、アンペア数当たり15mm未満の電流、アンペア数当たり10mm未満の電流、アンペア数当たり7mm未満の電流、アンペア数当たり5mm未満の電流、アンペア数当たり4mm未満の電流、アンペア数当たり3mm未満の電流、アンペア数当たり2mm未満の電流、アンペア数当たり1.5mm未満の電流、または、アンペア数当たり1mm未満の電流のフットプリント領域を有し得る。DC-DC変換器は、ここで検討した範囲外の値をいくつかの実施において使用してもよいが、アンペア数当たり1.0mmまたは0.5mmという低い電流を有していてもよい。 In general, a relatively large size DC-DC converter can handle a relatively large amount of current. In some embodiments, the DC-DC converters disclosed herein can handle arbitrary amounts of current with relatively small size DC-DC converters compared to conventional methods. For example, the DC-DC converters disclosed herein have a current of less than 20 mm 2 per amperage, a current of less than 15 mm 2 per amperage, a current of less than 10 mm 2 per amperage, a current of less than 7 mm 2 per amperage, less than 5 mm2 per amperage, less than 4 mm2 per amperage, less than 3 mm2 per amperage, less than 2 mm2 per amperage, less than 1.5 mm2 per amperage, or amperes It can have a current footprint area of less than 1 mm 2 per number. DC-DC converters may have currents as low as 1.0 mm 2 or 0.5 mm 2 per amperage, although values outside the ranges discussed here may be used in some implementations. .

例示的アプリケーション
ここに開示されるDC-DC変換器は、電子デバイスに電力を提供するために使用されてもよい。例は、一次供給電圧を供給電圧によって電力供給される電子デバイスに適したDC電圧に変換するためにDC-DC変換器を使用することを含む。例えば、いくつかのアプリケーションにおいて、最新の電力管理ソリューションは、サイズ、入力/出力リップル、効率、および温度限度についての仕様を満たしつつ、40以上のチップ埋め込み型DC-DC変換器を使用して40以上の電子構成要素に給電することができる。ここに開示されるようなDC-DC変換器は、より小さく作成され、空間およびボードサイズが制限された最新のシステムにおいて使用されてもよい。ここに開示されるようなDC-DC変換器は、ストレージ、サーバー、ネットワーク構築、電気通信、インターネット・オブ・シングスなどの種々のマーケットセグメントにおける構成要素に給電するために使用され得る。他のアプリケーションは、ここに開示されるDC-DC変換器を使用して、ブレードサーバー、固体素子の構成要素などにおけるプロセッサのためなどのポイントオブロード装置のマイクロポイントに対して電力を提供することを含む。
Exemplary Applications The DC-DC converters disclosed herein may be used to provide power to electronic devices. Examples include using a DC-DC converter to convert a primary supply voltage into a DC voltage suitable for electronic devices powered by the supply voltage. For example, in some applications, state-of-the-art power management solutions use over 40 on-chip DC-DC converters to meet specifications for size, input/output ripple, efficiency, and temperature limits. The above electronic components can be powered. A DC-DC converter as disclosed herein may be made smaller and used in modern systems where space and board size are limited. DC-DC converters as disclosed herein can be used to power components in various market segments such as storage, servers, networking, telecommunications, Internet of Things, and the like. Other applications use the DC-DC converters disclosed herein to provide power to micropoints of point-of-load devices such as for processors in blade servers, solid state components, etc. including.

図7Aは、記憶装置700において使用されるDC-DC変換器の一例を示す。記憶装置700は、例えば、固体素子であってもよい。記憶装置700は、コントローラ703と、PCB701を介して連結された複数のメモリチップ705とを備えていてもよい。DC-DC変換器707は、電力入力ピン709を介して供給電圧を受信し、メモリチップ705および/またはコントローラ703へDC電力を提供することができる。DC-DC変換器707は、PCB701を介してボンドワイヤまたは配線711によりインダクタ709に連結されていてもよい。PCB701は、DC-DC変換器707のパッケージからは別個のPCB701であってもよい。記憶装置700の容量は、図7Aの実施においては6個のメモリチップであるメモリチップ705の数によって制限される。 FIG. 7A shows an example of a DC-DC converter used in storage device 700. FIG. Storage device 700 may be, for example, a solid state device. Storage device 700 may comprise a controller 703 and multiple memory chips 705 coupled via PCB 701 . DC-DC converter 707 may receive a supply voltage via power input pin 709 and provide DC power to memory chip 705 and/or controller 703 . DC-DC converter 707 may be coupled to inductor 709 by bond wires or traces 711 through PCB 701 . The PCB 701 may be a separate PCB 701 from the DC-DC converter 707 package. The capacity of storage device 700 is limited by the number of memory chips 705, which in the implementation of FIG. 7A is six memory chips.

図7Bは、記憶装置750に対するチップ埋め込み型DC-DC変換器の例示的適用を示す。チップ埋め込み型DC-DC変換器751は、電力入力ピン709を介して供給電圧を受信し、メモリチップ705および/またはコントローラ703へDC電力を提供する。比較的小さいインダクタは、チップ埋め込み型DC-DC変換器751のパッケージフットプリントに含まれていてもよい。チップ埋め込み型DC-DC変換器751は、図7AのDC-DC変換器707よりも実質的に小さくてもよい。したがって、追加のPCB空間を、追加のメモリチップ753のために使用して記憶装置750の記憶容量を向上することができる。 FIG. 7B shows an exemplary application of an on-chip DC-DC converter to memory device 750 . Chip embedded DC-DC converter 751 receives a supply voltage via power input pin 709 and provides DC power to memory chip 705 and/or controller 703 . A relatively small inductor may be included in the package footprint of the on-chip DC-DC converter 751 . On-chip DC-DC converter 751 may be substantially smaller than DC-DC converter 707 of FIG. 7A. Therefore, additional PCB space can be used for additional memory chips 753 to increase the storage capacity of storage device 750 .

図8Aは、回路基板800におけるDC-DC変換器の例示的適用を示す。回路基板800は、例えば、複数の電源コネクタ801(PWR)、電圧レギュレータ管理(VRM)回路803、複数のランダムアクセスメモリ(RAM)スロット805、複数のペリフェラル・コンポーネント・インターコネクト・エクスプレス(PCIE)スロット813、および後部入力/出力パネル815等を含むブレードサーバーまたはマザーボードであってもよい。回路基板800は、ポイントオブロードにおいて複数のDC-DC変換器807も含む。DC-DC変換器807は、中央処理装置809またはコンピュータチップ811にそれぞれ給電する。DC-DC変換器807は、電源コネクタ801および/またはVRM回路803を介して供給される電力を受信し、供給された電力の電圧をCPU809またはコンピュータチップ811のそれぞれDC電力仕様に合ったDC電圧に変換することができる。 FIG. 8A shows an exemplary application of a DC-DC converter on a circuit board 800. FIG. Circuit board 800 includes, for example, a plurality of power connectors 801 (PWR), a voltage regulator management (VRM) circuit 803, a plurality of random access memory (RAM) slots 805, a plurality of peripheral component interconnect express (PCIE) slots 813. , and rear input/output panel 815 or the like. Circuit board 800 also includes a plurality of DC-DC converters 807 at the point of load. DC-DC converter 807 powers central processing unit 809 or computer chip 811, respectively. DC-DC converter 807 receives power supplied via power connector 801 and/or VRM circuit 803 and converts the voltage of the supplied power to a DC voltage that meets the DC power specifications of CPU 809 or computer chip 811, respectively. can be converted to

図8Bは、回路基板850におけるチップ埋め込み型DC-DC変換器の例示的適用を示す。回路基板850は、複数のチップ埋め込み型DC-DC変換器851を(例えばポイントオブロードにおいて)含む。チップ埋め込み型DC-DC変換器851は、例えば、中央処理装置809および/またはコンピュータチップ811に給電し得る。DC-DC変換器851は、電源コネクタ801および/またはVRM回路803を介して供給される電力を受信し、供給された電力の電圧をCPU809および/またはコンピュータチップ811のそれぞれDC電力仕様に合ったDC電圧に変換することができる。チップ埋め込み型DC-DC変換器851は、図8AのDC-DC変換器807よりも小さくてもよい。したがって、マザーボードは、追加のコンピュータチップ853のための空間を有し得る。DC-DC変換器807によって事前に占拠されていたエリアは、この場合は、他の構成要素のために利用可能な開放エリア855であってもよく、または、気流を向上するために開放されたままであってもよい。 FIG. 8B shows an exemplary application of a chip-embedded DC-DC converter in circuit board 850 . Circuit board 850 includes a plurality of chip-embedded DC-DC converters 851 (eg, at points of load). Chip embedded DC-DC converter 851 may power central processing unit 809 and/or computer chip 811, for example. DC-DC converter 851 receives power supplied via power connector 801 and/or VRM circuit 803 and converts the voltage of the supplied power to meet the DC power specifications of CPU 809 and/or computer chip 811, respectively. It can be converted to a DC voltage. Chip-embedded DC-DC converter 851 may be smaller than DC-DC converter 807 of FIG. 8A. Thus, the motherboard may have room for additional computer chips 853. FIG. The area previously occupied by the DC-DC converter 807 may in this case be an open area 855 available for other components or left open to improve airflow. can be up to

追加の実施形態
いくつかの例示的実施形態において、1つまたは複数のスイッチ(例えば、eGaNスイッチ)(例えば、モノリシックのまたは独立型の)は、インダクタを有するチップ埋め込み型DC-DC同期バックコンバータにおいて使用されてもよく、埋め込み型ICチップは、PWMコントローラおよびドライバを備える。DC-DC同期バックコンバータを基礎とするMOSFETと比較して、チップ埋め込み型DC-DC変換器は、比較的低い切替損失で比較的高い速度で切り替えられ、高い切替速度(例えば、約5MHz、または、ここに記載されたほかの速度)でより効果的に切り替わることができ、eGaNスイッチは、約5倍低いQを有し得る。
Additional Embodiments In some exemplary embodiments, one or more switches (e.g., eGaN switches) (e.g., monolithic or stand-alone) are in an on-chip DC-DC synchronous buck converter with an inductor. An embedded IC chip may be used with the PWM controller and driver. Compared to MOSFET-based DC-DC synchronous buck converters, on-chip DC-DC converters can be switched at relatively high speeds with relatively low switching losses, and high switching speeds (e.g., about 5 MHz, or , other speeds described herein), and the eGaN switch may have a QG about 5 times lower.

いくつかの実施形態は、3MHzなどの同じ速度で切り替わる場合、代替設計と比較して約30%低い電力損失の向上された効率ゲインを実現する。 Some embodiments achieve improved efficiency gains of approximately 30% lower power loss compared to alternative designs when switching at the same rate, such as 3 MHz.

チップ埋め込み型DC-DC変換器の一例示的実施形態は、約3mm×3mm×1.5mmのパッケージにパッケージングされ、約1MHz~5MHzの範囲で切り替わり、約6Aの電流を供給してもよい。比較において、同様のアンペア数のための種々のワイヤボンドDC-DC変換器設計は、約12mm×12mmの面積であり、約600kHzで切り替わってもよい。 An exemplary embodiment of an on-chip DC-DC converter may be packaged in a package of approximately 3 mm x 3 mm x 1.5 mm, switch between approximately 1 MHz and 5 MHz, and provide approximately 6 A of current. . In comparison, various wirebond DC-DC converter designs for similar amperage may be about 12 mm by 12 mm in area and switch at about 600 kHz.

チップ埋め込み型DC-DC変換器の一例示的実施形態は、12V電源を受信することができ、約1.2Vおよび約10AのDC信号を出力することができる。チップ埋め込み型DC-DC変換器は、約1MHzで切り替わることができ、約300nHであるインダクタを有し得る。 One exemplary embodiment of an on-chip DC-DC converter can receive a 12V power supply and output a DC signal of approximately 1.2V and approximately 10A. An on-chip DC-DC converter can switch at about 1 MHz and have an inductor that is about 300 nH.

チップ埋め込み型DC-DC変換器のいくつかの例示的実施形態は、約6mm×6mmまたは7mm×7mmであるパッケージにはめ込むことができる25Aのバックコンバータを含むことができる。 Some exemplary embodiments of on-chip DC-DC converters may include a 25A buck converter that can fit into a package that is approximately 6mm x 6mm or 7mm x 7mm.

チップ埋め込み型DC-DC変換器のいくつかの実施形態はeGaNスイッチを備える。スイッチは約5MHzで動作することができ、チップ埋め込み型DC-DC変換器は約1MHzで動作しているDC-DC変換器に基づくMOSFETと同様の効率で動作し得る。その結果、パッケージサイズが比較的小さくなり、過渡負荷に対する比較的迅速な応答により全体的にシステム性能が比較的高くなる。 Some embodiments of on-chip DC-DC converters include eGaN switches. The switch can operate at about 5 MHz, and the on-chip DC-DC converter can operate as efficiently as a MOSFET based DC-DC converter operating at about 1 MHz. The result is a relatively small package size and relatively fast response to transient loads resulting in relatively high overall system performance.

例示的方法
図9は、チップ埋め込み型DC-DC変換器を作成し使用するための例示的方法900のフローチャートを示す。
Exemplary Method FIG. 9 shows a flowchart of an exemplary method 900 for making and using a chip-embedded DC-DC converter.

ブロック901において、集積回路は製造され得る。集積回路は、ICチップでもよく、このICチップは、ドライバ、PWMコントローラ、および1つまたは複数の電力スイッチの少なくとも1つを備えていてもよい。ICチップは、DC-DC変換器の他の構成要素のドライバ、PWMコントローラ、電力スイッチ、インダクタ、キャパシタ、または複数を備えていてもよい。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の電力スイッチは、eGaNスイッチ、ヒ化ガリウムスイッチ、または他の種類の高性能スイッチであってもよい。 At block 901, an integrated circuit may be manufactured. The integrated circuit may be an IC chip, which may include at least one of a driver, a PWM controller, and one or more power switches. The IC chip may include drivers for other components of the DC-DC converter, PWM controllers, power switches, inductors, capacitors, or more. In some embodiments, the one or more power switches may be eGaN switches, gallium arsenide switches, or other types of high performance switches.

ブロック903において、第1PCB部分を形成することができる。第1PCB部分を形成することは、PCB層または絶縁体を提供すること、マスキング、エッチング、ビア掘削、ビア充填、導体配線およびパッドの配置、I2Cおよび/またはPMBUSのいくつかまたは全ての配置、などを含んでいてもよい。 At block 903, a first PCB portion may be formed. Forming the first PCB portion may include providing a PCB layer or insulator, masking, etching, via drilling, via filling, placement of conductor traces and pads, placement of some or all of the I2C and/or PMBUS, etc. may contain

ブロック905において、ICチップは、チップ埋め込み技術を用いて埋め込みされてもよい。いくつかの実施形態において、例えば、機械加工またはエッチング技術を用いて空洞が(例えば、PCBに)形成されてもよく、ICチップが空洞に配置されてもよい。ICチップは、第1PCB部分と、PCB内部へ、PCB層上に、複数のPCB層間に、複数のPCBの間などに連結されてもよい。ICチップは、フェイスアップまたはフェイスダウンでチップ埋め込みされてもよい。いくつかの実施形態において、ICは、フリップチップ技術を用いて埋め込みされていてもよい。ICチップまたはダイは、取付部またはボンディング材料と連結されていてもよい。いくつかの実施形態において、他の構成要素もPCBに埋め込みされていてもよい。例えば、1つまたは複数のスイッチ(例えば、モノリシックのeGaN電力スイッチ)がICチップから分離されている実施形態において、1つまたは複数のスイッチ(例えば、モノリシックのeGaNスイッチ)もPCBにおいて埋め込みされていてもよい。 At block 905, the IC chip may be embedded using chip embedding techniques. In some embodiments, a cavity may be formed (eg, in a PCB) using, for example, machining or etching techniques, and an IC chip may be placed in the cavity. The IC chip may be coupled to the first PCB portion and into the PCB, on a PCB layer, between PCB layers, between PCBs, and the like. The IC chip may be embedded face-up or face-down. In some embodiments, the IC may be embedded using flip-chip technology. An IC chip or die may be coupled with an attachment or bonding material. In some embodiments, other components may also be embedded in the PCB. For example, in embodiments in which one or more switches (eg, monolithic eGaN power switches) are separate from the IC chip, one or more switches (eg, monolithic eGaN switches) are also embedded in the PCB. good too.

ブロック907において、PCBの第2部分のための導通経路および絶縁体が形成されてもよい。このことは、追加のPCB層または絶縁体を提供すること、マスキング、エッチング、ビアの掘削または露出、ビア充填、導体配線およびパッドの配置、I2Cおよび/またはPMBUSのいくつかまたは全ての配置、などを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、ブロック903、905、および907に関連して説明された作業はまとめられ、および/または重複してもよい。ブロック903、905、および907において、導体(例えば、ビアおよび配線)は、(例えば、図1および図3に示すような)DC-DC変換器構造における構成要素を連結するために形成され得る。 At block 907, conductive paths and insulators for the second portion of the PCB may be formed. This may include providing additional PCB layers or insulators, masking, etching, drilling or exposing vias, filling vias, placing conductor traces and pads, placing some or all of the I2C and/or PMBUS, etc. may contain In some embodiments, the work described with respect to blocks 903, 905, and 907 may be combined and/or duplicated. At blocks 903, 905, and 907, conductors (eg, vias and traces) may be formed to connect components in a DC-DC converter structure (eg, as shown in FIGS. 1 and 3).

ブロック909において、インダクタが連結され得る。インダクタは、PCBの最上部と連結されてもよい。インダクタは、ICチップなどのDC-DC変換器の他の構成要素の1つまたは複数と共に少なくとも部分的に積層されてもよい。インダクタは、PWMコントローラ、ドライバ、スイッチなどのDC-DC変換器の他の構成要素の1つまたは複数と共に少なくとも部分的に積層されてもよい。いくつかの実施形態において、キャパシタなどの他の表面構成要素も連結されていてもよい。したがって、チップ埋め込み型DC-DC変換器の構成要素も一緒に連結されていてもよい。いくつかの実施形態において、インダクタのインダクタンスは、少なくとも一部が、例えば、図1を参照して説明したような過電流限度に基づいて選択されてもよい。いくつかの実施形態において、過電流限度は、少なくとも一部がインダクタの飽和限度に基づいて決定され、調整され、および/またはトリムされてもよい。いくつかの実施形態において、インダクタおよび過電流限度値は、単一の人、設計者、設計チーム、および/または製造者によって決定および/または設計されていてもよい。 At block 909, inductors may be connected. An inductor may be coupled to the top of the PCB. The inductor may be at least partially laminated with one or more of the other components of the DC-DC converter, such as an IC chip. The inductor may be at least partially stacked with one or more of the other components of the DC-DC converter such as PWM controllers, drivers, switches, and the like. In some embodiments, other surface components such as capacitors may also be coupled. Therefore, the components of the chip-embedded DC-DC converter may also be coupled together. In some embodiments, the inductance of the inductor may be selected based, at least in part, on the overcurrent limit as described with reference to FIG. 1, for example. In some embodiments, the overcurrent limit may be determined, adjusted, and/or trimmed based at least in part on the saturation limit of the inductor. In some embodiments, inductors and overcurrent limits may be determined and/or designed by a single person, designer, design team, and/or manufacturer.

ブロック911において、チップ埋め込み型DC-DC変換器はパッケージされていてもよい。このことは、単一の離散型の構成要素としてチップ埋め込み型DC-DC変換器をパッケージングすることを含んでいてもよい。パッケージは、DC-DC変換器が外部インダクタまたはキャパシタ無しで動作できるように、インダクタおよびキャパシタを含んでいてもよい。 At block 911, the on-chip DC-DC converter may be packaged. This may include packaging the chip embedded DC-DC converter as a single discrete component. The package may contain inductors and capacitors so that the DC-DC converter can operate without external inductors or capacitors.

ブロック913において、負荷がDC-DC変換器に連結されていてもよい。このことは、例えば、パッケージされたチップ埋め込み型DC-DC変換器の出力を分離されたマザーボード上の配線を介して電子デバイスと連結することを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、DC-DC変換器は、ポイントオブロードの付近に連結されて寄生効果を多少低減することができる。 At block 913, a load may be coupled to the DC-DC converter. This may involve, for example, coupling the output of a packaged chip-embedded DC-DC converter with an electronic device via a separate motherboard wiring. In some embodiments, the DC-DC converter can be coupled near the point of load to somewhat reduce parasitic effects.

ブロック915において、パッケージされたチップ埋め込み型DC-DC変換器に電源が連結されていてもよい。したがって、チップ埋め込み型DC-DC変換器は、供給された電力を使用してDC出力電圧を提供して電子デバイスに給電してもよい。 At block 915, a power supply may be coupled to the packaged on-chip DC-DC converter. An on-chip DC-DC converter may thus use the supplied power to provide a DC output voltage to power an electronic device.

ブロック911、913は、パッケージングすること、および、負荷装置の分離されたPCBと共にパッケージングされたチップ埋め込み型DC-DC変換器を使用することを説明しているが、いくつかの実施形態において、ここに記載の技術は、端末装置のPCBに適用されてもよい。 Although blocks 911 and 913 describe packaging and using a packaged chip-embedded DC-DC converter with a separate PCB of the load device, in some embodiments , the techniques described herein may be applied to the PCB of the terminal device.

マルチインダクタチップ埋め込み型DC-DC変換器
ここに記載のチップ埋め込み型DC-DC変換器技術は、マルチインダクタ実装品に拡大されてもよい。このことは、2、3、4、5、6、8、16、または任意の数のインダクタと共に、例えば、デュアルバックコンバータ、デュアルブーストコンバータ、および電圧変換器を含んでいてもよい。複数インダクタは、並列に配置されていてもよい。複数インダクタの出力(例えば、並列配置において)は、キャパシタまたはLC共振回路などのエネルギー蓄積回路と連結されていてもよい。各インダクタは、それぞれ一対のスイッチと連結されていてもよい。各一対のスイッチは、それぞれドライバにより駆動されてもよい。各ドライバは、他のドライバへ提供されるPWM信号とは位相がずれているPWM信号によって駆動されてもよい。各PWM信号は、オン時間を有していてもよく、オン時間は、ドライバ信号の重畳された組み合わせが共通期間よりも短い実効期間を有するように十分に小さい割合の共通期間である。いくつかの実施形態において、マルチインダクタチップ埋め込み型DC-DC変換器は、ここで(例えば、図1に示す)開示する構成要素(例えば、スイッチ、インダクタ、集積回路の一部)の一部または全てを複製することにより形成され得る。
Multi-Inductor Chip Embedded DC-DC Converter The chip embedded DC-DC converter technology described herein may be extended to multi-inductor implementations. This may include, for example, dual buck converters, dual boost converters, and voltage converters, with 2, 3, 4, 5, 6, 8, 16, or any number of inductors. Multiple inductors may be arranged in parallel. The outputs of multiple inductors (eg, in a parallel arrangement) may be coupled with an energy storage circuit such as a capacitor or LC resonant circuit. Each inductor may be associated with a respective pair of switches. Each pair of switches may be driven by a respective driver. Each driver may be driven by a PWM signal that is out of phase with the PWM signal provided to the other drivers. Each PWM signal may have an on-time, which is a small enough percentage of the common period so that the superimposed combination of driver signals has a shorter effective period than the common period. In some embodiments, the multi-inductor chip-embedded DC-DC converter is part of the components disclosed herein (e.g., shown in FIG. 1) (e.g., switches, inductors, part of an integrated circuit) or It can be formed by duplicating everything.

ここに開示の種々の実施形態は、以下の特徴の1つ、いくつかの組み合わせ、または全てを有していてもよい。マルチインダクタチップ埋め込み型DC-DC変換器は、単一のインダクタチップ埋め込み型DC-DC変換器よりも高速かつ高効率で動作し得る。DC-DC変換器を通る電流は、複数インダクタに沿って分割されていてもよい。熱は、複数インダクタに亘って分散されてもよい。より小さいサイズの個別インダクタを使用してもよい。電流密度は、上昇され得る。DC-DC変換器の全体のサイズは低減されてもよい。スイッチは、より少ない回数切り替わってもよい。スイッチの平均寿命は、延長され得る。インダクタの平均寿命は、向上され得る。より少ないおよび/またはより少数の出力キャパシタが使用されてもよい。より速い過渡応答があってもよい。電流受容が変化する場合、出力電力におけるより低い変動があってもよい。DC-DC変換器は、(例えば、数式2に基づき)より高い周波数で動作してもよく、および/または、より少ないインダクタを使用してもよい。DC-DC変換器のサイズは低減されてもよい。各一対のスイッチは、効率的である最大周波数で動作してもよいが、全体的な周波数は、任意の一対のスイッチの個別周波数よりも大きくてもよい。 Various embodiments disclosed herein may have one, some combination, or all of the following features. A multi-inductor chip embedded DC-DC converter can operate faster and more efficiently than a single inductor chip embedded DC-DC converter. The current through the DC-DC converter may be split along multiple inductors. Heat may be distributed across multiple inductors. Smaller size discrete inductors may be used. Current density can be increased. The overall size of the DC-DC converter may be reduced. The switch may toggle less often. Life expectancy of the switch can be extended. The life expectancy of the inductor can be improved. Fewer and/or fewer output capacitors may be used. There may be a faster transient response. If the current acceptance changes, there may be less variation in output power. The DC-DC converter may operate at higher frequencies (eg, according to Equation 2) and/or may use fewer inductors. The size of the DC-DC converter may be reduced. Each pair of switches may operate at the maximum frequency that is efficient, but the overall frequency may be greater than the individual frequencies of any pair of switches.

いくつかの実施形態において、電力損失を低減することができる。数式P=I×Rを使用すると、電力損失がDC電流(I)と共に上昇し得ることが分かる。しかしながら、複数インダクタ間で電流を分割することにより、全体の電力損失は低減され得る。さらに、各インダクタの抵抗も低減する。例えば、2つのインダクタ間で電流(I)を分割することにより、P=2×[(I/2)×R/2]=[I ×R]/2、電力損失を半分に低減することができることが分かる。したがって、複数インダクタ間の分散電力搬送は、向上された効率を提供する。高い電流密度のDC-DC変換器についての需要が増大するにつれて、マルチインダクタ、チップ埋め込み型DC-DC変換器は、より小さいサイズと高い電流密度とをより少ない電力損失で提供することができる。 In some embodiments, power loss can be reduced. Using the formula P=I 2 ×R, it can be seen that power loss can rise with DC current (I). However, by splitting the current among multiple inductors, the overall power loss can be reduced. Furthermore, the resistance of each inductor is also reduced. For example, by dividing the current ( Io ) between two inductors, P=2*[( Io /2) 2 *R/2]=[ Io2 * R]/2, halving the power loss can be reduced to Therefore, distributed power transfer among multiple inductors provides improved efficiency. As the demand for high current density DC-DC converters increases, multi-inductor, chip embedded DC-DC converters can provide smaller size and higher current density with less power loss.

いくつかの実施形態において、マルチインダクタ、チップ埋め込み型DC-DC変換器における比較的小さいインダクタにより、要求される電流における変化に対するより迅速な過渡応答が可能になる。例えば、図8Bに示すように、チップ埋め込み型DC-DC変換器は、DC電力をCPUに提供してもよい.CPUは、重い計算負荷(例えば、すべてのコアの利用および/またはその切替周波数の上昇)を突然受けることがあり、パワーダウンにおける突然の増加を引き起こす(例えば、ns範囲における1アンペアから10アンペアへの増大)。エネルギーは出力キャパシタ(例えば、図1、図2の出力キャパシタ111)から引き出されるため、出力キャパシタの両端電圧は、CPUにより必要とされるDC電力仕様(例えば、<1%の降圧)よりも早すぎるように低下する可能性があり、停止エラーのリスクを冒す。したがって、フィードバックシステム(例えば、図14、図16、および図17に示すように)は、インダクタを介してキャパシタへ搬送される電力を増大し、電圧降下を防止するように構成されていてもよい。しかしながら、高いインダクタンスは、電力搬送において変化に抵抗する。マルチインダクタシステムは比較的小さいインダクタを使用するため、マルチインダクタの過渡フィードバック応答、チップ埋め込み型DC-DC変換器は、比較的少なく比較的大きいインダクタを有するDC-DC変換器の過渡フィードバック応答よりも高速であってもよく、応答は、比較的小さい出力電圧降下を有する。比較的高い切替周波数を有するここに開示されるDC-DC変換器は、比較的小さいインダクタを利用することができ、その結果、ここに記載の単一のインダクタ実施形態は、過渡負荷に対して向上した応答を有することができる。
In some embodiments, the relatively small inductors in a multi-inductor, on-chip DC-DC converter allow for faster transient response to changes in current demand. For example, as shown in FIG. 8B, an on-chip DC-DC converter may provide DC power to the CPU. A CPU may suddenly experience a heavy computational load (e.g. utilization of all cores and/or an increase in its switching frequency), causing a sudden increase in power down (e.g. from 1 amp to 10 amps in the ns range). increase). Since the energy is drawn from the output capacitor (e.g., output capacitor 111 in FIGS. 1 and 2), the voltage across the output capacitor is faster than the DC power specification (e.g., <1% step-down) required by the CPU. It may drop too much and you risk a stop error. Accordingly, a feedback system (eg, as shown in FIGS. 14, 16, and 17) may be configured to increase the power transferred to the capacitor through the inductor and prevent voltage drop. . However, high inductance resists changes in power delivery. Because multi-inductor systems use relatively small inductors, the transient feedback response of multi-inductor, chip-embedded DC-DC converters is better than the transient feedback response of DC-DC converters with relatively few and relatively large inductors. It can be fast and the response has a relatively small output voltage drop. DC-DC converters disclosed herein having relatively high switching frequencies can utilize relatively small inductors so that the single inductor embodiments described herein are You can have an improved response.

例示的デュアルバックコンバータ
図10は、チップ埋め込み型DC-DC変換器を使用するデュアルバックコンバータ1000用の例示的デュアルインダクタ設計を示す。デュアルバックコンバータは、単一のインダクタの代わりに2つの並列のインダクタを使用することができる。
Exemplary Dual Buck Converter FIG. 10 shows an exemplary dual inductor design for a dual Buck converter 1000 using an on-chip DC-DC converter. A dual buck converter can use two inductors in parallel instead of a single inductor.

図10は、第1インダクタ1001と、第2インダクタ1003と、チップ埋め込み型ICおよび他の構成要素を有するPCB1005(図11A、11B、11Cおよび11Dに示し、図10においては不可視)を備える。第1インダクタ1001への第1入力ノード1007Aは、PCB1005における第1パッド1007Bに対応してもよい。第2インダクタ1003への第2入力ノード1009Aは、PCB1005における第2パッド1009Bに対応する。電圧出力ノード1011Aは、PCB1005上の電圧出力パッド1011Bに対応してもよい。グラフ1013は、信号1、信号2、および出力信号についての波形を示す。 FIG. 10 includes a PCB 1005 (shown in FIGS. 11A, 11B, 11C and 11D, not visible in FIG. 10) with a first inductor 1001, a second inductor 1003, and a chip-embedded IC and other components. A first input node 1007 A to first inductor 1001 may correspond to a first pad 1007 B on PCB 1005 . A second input node 1009 A to second inductor 1003 corresponds to a second pad 1009 B on PCB 1005 . Voltage output node 1011 A may correspond to voltage output pad 1011 B on PCB 1005 . Graph 1013 shows the waveforms for signal 1, signal 2, and the output signal.

デュアルバックコンバータは、2つのインダクタ1001、1003を含むように構成されてもよい。2つのインダクタ1001、1003は、PCB1005上に表面実装されてもよい。種々の実施形態において、2つのインダクタ1001、1003は、並べて配置された2つの分離したインダクタであってもよく、上下に垂直に配置された2つの分離したインダクタ、または、2つのインダクタ巻き線を有する単一の磁気コアであってもよい。 A dual buck converter may be configured to include two inductors 1001 , 1003 . Two inductors 1001 , 1003 may be surface mounted on the PCB 1005 . In various embodiments, the two inductors 1001, 1003 may be two separate inductors placed side by side, two separate inductors placed vertically one above the other, or two inductor windings. It may be a single magnetic core with

信号1は、第1入力ノード1007Aへ提供される。信号1は、Tの期間を有する。信号2は、第2入力ノード1009Aへ提供される。信号2も、Tの期間を有する。信号1および2は、互いに位相がずれており、期間Tの50%未満の「オン」時間を有する。出力信号は、信号1および信号2の組み合わせにより形成される。各パルスについて、出力信号は、信号1おおび信号2と同じ「オン」時間を有する。信号1および信号2の「オン」時間は同じであり、出力信号の有効期間は、半分に低減される(周波数は2倍になる)。 Signal 1 is provided to first input node 1007A. Signal 1 has a period of T. Signal 2 is provided to second input node 1009A. Signal 2 also has a period of T. Signals 1 and 2 are out of phase with each other and have an "on" time of less than 50% of the period T. The output signal is formed by the combination of signal 1 and signal 2. For each pulse, the output signal has the same "on" time as signal 1 and signal 2. The "on" times of signal 1 and signal 2 are the same, and the effective period of the output signal is reduced by half (frequency doubled).

図12は、チップ埋め込み型DC-DC変換器を含むデュアルバックコンバータの例示的回路レベル回路図1200を示す。回路図は、電圧源1201、第1スイッチペアの第1スイッチ1203、第1スイッチペアの第2スイッチ1205、第2スイッチペアの第3スイッチ1207、第2スイッチペアの第4スイッチ1209、第1インダクタ1211、第2インダクタ1213、出力キャパシタ1217、および電圧出力ノード1219を備える。 FIG. 12 shows an exemplary circuit-level schematic diagram 1200 of a dual buck converter including a chip-embedded DC-DC converter. The circuit diagram includes a voltage source 1201, a first switch 1203 of the first switch pair, a second switch 1205 of the first switch pair, a third switch 1207 of the second switch pair, a fourth switch 1209 of the second switch pair, a first It comprises an inductor 1211 , a second inductor 1213 , an output capacitor 1217 and a voltage output node 1219 .

インダクタ1211、1213のペア1215は、PCBの外部と連結されてもよい。スイッチ1203、1205、1207、1209は、独立型チップとして、または、他の構成要素(例えば、ドライバ、PWMコントローラ、他のスイッチ)を含むICチップの一部としてPCBに埋め込みされてもよい。キャパシタ1217は、PCBの外側またはPCBの内側と連結されていてもよい。インダクタ1211および1213は、共用される共通コアを使用してもよく、または、分離されたコアを使用してもよい。 A pair 1215 of inductors 1211, 1213 may be coupled externally to the PCB. Switches 1203, 1205, 1207, 1209 may be embedded in the PCB as stand-alone chips or as part of an IC chip that includes other components (eg, drivers, PWM controllers, other switches). Capacitor 1217 may be coupled to the outside of the PCB or the inside of the PCB. Inductors 1211 and 1213 may use a shared common core or may use separate cores.

電圧源1201は、第1スイッチ1203のドレインと連結されていてもよい。第1スイッチ1203のソースは、第1インダクタ1211の第1ノードと連結されていてもよい。前記第1スイッチ1203のソースは、第2スイッチ1205のドレインと連結されていてもよい。第1スイッチ1203および第2スイッチ1205のゲートは、ドライバ(図12には示さず)と連結されていてもよい。ドライバは、逆制御信号を第1スイッチ1203および第2スイッチ1205へ駆動することができ、第1スイッチ1203および第2スイッチ1205の一方がオンであり他方がオフであるように第1スイッチ1203および第2スイッチ1205を交互にオンおよびオフする。第1スイッチ1203がオンであり、第2スイッチ1205がオフである間、エネルギーは、電圧源1201からインダクタ1211および/またはキャパシタ1217へ提供されてもよく、ただし、エネルギーは格納されてもよく、出力電圧を上昇させる。第1スイッチ1203がオフであり、第2スイッチ1205がオフである間、エネルギーは、インダクタ1211および/またはキャパシタ1217から放出されてもよく、出力電圧が低減する。 The voltage source 1201 may be connected to the drain of the first switch 1203 . A source of the first switch 1203 may be connected to a first node of the first inductor 1211 . A source of the first switch 1203 may be connected to a drain of the second switch 1205 . Gates of the first switch 1203 and the second switch 1205 may be coupled to a driver (not shown in FIG. 12). The driver can drive inverse control signals to the first switch 1203 and the second switch 1205 such that one of the first switch 1203 and the second switch 1205 is on and the other is off. The second switch 1205 is alternately turned on and off. While the first switch 1203 is on and the second switch 1205 is off, energy may be provided from the voltage source 1201 to the inductor 1211 and/or the capacitor 1217, although the energy may be stored; Increase the output voltage. While first switch 1203 is off and second switch 1205 is off, energy may be discharged from inductor 1211 and/or capacitor 1217, reducing the output voltage.

電圧源1201は、第3スイッチ1207のドレインと連結されていてもよい。第3スイッチ1207のソースは、第2インダクタ1213の第1ノードと連結されていてもよい。前記第3スイッチ1207のソースは、第4スイッチ1209のドレインと連結されていてもよい。第3スイッチ1207および第4スイッチ1209のゲートは、ドライバ(図12には示さず)と連結されていてもよい。したがって、ドライバは、逆制御信号を第3スイッチ1207および第4スイッチ1209へ駆動することができ、第3スイッチ1207および第4スイッチ1209の一方がオンであり他方がオフであるように第3スイッチ1207および第4スイッチ1209を交互にオンおよびオフしてもよい。第3スイッチ1207がオンであり、第4スイッチ1209がオフである間、エネルギーは、電圧源1201からインダクタ1213および/またはキャパシタ1217へ提供されてもよく、ここにエネルギーを格納することができ、出力電圧を上昇させる。第3スイッチ1207がオフであり、第4スイッチ1209がオンである間、エネルギーは、インダクタ1213および/またはキャパシタ1217から放出されてもよく、出力電圧が低減する。 The voltage source 1201 may be connected to the drain of the third switch 1207 . A source of the third switch 1207 may be connected to a first node of the second inductor 1213 . A source of the third switch 1207 may be connected to a drain of the fourth switch 1209 . Gates of the third switch 1207 and the fourth switch 1209 may be coupled to a driver (not shown in FIG. 12). Thus, the driver can drive an inverse control signal to the third switch 1207 and the fourth switch 1209, such that one of the third switch 1207 and the fourth switch 1209 is on and the other is off. 1207 and fourth switch 1209 may be alternately turned on and off. While the third switch 1207 is on and the fourth switch 1209 is off, energy may be provided from the voltage source 1201 to the inductor 1213 and/or capacitor 1217, where energy may be stored, Increase the output voltage. While the third switch 1207 is off and the fourth switch 1209 is on, energy may be discharged from inductor 1213 and/or capacitor 1217, reducing the output voltage.

第1インダクタ1211の第2ノードおよび第2インダクタ1213の第2ノードは、出力ノード1219と連結されていてもよく、平滑キャパシタとも称される出力キャパシタ1217とも連結されていてもよい。出力ノード1219における電圧は、キャパシタ1217において格納されたエネルギーによって影響を受ける可能性がある。キャパシタ1217に格納されたエネルギーは、キャパシタ1217から、第1インダクタ1211の第2ノード、または、第2インダクタ1213の第2ノードから電流が流れると上昇する可能性がある。したがって、小さい信号リップルは、スイッチがエネルギーを提供または放出するのに応じてキャパシタへ提供される。 A second node of the first inductor 1211 and a second node of the second inductor 1213 may be coupled to an output node 1219 and may also be coupled to an output capacitor 1217, also referred to as a smoothing capacitor. The voltage at output node 1219 can be affected by the energy stored in capacitor 1217 . The energy stored in capacitor 1217 can rise when current flows from capacitor 1217 either from the second node of first inductor 1211 or from the second node of second inductor 1213 . Therefore, a small signal ripple is provided to the capacitor as the switch provides or releases energy.

第1ペアのスイッチ1203、1205は、第2ペアのスイッチ1207、1209から位相をずらして駆動されてもよい。第1ペアのスイッチ1203、1205は、第2ペアのスイッチ1207、1209と同じ周波数および同じ周期で駆動されてもよい。したがって、いくつかの実施形態において、上側スイッチ1203、1207の最大で1つが任意の時間にオンになる。4つのスイッチ1203、1205、1207、1209は、互いに全て位相がずれている4つの各信号で駆動されてもよい。第1ペアのスイッチ1203、1205および第1インダクタ1211は、第2ペアのスイッチ1207、1209および第2インダクタ1213と並列にDCバッキング機能を提供する。 The first pair of switches 1203,1205 may be driven out of phase from the second pair of switches 1207,1209. The first pair of switches 1203, 1205 may be driven at the same frequency and the same period as the second pair of switches 1207, 1209. Thus, in some embodiments, at most one of the top switches 1203, 1207 is on at any given time. The four switches 1203, 1205, 1207, 1209 may be driven with four respective signals, all out of phase with each other. A first pair of switches 1203 , 1205 and a first inductor 1211 provide a DC bucking function in parallel with a second pair of switches 1207 , 1209 and a second inductor 1213 .

図13Aは、チップ埋め込み型DC-DC変換器を含むDC-DC変換器の例示的回路レベルの回路図1300を示す。図13Aの構成要素は、図12の構成要素と同じであるかまたは同様であってもよい。図13AのDC-DC変換器は、増設のキャパシタ1221を備えていてもよい。キャパシタ1221は、スイッチ1203がオンされた場合にエネルギーを格納することができる。いくつかの実施形態において、キャパシタ1221が電圧源1201の電圧の約半分まで充電するように、エネルギーが格納されてもよい。スイッチ1203がオンされる場合、スイッチ1207がオフされ、スイッチ1205がオフされ、過渡電流は、キャパシタ1221を介してインダクタ1211へ流れ得る。スイッチ1207がオンされ、スイッチ1209がオフされると、キャパシタ1221は、スイッチ1207に電力を提供し、インダクタ1213へ電流を流すことができる。キャパシタ1221も、スイッチ1207とスイッチ1205との間のAC連結キャパシタとして作用し得る。図13における構成要素も、図12のものに比べて変更されたレイアウトで配置されているが、図12およびズ13AのDC-DC変換器は、同様に機能し得る。インダクタ1211および1213は、共用される共通コアを使用してもよく、または、分離されたコアを使用してもよい。 FIG. 13A shows an exemplary circuit-level schematic 1300 of a DC-DC converter, including a chip-embedded DC-DC converter. Components in FIG. 13A may be the same or similar to components in FIG. The DC-DC converter of FIG. 13A may also include an additional capacitor 1221 . Capacitor 1221 can store energy when switch 1203 is turned on. In some embodiments, energy may be stored such that capacitor 1221 charges to approximately half the voltage of voltage source 1201 . When switch 1203 is turned on, switch 1207 is turned off, switch 1205 is turned off, and a transient current can flow through capacitor 1221 to inductor 1211 . When switch 1207 is turned on and switch 1209 is turned off, capacitor 1221 can provide power to switch 1207 and conduct current to inductor 1213 . Capacitor 1221 may also act as an AC coupling capacitor between switches 1207 and 1205 . The components in FIG. 13 are also arranged in a modified layout compared to that of FIG. 12, but the DC-DC converters of FIGS. 12 and 13A can function similarly. Inductors 1211 and 1213 may use a shared common core or may use separate cores.

図13Bは、チップ埋め込み型DC-DC変換器を含むDC-DC変換器の例示的回路レベルの回路図1350を示す。図13の構成要素は、図12の構成要素と同じであるかまたは同様であってもよい。第1ペアのスイッチ1203、1205および第1インダクタ1211は、第1キャパシタ1217Aに連結され、第1出力ノード1219Aにおける第1出力電圧を提供するように構成されてもよい。第2ペアのスイッチ1207、1209および第2インダクタ1213は、第2キャパシタ1217Bに連結され、第2出力ノード1219Bにおける第2出力電圧を提供するように構成されてもよい。第1および第2出力ノード1219A、1219Bにおける出力電圧は、同じ電圧であってもよく、または、異なる電圧であってもよい。いくつかの実施形態において、ドライバ(例えば、図1に示し、図13Bには示さず)は、異なる電圧が異なるノード1219A、1219Bへ提供されるように、第1ペアのスイッチ1203、1205および第2ペアのスイッチ1207、1209を個別に駆動することができる。インダクタ1211および1213は、共用される共通コアを使用してもよく、または、分離されたコアを使用してもよい。 FIG. 13B shows an exemplary circuit-level schematic 1350 of a DC-DC converter, including a chip-embedded DC-DC converter. Components in FIG. 13 may be the same or similar to components in FIG. A first pair of switches 1203, 1205 and a first inductor 1211 may be coupled to a first capacitor 1217A and configured to provide a first output voltage at a first output node 1219A. A second pair of switches 1207, 1209 and a second inductor 1213 may be coupled to a second capacitor 1217B and configured to provide a second output voltage at a second output node 1219B. The output voltages at the first and second output nodes 1219A, 1219B may be the same voltage or may be different voltages. In some embodiments, a driver (eg, shown in FIG. 1 and not shown in FIG. 13B) connects the first pair of switches 1203, 1205 and the second pair such that different voltages are provided to different nodes 1219A, 1219B. The two pairs of switches 1207, 1209 can be individually driven. Inductors 1211 and 1213 may use a shared common core or may use separate cores.

図13Aおよび13Bに示す実施形態は、1つまたは複数のICダイ上に実施されてもよい。例えば、図13Aにおいて、スイッチ1203、1205、1207、1209は、単一のIC(例えば、モノリシックのeGaNIC)において全てが含まれてもよい。いくつかの実施形態において、スイッチ1203、1205、1207、1209は、2つまたはそれ以上の別個の装置間で分割されていてもよい。図13Aおよび13Bに示す実施形態は、1つまたは複数のドライバおよび/またはPWMコントローラにより制御されてもよい。例えば、第1PWMコントローラは、第1ドライバと連結されていてもよく、第1ドライバは、スイッチ1203、1205、1207、1209のうち第1ペアのスイッチを駆動し、第2PWMコントローラは、第2ドライバと連結されていてもよく、第2ドライバは、スイッチ1203、1205、1207、1209うち第2ペアのスイッチを駆動する。 The embodiments shown in Figures 13A and 13B may be implemented on one or more IC dies. For example, in FIG. 13A, switches 1203, 1205, 1207, 1209 may all be included in a single IC (eg, monolithic eGaN IC). In some embodiments, switches 1203, 1205, 1207, 1209 may be split between two or more separate devices. The embodiments shown in Figures 13A and 13B may be controlled by one or more drivers and/or PWM controllers. For example, a first PWM controller may be coupled with a first driver, the first driver driving a first pair of switches 1203, 1205, 1207, 1209, and a second PWM controller driving a second driver. A second driver drives a second pair of switches 1203, 1205, 1207, 1209.

デュアルバックコンバータに埋め込まれたチップのための例示的設計
図11Aは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用の第1例示的レイアウト設計1100を示す。この設計は、IC部分1101、第1スイッチペアの第1電力スイッチ1103、第1スイッチペアの第2電力スイッチ1105、第2スイッチペアの第3電力スイッチ1107、および第2スイッチペアの第4電力スイッチ1109を備える。
Exemplary Design for Embedded Chip in Dual Buck Converter FIG. 11A shows a first exemplary layout design 1100 for an embedded chip in a dual Buck converter. This design includes an IC portion 1101, a first power switch 1103 of the first switch pair, a second power switch 1105 of the first switch pair, a third power switch 1107 of the second switch pair, and a fourth power switch 1107 of the second switch pair. A switch 1109 is provided.

図11Aの実施形態において、IC部分1101、第1電力スイッチ1103、第2電力スイッチ1105、第3電力スイッチ1107、および第4電力スイッチ1109は、全て同じICチップに含まれている。IC部分1101は、PWMコントローラおよびドライバを含んでいてもよい。ドライバは、第1スイッチペアを第2スイッチペアとは位相をずらして駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、第1スイッチペアおよび第2スイッチペアを、同一周期および同一周波数で駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、各スイッチペアにおけるスイッチを交互に駆動するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、IC部分1101は、第1スイッチペアを駆動するように構成された第1ドライバと、第2スイッチペアを駆動するように構成された第2ドライバとを備える。PWMコントローラは、第1PWM信号を第1ドライバへ提供し、第2PWM信号を第2ドライバへ提供し、第1および第2PWM信号は、互いに位相がずれていてもよい。 In the embodiment of FIG. 11A, IC portion 1101, first power switch 1103, second power switch 1105, third power switch 1107, and fourth power switch 1109 are all included on the same IC chip. IC portion 1101 may include a PWM controller and driver. The driver may be configured to drive the first switch pair out of phase with the second switch pair. The driver may be configured to drive the first switch pair and the second switch pair with the same period and frequency. The drivers may be configured to alternately drive the switches in each switch pair. In some embodiments, IC portion 1101 comprises a first driver configured to drive a first switch pair and a second driver configured to drive a second switch pair. A PWM controller provides a first PWM signal to the first driver and a second PWM signal to the second driver, the first and second PWM signals may be out of phase with each other.

図11Bは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用第2例示的レイアウト設計1120を示す。この設計は、ICチップ1121、第1スイッチペアの第1電力スイッチ1123、第1スイッチペアの第2電力スイッチ1125、第2スイッチペアの第3電力スイッチ1127、および第2スイッチペアの第4電力スイッチ1129を備える。 FIG. 11B shows a second exemplary layout design 1120 for embedded chips in a dual buck converter. This design includes an IC chip 1121, a first power switch 1123 of the first switch pair, a second power switch 1125 of the first switch pair, a third power switch 1127 of the second switch pair, and a fourth power switch 1127 of the second switch pair. A switch 1129 is provided.

第1電力スイッチ1123および第2電力スイッチ1125は、モノリシックのeGaNスイッチチップなどの第1モノリシックのスイッチチップの一部であってもよい。第3電力スイッチ1127および第4電力スイッチ1129は、第2モノリシックのスイッチチップの一部であってもよい。いくつかの実施形態において、第1モノリシックのスイッチペアおよび第2モノリシックのスイッチペアは、同じモノリシックのチップの一部であってもよい。いくつかの実施形態において、第1モノリシックのスイッチペアおよび第2モノリシックのスイッチペアは分離モノリシックのチップの一部であってもよい。ICチップ1121および分離モノリシックのチップは、PCBに埋め込みされていてもよい。IC部分1121は、PWMコントローラおよびドライバを含んでいてもよい。ドライバは、第1モノリシックスイッチ対を第2モノリシックスイッチ対とは位相をずらして駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、第1モノリシックスイッチ対および第2モノリシックスイッチ対を、同一周期および同一周波数で駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、各モノリシックスイッチペアにおけるスイッチを交互に駆動するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、IC部分1121は、第1モノリシックスイッチ対を駆動するように構成された第1ドライバと、第2モノリシックスイッチ対を駆動するように構成された第2ドライバとを備える。PWMコントローラは、第1PWM信号を第1ドライバへ提供し、第2PWM信号を第2ドライバへ提供し、第1および第2PWM信号は、互いに位相がずれている。 First power switch 1123 and second power switch 1125 may be part of a first monolithic switch chip, such as a monolithic eGaN switch chip. Third power switch 1127 and fourth power switch 1129 may be part of a second monolithic switch chip. In some embodiments, the first monolithic switch pair and the second monolithic switch pair may be part of the same monolithic chip. In some embodiments, the first monolithic switch pair and the second monolithic switch pair may be part of separate monolithic chips. IC chip 1121 and separate monolithic chips may be embedded in a PCB. IC portion 1121 may include a PWM controller and driver. The driver may be configured to drive the first monolithic switch pair out of phase with the second monolithic switch pair. The driver may be configured to drive the first monolithic switch pair and the second monolithic switch pair with the same period and frequency. The drivers may be configured to alternately drive the switches in each monolithic switch pair. In some embodiments, IC portion 1121 comprises a first driver configured to drive a first monolithic switch pair and a second driver configured to drive a second monolithic switch pair. A PWM controller provides a first PWM signal to the first driver and a second PWM signal to the second driver, the first and second PWM signals being out of phase with each other.

図11Cは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用第3例示的レイアウト設計1140を示す。この設計は、ICチップ部1141、第1スイッチペアの第1電力スイッチ1143、第1スイッチペアの第2電力スイッチ1145、第2スイッチペアの第3電力スイッチ1147、および第2スイッチペアの第4電力スイッチ1149を備える。 FIG. 11C shows a third exemplary layout design 1140 for embedded chips in a dual buck converter. This design includes an IC chip portion 1141, a first power switch 1143 of the first switch pair, a second power switch 1145 of the first switch pair, a third power switch 1147 of the second switch pair, and a fourth power switch 1147 of the second switch pair. A power switch 1149 is provided.

ICチップ部1141、第1電力スイッチ1143および第3電力スイッチ1147は、第1ICチップの一部であってもよい。第2電力スイッチ1145および第4電力スイッチ1149は、第1ICチップからは分離されたモノリシックのeGaNチップなどの分離チップであってもよい。いくつかの実施形態において、第2電力スイッチ1145および4つの電力スイッチ1149は、同じモノリシックのチップの一部であってもよい。チップの1つ、一部、または全ては、PCBに埋め込みされていてもよい。IC部分1141は、PWMコントローラおよびドライバを含んでいてもよい。ドライバは、第1スイッチペアを第2スイッチペアとは位相をずらして駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、第1スイッチペアおよび第2スイッチペアを、同一周期および同一周波数で駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、各スイッチペアにおけるスイッチを交互に駆動するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、IC部分1141は、第1スイッチペアを駆動するように構成された第1ドライバと、第2スイッチペアを駆動するように構成された第2ドライバとを備える。PWMコントローラは、第1PWM信号を第1ドライバへ提供し、第2PWM信号を第2ドライバへ提供し、第1および第2PWM信号は、互いに位相がずれている。 The IC chip portion 1141, the first power switch 1143 and the third power switch 1147 may be part of the first IC chip. Second power switch 1145 and fourth power switch 1149 may be separate chips, such as monolithic eGaN chips, separate from the first IC chip. In some embodiments, second power switch 1145 and four power switches 1149 may be part of the same monolithic chip. One, some, or all of the chips may be embedded in the PCB. IC portion 1141 may include a PWM controller and driver. The driver may be configured to drive the first switch pair out of phase with the second switch pair. The driver may be configured to drive the first switch pair and the second switch pair with the same period and frequency. The drivers may be configured to alternately drive the switches in each switch pair. In some embodiments, IC portion 1141 comprises a first driver configured to drive a first switch pair and a second driver configured to drive a second switch pair. A PWM controller provides a first PWM signal to the first driver and a second PWM signal to the second driver, the first and second PWM signals being out of phase with each other.

図11Dは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用第4例示的レイアウト設計1160を示す。この設計は、ICチップ部1161、第1スイッチペアの第1電力スイッチ1163、第1スイッチペアの第2電力スイッチ1165、第2スイッチペアの第3電力スイッチ1167、および第2スイッチペアの第4電力スイッチ1169を備える。 FIG. 11D shows a fourth exemplary layout design 1160 for embedded chips in a dual buck converter. This design includes an IC chip portion 1161, a first power switch 1163 of the first switch pair, a second power switch 1165 of the first switch pair, a third power switch 1167 of the second switch pair, and a fourth power switch 1167 of the second switch pair. A power switch 1169 is provided.

ICチップ部1161、第1電力スイッチ1163、第2電力スイッチ1165、第3電力スイッチ1167、および第4電力スイッチ1169は、分離ICチップの一部であってもよい。分離ICチップの1つ、一部、または全ては、PCBに埋め込みされていてもよい。IC部分1161は、PWMコントローラおよびドライバを含んでいてもよい。ドライバは、第1スイッチペアを第2スイッチペアとは位相をずらして駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、第1スイッチペアおよび第2スイッチペアを、同一周期および同一周波数で駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、各スイッチペアにおけるスイッチを交互に駆動するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、IC部分1611は、第1スイッチペアを駆動するように構成された第1ドライバと、第2スイッチペアを駆動するように構成された第2ドライバとを備える。PWMコントローラは、第1PWM信号を第1ドライバへ提供し、第2PWM信号を第2ドライバへ提供し、第1および第2PWM信号は、互いに位相がずれている。 IC chip portion 1161, first power switch 1163, second power switch 1165, third power switch 1167, and fourth power switch 1169 may be part of a separate IC chip. One, some, or all of the separate IC chips may be embedded in the PCB. IC portion 1161 may include a PWM controller and driver. The driver may be configured to drive the first switch pair out of phase with the second switch pair. The driver may be configured to drive the first switch pair and the second switch pair with the same period and frequency. The drivers may be configured to alternately drive the switches in each switch pair. In some embodiments, IC portion 1611 comprises a first driver configured to drive a first switch pair and a second driver configured to drive a second switch pair. A PWM controller provides a first PWM signal to the first driver and a second PWM signal to the second driver, the first and second PWM signals being out of phase with each other.

構成要素1161、1163、1165、1167および1169の任意の組み合わせなど種々の追加の構造が可能であり、任意の数のICチップに組み合わせあれてもよい。いくつかの実施形態において、マルチインダクタDC-DC変換器は、個別またはマルチインダクタDC-DC変換器の個別パッケージを組み合わせることにより作成されてもよい。 Various additional structures are possible, such as any combination of components 1161, 1163, 1165, 1167 and 1169, and may be combined in any number of IC chips. In some embodiments, the multi-inductor DC-DC converter may be made by combining discrete or discrete packages of multi-inductor DC-DC converters.

マルチインダクタチップ埋め込み型DC-DC変換器の追加の例示的な特徴
いくつかのチップ埋め込み型DC-DC変換器において、インダクタは、最大の物理的な構成要素である。マルチインダクタチップ埋め込み型DC-DC変換器は、並列に連結された複数の比較的小さいインダクタを代わりに使用してもよい。スイッチは、複数のインダクタが位相をずらしてエネルギーを充電および放電するように、位相をずらして駆動されてもよい。いくつかの実施形態において、複数のインダクタの出力は、複数のインダクタの出力リップルが任意の個別インダクタの出力リップルよりも高い周波数であるように並列に連結される。いくつかの実施形態において、複数のインダクタの出力は並列に連結され、複数のインダクタの出力リップルが任意の個別インダクタの出力リップルよりも高い周波数である
Additional Exemplary Features of Multi-Inductor Chip Embedded DC-DC Converters In some chip embedded DC-DC converters, the inductor is the largest physical component. A multi-inductor chip-embedded DC-DC converter may instead use multiple relatively small inductors coupled in parallel. The switches may be driven out of phase such that multiple inductors charge and discharge energy out of phase. In some embodiments, the outputs of multiple inductors are coupled in parallel such that the output ripple of multiple inductors is at a higher frequency than the output ripple of any individual inductor. In some embodiments, the outputs of multiple inductors are connected in parallel and the output ripple of multiple inductors is at a higher frequency than the output ripple of any individual inductor.

いくつかの実施形態においては、複数インダクタDC-DC変換器の出力リップル周波数は、比較的高くてもよく、1つまたは複数の出力キャパシタの数および/または容量は低減されてもよく、比較的小さい1つまたは複数の出力キャパシタを使用することができる。 In some embodiments, the output ripple frequency of the multiple inductor DC-DC converter may be relatively high and the number and/or capacitance of one or more output capacitors may be reduced and relatively A small output capacitor or capacitors can be used.

上述のように、複数インダクタシステムは、単一のインダクタシステムと比較して、比較的高い効率的切替速度を有していてもよい。いくつかの実施形態において、これは、スイッチの切替速度を上昇せずに行うことができ、代わりに、複数スイッチは、互いに位相がずれて動作し得る。したがって、個別スイッチを比較的高い非効率な切替速度に押すことなく、比較的高い効率的な切替速度画が達成され得る。 As noted above, multiple inductor systems may have relatively high effective switching speeds compared to single inductor systems. In some embodiments, this can be done without increasing the switching speed of the switches; instead, multiple switches can operate out of phase with each other. Thus, relatively high efficient switching speeds can be achieved without pushing individual switches to relatively high inefficient switching speeds.

数式2によると、並列に配置された複数のインダクタの比較的高い効率的な切替速度により、複数のインダクタのインダクタンスを低減することができる。したがって、インダクタは、互いに並列に配置されて、インダクタンスを下げることができ、および/または比較的小さいインダクタンスを有する比較的小さいインダクタを使用することができる。比較的小さいインダクタを使用することができるため、特に、1つまたは複数のインダクタが最大の構成要素である場合に、全体的なDC-DC変換器サイズを低減することができる。 According to Equation 2, the inductance of multiple inductors can be reduced due to the relatively high efficient switching speed of multiple inductors arranged in parallel. Thus, inductors can be placed in parallel with each other to reduce inductance and/or relatively small inductors with relatively low inductance can be used. Because relatively small inductors can be used, the overall DC-DC converter size can be reduced, especially when the inductor or inductors are the largest components.

いくつかの実施形態において、さらなる相乗効果は、比較的小さいインダクタを使用することから結果として生じる可能性があり、スイッチの切替速度が上昇する可能性があり、なぜなら、スイッチのインダクタンス負荷が低減される。このことは、比較的高い効率的な切替速度につながる可能性があり、数式2などに基づいてインダンクタンスをさらに低減する。 In some embodiments, further synergistic effects may result from using relatively small inductors, which may increase the switching speed of the switches because the inductive load of the switches is reduced. be. This can lead to relatively high efficient switching speeds, further reducing inductance, such as according to Eq.

いくつかの実施形態において、マルチインダクタチップ埋め込み型DC-DC変換器は、単一のインダクタDC-DC変換器における出力キャパシタよりも小さい出力キャパシタを使用することができる。 In some embodiments, a multi-inductor chip embedded DC-DC converter can use a smaller output capacitor than in a single inductor DC-DC converter.

フィードバックを有するチップ埋め込み型DC-DC変換器の例
図14は、外部リップル電圧フィードバック回路を有する例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器1400を示す。チップ埋め込み型DC-DC変換器1400は、ここで検討するように、ドライバおよび/または変調器を含み得る埋め込み型ICチップ1403を含んでいてもよい。ICチップは、PCB1401に埋め込みされていてもよい。チップ埋め込み型DC-DC変換器1400は、第1電力スイッチ1405、第2電力スイッチ1407、およびインダクタ1409をさらに含む。インダクタ1409は、そのインダクタンス構成要素1411およびその内部直流抵抗(DCR)構成要素1413を説明するために概略的に示す。
Example Chip Embedded DC-DC Converter with Feedback FIG. 14 shows an exemplary chip embedded DC-DC converter 1400 with an external ripple voltage feedback circuit. Chip embedded DC-DC converter 1400 may include an embedded IC chip 1403 that may include drivers and/or modulators, as discussed herein. An IC chip may be embedded in the PCB 1401 . Chip embedded DC-DC converter 1400 further includes first power switch 1405 , second power switch 1407 and inductor 1409 . Inductor 1409 is shown schematically to illustrate its inductance component 1411 and its internal direct current resistance (DCR) component 1413 .

チップ埋め込み型DC-DC変換器1400は、電圧入力ノード1415において入力電圧を受信し、出力電圧ノード1417において出力電圧を提供する。出力キャパシタ1421は、出力ノード1417と連結され、出力キャパシタは、その容量性成分1423およびその等価直列抵抗(ESR)1425を示すために概略的に表される。フィードバック経路1427は、出力ノードから埋め込み型ICチップ1403へ連結されている。 Chip embedded DC-DC converter 1400 receives an input voltage at voltage input node 1415 and provides an output voltage at output voltage node 1417 . An output capacitor 1421 is coupled with output node 1417 and the output capacitor is schematically represented to show its capacitive component 1423 and its equivalent series resistance (ESR) 1425 . A feedback path 1427 is coupled from the output node to the embedded IC chip 1403 .

チップ埋め込み型DC-DC変換器1400は、ここで先述のように、入力電圧を受信することができ、出力電圧を生成することができる。出力電圧は、スイッチがオンおよびオフする時に、小さい変動またはリップルを有し得る。リップル電圧(VESR)は、インダクタ電流IにESRを乗じることにより計算されてもよい。フィードバック経路1427は、リップルおよび/またはDC出力電圧を検知する。リップルおよび/またはDC出力電圧のフィードバック指標は、埋め込み型ICチップ1403に提供されている。埋め込み型ICチップ1403における変調器は、スイッチ1405、1407を制御するためにフィードバックを使用して、出力電圧が高すぎる場合は出力電圧を低減し、出力電圧が低すぎる場合は出力電圧を上昇させることができる。 The on-chip DC-DC converter 1400 can receive an input voltage and can generate an output voltage, as previously described herein. The output voltage may have small variations or ripples when the switches are turned on and off. The ripple voltage (V ESR ) may be calculated by multiplying the inductor current I L by the ESR. Feedback path 1427 senses ripple and/or DC output voltage. A feedback indication of ripple and/or DC output voltage is provided on the embedded IC chip 1403 . A modulator in the embedded IC chip 1403 uses feedback to control the switches 1405, 1407 to reduce the output voltage if it is too high or increase it if the output voltage is too low. be able to.

フィードバックシステムは、電流モード制御方式および電圧モード制御方式を使用して、デューティサイクルの広い範囲に亘ってDC-DC動作安定性を確保することができる。電流モード制御方式において、傾斜補償スキーマは、上昇したサイズおよびコストを追加する場合がある外部構成要素と共に使用され実施されてもよい。電流モード制御方式は、ループ安定性のためのタイプII補償を使用してもよく、比較的低いループ応答性を有していてもよい。電圧モード制御方式において、電圧エラーは、増幅され、フィードバックされ、補償されてもよい。 The feedback system can use current-mode and voltage-mode control schemes to ensure DC-DC operational stability over a wide range of duty cycles. In current mode control schemes, slope compensation schemes may be used and implemented with external components that may add increased size and cost. Current mode control schemes may use Type II compensation for loop stability and may have relatively low loop responsivity. In voltage-mode control schemes, voltage errors may be amplified, fed back, and compensated.

いくつかの実施形態において、変調器は、常時オン時間周波数変調方式、常時オフ時間周波数変調方式、パルス幅変調方式、または他の方式を使用することができる。常時オン時間および常時オフ時間方式は、高性能を有するテーブルDC-DC動作を提供することができる。いくつかの実施形態において、変調器にとっては、リップル電圧を検出してある程度の制御イベントをトリガすることが望ましい可能性がある。例えば、常時オン時間方式または常時オフ時間方式において、変調器は、一定のオンまたはオフ時間をそれぞれ有するオンまたはオフパルスを生成するために、ACリップルを検出することができ、これにより周波数を変調し、スイッチ1405、1407へ送信される制御信号の周期に影響する。例えば、常時オン時間方式においては、基準電圧との比較において低出力電圧の検出に応答しておよび/または十分な量のインダクタ電流リップルの検出に応答して、固定幅のオンパルスを提供して出力電圧を上昇することができる。したがって、常時オン時間方式について、各パルスは同じ継続期間をオン状態において有し、変調は、時間当たり多少のパルスを行うことにより達成される(例えば、パルス間のオフ時間は変化する可能性がある)。常時オフ時間方式は、パルス間のオフ時間が一定であることを除き、ここで説明する常時オン時間方式と同様であってもよく、変調は、オンパルスの幅によって達成され得る。別の例示的電圧モードシステムにおいて、周波数は固定されていてもよく、パルスのデューティサイクルは、変調されてもよい。変形例は、リーディングまたはトレイルエッジ変調方式を含んでいてもよい。任意の適切な変調方式を使用することができる。したがって、ESR1425は、十分に大きいVESRを変調器によって検出できるように、設計および/または選択されてもよい。 In some embodiments, the modulator may use an always-on time frequency modulation scheme, an always-off time frequency modulation scheme, a pulse width modulation scheme, or other schemes. Always on-time and always off-time schemes can provide table DC-DC operation with high performance. In some embodiments, it may be desirable for modulators to detect ripple voltages to trigger certain control events. For example, in the always on-time or always off-time schemes, the modulator can detect AC ripple to generate on or off pulses with constant on or off times, respectively, thereby modulating the frequency. , affects the period of the control signals sent to the switches 1405 , 1407 . For example, in a constant on-time scheme, in response to detecting a low output voltage compared to a reference voltage and/or in response to detecting a sufficient amount of inductor current ripple, a fixed width on-pulse is provided to the output. Voltage can be increased. Thus, for the always on-time scheme, each pulse has the same duration in the on state, and modulation is achieved by doing more or less pulses per time (e.g., off-time between pulses can vary). be). An always off-time scheme may be similar to the always on-time scheme described herein, except that the off-time between pulses is constant, and modulation may be achieved by the width of the on-pulses. In another exemplary voltage mode system, the frequency may be fixed and the pulse duty cycle may be modulated. Variations may include leading or trailing edge modulation schemes. Any suitable modulation scheme can be used. Accordingly, ESR 1425 may be designed and/or selected such that a sufficiently large V ESR can be detected by the modulator.

ここに開示されたいくつかの実施形態は、複数の矛盾する設計課題に対する解決策を提供する。非遅延フィードバック経路は、出力電圧の変化に対して迅速な応答を提供することができる。フィードバック経路を常時オン時間または常時オフ時間方式などのいくつかの変調/制御方式において使用して、スイッチ1405、1407がいつオンまたはオフされるかを制御することができる。変調器によって確実に検出可能なフィードバック経路に沿って測定可能な程度に大きいVESR信号を提供するために、キャパシタ1421のESR1425は、十分に大きいリップルが引き起こされるように設計および/または選択されていてもよい。同時に、リップル電圧を最小化することが望ましい可能性がある。DC-DC変換器は、純粋なDC電圧を理想的には生成できる。実際には、多くのアプリケーションは、DC-DC変換器の出力における小さいリップルを許容するが、狭い範囲においてしか許容しない。DC電源により給電されるいくつかの装置は、最大で3%のリップル、2%リップル、1%リップル、0.5%リップル、0.1%リップル、0.05%リップル、10mVリップル、5mVリップル、3mVリップル、1mVリップル、0.5mVリップル、より少量のリップル、または検出できない程少量のリップル、またはこれらの値のいずれかにより規定される任意の範囲を必要としてもよいが、いくつかの例ではこれらの範囲外の値を使用することもできる。例えば、いくつかのポイントオブロード装置は、DC電源が1.00VのDC出力を1.00Vの値から1%(10mV)未満のリップルで、または、変化で提供することを指定してもよい。非常に低いESRキャパシタは、低リップル出力を達成するために使用されてもよい。しかしながら、リップルが低すぎると、変調器は、リップルフィードバックに基づいて動作しない場合(例えば、変調器は、ノイズからリップルを区別しない場合、不規則に動作する場合など)がある。 Some embodiments disclosed herein provide solutions to multiple conflicting design challenges. A non-delayed feedback path can provide rapid response to changes in output voltage. A feedback path can be used in some modulation/control schemes, such as always-on time or always-off time schemes, to control when the switches 1405, 1407 are turned on or off. ESR 1425 of capacitor 1421 is designed and/or selected to induce a sufficiently large ripple to provide a measurably large V ESR signal along the feedback path that can be reliably detected by the modulator. may At the same time, it may be desirable to minimize ripple voltage. A DC-DC converter can ideally produce a pure DC voltage. In practice, many applications tolerate small ripples in the output of DC-DC converters, but only within a narrow range. Some devices powered by a DC power supply have maximum ripple of 3%, 2% ripple, 1% ripple, 0.5% ripple, 0.1% ripple, 0.05% ripple, 10mV ripple, 5mV ripple. , 3 mV ripple, 1 mV ripple, 0.5 mV ripple, lesser amounts of ripple, or less than undetectable amounts of ripple, or any range defined by any of these values, but some examples can also use values outside these ranges. For example, some point-of-load devices may specify that a DC power supply provides a 1.00V DC output with less than 1% (10mV) ripple or variation from a value of 1.00V. . A very low ESR capacitor may be used to achieve a low ripple output. However, if the ripple is too low, the modulator may not operate based on ripple feedback (eg, the modulator may not distinguish ripple from noise, may operate erratically, etc.).

本開示は、リップルによりトリガされる変調器、低ESRキャパシタを使用し、低リップルDC出力を提供するDC-DC変換器のいくつかの実施形態を含む。 The present disclosure includes several embodiments of DC-DC converters that use ripple-triggered modulators, low-ESR capacitors, and provide low-ripple DC outputs.

例示的電流およびリップルグラフ
図15は、時間に対するインダクタ電流Iおよび時間に対する等価直列抵抗電圧VESR(リップル電圧とも称する)の例示的グラフ1500、1550を示す。線1501は、図14のインダクタ1409を通る電流Iを示す。線1551は、図14のノード1417における出力リップル電圧VESRを示す。
Exemplary Current and Ripple Graphs FIG. 15 shows exemplary graphs 1500, 1550 of inductor current I L versus time and equivalent series resistance voltage V ESR (also referred to as ripple voltage) versus time. Line 1501 shows current IL through inductor 1409 of FIG. Line 1551 shows the output ripple voltage VESR at node 1417 in FIG.

インダクタ電流Iは、スイッチ1405がオンされスイッチ1407がオフされる場合に増加する。Iは、以下の数式に従って増加する。

Figure 0007221221000003

数式3Aただし、Vinは、入力電圧であり、Voutは、出力電圧であり、Lはインダクタンスであり、Tonはスイッチ1405がオンされる時間であり、Iは初期電流である。 Inductor current IL increases when switch 1405 is turned on and switch 1407 is turned off. IL increases according to the following formula.
Figure 0007221221000003

Equation 3A where V in is the input voltage, V out is the output voltage, L is the inductance, T on is the time the switch 1405 is turned on, and I o is the initial current.

インダクタ電流Iは、スイッチ1405がオフされスイッチ1407がオンされる場合に低下する。Iは、以下の数式に従って低下する。

Figure 0007221221000004

ただし、Voutは、出力電圧であり、Lはインダクタンスであり、Toffはスイッチ1405がオンさオフ時間であり、Iは初期電流である。数式3および4は、一般方程式の応用版であり、Vはインダクタの両端電圧であり、dI/dtは、時間に対する電流の変化率である。 Inductor current IL drops when switch 1405 is turned off and switch 1407 is turned on. IL falls according to the following formula.
Figure 0007221221000004

where V out is the output voltage, L is the inductance, T off is the time the switch 1405 is on and off, and I o is the initial current. Equations 3 and 4 are adaptations of the general equation, where V is the voltage across the inductor and dI/dt is the rate of change of current over time.

数式3Aおよび4Aに基づき、電流の変化率は、時間の微分係数により、以下のように決定されてもよい。すなわち、

Figure 0007221221000005

Figure 0007221221000006
Based on Equations 3A and 4A, the rate of change of current may be determined by the time derivative as: i.e.
Figure 0007221221000005

Figure 0007221221000006

ESRは、インダクタ電流Iと共に上下に変動する。しかしながら、VESRおよびIは、異なるスルーレート(例えば、異なる傾斜)で増加および低減する。率の差は、キャパシタ1421のESRにより影響される。電圧は、数式V=I×RESRにしたがってESRをインダクタ電流Iに乗じることによって決定されてもよい。したがって、

Figure 0007221221000007

Figure 0007221221000008
V ESR rises and falls with inductor current I L . However, V ESR and I L increase and decrease at different slew rates (eg, different slopes). The index difference is affected by the ESR of capacitor 1421 . The voltage may be determined by multiplying the inductor current IL by the ESR according to the formula V=I*R ESR . therefore,
Figure 0007221221000007

Figure 0007221221000008

グラフ1500、1550に示すように、電流Iが上昇および低下するにつれて、VESRも同時に、しかしながら、異なるスルーレートで(異なる傾斜で)上昇および低下する。VESRのスルーレートは、数式VESR=I×ESRによるとESRに比例し、ESRに影響を受ける。したがって、低ESR値のためには、VESRは、たとえIが大きくても小さい振幅を有していてもよい。例えば、インダクタ電流Iは3.0Aの振幅で1.5Aから4.5Aへ変動するように、50%リップルで3.0Aである。低いESRが1mΩであれば、VESRは、-1.5mVから1.5mVの間で変動する場合があるが、これは、いくつかの変調器にとっては小さすぎて信頼性のある使用ができず、および/または、信頼性のある使用が困難である。また、VESRは、正と負との間で変化し、一方、電流は正のままである。 As shown in graphs 1500, 1550, as current I L rises and falls, V ESR rises and falls simultaneously, but at different slew rates (with different slopes). The slew rate of V ESR is proportional to and affected by ESR according to the formula V ESR =I L ×ESR. Therefore, for low ESR values, V ESR may have a small amplitude even if IL is large. For example, the inductor current IL is 3.0A with 50% ripple to vary from 1.5A to 4.5A with an amplitude of 3.0A. With a low ESR of 1 mΩ, the V ESR may vary between -1.5 mV and 1.5 mV, which is too small for some modulators to be used reliably. and/or difficult to use reliably. Also, VESR varies between positive and negative while the current remains positive.

例示的低ESR、低リップル、チップ埋め込み型DC-DC変換器
図16は、外部リップル電圧フィードバック回路1600を有する例示的チップ埋め込み型DC-DC変換器を示す。図16の実施形態は、PCB1601、ドライバ1603、第1電力スイッチ1605(eGaNスイッチなど)、第2電力スイッチ1607(eGaNスイッチなど)、インダクタ1609、出力キャパシタ1621、および出力ノード1617を含んでいてもよい。図16は抵抗器1643、キャパシタ1645、ACバイパスキャパシタ1647、フィードバック経路1627、比較器1629、ANDゲート1631、ワンショット回路1633、インバーター1635、最小時間遅延カウンタ1637、抵抗器1639、および抵抗器1641をさらに備える。
Exemplary Low ESR, Low Ripple, Chip Embedded DC-DC Converter FIG. The embodiment of FIG. 16 may include PCB 1601, driver 1603, first power switch 1605 (such as an eGaN switch), second power switch 1607 (such as an eGaN switch), inductor 1609, output capacitor 1621, and output node 1617. good. FIG. 16 includes resistor 1643, capacitor 1645, AC bypass capacitor 1647, feedback path 1627, comparator 1629, AND gate 1631, one-shot circuit 1633, inverter 1635, minimum time delay counter 1637, resistor 1639, and resistor 1641. Prepare more.

出力キャパシタ1621は、1つまたは複数の低ESRキャパシタであってもよい。低ESR効果は、有効な並列ESRが低減されるように複数のキャパシタを並列に連結することにより達成されてもよい。例えば、各キャパシタは、mΩ範囲(例えば、1mΩ、10mΩ、100mΩ)における、または、より低いμΩ範囲(例えば10μΩ、100μΩ)においてESRを有していてもよく、並列なキャパシタの構造は、有効な並列ESRをより一層低減してもよい。低ESRの結果として、ノード1617におけるリップル電圧はフィードバックのための信頼性のある使用には小さすぎる可能性があるが、低いリップルDC出力がノード1617に提供される。例えば、インダクタを通る1.5Aリップルは、1mΩESRキャパシタが使用される場合、1.5mVのリップルしか引き起こさない場合がある。1つまたは複数の出力キャパシタ1621は、合計ESRが1000mΩ、100mΩ、10mΩ、1mΩ、100μΩ、これらの間の任意の値、これらの値のいずれかにより規定される任意の範囲、またはより低いESRを有していてもよいが、いくつかの例においてはこれらの範囲外の値が使用されてもよい。いくつかの実施形態において、DC-DC変換器の出力電圧は、3%以下、2%、以下、1%以下、0.5%以下、0.1%以下、0.05%以下、10mV以下、5mV以下、3mV以下、1mV以下、0.5mV以下のAC電圧リップル、より低い値のリップル、確実に検出できないリップル、検出できないほど低い量のリップル、またはこれらの値のいずれかにより規定される任意の範囲を有していてもよいが、いくつかの例においては、これらの範囲外の値が使用されてもよい。ここで検討される低いESRおよび低いリップル値は、図17の実施形態に対するのと同様に他の実施形態にも関連していてもよい。 Output capacitor 1621 may be one or more low ESR capacitors. A low ESR effect may be achieved by connecting multiple capacitors in parallel such that the effective parallel ESR is reduced. For example, each capacitor may have an ESR in the mΩ range (e.g., 1 mΩ, 10 mΩ, 100 mΩ), or in the lower μΩ range (e.g., 10 μΩ, 100 μΩ), and parallel capacitor configurations are effective. Parallel ESR may be reduced even further. As a result of the low ESR, a low ripple DC output is provided at node 1617, although the ripple voltage at node 1617 may be too small for reliable use for feedback. For example, a 1.5A ripple through an inductor may cause only 1.5mV of ripple if a 1mΩ ESR capacitor is used. The one or more output capacitors 1621 may have a total ESR of 1000 mΩ, 100 mΩ, 10 mΩ, 1 mΩ, 100 μΩ, any value therebetween, any range defined by any of these values, or a lower ESR. may have, but values outside these ranges may be used in some instances. In some embodiments, the output voltage of the DC-DC converter is 3% or less, 2% or less, 1% or less, 0.5% or less, 0.1% or less, 0.05% or less, 10 mV or less. , 5 mV or less, 3 mV or less, 1 mV or less, 0.5 mV or less AC voltage ripple, lower values of ripple, ripple that cannot be reliably detected, ripple that is too low to detect, or any of these values It may have any range, but in some examples values outside these ranges may be used. The low ESR and low ripple values discussed here may be relevant to other embodiments as well as to the embodiment of FIG.

リップルを検知しフィードバック電圧を提供するために、抵抗器1643は、キャパシタ1645と直列に連結されてもよく、抵抗器1643およびキャパシタ1645の直列組み合わせはインダクタ1609の両端に並列に連結されていてもよい。キャパシタ1645はDC信号をブロックする。リップルなどのAC信号は、依然として検知され得る。キャパシタ1645および抵抗器1643は、AC信号のための分圧器を形成し、検知されたリップルは、ACバイパスキャパシタ1647を介してフィードバック経路1627へ通ることができる。抵抗器1643およびキャパシタ1645の値は、数式5を満たすように設定されてもよい。

Figure 0007221221000009

ただし、Lはインダクタ1609のインダクタンスの値であり、DCRLは、インダクタ1609の直流抵抗(「DCR」)であり、Rxは、抵抗器1643の抵抗であり、Cはキャパシタ1645の容量である。したがって、回路は、ESR値とは独立してインダクタ電流リップルを測定可能に、かつ、確実に検知するように提供されてもよい。 A resistor 1643 may be coupled in series with a capacitor 1645 and the series combination of resistor 1643 and capacitor 1645 may be coupled in parallel across inductor 1609 to sense ripple and provide a feedback voltage. good. Capacitor 1645 blocks the DC signal. AC signals such as ripple can still be detected. Capacitor 1645 and resistor 1643 form a voltage divider for the AC signal and sensed ripple can pass through AC bypass capacitor 1647 to feedback path 1627 . The values of resistor 1643 and capacitor 1645 may be set to satisfy Equation 5.
Figure 0007221221000009

where L is the value of the inductance of inductor 1609, DCRL is the direct current resistance (“DCR”) of inductor 1609, Rx is the resistance of resistor 1643, and Cx is the capacitance of capacitor 1645. Thus, a circuit may be provided to measurably and reliably sense inductor current ripple independent of ESR value.

抵抗器1639および1641は、出力ノード1617に連結された分圧器を形成してもよい。分圧器は、出力ノード1617における電圧出力を分割してもよい。いくつかの実施において、出力ノード1617におけるリップルは、ノイズ閾値の範囲内において小さく、検出することが困難である可能性があり、または、それ以外の場合は、出力キャパシタ1621のESRが低いため、変調目的のためには信頼性がない。したがって、分圧器は、DC分圧器として主として作用してもよい。 Resistors 1639 and 1641 may form a voltage divider coupled to output node 1617 . A voltage divider may divide the voltage output at output node 1617 . In some implementations, the ripple at output node 1617 may be small, within the noise threshold, and difficult to detect, or otherwise due to the low ESR of output capacitor 1621. Unreliable for modulation purposes. Therefore, the voltage divider may act primarily as a DC voltage divider.

フィードバック経路1627は分圧器に連結されてDC電圧を受信し、ACバイパスキャパシタ1647にも連結されてリップル電圧を検知する。フィードバック経路は、比較器1629とも連結され、基準電圧と比較される。基準電圧は、バンドギャップ発生器、水晶素子、デジタルアナログ変換器(「DAC」)、電池、などの基準電圧発生器(図示せず)により提供されてもよい。いくつかの実施形態において、DACは、基準電圧を提供するために使用され、デジタル信号は、DACへ提供されて所望の基準電圧を設定することができる。 Feedback path 1627 is coupled to a voltage divider to receive the DC voltage and is also coupled to AC bypass capacitor 1647 to sense ripple voltage. The feedback path is also coupled to comparator 1629 and compared to a reference voltage. The reference voltage may be provided by a reference voltage generator (not shown) such as a bandgap generator, crystal element, digital-to-analog converter (“DAC”), battery, or the like. In some embodiments, a DAC is used to provide the reference voltage, and a digital signal can be provided to the DAC to set the desired reference voltage.

比較器1629は、フィードバック信号および基準電圧の比較に基づいて比較器出力信号を生成してもよい。例示的常時オン時間変調器について、比較器1629は、フィードバック信号が基準電圧を下回ると、高い出力信号を生成する場合がある。 Comparator 1629 may generate a comparator output signal based on a comparison of the feedback signal and the reference voltage. For an exemplary always-on time modulator, comparator 1629 may produce a high output signal when the feedback signal is below the reference voltage.

比較器1629の出力は、ドライバ1603に供給されてもよい常時オン時間PWM信号を生成するワンショット回路1633に提供されてもよい。ワンショット回路1633の出力は、インバーター1635、最小オフ時間遅延回路1637、およびANDゲート1631にも提供されて、PWM信号が高いままであることを防止することができる。 The output of comparator 1629 may be provided to one-shot circuit 1633 that generates an always-on time PWM signal that may be provided to driver 1603 . The output of one-shot circuit 1633 may also be provided to inverter 1635, minimum off-time delay circuit 1637, and AND gate 1631 to prevent the PWM signal from staying high.

抵抗器1643、キャパシタ1645、およびACバイパスキャパシタ1647の構成により、顕著な、測定可能なリップルが検出されることを可能にし、低ESRキャパシタ1621にもかかわらず、そして、低出力リップルにもかかわらず、フィードバック経路1627へ注入されることを可能にする。したがって、検出されたリップルは、出力リップルよりも大きいことがある。フィードバック経路1627に注入されるACリップルは、以下により表される。すなわち、

Figure 0007221221000010

ただし、VCはキャパシタ1645におけるリップル電圧、Iはインダクタのピーク・トゥ・ピーク電流リップルであり、Rxは、抵抗器1643の抵抗であり、Cはキャパシタ1645の容量である。 The configuration of resistor 1643, capacitor 1645, and AC bypass capacitor 1647 allows significant, measurable ripple to be detected, despite low ESR capacitor 1621 and despite low output ripple. , to be injected into feedback path 1627 . Therefore, the detected ripple may be larger than the output ripple. The AC ripple injected into feedback path 1627 is represented by: i.e.
Figure 0007221221000010

where VCx is the ripple voltage on capacitor 1645, IL is the inductor peak-to-peak current ripple, Rx is the resistance of resistor 1643, and Cx is the capacitance of capacitor 1645.

いくつかの実施形態において、PCB1601およびその内部構成要素は、パッケージされてもよく、ユーザーは、インダクタ1609、抵抗器1643、キャパシタ1645、キャパシタ1621、キャパシタ1645、ACバイパスキャパシタ1647、抵抗器1639、および抵抗器1641を含む回路を提供および/または構成してもよい。このような実施形態において、インダクタ1609、抵抗器1643、および/またはキャパシタの値は、数式6にしたがって選択され調整されてもよい。例えば、インダクタ1609がアプリケーションのために(例えば、異なるインダクタンスおよび/またはDCRを有するように)変更される場合、ユーザーは、数式6を解き、その後、抵抗器1643および/またはキャパシタ1645をインダクタ1609の新規のLおよびDCRL値に対応するように選択し、調達し、変更することができる。 In some embodiments, PCB 1601 and its internal components may be packaged such that the user can connect inductor 1609, resistor 1643, capacitor 1645, capacitor 1621, capacitor 1645, AC bypass capacitor 1647, resistor 1639, and A circuit may be provided and/or configured that includes resistor 1641 . In such embodiments, the values of inductor 1609, resistor 1643, and/or capacitors may be selected and adjusted according to Equation 6. For example, if inductor 1609 is changed for an application (eg, to have a different inductance and/or DCR), the user can solve Equation 6 and then replace resistor 1643 and/or capacitor 1645 with inductor 1609. It can be selected, sourced, and modified to accommodate new L and DCRL values.

いくつかの実施形態において、図16に示す一部または全ての構成要素が単一のパッケージに含まれていてもよい。抵抗器1643、キャパシタ1645、およびインダクタ1609のいくつかであって全てを1つのパッケージに含んでいないいくつかの実施形態において、数式6にしたがって回路を調整する能力を制限する可能性がある。例えば、抵抗器1643およびキャパシタ1645がパッケージに含まれているがインダクタ1609はエンドユーザーによって選択される場合、エンドユーザーは数式6を満たすために特定のLおよびDCRL値を有する特定のインダクタを使用するように制限され得る。このようなシステムおよび何らかの不適切に調整されたシステムにおいて、不適切に選択されたインダクタ1609は、システム不安定性および/または不具合を引き起こす可能性があり、このことは、DC-DC変換器から電力を受ける構成要素を損傷する場合がある。いくつかの例においては、DC-DC変換器にとっては、適切に調整され、エンドユーザーによる修正を必要としない単一のパッケージされた装置として提供されることが望ましいことがある。ここに開示されたいくつかの実施形態は、単一のパッケージとしてのインダクタ1609、抵抗器1643、およびキャパシタ1645を含んでいてもよい。 In some embodiments, some or all of the components shown in Figure 16 may be included in a single package. In some embodiments, some of the resistors 1643, capacitors 1645, and inductors 1609, but not all in one package, can limit the ability to tune the circuit according to Equation 6. For example, if resistor 1643 and capacitor 1645 are included in the package but inductor 1609 is selected by the end user, the end user uses a specific inductor with specific L and DCRL values to satisfy Equation 6. can be restricted to In such systems and any improperly tuned system, an improperly selected inductor 1609 can cause system instability and/or failure, which can lead to power loss from the DC-DC converter. may damage components receiving In some instances, it may be desirable for a DC-DC converter to be provided as a single packaged device that is properly tuned and does not require modification by the end user. Some embodiments disclosed herein may include inductor 1609, resistor 1643, and capacitor 1645 as a single package.

例示的低ESR、低リップル、DC-DC変換器
図17は、内部リップル電圧フィードバック回路を有する(いくつかの実施形態においてはチップ埋め込み型DC-DC変換器でもよい)例示的DC-DC変換器1700を示す。チップ埋め込み型DC-DC変換器1700は、ここで説明した他の実施形態と同様であってもよいパッケージ1701、ドライバ1703、第1電力スイッチ1705、第2電力スイッチ1707、およびインダクタ1709を備える。DC-DC変換器1700は、電圧入力ノード1715において入力電圧を受信し、出力電圧ノード1717において出力電圧を提供することができる。出力キャパシタ1721(例えば、低ESR出力キャパシタまたは低並列ESRを有する複数の並列キャパシタ)は、出力ノード1717と連結されてもよい。フィードバック経路1727は、出力ノードから比較器1729へ連結されている。比較器出力部は、ANDゲート1731およびワンショット回路1733に連結されてPWM信号をドライバ1703へ提供されてもよい。ランプ波発生器1751は、インダクタリップル電流をエミュレートすることができ(例えば、図15における電流1501をエミュレートし)、リップル電流(例えば、図15における1551)の電圧表示を出力する。いくつかの実施形態において、ランプ波発生器1751の出力は信号結合器1753における基準電圧と組み合わせられ(例えば、加算または減算)されてもよい。いくつかの実施形態において、ランプ波発生器によって出力されたインダクタリップル信号は、基準電圧から減算される代わりにフィードバック信号に可算されてもよい。比較器1729は、ランプ波発生器1751により出力されるリップル信号および基準電圧を含む比較を実施してもよい。比較の結果はシステム(例えば、スイッチ1705および/または1707)を分割するためのフィードバックループにおいて使用されてもよい。
Exemplary Low ESR, Low Ripple, DC-DC Converter FIG. 17 is an exemplary DC-DC converter (which in some embodiments may be an on-chip DC-DC converter) with internal ripple voltage feedback circuitry. 1700 is shown. Chip embedded DC-DC converter 1700 comprises package 1701, driver 1703, first power switch 1705, second power switch 1707, and inductor 1709, which may be similar to other embodiments described herein. DC-DC converter 1700 can receive an input voltage at voltage input node 1715 and provide an output voltage at output voltage node 1717 . An output capacitor 1721 (eg, a low ESR output capacitor or multiple parallel capacitors with low parallel ESR) may be coupled with output node 1717 . A feedback path 1727 is coupled from the output node to comparator 1729 . The comparator output may be coupled to AND gate 1731 and one-shot circuit 1733 to provide a PWM signal to driver 1703 . Ramp generator 1751 can emulate the inductor ripple current (eg, emulate current 1501 in FIG. 15) and output a voltage representation of the ripple current (eg, 1551 in FIG. 15). In some embodiments, the output of ramp generator 1751 may be combined (eg, added or subtracted) with a reference voltage in signal combiner 1753 . In some embodiments, the inductor ripple signal output by the ramp generator may be counted into the feedback signal instead of being subtracted from the reference voltage. Comparator 1729 may perform a comparison involving the ripple signal output by ramp generator 1751 and a reference voltage. The result of the comparison may be used in a feedback loop to partition the system (eg, switches 1705 and/or 1707).

インダクタ1709は、図1、図3、図4A、および図4Bにおいて示したような、チップ埋め込み型DC-DC変換器パッケージに含まれていてもよい。低ESR出力キャパシタ1721は、出力ノード1717と連結されていてもよい。少なくとも1つの出力キャパシタ1721は、低ESR(例えば、図16の実施形態に関してここで検討した値および範囲と同様)を有していてもよい。例えば、ESRは、mΩ範囲(例えば、1mΩ、10mΩ、100mΩ)における、または、より低いμΩ範囲(例えば10μΩ、100μΩ)におけるESRであってもよく、並列なキャパシタの構造は、有効並列ESRをより一層低減してもよい。出力電圧は、DC-DC変換器がいくつかの装置において必要とされる低リップル出力仕様に合うように、低いACリップルを有しているかまたは有していなくてもよい(例えば、図16に関してここで検討した値および範囲と同様)。しかしながら、同じ低ACリップルは、小さい、検出することが困難である、ノイズ閾値内にある、存在しない、または、(例えば、出力キャパシタ1721のESRが低いため)変調目的では信頼性が無い場合があり、変調目的でそのACリップルを使用することは困難な場合がある。DC出力電圧は、(例えば、任意の小さな(しかしながら確実には測定できない)ACリップルと共に、または、ACリップル無しで)フィードバック経路1727上のフィードバック経路1727を介して提供される。 Inductor 1709 may be included in an on-chip DC-DC converter package such as that shown in FIGS. 1, 3, 4A, and 4B. A low ESR output capacitor 1721 may be coupled with output node 1717 . At least one output capacitor 1721 may have a low ESR (eg, similar to the values and ranges discussed herein with respect to the embodiment of FIG. 16). For example, the ESR may be in the mΩ range (e.g., 1 mΩ, 10 mΩ, 100 mΩ), or in the lower μΩ range (e.g., 10 μΩ, 100 μΩ), where the parallel capacitor structure increases the effective parallel ESR. It may be further reduced. The output voltage may or may not have low AC ripple (e.g., with respect to FIG. 16 similar to the values and ranges discussed here). However, the same low AC ripple may be small, difficult to detect, within the noise threshold, absent, or unreliable for modulation purposes (e.g., due to low ESR of output capacitor 1721). Yes, and using that AC ripple for modulation purposes can be difficult. A DC output voltage is provided via feedback path 1727 on feedback path 1727 (eg, with or without any small (but not reliably measurable) AC ripple).

ランプ波発生器1751は、キャパシタ1721および/またはそのESRからは独立してインダクタリップルをエミュレートする。例示的ランプ波発生器は、図18に関連して以下で説明される。ランプ波発生器への入力は、入力電圧、出力電圧、スイッチ信号、およびインダクタ値を有していてもよい。ランプ波発生器1751の出力は、フィードバック経路1727上の電圧との比較のために基準電圧と組み合わせられてもよく、または、ランプ波発生器1751の出力は、基準電圧との比較のためにフィードバック経路1727上の電圧と組み合わせられてもよい。電圧基準は、例えば、DACによって提供されてもよい。DACは、デジタル入力に基づく電圧出力を生成してもよい。したがって、DAC電圧は、僅かな増加に調整されてもよい。例えば、9ビットのDACは、5mVの増加に調整可能な出力電圧を有していてもよい。DACは、DC-DC変換器のための出力電圧を設定および/または調整するために使用することができる。電圧基準の他の例は、水晶素子、バンドギャップ基準、電池等を含み、これらのいずれかはイネーブルであってもよい。エミュレートされたインダクタリップルと組み合わせられた基準電圧は、図17に示すように、比較器1729の入力部に提供されてもよい。 Ramp generator 1751 emulates inductor ripple independently of capacitor 1721 and/or its ESR. An exemplary ramp generator is described below with respect to FIG. Inputs to the ramp generator may include input voltage, output voltage, switch signal, and inductor value. The output of ramp generator 1751 may be combined with a reference voltage for comparison with the voltage on feedback path 1727, or the output of ramp generator 1751 may be fed back for comparison with the reference voltage. It may be combined with the voltage on path 1727 . A voltage reference may be provided by, for example, a DAC. A DAC may produce a voltage output based on a digital input. Therefore, the DAC voltage may be adjusted in small increments. For example, a 9-bit DAC may have an output voltage adjustable in 5mV increments. A DAC can be used to set and/or adjust the output voltage for a DC-DC converter. Other examples of voltage references include crystal elements, bandgap references, batteries, etc., any of which may be enabled. The reference voltage combined with the emulated inductor ripple may be provided to the input of comparator 1729 as shown in FIG.

ランプ波発生器1751は、パッケージに含まれていてもよい。ランプ波発生器1751は、チップ埋め込み型ICに、ドライバ1703などと共に含まれていてもよい。インダクタもパッケージ内に含まれていてもよい。ランプ波発生器1751は、パッケージがユーザーへ提供される前に、調整されてもよく、かつ、パッケージ内で選択された特定のインダクタ1709のために構成されていてもよい。ユーザー選択可能な異なる特性を有するインダクタを許容する設計とは対照的に、パッケージされたインダクタ1709を選択する設計者は、インダクタ値および特性を知ることができ、それにより、設計者は、インダクタ1709のスルーレートを抽出および/または決定することができ、ランプ波発生器1751を用いてスルーレートを再現することができる。いくつかの実施形態において、フィードバックループにおける実際のリップル信号(例えば、インダクタにおける)を使用する代わりに、システムは、ランプ波発生器を使用してリップル信号(例えば、インダクタに存在する)をエミュレートすることができる。ランプ波発生器1751は、入力電圧Vinの値に基づくエミュレートされたリップル信号、Vout、インダクタLのインダクタンス値(インダクタがDC-DC変換器パッケージに集積されている場合は既知の値であってもよい)、および切替信号SWを決定することができる。切替信号は、スイッチ1705、1707の一方または双方の状態、および/または、スイッチ1705、1707の一方または双方が状態を変えた時間の指標(例えば、HSおよびLS信号)であってもよい。ランプ波発生器は、インダクタンス、入力および出力電圧、切替のタイミングを知っているため、回路における実際のリップル信号をエミュレートするシミュレートされたリップル信号(例えば、インダクタにおけるリップル)を決定することができる。エミュレートされたリップルは、インダクタにおけるリップルに比例していてもよい。エミュレートされたリップルは、インダクタにおけるリップルが変化させる同じ傾斜(例えば、同じ率で)で変化してもよい。低ESRキャパシタ1721を有するシステムにおけるエミュレートされたリップルは、低ESRキャパシタ1421が使用されない場合、図14のノード1417において見られるリップルをエミュレートすることができる。 A ramp generator 1751 may be included in the package. The ramp generator 1751 may be included in an embedded chip IC along with the driver 1703 and the like. An inductor may also be included in the package. The ramp generator 1751 may be tuned and configured for the particular inductor 1709 selected within the package before the package is provided to the user. In contrast to designs that allow inductors with different user-selectable characteristics, a designer choosing packaged inductor 1709 can know the inductor value and characteristics so that the designer can select inductor 1709 can be extracted and/or determined, and the ramp generator 1751 can be used to reproduce the slew rate. In some embodiments, instead of using the actual ripple signal (eg, in the inductor) in the feedback loop, the system uses a ramp generator to emulate the ripple signal (eg, present in the inductor). can do. A ramp generator 1751 produces an emulated ripple signal based on the value of the input voltage V in , V out , the inductance value of inductor L (a known value if the inductor is integrated in the DC-DC converter package). may be), and the switching signal SW can be determined. The switching signal may be an indication of the state of one or both of switches 1705, 1707 and/or the time at which one or both of switches 1705, 1707 changed states (eg, HS and LS signals). Since the ramp generator knows the inductance, the input and output voltages, and the timing of switching, it can determine a simulated ripple signal (e.g. ripple in an inductor) that emulates the real ripple signal in the circuit. can. The emulated ripple may be proportional to the ripple in the inductor. The emulated ripple may change with the same slope (eg, at the same rate) that the ripple in the inductor changes. The emulated ripple in a system with low ESR capacitor 1721 can emulate the ripple seen at node 1417 in FIG. 14 if low ESR capacitor 1421 is not used.

インダクタリップル信号は、インダクタ1709を通るリップルを正確に反映するために生成されてもよい。インダクタリップル信号を生成するためにランプ波発生器を使用することによって、最小キャパシタESRは、ACリップルを検知/検出するために不要である。したがって、出力電圧は、比較的小さいACリップルを有する、または、ACリップルを有していないよりクリーンなDC信号であってもよい。 An inductor ripple signal may be generated to accurately reflect the ripple through inductor 1709 . By using a ramp generator to generate the inductor ripple signal, a minimum capacitor ESR is not required to sense/detect AC ripple. Therefore, the output voltage may be a cleaner DC signal with relatively little or no AC ripple.

いくつかの実施形態において、比較器は基準信号の組み合わせに対するDC-DC変換器の出力をエミュレーテッドインダクタリップルと比較する。例えば、常時オン時間変調方式において、比較器は、フィードバック経路1727上の出力信号がエミュレーテッドインダクタリップルと組み合わせられた基準電圧の値未満に低下する場合、高い信号を出力することができる。高い信号は、ANDゲートを通して、ワンショット回路へ提供されてもよく、ワンショット回路は、常時オン時間PWMパルスをドライバ1703へ提供し、ドライバ1703は、スイッチ1705をオンに駆動し、スイッチ1707をオフに駆動する。ANDゲートと連結されたインバーター1735および最小オフ時間遅延回路1737は、スイッチ1705が周期的にオフし、スイッチ1707が周期的にオンするのを確実にすることによって、ワンショット回路1733を過度の頻度でトリガすることから保護することができる。種々の他の実装品は、比較器1729の出力に基づいてスイッチを駆動するために使用されてもよい。 In some embodiments, a comparator compares the output of the DC-DC converter to a combination of reference signals with the emulated inductor ripple. For example, in an always-on time modulation scheme, the comparator can output a high signal if the output signal on feedback path 1727 drops below the value of the reference voltage combined with the emulated inductor ripple. A high signal may be provided through an AND gate to the one-shot circuit, which provides an always-on time PWM pulse to driver 1703, which drives switch 1705 on and switch 1707 on. Drive off. Inverter 1735 and minimum off-time delay circuit 1737 coupled with an AND gate disable one-shot circuit 1733 too often by ensuring that switch 1705 is periodically turned off and switch 1707 is periodically turned on. can be protected against triggering on Various other implementations may be used to drive the switch based on the output of comparator 1729 .

図16およびズ17における回路の動作を常時オン時間変調方式に関して説明したが、本願の教示および開示は、任意の電圧モード変調方式、例えば、常時オフ時間方式を適切に変更して(例えば、最小オン時間遅延に変更された最小オフ時間遅延、いくつかの比較および/または信号は反転されてもよい)、回路に適用することが分かる。さらに、本願の教示および開示は、電流モード変調方式または電圧変調方式にさらに適用されてもよい。 Although the operation of the circuits in FIGS. 16 and 17 has been described with respect to an always on-time modulation scheme, the teachings and disclosures herein are suitable for any voltage-mode modulation scheme, e.g., an always off-time scheme (e.g., minimum It can be seen that the minimum off-time delay modified to the on-time delay, some comparisons and/or signals may be inverted), apply to the circuit. Additionally, the teachings and disclosures herein may also be applied to current mode modulation schemes or voltage modulation schemes.

図18は、ランプ波発生器1800の例示的回路レベルの回路図を示す。ランプ波発生器1800は、第1電流源1801、第2電流源1803、キャパシタ1805、ランプ電圧出力ノード1807、第1スイッチ1809、第2スイッチ1811、トリムコントローラ1813、および抵抗器1815A、1815Bを備えていてもよい。トリムコントローラ1813および/または電流源1801、1803は、I2Cおよび/またはPMBUSと連結されて、トリムおよび/または調整コマンドを受信することができる。 FIG. 18 shows an exemplary circuit level schematic of ramp generator 1800 . The ramp generator 1800 comprises a first current source 1801, a second current source 1803, a capacitor 1805, a ramp voltage output node 1807, a first switch 1809, a second switch 1811, a trim controller 1813, and resistors 1815A, 1815B. may be Trim controller 1813 and/or current sources 1801, 1803 may be coupled with I2C and/or PMBUS to receive trim and/or adjust commands.

ランプ波発生器は、以下の数式にしたがった出力を生成するように構成されていてもよい。

Figure 0007221221000011

Figure 0007221221000012

ただし、Vramp-ONおよびVramp-OFFは、各オンおよびオフ電圧であり(図17におけるランプ波発生器1751のインダクタリップル出力として出力される)、kは、一定の固定因数であってもよく、Vinは、入力電圧であり(例えば、図17におけるノード1715において提供される電圧)、Voutは、出力電圧であり(例えば、図17におけるノード1717において提供される電圧)、ただし、kは、ボルト当たりのアンペアで測定された数であり、Crampは、キャパシタ1805の容量であり、tonは、DC-DC変換器がインダクタへ電力を供給している時間の量(例えば、スイッチ1809が閉鎖されスイッチ1811が開いている間)、toffは、DC-DC変換器がインダクタへ電力を提供していない時間の量(例えば、スイッチ1809が開いておりスイッチ1811が閉じている)、Vは、開始電圧である。リップル電圧スルーレート(1秒当たりの電圧で測定された「傾斜」としても知られる)は、時間期間(ton、toff)に以下の数式が乗じられるということを係数により示す。
Figure 0007221221000013

Figure 0007221221000014
The ramp generator may be configured to produce an output according to the following equations.
Figure 0007221221000011

Figure 0007221221000012

where Vramp-ON and Vramp-OFF are the respective on and off voltages (output as inductor ripple output of ramp generator 1751 in FIG. 17), k may be a constant fixed factor, V in is the input voltage (eg, the voltage provided at node 1715 in FIG. 17) and V out is the output voltage (eg, the voltage provided at node 1717 in FIG. 17), where k is , is the number measured in amperes per volt, C ramp is the capacitance of capacitor 1805, and t on is the amount of time that the DC-DC converter is powering the inductor (e.g., switch 1809 is closed and switch 1811 is open), t off is the amount of time that the DC-DC converter is not providing power to the inductor (e.g., switch 1809 is open and switch 1811 is closed); Vo is the starting voltage. Ripple voltage slew rate (also known as "slope", measured in volts per second) is the time period (t on , t off ) multiplied by the following formula:
Figure 0007221221000013

Figure 0007221221000014

数式7および数式8だけでは、どのようにkのための値を設定して、インダクタ1709のインダクタンスに依存するはずのインダクタリップルに関する電圧をエミュレートするかを明らかにしない。ランプ波発生器が数式3Cにおけるスルーレートをエミュレートするように構成されている場合、数式7Bおよび数式3Cは、互いに等しく設定されてもよく、ただし、以下のようにCrampはCに等しく設定され、抵抗器ReqはRESRを置換するように選択され、すなわち

Figure 0007221221000015

Figure 0007221221000016
Equations 7 and 8 alone do not reveal how to set the value for k to emulate the voltage on the inductor ripple, which should depend on the inductance of inductor 1709. If the ramp generator is configured to emulate the slew rate in Equation 3C, Equation 7B and Equation 3C may be set equal to each other, where C ramp equals C x as set and the resistor R eq is chosen to replace RESR, i.e.
Figure 0007221221000015

Figure 0007221221000016

したがって、kのための値を決定することができ、キャパシタ1805の容量、抵抗器1815A、1815Bの抵抗、およびインダクタ1709のインダクタンスが固定されている場合、一定の数となる。さらに、kとインダクタンスとの間の関係は、反転の関係であることが明らかにされる。一定値kは、インダクタ1709のインダクタンスが分かっている場合に決定され得る。したがって、インダクタ1709のインダクタンスは、測定されてもよく、ランプ波発生器は、トリムおよび/または構成されてもよい。 Therefore, a value for k can be determined and will be a constant number if the capacitance of capacitor 1805, the resistance of resistors 1815A, 1815B, and the inductance of inductor 1709 are fixed. Furthermore, the relationship between k and inductance is revealed to be an inverse relationship. A constant value k can be determined if the inductance of inductor 1709 is known. Accordingly, the inductance of inductor 1709 may be measured and the ramp generator may be trimmed and/or configured.

第1電流源1801は、電圧制御された電流源1801であってもよい。電圧制御された電流源1801の出力は、少なくとも一部は、Vin電圧およびkによって制御されてもよい。いくつかの実施形態において、電圧制御された電流源の出力は、Vin電圧制御され、kによって乗算されてもよい。したがって、Lが上昇するにつれてkが減少し、電流源1801は、出力電流を低減するようにトリムされてもよく、Lが低減するにつれて電流源1801は出力電流が増加するようにトリムされてもよい。電流源1801は、第1スイッチ1809およびアースと連結されている。 The first current source 1801 may be a voltage controlled current source 1801 . The output of voltage controlled current source 1801 may be controlled, at least in part, by the V in voltage and k. In some embodiments, the output of the voltage controlled current source may be V in voltage controlled and multiplied by k. Thus, as L increases k decreases and current source 1801 may be trimmed to decrease output current, and as L decreases current source 1801 may be trimmed to increase output current. good. Current source 1801 is coupled to first switch 1809 and ground.

第2電流源1803は、電圧制御された電流源1803であってもよい。電圧制御された電流源1803の出力は、少なくとも一部は、Vout電圧およびkによって制御されてもよい。いくつかの実施形態において、電圧制御された電流源の出力は、Vout電圧により制御され、kによって乗算されてもよい。したがって、Lが上昇するにつれてkが減少し、電流源1803は、出力電流を低減するようにトリムされてもよく、Lが低減するにつれて電流源1803は出力電流が増加するようにトリムされてもよい。電流源1803は、第2スイッチ1811およびアースと連結されている。 The second current source 1803 may be a voltage controlled current source 1803 . The output of voltage controlled current source 1803 may be controlled, at least in part, by the V out voltage and k. In some embodiments, the output of the voltage controlled current source may be controlled by the V out voltage and multiplied by k. Thus, as L increases k decreases and current source 1803 may be trimmed to decrease output current, and as L decreases current source 1803 may be trimmed to increase output current. good. Current source 1803 is coupled to second switch 1811 and ground.

トリムコントローラ1813は、電流源1801、1803と連結されている。トリムコントローラ1813は、電流源1801、1803の出力を、少なくとも一部は、(種々のマルチインダクタ構成における各々のまた有効な並列インダクタを含む)インダクタ1709のインダクタンスに基づいて調整および/または設定するように構成されている。いくつかの実施形態において、トリムコントローラ1813は、電流源1801、1803の出力を、少なくとも一部はインダクタ1709のインダクタンス、キャパシタ1805の容量、および/または抵抗器1815A、1815Bの抵抗に基づいて、調整および/または設定するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、Cramp×Reqのための値は一定値に設定されてもよく、インダクタ1709のインダクタンスはトリムコントローラ1813へ提供されてもよい。 A trim controller 1813 is coupled to the current sources 1801,1803. Trim controller 1813 adjusts and/or sets the output of current sources 1801, 1803 based, at least in part, on the inductance of inductor 1709 (which also includes each effective parallel inductor in various multi-inductor configurations). is configured to In some embodiments, trim controller 1813 adjusts the outputs of current sources 1801, 1803 based at least in part on the inductance of inductor 1709, the capacitance of capacitor 1805, and/or the resistance of resistors 1815A, 1815B. and/or may be configured to set In some embodiments, the value for C ramp ×R eq may be set to a constant value and the inductance of inductor 1709 may be provided to trim controller 1813 .

第1切替信号(例えば、図17におけるスイッチ1705へ提供される同じ信号HS)は、第1スイッチ1809へ提供されてもよい。第2切替信号(例えば、図17におけるスイッチ1707へ提供される同じ信号LS)は、第2スイッチ1811へ提供されてもよい。第1および第2スイッチ1809、1811は、図17の電力スイッチ1705、1707よりも小さいスイッチであってもよい。 A first switching signal (eg, the same signal HS provided to switch 1705 in FIG. 17) may be provided to first switch 1809 . A second switching signal (eg, the same signal LS provided to switch 1707 in FIG. 17) may be provided to second switch 1811 . The first and second switches 1809, 1811 may be smaller switches than the power switches 1705, 1707 of FIG.

キャパシタ1805は、一端が第1スイッチ1809と第2スイッチ1811との間に連結されていてもよい。キャパシタ1805の他端は、アースと連結されていてもよい。 A capacitor 1805 may have one end connected between the first switch 1809 and the second switch 1811 . The other end of capacitor 1805 may be coupled to ground.

第1スイッチ1809が閉じており、第2スイッチ1811が開いている場合、第1電流源1801は、電圧k×Vinにより制御された電流を生成するように構成されており、ノード1807における電圧が数式7Aにしたがって生成され、数式7Bにより記載されるように増加するように、キャパシタ1805を充電する。 When the first switch 1809 is closed and the second switch 1811 is open, the first current source 1801 is configured to generate a current controlled by the voltage k×V in and the voltage at node 1807 is is generated according to Equation 7A and charges capacitor 1805 such that it increases as described by Equation 7B.

第1スイッチ1809が開いており、第2スイッチ1811が閉じている場合、第2電流源1803は、電圧k×Voutにより制御された電流を生成するように構成されており、ノード1807における電圧が数式8Aに基づいて低下されるようにキャパシタ1805からの電流を低減し、数式8Bにより示されるような負の電圧ランプを作成する。 When the first switch 1809 is open and the second switch 1811 is closed, the second current source 1803 is configured to generate a current controlled by the voltage k*V out and the voltage at node 1807 is reduces the current from capacitor 1805 so that is lowered according to Equation 8A, creating a negative voltage ramp as shown by Equation 8B.

電流がキャパシタ1805から放出されるにつれてキャパシタの両端電圧は低減する。したがって、ランプ波発生器は、エミュレーテッドインダクタリップルをエミュレートし、出力キャパシタおよび/またはESRからは独立した利用可能な電圧信号を提供してもよい。 As current is drained from capacitor 1805, the voltage across the capacitor decreases. Thus, the ramp generator may emulate emulated inductor ripple and provide a usable voltage signal independent of the output capacitor and/or ESR.

したがって、ノード1807におけるランプ波発生器による電圧出力の上昇および低減は、電圧リップルが低ESRキャパシタから直接確実に測定され得ないように、たとえ低ESRキャパシタ1721が使用されても、インダクタ1709を通るリップルと同様に、および/または、比例してエミュレートすることができる。インダクタ1709、キャパシタ1805、および抵抗器1815A、1815Bを提供することにより、値は決定され、図17およびズ18に示すDC-DC変換器は適宜構成されてもよい。 Therefore, the rise and fall of the voltage output by the ramp generator at node 1807 passes through inductor 1709 even if low ESR capacitor 1721 is used, so that the voltage ripple cannot be reliably measured directly from the low ESR capacitor. Ripple can be emulated similarly and/or proportionally. By providing inductor 1709, capacitor 1805, and resistors 1815A, 1815B, the values are determined and the DC-DC converter shown in FIGS. 17 and 18 may be configured accordingly.

ユーザーが外部構成要素を構成する必要のあるソリューションとは異なり、図18に示すパッケージされたチップ埋め込み型DC-DC変換器は、自己充足型の調整されたフィードバックを含んでいてもよい。したがって、ユーザーは、フィードバックシステムを設計し、インダクタンス、DCR、抵抗、および容量間の割合を計算する必要が無い。さらに、フィードバックおよび/または変調構成要素をパッケージおよび/またはパッケージ内の1つまたは複数のICに集積することで、外部フィードバック構成要素の使用と比較して空間を節約することができる。 Unlike solutions that require the user to configure external components, the packaged chip-embedded DC-DC converter shown in FIG. 18 may include self-contained regulated feedback. Therefore, the user does not need to design the feedback system and calculate the ratio between inductance, DCR, resistance and capacitance. Additionally, integrating the feedback and/or modulation components into the package and/or one or more ICs within the package can save space compared to using external feedback components.

低ESR、低リップル、チップ埋め込み型DC-DC変換器を作成し使用する例示的方法
図19は、低ESR、低リップル、チップ埋め込み型DC-DC変換器を作成し使用する例示的方法を示す。DC-DCは、第1入力電圧の入力ノードで電力を受信し、第1入力電圧とは異なる第2出力電圧の出力ノードで電力を出力するように構成されていてもよい。
Exemplary Method of Making and Using a Low-ESR, Low-Ripple, Chip-Embedded DC-DC Converter FIG. 19 shows an exemplary method of making and using a low-ESR, low-ripple, chip-embedded DC-DC converter. . A DC-DC may be configured to receive power at an input node of a first input voltage and output power at an output node of a second output voltage different from the first input voltage.

ブロック1901において、ICチップは、ここで検討したようなPCBに埋め込みされてもよい。ICチップは、例えば、図1、図3、図14、図16、および図17に示すようなドライバ、スイッチ、ランプ波発生器、および変調回路の一部または全てを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、複数のICチップは、例えば、図11Bから図11Dに示すようなPCBに埋め込みされていてもよい。 At block 1901, an IC chip may be embedded in a PCB as discussed herein. An IC chip may include, for example, some or all of the drivers, switches, ramp generators, and modulation circuits as shown in FIGS. In some embodiments, multiple IC chips may be embedded in a PCB, eg, as shown in FIGS. 11B-11D.

ブロック1903において、1つまたは複数のインダクタは、例えば、図1、図3、図14、図16、および図17に示すように、ICチップおよびフィードバック経路と連結されていてもよい。1つまたは複数のインダクタおよびフィードバック経路は、出力ノードと連結されていてもよい。いくつかの実施形態において、複数のインダクタは、例えば、図10から図13に関連して説明したように、マルチインダクタ構造において連結されていてもよい。インダクタは、電力を受信するように構成されていてもよく、エネルギーを格納するLC回路構造の一部であってもよい。LC構造は、低ESRキャパシタであってもよい1つまたは複数のキャパシタを備えていてもよい。キャパシタの並列構造は、有効な低ESRを提供してもよい。第2出力電圧は、1つまたは複数のキャパシタに生じ得る。ブロック1903は、1つまたは複数のインダクタのインダクタンスを測定することを含んでいてもよい。 At block 1903, one or more inductors may be coupled with the IC chip and feedback paths, for example, as shown in FIGS. One or more inductors and feedback paths may be coupled with the output node. In some embodiments, multiple inductors may be linked in a multi-inductor structure, eg, as described in connection with FIGS. 10-13. The inductor may be configured to receive power and may be part of an LC circuit structure that stores energy. The LC structure may comprise one or more capacitors, which may be low ESR capacitors. A parallel configuration of capacitors may provide an effective low ESR. A second output voltage may be developed across one or more capacitors. Block 1903 may include measuring the inductance of one or more inductors.

ブロック1905において、ランプ波発生器が含まれていてもよい。ランプ波発生器は、集積回路の一部として含まれていてもよく、異なる集積回路の一部として含まれていてもよく、PCBに含まれていてもよく、または、DC-DC変換器パッケージに含まれていてもよい。例示的ランプ波発生器は、図17およびズ18に関連して説明される。ランプ波発生器は、第1電流源、第2電流源、第1および第2電流源の間に連結されたキャパシタを含んでいてもよい。 At block 1905, a ramp generator may be included. The ramp generator can be included as part of an integrated circuit, can be included as part of a different integrated circuit, can be included in the PCB, or can be included in the DC-DC converter package. may be included in An exemplary ramp generator is described in connection with FIGS. The ramp generator may include a first current source, a second current source, and a capacitor coupled between the first and second current sources.

ブロック1907において、前記ランプ波発生器は、前記インダクタを通るリップルをエミュレートするように構成されていてもよい。このことは、第1または第2電流源を、少なくとも一部は、前記インダクタの値に基づいてトリムすることを含んでいてもよい。インダクタの値は、トリミングのための値を決定するために測定されてもよい。リップルは、出力キャパシタおよび/または出力キャパシタのESRからは独立して生成されてもよい。第1入力電圧、第2出力電圧、インダクタのインダクタンスおよび切替信号は、ランプ波発生器へ提供されてもよい。電流源は、切替信号をスイッチオンまたはオフすることができる。切替信号は、DC-DC変換器における1つまたは複数の電力スイッチへ提供されてもよく、および/または、それらから生成されてもよい。 At block 1907, the ramp generator may be configured to emulate ripple through the inductor. This may include trimming the first or second current sources based, at least in part, on the value of the inductor. Inductor values may be measured to determine values for trimming. The ripple may be generated independently from the output capacitor and/or the ESR of the output capacitor. The first input voltage, the second output voltage, the inductance of the inductor and the switching signal may be provided to the ramp generator. The current source can be switched on or off with a switching signal. The switching signal may be provided to and/or generated from one or more power switches in the DC-DC converter.

ブロック1909において、フィードバック信号、基準信号、およびリップル電圧は、信号変調のために提供されてもよい。フィードバック信号は、(例えばACリップルを有していないか、または、小さいACリップルしか有していない)DC出力信号であってもよい。DC出力信号におけるACリップルは、いくつかの例においては変調に確実に使用するために不十分である場合がある。基準信号は、水晶素子、バンドギャップ基準、DAC、電池などにより生成されてもよい所望のDC出力信号であってもよい。リップル電圧は、ランプ波発生器により出力されてもよい。フィードバック信号、基準信号、およびリップル電圧は、比較器へ提供されてもよい。 At block 1909, the feedback signal, reference signal, and ripple voltage may be provided for signal modulation. The feedback signal may be a DC output signal (eg, with no AC ripple or only a small AC ripple). AC ripple in the DC output signal may be insufficient for reliable use in modulation in some instances. The reference signal may be the desired DC output signal, which may be generated by a crystal element, bandgap reference, DAC, battery, or the like. The ripple voltage may be output by a ramp generator. A feedback signal, a reference signal, and a ripple voltage may be provided to the comparator.

ブロック1911において、1つまたは複数のスイッチは、少なくとも一部はフィードバック信号、基準信号、およびリップル電圧に基づいて変調され駆動されてもよい。変調方式は、例えば、常時オン時間または常時オフ時間方式などの電圧モード変調方式であってもよい。フィードバック信号は、基準信号と比較されてもよい。リップル電圧も、比較に含まれていてもよい。変調器は、パルスなどの制御信号を、少なくとも一部は比較に基づいて、1つまたは複数のスイッチを駆動するために生成してもよい。 At block 1911, one or more switches may be modulated and driven based at least in part on the feedback signal, the reference signal, and the ripple voltage. The modulation scheme may be, for example, a voltage mode modulation scheme, such as an always on time or an always off time scheme. The feedback signal may be compared with a reference signal. Ripple voltage may also be included in the comparison. A modulator may generate a control signal, such as a pulse, to drive one or more switches based at least in part on the comparison.

ブロック1913において、変調出力信号がDC-DC変換器により提供されてもよい。 At block 1913, a modulated output signal may be provided by the DC-DC converter.

追加の詳細
ここに記載の原理および利点は、種々の装置において実施されてもよい。また、チップ埋め込み型DC-DC変換器は、性能を向上させるための種々の装置において使用されてもよく、仕様で動作し比較的低コストで提供されるチップ埋め込み型DC-DC変換器は、これら種々の装置の全体的な価格を低下させることができる。このような装置の例としては、消費者向けエレクトロニクス製品、消費者向けエレクトロニクス製品の部品、電子試験機などが挙げられるがこれらに限定されない。消費者向けエレクトロニクス製品の部品の例としては、クロック回路、アナログデジタル変換器、増幅器、整流器、プログラマブルフィルター、減衰器、可変周波数回路などが挙げられる。電子デバイスの例としては、メモリチップ、メモリモジュール、光学ネットワークまたは他のネットワークの回路、基地局などのセルラー通信基盤、レーダーシステム、およびディスクドライバ回路が挙げられる。消費者向けエレクトロニクス製品は、無線装置、携帯電話(例えば、スマートフォン)、スマートウォッチまたはイヤホンなどのウェアラブルな演算装置、健康管理モニタリング装置、車両エレクトロニクスシステム、電話機、テレビ、コンピュータモニター、コンピュータ、モバイルコンピュータ、タブレットコンピュータ、ノート型コンピュータ、電子手帳(PDA)、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダーまたはカセットプレーヤー、DVDプレーヤー、CDプレーヤー、デジタルビデオレコーダ(DVR)、VCR、MP3プレーヤー、ラジオ、カムコーダー、カメラ、デジタルカメラ、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯機/乾燥機、コピー機、ファクシミリ装置、スキャナ、複合周辺機器、腕時計、時計などが挙げられるがこれらに限定されない。さらに、装置は、未完成品を含んでいてもよい。
Additional Details The principles and advantages described herein may be implemented in a variety of devices. Also, on-chip embedded DC-DC converters may be used in a variety of devices to improve performance, and on-chip embedded DC-DC converters that operate to specifications and are offered at relatively low cost are: The overall cost of these various devices can be lowered. Examples of such devices include, but are not limited to, consumer electronics, consumer electronics components, electronic test machines, and the like. Examples of consumer electronic product components include clock circuits, analog-to-digital converters, amplifiers, rectifiers, programmable filters, attenuators, variable frequency circuits, and the like. Examples of electronic devices include memory chips, memory modules, circuits of optical or other networks, cellular communication infrastructure such as base stations, radar systems, and disk driver circuits. Consumer electronics products include wireless devices, mobile phones (e.g., smart phones), wearable computing devices such as smart watches or earbuds, healthcare monitoring devices, vehicle electronics systems, telephones, televisions, computer monitors, computers, mobile computers, Tablet computers, notebook computers, personal digital assistants (PDAs), microwave ovens, refrigerators, stereo systems, cassette recorders or players, DVD players, CD players, digital video recorders (DVRs), VCRs, MP3 players, radios, camcorders, cameras , digital cameras, portable memory chips, washing machines, dryers, washer/dryers, copiers, facsimile machines, scanners, multi-function peripherals, watches, clocks, and the like. Additionally, the device may include an unfinished product.

文脈から明らかに必要でない限り、明細書および請求項において、用語「comprise」、「comprising」、「include」、「including」などは、排他的または排除的な意味の反対としての包括的な意味で、つまり、「限定はされないが含む」の意味で解釈されるものとする。「連結された(coupled)」または「接続された(connected)」という用語は、本願で一般的に使用される場合、1または複数の中間要素によって直接的に接続され得る、または接続された2つ以上の要素を指す。さらに、「ここで」、「上記」「下記」および同様の取り込みの用語は、本願で使用される場合、本願の任意の特定の部分ではなく本願全体を指すものとする。文脈が許す限り、単数または複数を用いる詳細な説明の用語はそれぞれ複数または単数も含み得る。2つ以上の項目のリストを参照する「または」という用語は、用語の以下の解釈の全てを含むものとする。すなわち、リストにおける項目のいくつか、リストにおける項目の全て、およびリストにおける項目の任意の組み合わせを含むものとする。「および/または」という用語も、用語の以下の解釈の全てを含むものとする。すなわち、リストにおける項目のいくつか、リストにおける項目の全て、およびリストにおける項目の任意の組み合わせを含むものとする。「基づき」という用語は、本願で一般に使用される場合、用語の以下の解釈を含む。すなわち、専ら基づく、または、少なくとも一部が基づくという解釈を含む。本願の全ての数値は、測定誤差の範囲内の同様の数値を含むものとする。 Unless the context clearly requires, in the specification and claims the terms "comprise," "comprising," "include," "including," etc. are used in an inclusive sense as opposed to an exclusive or exclusive sense. , which shall be construed in the sense of “including but not limited to”. The term "coupled" or "connected" as used generally in this application may be directly connected by one or more intermediate elements or two connected elements. refers to one or more elements. Further, the terms “herein,” “above,” “below,” and similar imports, when used in this application, shall refer to this application as a whole and not to any particular portion of this application. Each term of the detailed description using the singular or plural number may also include the plural or singular number whenever the context permits. The term "or" referring to a list of more than one item shall include all of the following interpretations of the term. That is, it shall include some of the items in the list, all of the items in the list, and any combination of items in the list. The term "and/or" shall also include all of the following interpretations of the term. That is, it shall include some of the items in the list, all of the items in the list, and any combination of items in the list. The term "based on" as generally used in this application includes the following interpretations of the term. that is, including constructions based solely on or based at least in part on. All numerical values in this application are intended to contain similar numerical values within the measurement error.

また、特に、「できる」、「可能性がある」、「かもしれない」、「してもよい」、「例えば」、「例として」、「など」などの本願において使用される条件的な用語は、具体的に記載されない限り、または、使用されるような文脈において理解される限り、特定の実施形態が特定の特徴、要素、および/または状態を含む一方で他の実施形態はそれらを含まないこと一般的に意図するために使用されている。 Also, in particular, conditional terms used in this application such as "could", "could", "might", "may", "for example", "for example", "etc." Unless the terms are specifically stated or understood in the context in which they are used, certain embodiments include particular features, elements, and/or states, while other embodiments include them. Used to mean generally not to contain.

上記種々の特徴およびプロセスは、互いに別々に使用されてもよく、または、種々の方法で組み合わせられてもよい。全ての可能な組み合わせおよびサブの組み合わせは、この開示の範囲内であるものとする。さらに、特定の方法またはプロセスブロックは、いくつかの実装において省略されてもよい。本願に記載の方法およびプロセスも、何等かの特定の順に限定されず、ブロックまたはそれに関連する状態は、適切な別の順で行われてもよい。例えば、記載のブロックまたは状態は、具体的に開示された以外の順で行われてもよく、または、複数ブロックまたは状態が単一のブロックまたは状態に組み合わせられてもよい。例示的ブロックまたは状態は、順に、または、並行して、または他の方法で行われてもよい。ブロックまたは状態は、開示された例示的実施形態に追加されても、またはそれらから省略されてもよい。本願に開示された例示的システムおよび構成要素は、記載されたものとは異なるように構成されてもよい。例えば、開示された例示的実施形態と比較して、要素が追加されても、または省略されても、または、再配置されてもよい。 The various features and processes described above may be used separately from each other or combined in various ways. All possible combinations and subcombinations are intended to be within the scope of this disclosure. Additionally, certain methods or process blocks may be omitted in some implementations. The methods and processes described herein are also not limited to any particular order, and the blocks or states associated therewith may be performed in any other suitable order. For example, the blocks or states described may occur in an order other than those specifically disclosed, or multiple blocks or states may be combined into a single block or state. Example blocks or states may occur in sequence, in parallel, or otherwise. Blocks or states may be added to or omitted from the disclosed exemplary embodiments. The example systems and components disclosed herein may be configured differently than described. For example, elements may be added, omitted, or rearranged compared to the disclosed exemplary embodiments.

ここに提供される実施形態の教示は、上記のシステムに限らず他のシステムに適用可能である。上記種々の実施形態の要素および作用は、さらなる実施形態を提供するために組み合わせられてもよい。 The teachings of the embodiments provided herein are applicable to other systems, not just those systems described above. Elements and acts of the various embodiments described above may be combined to provide additional embodiments.

特定の実施形態が記載されたが、これらの実施形態は、例としてのみ提示されたものであり、本開示の範囲を限定するものではない。実際、ここに記載の新規の方法およびシステムは、様々な他の形態で実施され得る。さらに、ここに記載の方法およびシステムの形態における種々の省略、置換、および変更は、本開示の精神を逸脱しない範囲で行われてもよい。添付の請求項およびその等価物は、本開示の範囲および精神の範囲内であるような形態または変更を含むことを意味する。 Although specific embodiments have been described, these embodiments have been presented by way of example only and do not limit the scope of the disclosure. Indeed, the novel methods and systems described herein may be embodied in various other forms. Additionally, various omissions, substitutions, and modifications in the form of the methods and systems described herein may be made without departing from the spirit of the disclosure. The appended claims and their equivalents are meant to cover such forms or modifications as are within the scope and spirit of this disclosure.

他の実施形態
以下のリストは、本開示の範囲内である例示的実施形態を含む。挙げられる例示的実施形態は、本開示の範囲を限定するものとは解釈されない。挙げられる例示的実施形態の様々な特徴は、削除、追加、または組み合わせられて本開示の一部である追加の実施形態を形成する。
1.直流-直流(DC-DC)電力変換器は、
下面および上面を有する下部プリント基板(PCB)部分と、
下面および上面を有する上部プリント基板(PCB)部分と、
前記下部PCB部分の前記上面と前記上部PCB部分の前記下面との間の埋め込み型回路とを備え、前記埋め込み型回路は、
パルス幅変調器と、
少なくとも1つのスイッチとを備え、
前記上部PCB部分を通って延びる1つまたは複数のビアと、
前記上部PCB部分の前記上面に位置決めされたインダクタとを備え、
前記1つまたは複数のビアは、前記インダクタおよび前記埋め込み型回路と電気的に連結されている。
2.実施形態1のDC-DC電力変換器であって、
前記埋め込み型回路は集積回路(IC)を備える。
3.実施形態2のDC-DC電力変換器であって、
前記インダクタのフットプリントは前記集積回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なる。
4.実施形態1から3のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
ワイヤボンドが前記インダクタと前記埋め込み型回路とを電気的に相互接続しない。
5.実施形態1から4のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記回路は少なくとも1MHzの切替速度を有する。
6.実施形態1から4のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記回路は少なくとも3MHzの切替速度を有する。
7.実施形態1から4のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記回路は少なくとも5MHzの切替速度を有する。
8.実施形態1から7のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記回路は最大7MHzの切替速度を有する。
9.実施形態1から8のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記少なくとも1つのスイッチはエンハンスト窒化ガリウム電界効果トランジスタ(eGaNFET)を備える。
10.実施形態1から9のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記上部PCB部分の前記上面に設けられた1つまたは複数のキャパシタをさらに備える。
11.実施形態1から10のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記下部PCB部分の前記上面と前記上部PCB部分の前記下面との間に設けられたコアをさらに備え、
前記コアはその内部に形成された1つまたは複数のポケットを備え、
前記埋め込み型回路は前記1つまたは複数のポケットに設けられている。
12.実施形態1から11のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記DC-DC電力変換器は25mm未満のフットプリントを有する。
13.実施形態1から11のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記DC-DC電力変換器は10mm未満のフットプリントを有する。
14.実施形態1から11のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記DC-DC電力変換器は5mm未満のフットプリントを有する。
15.実施形態1から14のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記DC-DC電力変換器が2mmのように小さいフットプリントを有する。
16.実施形態1から15のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記DC-DC電力変換器は電流のアンペア数当たり0.5mm~10mmであるフットプリント領域を有する。
17.直流-直流(DC-DC)電力変換器パッケージは、
少なくとも1つのプリント基板(PCB)に埋め込まれた集積回路(IC)チップであって、ドライバを備えるICチップと、
前記チップ埋め込みパッケージの外部に位置決めされ、前記チップ埋め込みパッケージの表面に連結されたインダクタと、
前記インダクタを前記ICチップに電気的に連結するビアとを備え、
前記インダクタのフットプリントは、前記ICチップのフットプリントに少なくとも部分的に重なる。
18.実施形態17に記載のDC-DC電力変換器であって、
トランジスタは前記少なくとも1つのPCBに埋め込みされ、
前記インダクタは前記トランジスタと電気的に連結される。
19.実施形態17から18のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記ICチップは、
前記ドライバに連結されたパルス幅変調器(PWM)コントローラと、
前記ドライバの出力部と連結されたスイッチングトランジスタとを備える。
20.実施形態17から19のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
エンハンスト窒化ガリウム(eGaN)を含むスイッチをさらに備える。
21.実施形態17から20のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記スイッチは4MHz以上で切り替わるように構成されている。
22.実施形態17から20のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記スイッチは5MHz以上で切り替わるように構成されている。
23.実施形態17から19のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
シリコンまたはヒ化ガリウムの少なくとも1つを含むスイッチをさらに備える。
24.単一のパッケージにおける直流-直流(DC-DC)電力変換器は、
実装基板の内側に、少なくとも部分的に、埋め込まれたエンハンスト窒化ガリウム(eGaN)構成要素と、
前記実装基板の外側に実装されたインダクタと、
前記eGaN構成要素に前記インダクタを連結するビアとを備え、
前記インダクタのフットプリントは、前記eGaN構成要素のフットプリントに少なくとも部分的に重なる。
25.実施形態24のDC-DC電力変換器であって、
前記実装基板は多層PCBである。
26.実施形態24から25のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記eGaN構成要素はeGaNを含むスイッチであり、
前記DC-DC電力変換器は前記スイッチを駆動するドライバ回路をさらに備える。
27.実施形態24から26のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記ドライバおよび前記スイッチは、ICチップの一部である。
28.実施形態24から27のいずれか1つに記載のDC-DC電力変換器であって、
前記ICチップは、パルス幅変調器(PWM)コントローラをさらに備える。
29.チップ埋め込みパッケージを利用する直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
DC-DC変換器は、
プリント基板(PCB)の内側におけるエンハンスト窒化ガリウム(eGaN)スイッチと、
パルス幅変調器(PWM)コントローラと、
前記PCBの内部に埋め込まれたドライバとを備え、
前記PWMコントローラおよび前記ドライバは、1MHz以上の周波数で前記eGaNスイッチを駆動するように構成され、
そして、このDC-DC変換器は、前記チップ埋め込みパッケージの外部に配置され、前記PCBの表面に連結されたインダクタと、
前記インダクタを前記eGaNスイッチに電気的に連結するビアとを備える。
30.実施形態29のDC-DC電力変換器であって、
前記ドライバが前記eGaNスイッチを5MHz以上の周波数で駆動するように構成されている。
31.直流-直流(DC-DC)電力変換器は、
プリント基板と、
前記プリント基板の内側の集積回路とを備え、
前記集積回路はドライバを備える。
32.実施形態31のDC-DC電力変換器であって、
前記プリント基板を通って延びる1つまたは複数のビアにより前記集積回路と電気的に連結されたインダクタをさらに備える。
33.実施形態32のDC-DC電力変換器であって、
前記インダクタは、前記集積回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なるフットプリントを有する。
34.直流-直流(DC-DC)電力変換器は、
ドライバを備える集積回路と、
前記インダクタのフットプリントが前記集積回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なるように、前記集積回路に垂直に積層されたインダクタとを備え、
前記インダクタは、前記集積回路と電気的に連結されている。
35.実施形態34のDC-DC変換器であって、
第1面と前記第1面とは反対側の第2面とを有するプリント基板(PCB)をさらに備え、
前記集積回路は、前記PCBの前記第1面に実装され、
前記インダクタは、前記PCBの前記第2面に実装される。
36.実施形態35のDC-DC変換装置であって、
前記インダクタは、前記プリント基板を通って延びる1つまたは複数のビアにより前記集積回路と電気的に連結されている。
37.直流-直流(DC-DC)バックコンバータは、
1つまたは複数のスイッチと、
前記1つまたは複数のスイッチを駆動するドライバと、
前記スイッチと電気的に連結されたインダクタとを備え、
前記DC-DCバックコンバータの前記フットプリントは、65mm未満であり、
前記DC-DCバックコンバータは、少なくとも20アンペアの電流を受信するように構成され、
前記DC-DCバックコンバータは、少なくとも20アンペアの電流を出力するように構成されている。
38.直流-直流(DC-DC)電力変換器は、
1つまたは複数のスイッチと、
前記1つまたは複数のスイッチを1MHz以上5MHz以下の周波数で駆動するように構成されたドライバと、
前記1つまたは複数のスイッチと電気的に連結されたインダクタとを備え、
前記DC-DC変換器の前記フットプリントは、10mm以下であり、
前記DC-DC変換器は少なくとも5アンペアの電流を受信するように構成されており、
前記DC-DC変換器は少なくとも5アンペアの電流を出力するように構成されている。
39.直流-直流(DC-DC)電力変換器は、
第1インダクタと連結された第1スイッチと、
第2インダクタと連結された第2スイッチと、
プリント基板に埋め込まれた集積回路チップとを備え、
前記第1スイッチおよび前記第2スイッチは、変調器と連結され、
前記第1インダクタおよび前記第2インダクタは、電圧出力ノードと連結されている。
40.実施形態39の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記変調器は、前記集積回路チップに含まれる。
41.実施形態39から40のいずれか1つに記載の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記変調器は、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチに同期期間で位相を出力するように動作させるように構成されている。
42.実施形態39から41のいずれか1つに記載の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記出力ノードにおける出力信号は、第1インダクタを介した第1信号および第2インダクタを介した第2信号に重畳される。
43.直流-直流(DC-DC)電力変換器は、
プリント基板に埋め込まれた集積回路チップであって、ドライバを備える集積回路チップと、
前記ドライバと連結された第1スイッチと、
前記第1スイッチと連結されたインダクタと、
出力ノードから変調回路へのフィードバック経路とを備える。
44.実施形態43の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記変調回路は、電圧モード変調回路である。
45.実施形態43から44のいずれか1つに記載の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記変調回路は、常時オン時間または常時オフ時間変調回路である。
46.実施形態43から45のいずれか1つに記載の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記変調回路は、前記集積回路チップに含まれる。
47.実施形態43から46のいずれか1つに記載の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記変調回路および前記インダクタは、前記集積回路チップと共にパッケージに含まれている。
48.直流-直流(DC-DC)電力変換器は、
プリント基板に埋め込まれた集積回路チップであって、ドライバを備える集積回路チップと、
前記ドライバと連結された第1スイッチと、
前記第1スイッチと連結されたインダクタと、
出力ノードから変調回路へのフィードバック経路と、
ランプ波発生器とを備える。
49.実施形態48の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記フィードバック経路と、前記ランプ波発生器からの出力とが比較器に連結される。
50.実施形態49の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記比較器と連結された基準電圧源をさらに備える。
51.実施形態48から50のいずれか1つに記載の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記ランプ波発生器は、前記インダクタを通るリップル電流をエミュレートするように構成されている。
52.実施形態48から51のいずれか1つに記載の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記ランプ波発生器は、
第1電流源と、
第2電流源と、
キャパシタとを備える。
53.実施形態52の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記第1電流源および前記第2電流源は、少なくとも一部が前記インダクタのインダクタンスに基づいてトリムされるように構成される。
54.実施形態48から53のいずれか1つに記載の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記ランプ波発生器および前記インダクタは、同じDC-DC電力変換器パッケージに含まれる。
55.実施形態48から54のいずれか1つに記載の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記ランプ波発生器は、前記インダクタに連結された出力キャパシタにより影響を受けない出力信号を生成するように構成されている。
56.実施形態48から55のいずれか1つに記載の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記ランプ波発生器は、前記インダクタに連結された出力キャパシタの等価直列抵抗(ESR)から独立した出力信号を生成するように構成されている。
57.実施形態48から56のいずれか1つに記載の直流-直流(DC-DC)電力変換器であって、
前記出力キャパシタのリップル電圧が小さすぎて変調回路へ確実に提供されないように、十分に低いESRを有する出力キャパシタをさらに備える。
58.ランプ波発生器は、
供給電圧と連結された第1電流源と、
アースと連結された第2電流源と、
前記第1電流源と前記第2電流源との間に連結されたキャパシタとを備える。
59.実施形態58のランプ波発生器であって、
前記ランプ波発生器は、DC-DC変換器においてインダクタを通るリップル電流をエミュレートするように構成されている。
60.実施形態58から59のいずれか1つに記載のランプ波発生器であって、
前記第1電流源の前記出力は、DC-DC変換器に対する入力電圧に少なくとも一部が基づいている。
61.実施形態58から60のいずれか1つに記載のランプ波発生器であって、
前記第1電流源の前記出力は、DC-DC変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいている。
62.実施形態58から61のいずれか1つに記載のランプ波発生器であって、
前記第2電流源の前記出力は、DC-DC変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいている。
63.実施形態58から62のいずれか1つに記載のランプ波発生器であって、
前記第2電流源の前記出力は、DC-DC変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいている。
64.実施形態58から63のいずれか1つに記載のランプ波発生器であって、
前記第1電流源は、DC-DC変換器に置けるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいてトリムされるように構成されている。
65.実施形態58から64のいずれか1つに記載のランプ波発生器であって、
前記第2電流源は、DC-DC変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいてトリムされるように構成されている。
66.チップ埋め込み型直流-直流変換器の作成のための方法は、
プリント基板に集積回路チップを埋め込み、
前記プリント基板に第1インダクタを連結し、
前記プリント基板に第2インダクタを連結し、前記第1インダクタおよび前記第2インダクタの双方は出力ノードに連結されていることを含む。
67.第1直流電圧を第2直流電圧に変換する方法は、
第1インダクタと連結された第1スイッチを駆動し、
第2インダクタと連結された第2スイッチを駆動し、
前記第1スイッチおよび前記第2スイッチは、出力ノードに連結され、
前記第1スイッチおよび前記第2スイッチを位相をずらして変調し、
ドライバまたは変調器の少なくとも1つのがプリント基板に埋め込まれたチップに含まれる。
68.チップ埋め込み型直流-直流変換器の作成のための方法は、
プリント基板に集積回路チップを埋め込み、
前記集積回路チップと出力ノードとの間にインダクタを連結し、
前記出力ノードから変調回路へのフィードバック経路を提供し、
前記変調回路がランプ波発生器を含む。
69.実施形態68に記載の方法において、
前記変調回路は、前記プリント基板に含まれる。
70.実施形態68から69のいずれか1つに記載の方法であって、
前記変調回路は、常時オン時間または常時オフ時間変調回路である。
71.実施形態68から70のいずれか1つに記載の方法であって、
前記ランプ波発生器は、前記集積回路に含まれる。
72.実施形態68から71のいずれか1つに記載の方法であって、
前記ランプ波発生器を少なくとも一部は前記インダクタの特性に基づいてトリムすることをさらに備える。
73.実施形態68から72のいずれか1つに記載の方法であって、
前記ランプ波発生器は、実施形態58から65のいずれか1つに記載のランプ波発生器である。
74.直流-直流変換器を使用する方法であって、
入力ノードにおいて入力電力を受信し、
インダクタへスイッチを通して電力を提供し、
出力電圧が出力キャパシタ両端に生じるように出力キャパシタにエネルギーを格納し、
前記出力電圧で出力電力を出力ノードへ提供し、
前記出力電圧を変調回路へ提供し、
出力キャパシタとは独立したリップル電圧を生成し、
前記リップル電圧を前記変調回路へ提供し、
前記スイッチを、前記変調回路の出力に少なくとも一部は基づいて変調することを含む。
75.実施形態74に記載の方法において、
前記リップル電圧、基準電圧、および前記出力電圧のうち少なくとも2つを比較することをさらに含む。
76.実施形態74から75のいずれか1つに記載の方法であって、
電流源を、少なくとも一部は、前記インダクタのインダクタンスに基づいてトリムすることをさらに備える。
77.実施形態74から76のいずれか1つに記載の方法であって、
前記リップル電圧は、前記インダクタを通る電流をエミュレートするように構成されたランプ波発生器により生成される。
78.直流-直流(DC-DC)電力変換器パッケージは、
少なくとも1つのプリント基板(PCB)に埋め込まれた集積回路(IC)チップであって、ドライバを備えるICチップと、
前記チップ埋め込みパッケージの外部に位置決めされ、前記チップ埋め込みパッケージの表面に連結されたインダクタと、
前記インダクタへ提供される電流が限界を超えた場合を検出するように構成された過電流保護回路とを備える。
79.実施形態78の直流-直流(DC-DC)電力変換器パッケージであって、
前記過電流保護回路は、少なくとも一部が集積回路間または電源管理バスコマンドに基づいて調整またはトリムされるように構成された電流源を備え、
前記インダクタの飽和インダクタンスが前記限界を超え、かつ、前記限界を50%未満超え、
前記限界は、最大規定DC電流仕様パルス最大交流電流リップル仕様を50%未満超過する。
80.直流-直流(DC-DC)電力変換器パッケージは、
少なくとも1つのプリント基板(PCB)に埋め込まれた集積回路(IC)チップであて、ドライバを備えるICチップと、
前記チップ埋め込みパッケージの外部に位置決めされ、前記チップ埋め込みパッケージの表面に連結されたインダクタと、
集積回路間または電源管理バスとを備える。
81.実施形態80の直流-直流(DC-DC)電力変換器パッケージであって、
前記集積回路間または電源管理バスは少なくとも1つの電流源に連結され、プロトコルコマンドを提供して前記電流源を調節またはトリムするように構成されている。
82.実施形態80から81のいずれか1つに記載の直流-直流(DC-DC)電力変換器パッケージであって、
前記集積回路間または電源管理バスは少なくとも1つの電流源に連結され、プロトコルコマンドを提供して比較器へ提供される基準値を設定または調節するように構成されている。
83.実施形態80から82のいずれか1つに記載の直流-直流(DC-DC)電力変換器パッケージであり、
前記集積回路間または電源管理バスは、以下の少なくとも1つを実施するための指示を含むプロトコルを通信するように構成されており、すなわち、
前記DC-DC電力変換器パッケージをオンまたはオフし、
前記DC-DC電力変換器パッケージの低電力またはスリープモードを変更し、
前記DC-DC電力変換器パッケージの電流設定についての情報を読み出し、
前記DC-DC電力変換器パッケージについて診断および/または技術情報を読み出し、
前記DC-DC電力変換器パッケージにより提供される出力電圧を設定または変更する。
84.実施形態80から83のいずれか1つに記載の直流-直流(DC-DC)電力変換器パッケージであり、
集積回路間実装品の上に配線層として電源管理プロトコルを実施する。
85.直流-直流(DC-DC)電力変換器は、
下面および上面を有する下部プリント基板(PCB)部分と、
下面および上面を有する上部プリント基板(PCB)部分と、
前記上部PCB部分の前記下面と前記下部PCB部分の前記上面との間に埋め込まれた埋め込み型集積回路とを備え、
前記埋め込み型集積回路は、
1つまたは複数のPWM信号を生成するように構成されたパルス幅変調器(PWM)コントローラと、
前記1つまたは複数のPWM信号に少なくとも一部は基づいて1つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されたドライバであって、前記埋め込み型集積回路内において前記PWMコントローラと連結されたドライバと、
前記1つまたは複数のドライバ信号の少なくとも1つを受信するように構成された第1電力スイッチであって、前記埋め込み型集積回路において前記ドライバと連結された第1電力スイッチと、
前記1つまたは複数のドライバ信号の少なくとも1つを受信するように構成された第2電力スイッチであって、前記埋め込み型集積回路において前記ドライバと連結された第2電力スイッチとを備え、
前記上部PCB部分を通って延びる少なくとも1つのビアと、
前記上部PCB部分の前記上面に位置決めされたインダクタとを備え、
前記インダクタは、前記少なくとも1つのビアを介して前記第1および第2電力スイッチと電気的に連結され、
前記インダクタのフットプリントは、前記埋め込み型集積回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なり、
さらに、前記第1および第2電力スイッチの少なくとも1つのと連結された入力ポートであって、入力電圧の入力信号を受信するように構成された入力ポートと、
前記インダクタと連結された出力ポートであって、前記入力電圧とは異なる出力電圧の出力信号を提供するように構成された出力ポートとを備え、
前記出力電圧は、前記インダクタにエネルギーを充填または放出させる前記第1および第2電力スイッチに少なくとも一部が基づいており、
フィードバックシステムは、
前記出力ポートと連結されたフィードバック経路であって、前記出力電圧の指標を提供するように構成されたフィードバック経路と、
前記インダクタを通る電流リップルをエミュレートする信号を生成するように構成されたランプ波発生器とを備え、
前記フィードバックシステムは、少なくとも一部が前記フィードバック経路からの前記出力電圧の前記指標と前記ランプ波発生器により提供される前記信号とに基づいたフィードバック信号を提供するように構成され、
前記第1および第2電力スイッチは、前記フィードバック信号に少なくとも一部基づいて駆動される。
86.実施形態85のDC-DC電力変換器であって、
前記ランプ波発生器は、少なくとも一部は以下を用いる前記インダクタを通る前記電流リップルをエミュレートする前記信号を生成するように構成され、すなわち、
前記入力電圧を示す第1入力部と、
前記出力電圧を示す第2入力部と、
前記インダクタのインダクタンス値を示す第3入力部と、
切替信号の第4入力部とを用いる。
87.実施形態85のDC-DC電力変換器であって、
前記ランプ波発生器は、
少なくとも一部は前記入力電圧に基づいて電流を生成するように構成された第1電流源と、
少なくとも一部は前記出力電圧に基づいて電流を生成するように構成された第2電流源と、
前記1つまたは複数のドライバ信号の少なくとも1つを受信するように構成された第3スイッチであって、前記第1電流源と連結された第3スイッチと、
前記1つまたは複数のドライバ信号の少なくとも1つを受信するように構成された第4スイッチであって、前記第2電流源と連結された第4スイッチと、
前記第3スイッチおよび前記第4スイッチと連結されたキャパシタとを備える。
88.実施形態85のDC-DC電力変換器であって、
前記第1および第2電力スイッチは、エンハンスト窒化ガリウム(eGaN)電界効果トランジスタである。
89.実施形態85のDC-DC電力変換器であって、
前記PWMコントローラは、前記ドライバに、少なくとも4MHzの周波数で前記スイッチをトグルさせるように構成されている。
90.実施形態85のDC-DC電力変換器であって、
前記DC-DC電力変換器は、電流量を処理するように構成され、
前記DC-DC電力変換器が電流量のアンペア数当たり0.1mm~10mmであるフットプリント領域を有する。
91.実施形態85のDC-DC電力変換器であって、
前記インダクタおよび前記集積回路の一方は、前記インダクタおよび前記集積回路の他方のフットプリントに完全に含まれるフットプリントを有する。
92.実施形態85のDC-DC電力変換器であって、
前記入力ポート、前記出力ポート、およびアースポートは、前記インダクタを包囲するパッケージの外側へ露出し、
前記入力ポートは、ワイヤボンド無しで前記第1電力スイッチと連結され、
前記出力ポートは、ワイヤボンド無しで前記インダクタと連結され、
前記第2電力スイッチは、ワイヤボンド無しでアースと連結され、
前記インダクタは、ワイヤボンド無しで前記第1および第2電力スイッチと連結されている。
93.実施形態85のDC-DC電力変換器であって、
前記PCBと連結された第2インダクタであって、前記出力ノードとも連結された第2インダクタをさらに備え、
前記第1インダクタおよび前記第2インダクタは、互いに位相をずらして駆動される。
94.実施形態85のDC-DC電力変換器であって、
前記埋め込み型集積回路がランプ波発生器を含む。
95.直流-直流(DC-DC)電力変換器は、
プリント基板(PCB)と、
前記PCBに埋め込みまれた埋め込み型回路とを備え、
前記埋め込み型回路は、
1つまたは複数のPWM信号を生成するように構成されたパルス幅変調器(PWM)コントローラと、
前記1つまたは複数のPWM信号に少なくとも一部は基づいて1つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されたドライバであって、前記埋め込み型回路内において前記PWMコントローラと連結されたドライバと、
前記1つまたは複数のドライバ信号の少なくとも1つを受信するように構成された第1電力スイッチであって、前記埋め込み型回路内で前記ドライバと連結された第1電力スイッチと、
前記1つまたは複数のドライバ信号の少なくとも1つを受信するように構成された第2電力スイッチであって、前記埋め込み型回路内で前記ドライバと連結された第2スイッチとを備え、
さらに、前記PCBの一部を通って延びる少なくとも1つのビアと、
前記PCBの外部に位置し、前記PCBの上部と連結されたインダクタとを備え、
前記インダクタは、前記少なくとも1つのビアを介して前記第1および第2電力スイッチと電気的に連結され、
前記インダクタのフットプリントは、少なくとも部分的に、前記埋め込み型回路のフットプリントと重なり、
さらに、前記第1および第2電力スイッチの少なくとも1つのと連結された入力ポートであって、入力電圧の入力信号を受信するように構成された入力ポートと、
前記インダクタと連結された出力ポートであって、前記入力電圧とは異なる出力電圧の出力信号を提供するように構成された出力ポートとを備え、
前記DC-DC電力変換器は、電流量を処理するように構成され、
前記DC-DC電力変換器が電流量のアンペア数当たり0.1mm~10mmであるフットプリント領域を有する。
96.実施形態95のDC-DC変換器であって、
前記インダクタと連結され、前記出力ポートとも連結された出力キャパシタであって、低等価直列抵抗(ESR)を有する出力キャパシタをさらに備え、
前記出力電圧における電圧リップルは2%以下であり、
さらに、前記インダクタを通る電圧リップルをエミュレートする電圧リップルを生成するように構成されたランプ波発生器を有するフィードバックシステムさらに備える。
97.実施形態95のDC-DC電力変換器であって、
前記第1電力スイッチおよび前記第2電力スイッチは、エンハンスト窒化ガリウム(eGaN)電界効果トランジスタである。
98.実施形態95のDC-DC電力変換器であって、
前記入力ポートは、少なくとも20アンペアの電流を受信するように構成され、
前記出力ポートは、少なくとも20アンペアの電流を提供するように構成され、
前記DC-DC電力コンバータの前記フットプリントは、65mm未満である。
99.実施形態95のDC-DC電力変換器であって、
前記インダクタおよび前記埋め込み型回路は、ワイヤボンド無しで相互接続されている。
100.実施形態95のDC-DC電力変換器であって、
前記埋め込み型回路は、前記PWMコントローラ、前記ドライバ、前記第1電力スイッチ、および前記第2電力スイッチを有する集積回路を備える。
101.直流-直流(DC-DC)電力変換器は、
プリント基板(PCB)と、
前記PCBに埋め込まれた埋め込み型回路とを備え、
前記埋め込み型回路は、
1つまたは複数のPWM信号を生成するように構成されたパルス幅変調器(PWM)コントローラと、
前記1つまたは複数のPWM信号に少なくとも一部は基づいて1つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されたドライバであって、前記埋め込み型回路内において前記PWMコントローラと連結されたドライバと、
前記1つまたは複数のドライバ信号の少なくとも1つを受信するように構成された第1エンハンスト窒化ガリウム電界効果トランジスタ(eGaNFET)であって、前記埋め込み型回路内で前記ドライバと連結された第1eGaNFETと、
前記1つまたは複数のドライバ信号の少なくとも1つのを受信するように構成された第2eGaNFETであって、前記埋め込み型回路内で前記ドライバと連結された第2eGaNFETとを備え、
さらに、前記PCBの一部を通って延びる少なくとも1つのビアと、
前記PCBの外部に位置し、前記PCBの上部と連結されたインダクタとを備え、
前記インダクタは、前記少なくとも1つのビアを介して前記第1および第2eGaNFETと電気的に連結され、
前記インダクタのフットプリントは、少なくとも部分的に、前記埋め込み型回路のフットプリントと重なる。
102.実施形態101のDC-DC電力変換器であって、
前記PWMコントローラは、前記ドライバに、4MHz~10MHzの間の周波数で前記第1および第2eGaNFETをトグルさせるように構成されている。
103.実施形態101のDC-DC電力変換器であって、
前記DC-DC電力変換器は、電流量を処理するように構成され、
前記DC-DC電力変換器が電流量のアンペア数当たり0.1mm~10mmであるフットプリント領域を有する。
104.実施形態101のDC-DC電力変換器であって、
前記埋め込み型回路は、前記インダクタを通る電圧リップルをエミュレートする信号を生成するように構成されたランプ波発生器を有する。
OTHER EMBODIMENTS The following list includes exemplary embodiments that are within the scope of this disclosure. The example embodiments provided are not to be construed as limiting the scope of the present disclosure. Various features of the exemplary embodiments listed may be deleted, added, or combined to form additional embodiments that are part of this disclosure.
1. A direct current to direct current (DC-DC) power converter is
a lower printed circuit board (PCB) portion having a bottom surface and a top surface;
an upper printed circuit board (PCB) portion having a bottom surface and a top surface;
embedded circuitry between the top surface of the bottom PCB portion and the bottom surface of the top PCB portion, the embedded circuitry comprising:
a pulse width modulator;
at least one switch;
one or more vias extending through the upper PCB portion;
an inductor positioned on the top surface of the upper PCB portion;
The one or more vias are electrically coupled with the inductor and the embedded circuitry.
2. The DC-DC power converter of Embodiment 1,
The embedded circuit comprises an integrated circuit (IC).
3. The DC-DC power converter of Embodiment 2,
The inductor footprint at least partially overlaps the integrated circuit footprint.
4. A DC-DC power converter according to any one of embodiments 1-3, wherein
Wire bonds do not electrically interconnect the inductor and the embedded circuit.
5. A DC-DC power converter according to any one of embodiments 1-4, wherein
The circuit has a switching speed of at least 1 MHz.
6. A DC-DC power converter according to any one of embodiments 1-4, wherein
The circuit has a switching speed of at least 3 MHz.
7. A DC-DC power converter according to any one of embodiments 1-4, wherein
The circuit has a switching speed of at least 5 MHz.
8. A DC-DC power converter according to any one of embodiments 1-7, wherein
Said circuit has a switching speed of up to 7 MHz.
9. A DC-DC power converter according to any one of embodiments 1-8, wherein
The at least one switch comprises an enhanced gallium nitride field effect transistor (eGaNFET).
10. A DC-DC power converter according to any one of embodiments 1-9, wherein
Further comprising one or more capacitors provided on the top surface of the upper PCB portion.
11. A DC-DC power converter according to any one of embodiments 1-10, wherein
further comprising a core provided between the upper surface of the lower PCB portion and the lower surface of the upper PCB portion;
said core having one or more pockets formed therein;
The embedded circuitry is provided in the one or more pockets.
12. A DC-DC power converter according to any one of embodiments 1-11, wherein
The DC-DC power converter has a footprint of less than 25mm2 .
13. A DC-DC power converter according to any one of embodiments 1-11, wherein
The DC-DC power converter has a footprint of less than 10mm2 .
14. A DC-DC power converter according to any one of embodiments 1-11, wherein
The DC-DC power converter has a footprint of less than 5mm2 .
15. 15. The DC-DC power converter of any one of embodiments 1-14, wherein
The DC-DC power converter has a footprint as small as 2mm2 .
16. 16. The DC-DC power converter of any one of embodiments 1-15, wherein
The DC-DC power converter has a footprint area of 0.5 mm 2 to 10 mm 2 per amperage of current.
17. A direct current to direct current (DC-DC) power converter package,
an integrated circuit (IC) chip embedded in at least one printed circuit board (PCB), the IC chip comprising a driver;
an inductor positioned outside the chip-embedded package and coupled to a surface of the chip-embedded package;
a via electrically coupling the inductor to the IC chip;
The inductor footprint at least partially overlaps the IC chip footprint.
18. 18. The DC-DC power converter of embodiment 17, comprising:
a transistor embedded in the at least one PCB;
The inductor is electrically connected to the transistor.
19. 19. The DC-DC power converter of any one of embodiments 17-18, wherein
The IC chip is
a pulse width modulator (PWM) controller coupled to the driver;
and a switching transistor connected to the output of the driver.
20. 20. The DC-DC power converter of any one of embodiments 17-19, wherein
Further comprising a switch comprising enhanced gallium nitride (eGaN).
21. 21. The DC-DC power converter of any one of embodiments 17-20, wherein
The switch is configured to switch at 4 MHz or higher.
22. 21. The DC-DC power converter of any one of embodiments 17-20, wherein
The switch is configured to switch at 5 MHz or higher.
23. 20. The DC-DC power converter of any one of embodiments 17-19, wherein
Further comprising a switch comprising at least one of silicon or gallium arsenide.
24. A direct current to direct current (DC-DC) power converter in a single package comprising:
an enhanced gallium nitride (eGaN) component embedded at least partially inside a mounting substrate;
an inductor mounted outside the mounting substrate;
a via coupling the inductor to the eGaN component;
The inductor footprint at least partially overlaps the eGaN component footprint.
25. 25. The DC-DC power converter of embodiment 24, wherein:
The mounting substrate is a multi-layer PCB.
26. 26. The DC-DC power converter of any one of embodiments 24-25, wherein
the eGaN component is a switch comprising eGaN;
The DC-DC power converter further comprises a driver circuit for driving the switch.
27. 27. The DC-DC power converter of any one of embodiments 24-26, wherein
The driver and the switch are part of an IC chip.
28. 28. The DC-DC power converter of any one of embodiments 24-27, wherein
The IC chip further comprises a pulse width modulator (PWM) controller.
29. A direct current-to-direct current (DC-DC) power converter utilizing a chip-embedded package, comprising:
The DC-DC converter is
an enhanced gallium nitride (eGaN) switch inside a printed circuit board (PCB);
a pulse width modulator (PWM) controller;
a driver embedded within the PCB;
the PWM controller and the driver are configured to drive the eGaN switch at a frequency of 1 MHz or higher;
The DC-DC converter includes an inductor located outside the chip-embedded package and coupled to the surface of the PCB;
a via electrically coupling the inductor to the eGaN switch.
30. 30. The DC-DC power converter of embodiment 29, wherein:
The driver is configured to drive the eGaN switch at a frequency greater than or equal to 5 MHz.
31. A direct current to direct current (DC-DC) power converter is
a printed circuit board;
an integrated circuit inside the printed circuit board;
The integrated circuit comprises a driver.
32. 32. The DC-DC power converter of embodiment 31, wherein:
Further comprising an inductor electrically coupled to the integrated circuit by one or more vias extending through the printed circuit board.
33. 33. The DC-DC power converter of embodiment 32, wherein:
The inductor has a footprint that at least partially overlaps the footprint of the integrated circuit.
34. A direct current to direct current (DC-DC) power converter is
an integrated circuit comprising a driver;
an inductor vertically stacked on the integrated circuit such that the footprint of the inductor at least partially overlaps the footprint of the integrated circuit;
The inductor is electrically connected to the integrated circuit.
35. 35. The DC-DC converter of embodiment 34, comprising:
further comprising a printed circuit board (PCB) having a first side and a second side opposite the first side;
the integrated circuit is mounted on the first side of the PCB;
The inductor is mounted on the second side of the PCB.
36. 35. The DC-DC converter of embodiment 35, comprising:
The inductor is electrically coupled to the integrated circuit by one or more vias extending through the printed circuit board.
37. A direct current to direct current (DC-DC) buck converter is
one or more switches;
a driver for driving the one or more switches;
an inductor electrically coupled to the switch;
the footprint of the DC-DC buck converter is less than 65 mm2 ;
wherein the DC-DC buck converter is configured to receive a current of at least 20 amps;
The DC-DC buck converter is configured to output a current of at least 20 amps.
38. A direct current to direct current (DC-DC) power converter is
one or more switches;
a driver configured to drive the one or more switches at a frequency greater than or equal to 1 MHz and less than or equal to 5 MHz;
an inductor electrically coupled to the one or more switches;
the footprint of the DC-DC converter is 10 mm 2 or less;
wherein the DC-DC converter is configured to receive a current of at least 5 amps;
The DC-DC converter is configured to output a current of at least 5 Amps.
39. A direct current to direct current (DC-DC) power converter is
a first switch coupled with the first inductor;
a second switch coupled to the second inductor;
an integrated circuit chip embedded in a printed circuit board;
the first switch and the second switch are connected to a modulator;
The first inductor and the second inductor are connected to a voltage output node.
40. 40. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of embodiment 39, comprising:
The modulator is included on the integrated circuit chip.
41. 41. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of any one of embodiments 39-40, wherein
The modulator is configured to operate the first switch and the second switch to output phases in synchronization periods.
42. 42. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of any one of embodiments 39-41, wherein
The output signal at the output node is superimposed on the first signal through the first inductor and the second signal through the second inductor.
43. A direct current to direct current (DC-DC) power converter is
an integrated circuit chip embedded in a printed circuit board, the integrated circuit chip comprising a driver;
a first switch coupled to the driver;
an inductor connected to the first switch;
a feedback path from the output node to the modulation circuit.
44. 44. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of embodiment 43, wherein:
The modulation circuit is a voltage mode modulation circuit.
45. 45. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of any one of embodiments 43-44, wherein
The modulation circuit may be an always-on time or an always-off time modulation circuit.
46. 46. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of any one of embodiments 43-45, wherein
The modulation circuit is included on the integrated circuit chip.
47. 47. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of any one of embodiments 43-46, wherein
The modulation circuit and the inductor are included in a package with the integrated circuit chip.
48. A direct current to direct current (DC-DC) power converter is
an integrated circuit chip embedded in a printed circuit board, the integrated circuit chip comprising a driver;
a first switch coupled to the driver;
an inductor connected to the first switch;
a feedback path from the output node to the modulation circuit;
and a ramp generator.
49. 49. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of embodiment 48, comprising:
The feedback path and the output from the ramp generator are coupled to a comparator.
50. 50. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of embodiment 49, comprising:
A reference voltage source connected to the comparator is further provided.
51. 51. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of any one of embodiments 48-50, wherein
The ramp generator is configured to emulate ripple current through the inductor.
52. 52. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of any one of embodiments 48-51, wherein
The ramp wave generator is
a first current source;
a second current source;
and a capacitor.
53. 53. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of embodiment 52, comprising:
The first current source and the second current source are configured to be trimmed at least in part based on the inductance of the inductor.
54. 54. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of any one of embodiments 48-53, wherein
The ramp generator and the inductor are included in the same DC-DC power converter package.
55. 55. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of any one of embodiments 48-54, wherein
The ramp generator is configured to generate an output signal that is unaffected by an output capacitor coupled to the inductor.
56. 56. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of any one of embodiments 48-55, wherein
The ramp generator is configured to generate an output signal independent of an equivalent series resistance (ESR) of an output capacitor coupled to the inductor.
57. 57. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter of any one of embodiments 48-56, wherein
It further comprises an output capacitor with a sufficiently low ESR to ensure that the output capacitor ripple voltage is not too small to be provided to the modulation circuit.
58. The ramp wave generator is
a first current source coupled to a supply voltage;
a second current source coupled to ground;
a capacitor connected between the first current source and the second current source;
59. 59. The ramp generator of embodiment 58, comprising:
The ramp generator is configured to emulate ripple current through an inductor in a DC-DC converter.
60. 60. The ramp generator of any one of embodiments 58-59, wherein
The output of the first current source is based at least in part on an input voltage to a DC-DC converter.
61. 61. The ramp generator according to any one of embodiments 58-60, wherein
The output of the first current source is based at least in part on the inductance of an inductor in a DC-DC converter.
62. 62. The ramp generator of any one of embodiments 58-61, wherein
The output of the second current source is based at least in part on the inductance of an inductor in a DC-DC converter.
63. 63. The ramp generator of any one of embodiments 58-62, wherein
The output of the second current source is based at least in part on the inductance of an inductor in a DC-DC converter.
64. 64. The ramp generator of any one of embodiments 58-63, wherein
The first current source is configured to be trimmed based at least in part on the inductance of an inductor in the DC-DC converter.
65. 65. The ramp generator of any one of embodiments 58-64, wherein
The second current source is configured to be trimmed based at least in part on the inductance of an inductor in the DC-DC converter.
66. A method for making a chip-embedded DC-DC converter comprising:
Embedding an integrated circuit chip in a printed circuit board,
connecting a first inductor to the printed circuit board;
A second inductor is coupled to the printed circuit board, and both the first inductor and the second inductor are coupled to an output node.
67. A method for converting a first DC voltage into a second DC voltage includes:
driving a first switch coupled to the first inductor;
driving a second switch coupled to the second inductor;
the first switch and the second switch are coupled to an output node;
modulating the first switch and the second switch out of phase;
At least one of the drivers or modulators is contained in a chip embedded in the printed circuit board.
68. A method for making a chip-embedded DC-DC converter comprising:
Embedding an integrated circuit chip in a printed circuit board,
connecting an inductor between the integrated circuit chip and an output node;
providing a feedback path from the output node to a modulation circuit;
The modulation circuit includes a ramp generator.
69. 69. The method of embodiment 68, wherein
The modulation circuit is included in the printed circuit board.
70. 70. The method of any one of embodiments 68-69, wherein
The modulation circuit may be an always-on time or an always-off time modulation circuit.
71. 71. The method of any one of embodiments 68-70, wherein
The ramp generator is included in the integrated circuit.
72. 72. The method of any one of embodiments 68-71, wherein
Further comprising trimming the ramp generator based at least in part on characteristics of the inductor.
73. 73. The method of any one of embodiments 68-72, wherein
The ramp generator is a ramp generator according to any one of embodiments 58-65.
74. A method using a DC-to-DC converter, comprising:
receiving input power at an input node;
providing power through a switch to the inductor,
storing energy in the output capacitor such that an output voltage develops across the output capacitor;
providing output power at the output voltage to an output node;
providing the output voltage to a modulation circuit;
Generates a ripple voltage independent of the output capacitor,
providing the ripple voltage to the modulation circuit;
modulating the switch based at least in part on the output of the modulation circuit.
75. 75. The method of embodiment 74, wherein:
Further comprising comparing at least two of the ripple voltage, the reference voltage, and the output voltage.
76. 76. The method of any one of embodiments 74-75, wherein
Further comprising trimming a current source based at least in part on the inductance of the inductor.
77. 77. The method of any one of embodiments 74-76, wherein
The ripple voltage is generated by a ramp generator configured to emulate current through the inductor.
78. A direct current to direct current (DC-DC) power converter package,
an integrated circuit (IC) chip embedded in at least one printed circuit board (PCB), the IC chip comprising a driver;
an inductor positioned outside the chip-embedded package and coupled to a surface of the chip-embedded package;
an overcurrent protection circuit configured to detect when the current provided to the inductor exceeds a limit.
79. 79. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter package of embodiment 78, comprising:
said overcurrent protection circuit comprising a current source configured at least in part to be regulated or trimmed based on inter-integrated circuit or power management bus commands;
the saturation inductance of the inductor exceeds the limit and exceeds the limit by less than 50%;
Said limit exceeds the maximum specified DC current specification pulse maximum AC current ripple specification by less than 50%.
80. A direct current to direct current (DC-DC) power converter package,
an integrated circuit (IC) chip embedded in at least one printed circuit board (PCB), the IC chip comprising a driver;
an inductor positioned outside the chip-embedded package and coupled to a surface of the chip-embedded package;
An inter-integrated circuit or power management bus.
81. 81. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter package of embodiment 80, comprising:
The inter-integrated circuit or power management bus is coupled to at least one current source and is configured to provide protocol commands to adjust or trim the current source.
82. 82. The direct current-to-direct current (DC-DC) power converter package of any one of embodiments 80-81, comprising:
The inter-integrated circuit or power management bus is coupled to at least one current source and configured to provide protocol commands to set or adjust the reference value provided to the comparator.
83. A direct current to direct current (DC-DC) power converter package according to any one of embodiments 80-82,
The inter-integrated circuit or power management bus is configured to communicate a protocol including instructions for performing at least one of the following:
turning on or off the DC-DC power converter package;
change the low power or sleep mode of the DC-DC power converter package;
reading information about the current setting of the DC-DC power converter package;
reading diagnostic and/or technical information about the DC-DC power converter package;
Set or change the output voltage provided by the DC-DC power converter package.
84. A direct current to direct current (DC-DC) power converter package according to any one of embodiments 80-83,
A power management protocol is implemented as a wiring layer above the inter-integrated circuit package.
85. A direct current to direct current (DC-DC) power converter is
a lower printed circuit board (PCB) portion having a bottom surface and a top surface;
an upper printed circuit board (PCB) portion having a bottom surface and a top surface;
an embedded integrated circuit embedded between the lower surface of the upper PCB portion and the upper surface of the lower PCB portion;
The embedded integrated circuit comprises:
a pulse width modulator (PWM) controller configured to generate one or more PWM signals;
A driver coupled with the PWM controller within the embedded integrated circuit, configured to generate one or more driver signals based at least in part on the one or more PWM signals. and,
a first power switch configured to receive at least one of the one or more driver signals, the first power switch coupled with the driver in the embedded integrated circuit;
a second power switch configured to receive at least one of the one or more driver signals, the second power switch coupled with the driver in the embedded integrated circuit;
at least one via extending through the upper PCB portion;
an inductor positioned on the top surface of the upper PCB portion;
the inductor is electrically coupled to the first and second power switches through the at least one via;
the footprint of the inductor at least partially overlaps the footprint of the embedded integrated circuit;
an input port coupled to at least one of the first and second power switches, the input port configured to receive an input voltage input signal;
an output port coupled to the inductor, the output port configured to provide an output signal at an output voltage different from the input voltage;
the output voltage is based at least in part on the first and second power switches that charge or release energy into the inductor;
The feedback system
a feedback path coupled with the output port, the feedback path configured to provide an indication of the output voltage;
a ramp generator configured to generate a signal that emulates current ripple through the inductor;
the feedback system is configured to provide a feedback signal based at least in part on the indication of the output voltage from the feedback path and the signal provided by the ramp generator;
The first and second power switches are driven based at least in part on the feedback signal.
86. 85. The DC-DC power converter of embodiment 85, comprising:
The ramp generator is configured to generate the signal that at least in part emulates the current ripple through the inductor using:
a first input indicative of the input voltage;
a second input indicative of the output voltage;
a third input indicating the inductance value of the inductor;
A fourth input of the switching signal is used.
87. 85. The DC-DC power converter of embodiment 85, comprising:
The ramp wave generator is
a first current source configured to generate a current based at least in part on the input voltage;
a second current source configured to generate a current based at least in part on said output voltage;
a third switch configured to receive at least one of the one or more driver signals, the third switch coupled to the first current source;
a fourth switch configured to receive at least one of the one or more driver signals, the fourth switch coupled to the second current source;
a capacitor connected to the third switch and the fourth switch;
88. 85. The DC-DC power converter of embodiment 85, comprising:
The first and second power switches are enhanced gallium nitride (eGaN) field effect transistors.
89. 85. The DC-DC power converter of embodiment 85, comprising:
The PWM controller is configured to cause the driver to toggle the switch at a frequency of at least 4 MHz.
90. 85. The DC-DC power converter of embodiment 85, comprising:
wherein the DC-DC power converter is configured to process an amount of current;
The DC-DC power converter has a footprint area of 0.1 mm 2 to 10 mm 2 per amperage of current flow.
91. 85. The DC-DC power converter of embodiment 85, comprising:
One of the inductor and the integrated circuit has a footprint that is completely contained within the footprint of the other of the inductor and the integrated circuit.
92. 85. The DC-DC power converter of embodiment 85, comprising:
the input port, the output port, and the ground port are exposed to the outside of a package surrounding the inductor;
the input port is connected to the first power switch without a wire bond;
the output port is connected to the inductor without wire bonds;
the second power switch is coupled to ground without wire bonds;
The inductor is connected to the first and second power switches without wire bonds.
93. 85. The DC-DC power converter of embodiment 85, comprising:
a second inductor connected to the PCB, the second inductor also connected to the output node;
The first inductor and the second inductor are driven out of phase with each other.
94. 85. The DC-DC power converter of embodiment 85, comprising:
The embedded integrated circuit includes a ramp generator.
95. A direct current to direct current (DC-DC) power converter is
a printed circuit board (PCB);
an embedded circuit embedded in the PCB;
The embedded circuit comprises:
a pulse width modulator (PWM) controller configured to generate one or more PWM signals;
a driver configured to generate one or more driver signals based at least in part on the one or more PWM signals, the driver coupled with the PWM controller within the embedded circuit; ,
a first power switch configured to receive at least one of the one or more driver signals, the first power switch coupled with the driver within the embedded circuit;
a second power switch configured to receive at least one of the one or more driver signals, the second switch coupled with the driver within the embedded circuit;
and at least one via extending through a portion of the PCB;
an inductor located outside the PCB and connected to the top of the PCB;
the inductor is electrically coupled to the first and second power switches through the at least one via;
the footprint of the inductor at least partially overlaps the footprint of the embedded circuit;
an input port coupled to at least one of the first and second power switches, the input port configured to receive an input voltage input signal;
an output port coupled to the inductor, the output port configured to provide an output signal at an output voltage different from the input voltage;
wherein the DC-DC power converter is configured to process an amount of current;
The DC-DC power converter has a footprint area of 0.1 mm 2 to 10 mm 2 per amperage of current flow.
96. 95. The DC-DC converter of embodiment 95, comprising:
an output capacitor coupled to the inductor and also coupled to the output port, the output capacitor having a low equivalent series resistance (ESR);
A voltage ripple in the output voltage is 2% or less,
Further comprising a feedback system comprising a ramp generator configured to generate a voltage ripple that emulates the voltage ripple through the inductor.
97. 95. The DC-DC power converter of embodiment 95, wherein:
The first power switch and the second power switch are enhanced gallium nitride (eGaN) field effect transistors.
98. 95. The DC-DC power converter of embodiment 95, wherein:
said input port configured to receive a current of at least 20 amps;
the output port is configured to provide a current of at least 20 amps;
The footprint of the DC-DC power converter is less than 65mm2 .
99. 95. The DC-DC power converter of embodiment 95, wherein:
The inductor and the embedded circuit are interconnected without wirebonds.
100. 95. The DC-DC power converter of embodiment 95, wherein:
The embedded circuit comprises an integrated circuit having the PWM controller, the driver, the first power switch and the second power switch.
101. A direct current to direct current (DC-DC) power converter is
a printed circuit board (PCB);
embedded circuitry embedded in the PCB;
The embedded circuit comprises:
a pulse width modulator (PWM) controller configured to generate one or more PWM signals;
a driver configured to generate one or more driver signals based at least in part on the one or more PWM signals, the driver coupled with the PWM controller within the embedded circuit; ,
a first enhanced gallium nitride field effect transistor (eGaNFET) configured to receive at least one of said one or more driver signals, said first eGaNFET coupled with said driver within said embedded circuit; ,
a second eGaNFET configured to receive at least one of the one or more driver signals, the second eGaNFET coupled with the driver within the embedded circuit;
and at least one via extending through a portion of the PCB;
an inductor located outside the PCB and connected to the top of the PCB;
the inductor is electrically coupled to the first and second eGaNFETs through the at least one via;
The footprint of the inductor at least partially overlaps the footprint of the embedded circuit.
102. 102. The DC-DC power converter of embodiment 101, comprising:
The PWM controller is configured to cause the driver to toggle the first and second eGaNFETs at a frequency between 4 MHz and 10 MHz.
103. 102. The DC-DC power converter of embodiment 101, comprising:
wherein the DC-DC power converter is configured to process an amount of current;
The DC-DC power converter has a footprint area of 0.1 mm 2 to 10 mm 2 per amperage of current flow.
104. 102. The DC-DC power converter of embodiment 101, comprising:
The embedded circuit has a ramp generator configured to generate a signal that emulates voltage ripple across the inductor.

例示的分離トポロジ
図20は、絶縁型トポロジを有するチップ埋め込み型DC-DC変換器パッケージ2000の例示的回路レベルの回路図を示す。回路図は、電源103と、ACアース2003と、DCアース2001と、出力キャパシタ111と、集積回路(IC)チップ113Aと、代替IC113Bと、ドライバ117と、パルス幅変調器(PWM)コントローラ119と、第1スイッチ(例えば、第1エンハンスト窒化ガリウム(eGaN)スイッチ)123と、第2スイッチ(例えば、第2eGaNスイッチ)127と、キャパシタ2005および2007と、ダイオードD1およびD2と、インダクタL4とを示す。回路図は、第1インダクタL1、第2インダクタL2、および第3インダクタL3を有する分離回路2009も示す。スイッチ123、127は、電力スイッチ、スイッチングFET、および/またはスイッチングトランジスタとも称される。いくつかの場合には、図1と同様の、入力キャパシタ105(図20には示さず)を使用することができる。
Exemplary Isolated Topology FIG. 20 shows an exemplary circuit-level schematic of a chip-embedded DC-DC converter package 2000 having an isolated topology. The schematic shows power supply 103, AC ground 2003, DC ground 2001, output capacitor 111, integrated circuit (IC) chip 113A, replacement IC 113B, driver 117, and pulse width modulator (PWM) controller 119. , a first switch (eg, a first enhanced gallium nitride (eGaN) switch) 123, a second switch (eg, a second eGaN switch) 127, capacitors 2005 and 2007, diodes D1 and D2, and inductor L4. . The schematic also shows an isolation circuit 2009 having a first inductor L1, a second inductor L2 and a third inductor L3. Switches 123, 127 are also referred to as power switches, switching FETs, and/or switching transistors. In some cases, an input capacitor 105 (not shown in FIG. 20), similar to FIG. 1, can be used.

図20の回路は、図1に示す回路またはここに開示の他の実施形態のいずれかと同様に動作してもよい。図20における回路と図1における回路との差異は、図20における構成は、分離回路2009(例えば、絶縁ハーフブリッジ構成)を有する絶縁トポロジである点である。電圧出力ポート109は、直接的な電導経路が無いように、電源103から電気的に絶縁されていてもよい。代替として、インダクタL1、L2、およびL3は、インダクタL1を通る電流(例えば、充電電流)がインダクタL2およびL3における磁場を生成し介入させることができるように電磁結合されていてもよく、それにより、インダクタL4を流れる電流(例えば、充電電流)を引き起こす。インダクタL4を通る電流は、電圧がキャパシタ111に亘って形成されるように、キャパシタ111のプレート上に電荷が集まるようにすることができる。ダイオードD1およびD2は、電流フローを一方向に導くために使用されてもよい。いくつかの実施形態において、ダイオードD1およびD2は、スイッチ(例えばMOSFET)によって置換されてもよく、これにより、効率をより良くすることができ、または、他の電子デバイスによって置換されてもよい。 The circuit of FIG. 20 may operate similarly to the circuit shown in FIG. 1 or any of the other embodiments disclosed herein. The difference between the circuit in FIG. 20 and the circuit in FIG. 1 is that the configuration in FIG. 20 is an isolated topology with an isolation circuit 2009 (eg, an isolated half-bridge configuration). Voltage output port 109 may be electrically isolated from power supply 103 so that there is no direct conduction path. Alternatively, inductors L1, L2, and L3 may be electromagnetically coupled such that a current (e.g., charging current) through inductor L1 can generate and intervene magnetic fields in inductors L2 and L3, thereby , causes a current (eg, charging current) to flow through inductor L4. Current through inductor L4 may cause charge to collect on the plates of capacitor 111 such that a voltage is formed across capacitor 111 . Diodes D1 and D2 may be used to unidirectionally direct current flow. In some embodiments, diodes D1 and D2 may be replaced by switches (eg, MOSFETs), which may result in better efficiency, or may be replaced by other electronic devices.

図20における絶縁トポロジは、分離回路2009においてそれぞれN、NS1、およびNS2の巻き数を有する磁気結合されたインダクタL1、L2、およびL3を備えているが、他の実施形態は、フライバック、順方向変換器、2トランジスタ順方向、LLC共振変換器、プッシュプル、フルブリッジ、ハイブリッド、PWM共振変換器、または他の設計などの他の構成および他のタイプの分離回路トポロジを備えていてもよい。図12、13A、13Bに示すレイアウトなどのここに開示の他のレイアウトは、絶縁トポロジを使用するために変更されてもよい。いくつかの実施形態において、インダクタにおける2つは、分離回路2009のために使用されてもよい。代替集積回路113Aおよび113Bの2つの例が示されるが、他の変形例は、集積回路113Bに示す要素の任意の組み合わせを含む任意の数の集積回路を備えていてもよい。 Although the isolation topology in FIG. 20 comprises magnetically coupled inductors L1, L2, and L3 having N P , N S1 , and N S2 turns, respectively, in isolation circuit 2009, other embodiments include fly Other configurations and other types of isolation circuit topologies such as buck, forward converter, two-transistor forward, LLC resonant converter, push-pull, full bridge, hybrid, PWM resonant converter, or other designs. may Other layouts disclosed herein, such as the layouts shown in FIGS. 12, 13A, 13B, may be modified to use isolation topologies. In some embodiments, two of the inductors may be used for isolation circuit 2009 . Two examples of alternative integrated circuits 113A and 113B are shown, but other variations may include any number of integrated circuits including any combination of the elements shown in integrated circuit 113B.

無線通信システムを有する例示的DC-DC変換器
図21Aは、パッケージ2105における無線通信システム2103を有する例示的DC-DC変換器2101を示す。DC-DC変換器2101は、ここに記載の任意のDC-DC変換器でもよい。DC-DC変換器2101は、入力電圧Vinを受信し、出力電圧Voutを提供するように構成されていてもよい。
Exemplary DC-DC Converter with Wireless Communication System FIG. 21A shows exemplary DC-DC converter 2101 with wireless communication system 2103 in package 2105 . DC-DC converter 2101 can be any DC-DC converter described herein. DC-DC converter 2101 may be configured to receive an input voltage V in and provide an output voltage V out .

無線通信システム2103は、DC-DC変換器2101が含まれているのと同じパッケージに含まれていてもよく、または、いくつかの場合には別個のパッケージに含まれていてもよい。無線通信システム2103は、例えば、Wi-Fi(登録商標)システム、Bluetooth(登録商標)システム、ラジオ周波数システムなどであってもよい。無線通信システムは、アンテナ、発振器、ドライバ、コントローラ、ファームウェア、プロセッサ、バッフア、デジタルアナログ変換器などを備えていてもよい(図示せず)。無線通信システムは、有線通信入力/出力インターフェース(CommI/Oとして示す)を備えていてもよく、このインターフェースは、CPU(例えば、図22に示すような)などの他の装置と、CPUが無線通信システム2103によって無線信号を送信および受信することができるように接続されてもよい。 Wireless communication system 2103 may be included in the same package in which DC-DC converter 2101 is included, or in some cases may be included in a separate package. Wireless communication system 2103 may be, for example, a Wi-Fi® system, a Bluetooth® system, a radio frequency system, or the like. A wireless communication system may include antennas, oscillators, drivers, controllers, firmware, processors, buffers, digital-to-analog converters, etc. (not shown). A wireless communication system may include a wired communication input/output interface (denoted as CommI/O) that connects other devices, such as a CPU (eg, as shown in FIG. 22), to a wireless It may be connected by a communication system 2103 so that it can transmit and receive wireless signals.

無線通信システム2103は、追加で、または、代替として、DC-DC変換器の電力パラメータを制御するためにDC-DC変換器2101との通信経路(例えば、PWR制御線として示す)を備えていてもよい。いくつかの実施形態において、無線通信システム2103は、DC-DC変換器にPMBUSを介して連結してもよい。したがって、DC-DC変換器2101は、無線通信システム2103(例えば、Wi-Fi、Bluetooth、ブロードバンド、または他の種類の無線信号)を通して受信されたオン、オフ、スリープモードにする、リセット、エラーをクリア、出力電圧の変更または設定出力電流を制御または制限、操作の異なるモードにするなどの無線指示に対して応答してもよい。DC-DC変換器2101は、距離測定、入力電圧、出力電圧、入力電流、出力電流、温度などのDC-DC変換器の状態に関する情報を無線で報告すなわち報知することもできる。 Wireless communication system 2103 may additionally or alternatively include a communication path (eg, shown as PWR control line) with DC-DC converter 2101 to control power parameters of the DC-DC converter. good too. In some embodiments, wireless communication system 2103 may be coupled via PMBUS to a DC-DC converter. Thus, the DC-DC converter 2101 can be turned on, off, sleep mode, reset, error, received through a wireless communication system 2103 (eg, Wi-Fi, Bluetooth, broadband, or other type of wireless signal). It may also respond to wireless instructions such as clearing, changing the output voltage or setting the output current to control or limit, or enter different modes of operation. The DC-DC converter 2101 can also wirelessly report or broadcast information regarding the status of the DC-DC converter such as distance measurement, input voltage, output voltage, input current, output current, temperature, and the like.

無線通信システム2103は、DC-DC変換器2101と同じパッケージ2105に含まれていてもよく、または、いくつかの場合には別個のパッケージに含まれていてもよい。無線通信システム2130は、DC-DC変換器2101により給電され、DC-DC変換器2101により生成された出力電圧Voutを受信してもよい。例えば、DC-DC変換器は、120ボルトのDC入力を受信し、いくつかの電子デバイスにより適した10ボルトのDC出力を提供するように構成されていてもよく、無線通信システムは、DC-DC変換器から出力される10ボルトのDC出力を使用するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、無線通信システム2103およびDC-DC変換器2101の双方が同じパッケージ2105に含まれることにより、これらの構成要素により占有される全体の面積を低減することができる。 Wireless communication system 2103 may be included in the same package 2105 as DC-DC converter 2101, or in some cases in a separate package. The wireless communication system 2130 may be powered by the DC-DC converter 2101 and receive the output voltage V out produced by the DC-DC converter 2101 . For example, a DC-DC converter may be configured to receive a 120 volt DC input and provide a 10 volt DC output more suitable for some electronic devices, and a wireless communication system may It may be configured to use a 10 volt DC output from a DC converter. In some embodiments, both wireless communication system 2103 and DC-DC converter 2101 are included in the same package 2105 to reduce the overall area occupied by these components.

図21Bは、パッケージ2105における無線通信システム2103を有する例示的DC-DC変換器2101を示す。DC-DC変換器は、入力電圧Vinを受信し、出力電圧Voutを提供するように構成されていてもよい。無線通信システムは、入力電圧Vinにより給電されてもよい。 FIG. 21B shows exemplary DC-DC converter 2101 with wireless communication system 2103 in package 2105 . A DC-DC converter may be configured to receive an input voltage V in and to provide an output voltage V out . A wireless communication system may be powered by an input voltage Vin .

無線通信システムは、入力電圧Vinにより給電されてもよい。例えば、DC-DC変換器2101は、10ボルトの入力を受信し、25ボルトの出力を提供するように構成されていてもよい。無線通信システム2103は、10ボルト入力により給電されてもよい。無線通信システム2103は、図21Aに関して説明したようなDC-DC変換器2101および/または他の装置と相互作用してもよい(PWRCTRLおよびCommI/O線は図21Bに再表示しない)。 A wireless communication system may be powered by an input voltage Vin . For example, DC-DC converter 2101 may be configured to receive a 10 volt input and provide a 25 volt output. Wireless communication system 2103 may be powered by a 10 volt input. Wireless communication system 2103 may interact with DC-DC converter 2101 and/or other devices as described with respect to FIG. 21A (PWRCTRL and CommI/O lines are not shown again in FIG. 21B).

図21Cは、無線通信システム2103と2つのDC-DC変換器2101、2102とを備える例示的パッケージ2105を示す。第1DC-DC変換器2101は、入力電圧Vinを受信し、第1出力電圧Vout1を提供するように構成されていてもよい。第2DC-DC変換器2012は、入力電圧Vinを受信し、第2出力電圧Vout2を提供するように構成されていてもよい。第1および第2出力電圧は、異なっていてもよい。無線通信モジュール2103は、第2DC-DC変換器2102により給電されるように構成されてもよい。 FIG. 21C shows an exemplary package 2105 comprising a wireless communication system 2103 and two DC-DC converters 2101,2102. A first DC-DC converter 2101 may be configured to receive an input voltage V in and provide a first output voltage V out 1 . A second DC-DC converter 2012 may be configured to receive an input voltage V in and provide a second output voltage V out 2 . The first and second output voltages may be different. Wireless communication module 2103 may be configured to be powered by second DC-DC converter 2102 .

例えば、第1DC-DC変換器2101は、60ボルトの入力を受信し、120ボルトの出力を提供するように構成されていてもよい。第2DC-DC変換器2102は、60ボルトの入力を受信し、5ボルトの出力を提供するように構成されていてもよい。無線通信システム2103は、第2DC-DC変換器2102からの5ボルトの出力により給電されてもよい。無線通信システム2103は、図21Aに関して説明したようなDC-DC変換器2101、2012の双方および/または他の装置と相互作用してもよい(PWRCTRLおよびCommI/O線は図21Cに再表示しない)。 For example, first DC-DC converter 2101 may be configured to receive a 60 volt input and provide a 120 volt output. A second DC-DC converter 2102 may be configured to receive a 60 volt input and provide a 5 volt output. Wireless communication system 2103 may be powered by the 5 volt output from second DC-DC converter 2102 . Wireless communication system 2103 may interact with both DC-DC converters 2101, 2012 and/or other devices as described with respect to FIG. ).

図21Dは、集積無線通信システム2103を有する電源2101の例示的実施形態を示す。電源2101は、DC-DC変換器、AC-DC変換器、線形モード電源、またはスイッチモード電源、または任意の他の適切な種類の電源であってもよい。電源2101は、絶縁トポロジまたは非絶縁トポロジを使用してもよく、高いまたは低い電圧を使用することができる。電源2101は、ここに開示の適切な特徴の任意の組み合わせを使用してもよい。図21Dに示す実施形態において、電源2101は、入力電圧(Vin)を(例えば、電池から)受信し、異なる出力電圧Voutを出力するように構成されたDC-DC変換器であってもよい。いくつかの実施形態において、電源2101は、AC信号(Vin)を受信しDC信号(Vout)を出力するAC-DC変換器であってもよい。出力キャパシタは、ここで検討されたように使用されてもよい。電源2101は、装置における1つまたは複数の負荷(例えば、図21Dにおいて抵抗器として示す)へ電力を出力し得る。装置は、スマートTV、オーブン、トースター、コーヒーマシンなどの電気器具(例えば、家電製品)であってもよく、または装置は、産業機器、インターネット・オブ・シングス(IoT)装置などであってもよい。 FIG. 21D shows an exemplary embodiment of a power supply 2101 with an integrated wireless communication system 2103. FIG. Power supply 2101 may be a DC-DC converter, an AC-DC converter, a linear mode power supply, or a switch mode power supply, or any other suitable type of power supply. Power supply 2101 may use an isolated or non-isolated topology and can use high or low voltages. Power source 2101 may use any combination of suitable features disclosed herein. In the embodiment shown in FIG. 21D, power supply 2101 may be a DC-DC converter configured to receive an input voltage (V in ) (eg, from a battery) and output a different output voltage V out . good. In some embodiments, power supply 2101 may be an AC-DC converter that receives an AC signal (V in ) and outputs a DC signal (V out ). An output capacitor may be used as discussed herein. Power supply 2101 may output power to one or more loads (eg, shown as resistors in FIG. 21D) in the device. The device may be an appliance (e.g., home appliance) such as a smart TV, oven, toaster, coffee machine, etc., or the device may be an industrial device, Internet of Things (IoT) device, etc. .

無線装置2115は、電源2103と通信していてもよい。無線装置2115の無線通信システム2117は、電源2101の無線通信システム2103と同様であってもよい。いくつかの実施形態において、無線装置2115は、無線通信システムを有する(例えば、それが集積された)電源2101(例えば、DC-DC変換器またはAC-DC変換器)を備えていてもよい。無線装置2115は、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ワイヤレスルーターまたは遠隔装置との通信におけるアクセスポイント等であってもよい。電源2101は、1つまたは複数の無線装置2115を電源2101と通信させることができるローカルネットワークの一部であってもよい。無線装置2115は、電源2101へ、または電源2101から(例えば、Wi-Fi、Bluetooth、ブロードバンド、または他の種類の無線信号を介して)情報またはコマンドを送信、または受信することができる。無線装置2115は、オンする、スリープモードにする(例えば、待機電力消費を低減する)、エラーをクリアする、電源をリセットする(例えば、エラー条件の場合)、電圧または電流レベルを制御する、動作のモードを変更するなどを電源に命令してもよい。電源2103は、無線装置2115へエラー状態、動作のモード、電圧および/または電流設定(例えば、制限)、電源2101の状態(例えば、温度)に関する情報などの情報通信することができる。無線装置2115は、電源2101の無線通信システム2013を介してコマンドを、電源に関連付けられた装置を制御するために、オン、オフ、設定変更、動作を起こすなどのために装置へコマンド送信することができる。例えば、コーヒーメーカーは、無線装置2115がユーザーが帰宅すると判断する場合などに、電源2101に集積または連結されていてもよい無線通信システム2103を介して無線装置2115からコマンドを受信して、コーヒーを作り始めてもよい。電源に関連付けられた装置(例えば、コーヒーメーカー)は、自己の情報(例えば、設定、動作の電流モード、事前に行われた動作、コーヒーが出来上がったこと、システム状況、エラーなど)を、電源2101に集積された無線通信システム2103を介して、無線装置2115へ送信することができる。したがって、電源に関連付けられた装置(例えば、コーヒーメーカー)は、第2の別個の無線通信システム無しで電源2101に含まれる、または、集積された無線通信システム2103を使用することができる。 Wireless device 2115 may be in communication with power source 2103 . Wireless communication system 2117 of wireless device 2115 may be similar to wireless communication system 2103 of power source 2101 . In some embodiments, the wireless device 2115 may comprise a power supply 2101 (eg, DC-DC converter or AC-DC converter) with (eg, integrated with) a wireless communication system. Wireless device 2115 may be a smart phone, tablet computer, wireless router or access point in communication with remote devices, or the like. Power source 2101 may be part of a local network that allows one or more wireless devices 2115 to communicate with power source 2101 . Wireless device 2115 can send or receive information or commands to or from power source 2101 (eg, via Wi-Fi, Bluetooth, broadband, or other type of wireless signal). Wireless device 2115 can turn on, sleep mode (e.g., reduce standby power consumption), clear errors, reset power (e.g., in case of an error condition), control voltage or current levels, and operate. The power supply may be commanded to change modes, etc. Power supply 2103 can communicate information to wireless device 2115 such as error conditions, modes of operation, voltage and/or current settings (eg, limits), information regarding the state of power supply 2101 (eg, temperature). The wireless device 2115 can send commands via the wireless communication system 2013 of the power source 2101 to the device to control the device associated with the power source to turn on, turn off, change settings, initiate an action, etc. can be done. For example, the coffee maker may receive a command from wireless device 2115 via wireless communication system 2103, which may be integrated or coupled to power source 2101, to brew coffee, such as when wireless device 2115 determines that the user is going home. You can start making. A device (e.g., a coffee maker) associated with a power supply may send its own information (e.g., settings, current mode of operation, previously performed actions, coffee done, system status, errors, etc.) to the power supply 2101. can be transmitted to the wireless device 2115 via a wireless communication system 2103 integrated in the . Thus, a device associated with the power source (eg, a coffee maker) can use the wireless communication system 2103 included in or integrated with the power source 2101 without a second separate wireless communication system.

図21Eは、(いくつかの実施形態ではパッケージ2105に組み込まれていてもよい)無線通信システム2103を有する例示的DC-DC変換器を示す。DC-DC変換器は、入力電圧Vinを受信し、出力電圧Voutを提供するように構成されていてもよい。DC-DC変換器は、PWMコントローラ119、ドライバ117、スイッチ2109、インダクタ131、キャパシタ111を含んでいてもよい。他の図において既に示された、または、他の実施形態において検討されたDC-DC変換器のいくつかの部分(フィードバックシステム、複数のインダクタなど)は存在していてもよいが、図21Eにおいては明瞭化のため示されていない。 FIG. 21E shows an exemplary DC-DC converter with wireless communication system 2103 (which may be incorporated into package 2105 in some embodiments). A DC-DC converter may be configured to receive an input voltage V in and to provide an output voltage V out . The DC-DC converter may include PWM controller 119 , driver 117 , switch 2109 , inductor 131 and capacitor 111 . Although some parts of the DC-DC converter already shown in other figures or discussed in other embodiments (feedback system, inductors, etc.) may be present, in FIG. are not shown for clarity.

1つまたは複数のシステム構成要素は、集積回路2107(これは、例えば、eGaNICであってもよい)に含まれていてもよい。集積回路は、無線通信システム2103、PWMコントローラ119、ドライバ117、およびスイッチ2109の任意の組み合わせを含んでいてもよい。点線によって示されるように、集積回路は、1つまたは複数の分離された集積回路に分割されていてもよく、これらの集積回路は、無線通信システム2103、PWMコントローラ119、ドライバ117、およびスイッチ2109の任意の組み合わせを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、各無線通信システム2103、PWMコントローラ119、ドライバ117、およびスイッチ2109のために分離されたICチップを含む複数の集積回路チップがあってもよい。いくつかの実施形態において、集積回路は、eGaNICであってもよい。いくつかの実施形態は、無線通信システム2103、PWMコントローラ119、ドライバ117、およびスイッチ2109の全てまたは複数を含むモノリシックのeGaNICを使用してもよい。いくつかの実施形態は、各無線通信システム2103、PWMコントローラ119、ドライバ117、およびスイッチ2109のために分離されたeGaNICも使用してもよい。いくつかの実施形態において、PWMコントローラ119は、パッケージ2105から省略されてもよい。分離型PWMコントローラ119は、ここで検討したように、複数のDC-DC変換器電力段を駆動するために(例えば、図24Aに示すように)使用されてもよい。 One or more system components may be included in integrated circuit 2107 (which may be, for example, an eGaN IC). An integrated circuit may include any combination of wireless communication system 2103 , PWM controller 119 , driver 117 and switch 2109 . As indicated by the dashed lines, the integrated circuit may be divided into one or more separate integrated circuits, which are the wireless communication system 2103, PWM controller 119, driver 117, and switch 2109. may include any combination of In some embodiments, there may be multiple integrated circuit chips, including separate IC chips for each wireless communication system 2103 , PWM controller 119 , driver 117 and switch 2109 . In some embodiments, the integrated circuit may be an eGaN IC. Some embodiments may use a monolithic eGaN IC that includes all or more of wireless communication system 2103 , PWM controller 119 , driver 117 and switch 2109 . Some embodiments may also use separate eGaN ICs for each wireless communication system 2103 , PWM controller 119 , driver 117 and switch 2109 . In some embodiments, PWM controller 119 may be omitted from package 2105 . A separate PWM controller 119 may be used (eg, as shown in FIG. 24A) to drive multiple DC-DC converter power stages, as discussed herein.

無線通信システム2103は、例えば、出力電圧を設定するため、および/または電流制限を変更するためにドライバへ提供されるPWM信号を調整するためにPWMコントローラと通信してもよい。いくつかの実施形態において、無線通信システムは、電流計、電圧計、温度計、その他のセンサー、および/または回路の種々の部分についての情報を報告するように構成された状況報告登録器(図示せず)から信号を受信するように構成されていてもよい。 The wireless communication system 2103 may communicate with the PWM controller to adjust the PWM signal provided to the driver to set the output voltage and/or change the current limit, for example. In some embodiments, the wireless communication system includes a status report register (Fig. (not shown).

IoT装置の例
図22は、例示的インターネット・オブ・シングス(IoT)装置2200を示す。IoT装置2200は、図21Cに示しこれに関連して説明したような無線通信システム2103および2つのDC-DC変換器2101、2102を備えるパッケージ2105を備えていてもよい。単一のDC-DC変換器を有する、または異なる種類の電源(例えば、AC-DC変換器)を有するなど、(例えば、図21A、21B、または21Dと同様の)様々な他の構成が使用されてもよい。IoT装置は、第1システム2203をさらに備えていてもよい。IoT装置は、例えば、CPU2205、RAM2207、I/Oシステム2209、および他の電気装置2211を含んでいてもよい電気システム2201をさらに含んでいてもよい。IoT装置2200は、スマートフォンなどの無線装置2215とネットワーク2213を介して通信してもよい。
Example IoT Device FIG. 22 shows an example Internet of Things (IoT) device 2200 . The IoT device 2200 may comprise a package 2105 comprising a wireless communication system 2103 and two DC-DC converters 2101, 2102 as shown in FIG. 21C and described in connection therewith. Various other configurations (eg, similar to FIGS. 21A, 21B, or 21D) can be used, such as having a single DC-DC converter or having different types of power sources (eg, AC-DC converters). may be The IoT device may further comprise a first system 2203. The IoT device may further include an electrical system 2201 that may include a CPU 2205, RAM 2207, I/O system 2209, and other electrical devices 2211, for example. IoT device 2200 may communicate with wireless device 2215 , such as a smart phone, via network 2213 .

いくつかの実施形態において、電気システム2201における構成要素および第1システム2203における構成要素は異なる電圧を使用してもよい。したがって、第1および第2DC-DC変換器2201、2202は、異なる電圧を異なる装置へ提供してもよい。 In some embodiments, components in electrical system 2201 and components in first system 2203 may use different voltages. Accordingly, the first and second DC-DC converters 2201, 2202 may provide different voltages to different devices.

電気システム2201は、第2DC-DC変換器により提供されるVout2電圧を受信するように構成されていてもよい。Vout2電圧は、電気システムおよび無線通信モジュールにおいていくつかの電気装置に適した電圧であってもよい。第1システム2203は、異なる電圧Vout1を受信するように構成された異なる構成要素を備えていてもよい。 Electrical system 2201 may be configured to receive the V out 2 voltage provided by a second DC-DC converter. The V out 2 voltage may be a suitable voltage for some electrical devices in electrical systems and wireless communication modules. The first system 2203 may comprise different components configured to receive different voltages V out 1 .

例えば、一実施形態において、IoT装置2200は、プログラム可能な照明システムである。第1システム2203は、60Vを受信するように構成された1つまたは複数の電球を備えていてもよい。電気システム2201は、電球をオンおよびオフにするように構成されていてもよい。ユーザーは、無線通信素ステム2103を通して、照明のためのオン/オフスケジュールをプログラムし、および/または、照明をオン/オフするコマンドを発行してもよい。受信されたコマンドは、無線通信システム2013からCPU2205へ伝送されてもよい。CPU2205は、コマンドを処理し、コマンドに従って第1システム2203における照明をオンおよびオフしてもよい。ユーザーは、別のコンピュータまたはスマートフォンなどからIoT装置に無線で接続することができ、直接またはインターネットなどのネットワークを介して無線通信システム2103と接続することができる。 For example, in one embodiment, IoT device 2200 is a programmable lighting system. A first system 2203 may include one or more bulbs configured to receive 60V. Electrical system 2201 may be configured to turn the light bulb on and off. A user may program an on/off schedule for the lights and/or issue commands to turn the lights on/off through the wireless communication system 2103 . Received commands may be transmitted from wireless communication system 2013 to CPU 2205 . The CPU 2205 may process the commands and turn on and off the lights in the first system 2203 according to the commands. A user can wirelessly connect to the IoT device from another computer, smartphone, or the like, and can connect with the wireless communication system 2103 directly or through a network such as the Internet.

IoT装置の他の例において、第1システム2203は、例えば、モーターなどの機械的システムでもよく、この機械的システムは、機械的作業を行うために、電気システムよりも高い電圧とより多い電力とを受信する。IoT装置の他の例において、第1システム2203は、電気システム2201における構成要素の一つとは異なる電圧を受信する、電気的であれ、機械的であれ、化学的であれ、熱的であれ、任意のシステムであってもよい。IoT装置の他の例は、インターネットに接続された、温度調節システム、ドア、コンピュータ、カメラ、自動販売機、車、電化製品などを含んでいてもよい。 In other examples of IoT devices, the first system 2203 may be a mechanical system, such as a motor, which requires a higher voltage and more power than an electrical system to perform mechanical work. receive. In other examples of IoT devices, the first system 2203 receives a different voltage, whether electrical, mechanical, chemical, thermal, than one of the components in the electrical system 2201. It can be any system. Other examples of IoT devices may include internet-connected climate control systems, doors, computers, cameras, vending machines, cars, appliances, and the like.

無線通信システム2103は、無線信号を無線装置2215へ送信および受信することができる。いくつかの実施形態において、無線信号は、インターネットまたは無線ローカルエリアネットワークなどのネットワーク2213を介して送信されてもよい。無線装置2215は、例えば、スマートフォン、コンピュータ、デスクトップ、他のIoT装置などでもよい。無線装置2215は、CPU2205へ/からの通信を無線信号として無線通信システム2103により送信/受信してもよい。いくつかの実施形態において、無線装置は、DC-DC変換器のいずれかへ/から無線通信を無線通信システム2103により送信/受信してもよい。無線装置2215からの通信は、無線通信システム2103とDC-DC変換器2101、2102のいずれかまたは双方との間のPMBUSなどの(例えば、図21Aに示すPWR制御線のような)電力制御線によって、無線通信システム2103との間を伝送されてもよい。 Wireless communication system 2103 can transmit and receive wireless signals to wireless device 2215 . In some embodiments, wireless signals may be transmitted over a network 2213, such as the Internet or a wireless local area network. Wireless device 2215 may be, for example, a smart phone, computer, desktop, other IoT device, or the like. Wireless device 2215 may transmit/receive communications to/from CPU 2205 as wireless signals by wireless communication system 2103 . In some embodiments, a wireless device may transmit/receive wireless communications to/from any of the DC-DC converters via wireless communication system 2103 . Communication from wireless device 2215 is via power control lines such as PMBUS (eg, the PWR control line shown in FIG. 21A) between wireless communication system 2103 and either or both of DC-DC converters 2101, 2102. may be transmitted to and from the wireless communication system 2103 by

図22は、図21CのDC-DC変換器および無線通信システムを含むパッケージ2105を備えるIoT装置の例を示すが、他のIoT装置は、例えば、図21Aから図21Eに示すようなパッケージされた任意のIoT装置および無線通信システムを備えていてもよい。さらに、IoT装置は、パッケージにおける無線通信システムがあっても無くても、追加の電圧または電流を任意の数の電気システムへ提供するために、任意の数の他のDC-DC変換器を備えていてもよい。 FIG. 22 shows an example of an IoT device comprising a package 2105 including the DC-DC converter and wireless communication system of FIG. 21C, although other IoT devices may be packaged, eg, as shown in FIGS. It may comprise any IoT device and wireless communication system. Additionally, the IoT device, with or without a wireless communication system in the package, includes any number of other DC-DC converters to provide additional voltage or current to any number of electrical systems. may be

調整可能な出力を有する複数のDC-DC変換器
図23Aは、多重DC-DC変換器2303、2305、2307を含む例示的DC-DC変換器システム2300を示す。いくつかの実施形態において、DC-DC変換器2303、2305、2307は、パッケージ2301に含まれていてもよい。いくつかの実施形態において、DC-DC変換器2303、2305、2307は、別個のパッケージであってもよい。ユーザーは、任意の数のDC-DC変換器パッケージを組み合わせて種々の異なる電流量を提供することができる。種々の実施形態において、種々のDC-DC変換器2303、2305、2307のPWMコントローラ、ドライバ、および/またはスイッチなどの1つまたは複数の構成要素は、組み合わせられて1つまたは複数の集積回路に含まれていてもよい。いくつかの実施形態において、DC-DC変換器2303、2305、2307の各々は、DC-DC変換器の構成要素とは別個のPWMコントローラ、ドライバ、および/またはスイッチと共に自身の別個のICを有する。いくつかの実施形態において、DC-DC変換器2303、2305、2307は、DC-DC変換器2303、2305、2307間における電流共有を簡単化するために相互接続されていてもよい。例えば、フィードバックシステムは、DC-DC変換器2303、2305、2307の1つからの出力を使用して、DC-DC変換器2303、2305、2307の他の1つまたは複数を制御することができる。例えば、DC-DC変換器2303が過負荷になっていると、フィードバックシステムは、他のDC-DC変換器2305、2307により多くの負荷を受けさせて、DC-DC変換器2303、2305、2307間の電流をよりよく均衡させるようにすることができる。
Multiple DC-DC Converters with Adjustable Outputs FIG. 23A shows an exemplary DC-DC converter system 2300 including multiple DC-DC converters 2303,2305,2307. In some embodiments, DC-DC converters 2303 , 2305 , 2307 may be included in package 2301 . In some embodiments, the DC-DC converters 2303, 2305, 2307 may be separate packages. A user can combine any number of DC-DC converter packages to provide a variety of different amounts of current. In various embodiments, one or more components such as PWM controllers, drivers, and/or switches of the various DC-DC converters 2303, 2305, 2307 are combined into one or more integrated circuits. may be included. In some embodiments, each of the DC-DC converters 2303, 2305, 2307 has its own separate IC with PWM controllers, drivers, and/or switches separate from the DC-DC converter components. . In some embodiments, the DC-DC converters 2303, 2305, 2307 may be interconnected to simplify current sharing between the DC-DC converters 2303, 2305, 2307. For example, the feedback system can use the output from one of the DC-DC converters 2303, 2305, 2307 to control the other one or more of the DC-DC converters 2303, 2305, 2307. . For example, if the DC-DC converter 2303 is overloaded, the feedback system will force the other DC-DC converters 2305, 2307 to take more load, causing the DC-DC converters 2303, 2305, 2307 to can be made to better balance the currents between

DC-DC変換器システムは、入力電圧Vinを受信し、出力電圧Voutを生成するように構成されていてもよい。DC-DC変換器の各々は、出力電圧を生成するように構成されていてもよい。DC-DC変換器2303、2305、および2307の各々はシステム入力部とシステム出力部との間で並列に連結されていてもよい。並列構成の結果として、DC-DC変換器システム2300により供給される合計電流は、DC-DC変換器2303、2305、2307により供給される個々の電流の合計であってもよい。図23Aの例は、DC-DC変換器システム2300を示し、このシステムにおいて、3DC-DC変換器2303、2305、2307は10アンペアの電流を提供するように構成され、DC-DC変換器システム2300により提供される合計出力電流は30アンペアである。いくつかの実施形態において、20アンペアを提供する6個のDC-DC変換器は、120アンペアを提供するように組み合わせあってもよく、または、電力変換器の任意の他の適した組み合わせが使用されてもよい。いくつかの実施形態において、複数のDC-DC変換器からの電流は、200アンペアを上回るように組み合わせられてもよい。任意の数のDC-DC変換器(例えば、2、3、4、5、7、10、15、20、25個、またはより多くのDC-DC変換器)は、種々の異なる電流量を提供するように並列に組み合わせられてもよい。いくつかの実施形態において、異なる電流量を出力するように構成されたDC-DC変換器が組み合わせられてもよい。例えば、20アンペアを出力するように構成された1つのDC-DC変換器は、10アンペアを出力するように構成された1つのDC-DC変換器と、2アンペアを出力するように構成された3つのDC-DC変換器と組み合わせられてもよく、これにより、36アンペアの電流を提供することができる。ここに開示のDC-DC変換器の種々の実施形態は、少数のDC-DC変換器種類のみを使用して各種の電圧および/または電流を形成するために組み合わせられるモジュール構成要素として使用されてもよい。例えば、50アンペア、20アンペア、10アンペア、5アンペア、2アンペア、および1アンペアを出力するように構成されたDC-DC変換器は、種々の異なる組み合わせで使用されて、6個以下のDC-DC変換器を用いて1アンペアから100アンペアの電流量を出力することができるシステムを提供してもよい。 A DC-DC converter system may be configured to receive an input voltage V in and produce an output voltage V out . Each of the DC-DC converters may be configured to produce an output voltage. Each of the DC-DC converters 2303, 2305, and 2307 may be coupled in parallel between the system input and the system output. As a result of the parallel configuration, the total current supplied by DC-DC converter system 2300 may be the sum of the individual currents supplied by DC-DC converters 2303,2305,2307. The example of FIG. 23A shows a DC-DC converter system 2300 in which the 3DC-DC converters 2303, 2305, 2307 are configured to provide 10 amps of current and the DC-DC converter system 2300 The total output current provided by is 30 amps. In some embodiments, six DC-DC converters providing 20 amps may be combined to provide 120 amps, or any other suitable combination of power converters may be used. may be In some embodiments, the current from multiple DC-DC converters may be combined to exceed 200 Amps. Any number of DC-DC converters (eg, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 15, 20, 25, or more DC-DC converters) provide different amounts of current may be combined in parallel to do so. In some embodiments, DC-DC converters configured to output different amounts of current may be combined. For example, one DC-DC converter configured to output 20 amps, one DC-DC converter configured to output 10 amps and one DC-DC converter configured to output 2 amps. It may be combined with three DC-DC converters, which can provide 36 amps of current. Various embodiments of the DC-DC converters disclosed herein are used as modular components that are combined to form various voltages and/or currents using only a few DC-DC converter types. good too. For example, DC-DC converters configured to output 50 amps, 20 amps, 10 amps, 5 amps, 2 amps, and 1 amp can be used in a variety of different combinations to provide up to 6 DC-DC converters. A DC converter may be used to provide a system capable of outputting an amount of current from 1 Ampere to 100 Amperes.

図23Bは、多重DC-DC変換器2353、2355、2357を含む例示的DC-DC変換器システム2350を示す。DC-DC変換器2353、2355、2357は、パッケージ2351に任意で含まれていてもよい。システム2350(例えば、パッケージ2351)は、コントローラ2209および切替システム(例えば、電流センサーによる)2361を更に備えていてもよい。いくつかの実施形態において、システム2350における種々の構成要素は、個別のパッケージに在ってもよい。 FIG. 23B shows an exemplary DC-DC converter system 2350 including multiple DC-DC converters 2353,2355,2357. DC-DC converters 2353 , 2355 , 2357 may optionally be included in package 2351 . System 2350 (eg, package 2351 ) may further comprise controller 2209 and switching system (eg, by current sensor) 2361 . In some embodiments, various components in system 2350 may be in separate packages.

DC-DC変換器システム2350は、入力電圧Vinを受信し、出力電圧Voutを生成するように構成されていてもよい。DC-DC変換器の各々は、出力電圧を生成するように構成されていてもよい。DC-DC変換器2303、2305、および2307の各々はシステム入力部とシステム出力部との間で並列に連結されていてよい。並列構成の結果として、DC-DC変換器システム2200により供給される合計電流は、DC-DC変換器2303、2305、2307により供給される個々の電流の合計であってもよい。 DC-DC converter system 2350 may be configured to receive an input voltage V in and produce an output voltage V out . Each of the DC-DC converters may be configured to produce an output voltage. Each of the DC-DC converters 2303, 2305, and 2307 may be coupled in parallel between the system input and the system output. As a result of the parallel configuration, the total current supplied by DC-DC converter system 2200 may be the sum of the individual currents supplied by DC-DC converters 2303,2305,2307.

コントローラ2359は、通信線(例えば、PMBUS)からコマンドを受信し、コマンドに応答して、DC-DC変換器2353、2355、2357の構造および組み合わせを構成するように構成されていてもよい。コントローラ2359はDC-DC変換器2353、2355、2357の異なる組み合わせを出力に寄与させてもよい。例えば、コントローラ2359は、合計35アンペアが出力に提供されるように、全ての3つのDC-DC変換器を最大電流を提供するように構成してもよい。15アンペアを提供するようにというコマンドの受信に応答して、コントローラ2359は、(5+5+5、0+10+5、または比例的に均衡をとった60/7+30/7+15/7などの)15アンペアを増やす電流の組み合わせを提供するように、3つのDC-DC変換器2353、2355、2357の各々を構成してもよい。 Controller 2359 may be configured to receive commands from a communication line (eg, PMBUS) and to configure structures and combinations of DC-DC converters 2353, 2355, 2357 in response to the commands. Controller 2359 may contribute different combinations of DC-DC converters 2353, 2355, 2357 to the output. For example, controller 2359 may configure all three DC-DC converters to provide maximum current such that a total of 35 amps is provided to the output. In response to receiving a command to provide 15 amps, the controller 2359 outputs a current combination (such as 5+5+5, 0+10+5, or proportionally balanced 60/7+30/7+15/7) to increase 15 amps. Each of the three DC-DC converters 2353, 2355, 2357 may be configured to provide .

切替システムは、コントローラ2359により制御されて、例えば、DC-DC変換器2353、2355、2357のいずれかと出力部との間の並列経路における接続を開いてもよい。例えば、15アンペアを提供するために、切替システムは、出力部から20アンペアのDC-DC変換器2353を切断してもよく、一方、10アンペアのDC-DC変換器2355と5アンペアのDC-DC変換器2357とを出力部と連結されたままにしておく。いくつかの実施形態において、コントローラ2359と切替システム2361との間の機能性は、1つの制御/切替システムに組み合わせられてもよい。システム2350(例えば、切替システム2361)は、DC-DC変換器2353、2355、2357の各々から出力された電流を検出するために電流センサーを備えていてもよい。いくつかの実施形態において、電流センサーは、DC-DC変換器の各々に含まれていてもよく、電流センサーからの出力は、フィードバックとしてコントローラ2359へ提供されてもよい。いくつかの実施形態において、電流センサーは、DC-DC変換器の各々に含まれていてもよく、フィードバックおよび制御システム(OCPなど)は、図1に示すようにDC-DC変換器2353、2355、2357の各々と共に含まれていてもよい。任意の数のDC-DC変換器は、図23Aに関連して検討したように組み合わせられてもよい。 The switching system may be controlled by a controller 2359 to open connections in parallel paths between, for example, any of the DC-DC converters 2353, 2355, 2357 and the output. For example, to provide 15 amps, the switching system may disconnect the 20 amp DC-DC converter 2353 from the output, while the 10 amp DC-DC converter 2355 and the 5 amp DC- Leave the DC converter 2357 connected to the output. In some embodiments, the functionality between controller 2359 and switching system 2361 may be combined into one control/switching system. System 2350 (eg, switching system 2361 ) may include current sensors to detect the current output from each of DC-DC converters 2353 , 2355 , 2357 . In some embodiments, a current sensor may be included in each of the DC-DC converters and the output from the current sensor may be provided to controller 2359 as feedback. In some embodiments, a current sensor may be included in each of the DC-DC converters and a feedback and control system (OCP, etc.) may be included in the DC-DC converters 2353, 2355 as shown in FIG. , 2357. Any number of DC-DC converters may be combined as discussed in connection with FIG. 23A.

いくつかの実施形態において、DC-DC変換器システム2350レベルにおけるフィードバックがあってもよく、各DC-DC変換器2353、2355、2357の出力が検知されコントローラ2359へ提供される。コントローラは、(例えば、DC-DC変換器2353、2355、2357の出力に基づいて)電流平衡化を行うことができる。電流平衡化は、各DC-DC変換器2353、2355、および/または2357の電流出力を増加または低減することを含んでいてもよい。電流平衡化は、例えば、第1DC-DC変換器が閾値制限(例えば、電流出力制限、インダクタ飽和限度、電圧制限、温度制限)である、到達する、または、上回ることを検出し、第1DC-DC変換器により提供される電流を低減し、いくつかの場合には、第2DC-DC変換器により提供される電流を上昇させて、第1DC-DC変換器により提供される低減された電流を補償することを含んでいてもよい。電流平衡化は、例えば、負荷により引き込まれた電流の変動に応じて1つまたは複数のDC-DC変換器2353、2355、および/または2357の出力電流を増加および/または低減することを含んでいてもよい。例えば、定常状態におけるモーターは回転しているモーターよりも少ない電流を引き込み、電流平衡化はモーターへ多少の電流を提供するように実施されてもよい。 In some embodiments, there may be feedback at the DC-DC converter system 2350 level and the output of each DC-DC converter 2353 , 2355 , 2357 is sensed and provided to controller 2359 . The controller can perform current balancing (eg, based on the outputs of DC-DC converters 2353, 2355, 2357). Current balancing may include increasing or decreasing the current output of each DC-DC converter 2353 , 2355 and/or 2357 . Current balancing detects, for example, that the first DC-to-DC converter is at, reaches, or exceeds threshold limits (eg, current output limit, inductor saturation limit, voltage limit, temperature limit); reducing the current provided by the DC converter and, in some cases, increasing the current provided by the second DC-DC converter to replace the reduced current provided by the first DC-DC converter; It may include compensating. Current balancing includes, for example, increasing and/or decreasing the output current of one or more DC-DC converters 2353, 2355, and/or 2357 in response to variations in the current drawn by the load. You can For example, a motor in steady state draws less current than a rotating motor, and current balancing may be implemented to provide more or less current to the motor.

いくつかの実施形態において、DC-DC変換器システム2350レベルにおけるフィードバックは、システムにおけるDC-DC変換器の1つの温度および/またはインダクタ飽和を検出するために使用されてもよい。閾値温度に達する、および/または閾値インダクタ飽和を有する第1DC-DC変換器に応答して、コントローラは、DC-DC変換器により提供される電流を低減してもよく、いくつかの場合には、第2DC-DC変換器により提供された電流を増加することにより補償してもよい。 In some embodiments, feedback at the DC-DC converter system 2350 level may be used to detect temperature and/or inductor saturation of one of the DC-DC converters in the system. In response to the first DC-DC converter reaching a threshold temperature and/or having a threshold inductor saturation, the controller may reduce the current provided by the DC-DC converter, and in some cases , may be compensated for by increasing the current provided by the second DC-DC converter.

いくつかの実施形態は、異なるアンペア数の容量を有する複数のDC-DC変換器を備えていてもよい。例示的DC-DC変換器システム2350は、3つの10アンペアのDC-DC変換器を備えていてもよく、コントローラは、30アンペアまでの可変電流出力を提供するように構成されていてもよい。別の例として、DC-DC変換器システム2350は、4つの1アンペアのDC-DC変換器、5アンペアのDC-DC変換器、10アンペアのDC-DC変換器、および20アンペアのDC-DC変換器を備えていてもよい。別の例として、DC-DC変換器システム2350は、5アンペアのDC-DC変換器、10アンペアのDC-DC変換器、およびの複数20アンペアのDC-DC変換器を備えていてもよい。別の例として、DC-DC変換器システム2350は、少なくとも50アンペア、100アンペア、150アンペア、200アンペア、またはそれ以上の合計電流容量を有する複数のDC-DC変換器を備えていてもよい。高アンペア数のDC-DC変換器システムは、少なくとも一部はここに開示された効率、向上されたサイズ、切替速度、改善された散熱、およびトポロジに基づいて、設計されてもよい。 Some embodiments may include multiple DC-DC converters with different amperage capacities. An exemplary DC-DC converter system 2350 may comprise three 10 amp DC-DC converters, and the controller may be configured to provide a variable current output of up to 30 amps. As another example, DC-DC converter system 2350 includes four 1 Amp DC-DC converters, a 5 Amp DC-DC converter, a 10 Amp DC-DC converter, and a 20 Amp DC-DC converter. A converter may be provided. As another example, the DC-DC converter system 2350 may comprise a 5 amp DC-DC converter, a 10 amp DC-DC converter, and multiple 20 amp DC-DC converters. As another example, DC-DC converter system 2350 may comprise a plurality of DC-DC converters having a total current capacity of at least 50 amps, 100 amps, 150 amps, 200 amps, or more. A high amperage DC-DC converter system may be designed based, at least in part, on the efficiency, improved size, switching speed, improved heat dissipation, and topology disclosed herein.

いくつかの実施形態において、図23Aおよび図23Bに示す構成およびレイアウトは、パッケージ2301および2351無しで装置に配置され得る。例えば、各DC-DC変換器2303、2305、および2307は、個別パッケージであってもよい。 In some embodiments, the configuration and layout shown in FIGS. 23A and 23B can be placed in a device without packages 2301 and 2351. FIG. For example, each DC-DC converter 2303, 2305, and 2307 may be a separate package.

複数電力段構成
図24Aは、多重電力段2403A~2403Cを有するDC-DC変換器2400を示す。PWMコントローラは、複数の電力段にパルス幅変調された信号を提供するために使用されてもよく、各電力段は、ドライバおよび1つまたは複数のスイッチを有していてもよい。2つ以上のDC-DC変換器電力段は、単一のPWMコントローラを共有してもよい。図24に示すトポロジは、図23Aおよびズ23Bに関して示され説明されたように、例えば、ここで検討された技術および原理のいくつかの実施において使用されてもよい。他の図において既に示されたDC-DC変換器2400のいくつかの部分(フィードバックシステムなど)は存在していてもよいが図24Aにおいては示されていない。DC-DC変換器2400は、出力キャパシタ111、パッケージ2401、集積回路(IC)チップ2413、ドライバ117A~117C、パルス幅変調器(PWM)コントローラ119、スイッチ(例えば、eGaNスイッチ)2405A~2405C、およびインダクタ131A~131Cを備えていてもよい。
Multiple Power Stage Configuration FIG. 24A shows a DC-DC converter 2400 having multiple power stages 2403A-2403C. A PWM controller may be used to provide pulse width modulated signals to multiple power stages, and each power stage may have a driver and one or more switches. Two or more DC-DC converter power stages may share a single PWM controller. The topology shown in Figure 24 may be used, for example, in some implementations of the techniques and principles discussed herein, as shown and described with respect to Figures 23A and 23B. Some parts of DC-DC converter 2400 already shown in other figures (such as the feedback system) may be present but are not shown in FIG. 24A. DC-DC converter 2400 includes output capacitor 111, package 2401, integrated circuit (IC) chip 2413, drivers 117A-117C, pulse width modulator (PWM) controller 119, switches (eg, eGaN switches) 2405A-2405C, and Inductors 131A-131C may be provided.

いくつかの実施形態において、IC2413は、PWMコントローラ119を含んでいてもよい。しかし、PWMコントローラ119は、他の実施形態におけるIC2413の一部である必要はない。PWMコントローラ119は、パッケージ2401とは分離されているか、または、パッケージ2401の外側にあってもよく、異なる電力段2403A~2403Cにおけるドライバ117A~117Cの各々へ位相がずれたPWM信号を提供してもよい。例えば、3つの電力段について、PWM信号は、互いに120度位相がずれていてもよい。いくつかの実施形態において、PWMコントローラ119は、パッケージ2401におけるPCBとは分離されているか、または、PCBの外側にあってもよいが、パッケージ2401に依然として含まれている。いくつかの実施形態において、PWMコントローラ119は、パッケージ2401の一部であってもよい。 In some embodiments, IC 2413 may include PWM controller 119 . However, PWM controller 119 need not be part of IC 2413 in other embodiments. PWM controller 119 may be separate from package 2401 or external to package 2401, providing out-of-phase PWM signals to each of drivers 117A-117C in different power stages 2403A-2403C. good too. For example, for three power stages, the PWM signals may be 120 degrees out of phase with each other. In some embodiments, PWM controller 119 may be separate from the PCB in package 2401 or may be outside the PCB but still included in package 2401 . In some embodiments, PWM controller 119 may be part of package 2401 .

パッケージ2401は、複数の電力段2403A~2403Cを含んでいてもよい。各電力段2403A~2403Cは、パッケージのPCBに埋め込まれたチップである集積回路を備えていてもよい。代替の実施形態として、2403A~2403Cなどの複数の電力段は、点線2404により示されるように1つの集積回路に含まれていてもよい。 Package 2401 may include multiple power stages 2403A-2403C. Each power stage 2403A-2403C may comprise an integrated circuit, which is a chip embedded in the PCB of the package. As an alternative embodiment, multiple power stages such as 2403A-2403C may be included in one integrated circuit as indicated by dashed line 2404. FIG.

各電力段2403A~2403Cは、それぞれ示したようなドライバ117A~117Cおよびスイッチ2405A~2405Cを備えていてもよい。各電力段2403A~2403Cは、各インダクタ131A~131Cと連結されていてもよい。電力段2403A~2403Cは、並列に構成されていてもよい。DC-DC変換器2400の電流容量は、電力段2403A~2403Cおよびインダクタ131A~131Cの各並列分岐における電流容量の合計であってもよい。 Each power stage 2403A-2403C may include drivers 117A-117C and switches 2405A-2405C, respectively, as shown. Each power stage 2403A-2403C may be associated with a respective inductor 131A-131C. Power stages 2403A-2403C may be configured in parallel. The current capacity of DC-DC converter 2400 may be the sum of the current capacity in each parallel branch of power stages 2403A-2403C and inductors 131A-131C.

図24Bは、DC-DC変換器2400におけるインダクタ131A~131Cの例示的レイアウトを示す。PWMコントローラ119は、簡単化のために図24Bに示していない。3つのインダクタ131A~131Cは、フットプリント2423A~2423Cをそれぞれ有していてもよく、これらのフットプリントは、パッケージ2401のフットプリント内に含まれていてもよい。インダクタのフットプリントは、集積回路チップ2404および/または電力段2403A~3403Cのいずれかのフットプリントに重なっていてもよい。図24Bは、縮尺通りではないが、どのようにインダクタフットプリントがレイアウトされ、パッケージ2401のフットプリントの大部分および/または実質的部分を占有し得るかを示す。いくつかの実施形態において、インダクタは、パッケージ封止の物理的内部に在るのではなくパッケージ2401に連結されてもよい。例えば、インダクタは、パッケージの最上表面に連結され、および/または、最上表面から突出ていてもよい。例えば、図24Aに示すパッケージ2401は、点線2402において終了してもよい。 FIG. 24B shows an exemplary layout of inductors 131A-131C in DC-DC converter 2400. FIG. PWM controller 119 is not shown in FIG. 24B for simplicity. The three inductors 131A-131C may have footprints 2423A-2423C, respectively, and these footprints may be included within the footprint of package 2401. FIG. The footprint of the inductor may overlap the footprint of integrated circuit chip 2404 and/or any of power stages 2403A-3403C. FIG. 24B, not to scale, shows how the inductor footprint can be laid out and occupy a majority and/or a substantial portion of the package 2401 footprint. In some embodiments, the inductor may be coupled to the package 2401 rather than being physically inside the package encapsulation. For example, an inductor may be coupled to and/or protrude from the top surface of the package. For example, package 2401 shown in FIG. 24A may terminate at dashed line 2402 .

例示的側方断面図
図25は、DC-DC変換器の例示的側面図2500を示す。DC-DC変換器は、PCB2501、インダクタ2503、キャパシタ2505、チップ埋め込み型PWMコントローラ2507、チップ埋め込み型ドライバ2509、チップ埋め込み型スイッチ2511、およびビア2513を備えている。
Exemplary Side Section View FIG. 25 shows an exemplary side view 2500 of a DC-DC converter. The DC-DC converter comprises PCB 2501 , inductor 2503 , capacitor 2505 , chip embedded PWM controller 2507 , chip embedded driver 2509 , chip embedded switch 2511 and via 2513 .

インダクタ2503およびキャパシタ2505は、PCB2501の外部でもよい。インダクタは、ビア2513によってスイッチ2511と連結されていてもよい。 Inductor 2503 and capacitor 2505 may be external to PCB 2501 . The inductor may be coupled with switch 2511 by via 2513 .

PWMコントローラ2507は、第1集積回路(図示)または第1チップ埋め込み型集積回路(図示せず)に在ってもよい。いくつかの実施形態において、PWMコントローラ2507は、パッケージ2501の外部に在ってもよい。第1集積回路は、シリコンなどの任意の半導体材料に基づいていてもよく、eGaNICであってもよい。 PWM controller 2507 may reside in a first integrated circuit (shown) or a first chip embedded integrated circuit (not shown). In some embodiments, PWM controller 2507 may be external to package 2501 . The first integrated circuit may be based on any semiconductor material such as silicon and may be an eGaN IC.

ドライバ2509は、第2チップ埋め込み型集積回路に在ってもよい。第2集積回路は、シリコンなどの任意の半導体材料に基づいていてもよく、eGaNICであってもよい。 Driver 2509 may reside in a second chip embedded integrated circuit. The second integrated circuit may be based on any semiconductor material such as silicon and may be an eGaN IC.

スイッチ2511は、第2チップ埋め込み型集積回路または第3チップ埋め込み型集積回路などのチップ埋め込み型集積回路に在ってもよい。集積回路は、シリコンなどの任意の半導体材料に基づいていてもよく、eGaNICであってもよい。 Switch 2511 may reside in a chip embedded integrated circuit, such as a second chip embedded integrated circuit or a third chip embedded integrated circuit. The integrated circuit may be based on any semiconductor material such as silicon and may be an eGaN IC.

いくつかの実施形態において、第2集積回路は、ドライバ2509およびスイッチ2511の双方を備えるモノリシックのICであってもよい。いくつかの実施形態において、ドライバ2509およびスイッチは、別個のICに在ってもよい。いくつかの実施形態において、PWMコントローラ2507、ドライバ2509、およびスイッチ2511は、モノリシックのIC(例えば、eGaNIC)に在ってもよい。いくつかの実施形態において、PWMコントローラ2507は、ここで検討したように、ドライバ2509およびスイッチ2511の複数のセットを駆動してもよい。 In some embodiments, the second integrated circuit may be a monolithic IC that includes both driver 2509 and switch 2511 . In some embodiments, driver 2509 and switch may be on separate ICs. In some embodiments, PWM controller 2507, driver 2509, and switch 2511 may reside on a monolithic IC (eg, eGaN IC). In some embodiments, PWM controller 2507 may drive multiple sets of drivers 2509 and switches 2511 as discussed herein.

インダクタ飽和の防止
同じ物理サイズのインダクタについて、比較的高い飽和限度を有するように構成されたインダクタは、上昇された直流抵抗(DCR)も有していてもよい。インダクタは、DCRを上層させずに比較的高い飽和限度を有するように設計されてもよいが、インダクタの物理サイズは上層する。例えば、10Aの限度および15Aの飽和限度について規定された第1インダクタは、4ミリオームのDCRを有していてもよい。第2インダクタ(第1インダクタと同じ物理的サイズである)は、10Aの電流定格およびたった3ミリオームのDCRを備えていてもよいが、第2インダクタは、13Aの比較的低い飽和限度を有する。一方の特性(DCRまたはサイズ)を他方のために犠牲にすることなく、効率を向上するため、および、インダクタ飽和のリスクにより設計原理を犯すことなく効率を向上するために、比較的小さい物理サイズと比較的低いDCRとの双方と共にインダクタ(図1のインダクタ131など)を使用することが望ましい可能性がある。飽和インダクタは、比較的低いインダクタンスを提供することができ、入力および出力ポート間の意図しない短絡としても作用し得る。したがって、インダクタ飽和を防止するため、いくつかの場合には比較的大きいインダクタンスと比較的大きい飽和限度とを有する比較的大きいインダクタを、上昇されたDCRにもかかわらず使用して、インダクタが飽和しないことを確実にすることができる。例えば、インダクタは、10Aに格付けされてもよいが、インダクタは、ピーク電流が11.5Aであるように30%のACリップルを経験することができ、飽和限度に影響した温度変化に曝されてもよい。したがって、様々な操作可能な条件の下でインダクタ飽和を回避するために、10Aのインダクタは、15Aまたは20Aの飽和限度を有するように設計されて飽和バッファまたは誤差限界を提供してもよい。いくつかの設計では、バッフアは、インダクタが選択されてDC-DC変換器の電流出力格付けの二倍の飽和格付けを有するように、広い温度範囲に亘るなど最悪のシナリオのために設計されている。しかしながら、このような設計は、インダクタの少なくとも物理的なサイズおよび/またはDCRを上昇する可能性がある。
Preventing Inductor Saturation An inductor configured to have a relatively high saturation limit for the same physical size inductor may also have an elevated direct current resistance (DCR). The inductor may be designed to have a relatively high saturation limit without boosting the DCR, but the physical size of the inductor is boosted. For example, a first inductor specified for a 10A limit and a 15A saturation limit may have a DCR of 4 milliohms. The second inductor (which is the same physical size as the first inductor) may have a current rating of 10A and a DCR of only 3 milliohms, but the second inductor has a relatively low saturation limit of 13A. Relatively small physical size to improve efficiency without sacrificing one characteristic (DCR or size) for the other, and to improve efficiency without violating design principles by risking inductor saturation It may be desirable to use an inductor (such as inductor 131 in FIG. 1) with both a low DCR and a relatively low DCR. A saturated inductor can provide relatively low inductance and can also act as an unintentional short circuit between input and output ports. Therefore, to prevent inductor saturation, in some cases a relatively large inductor with a relatively large inductance and a relatively large saturation limit is used despite the elevated DCR so that the inductor does not saturate. can ensure that For example, an inductor may be rated at 10A, but the inductor can experience 30% AC ripple such that the peak current is 11.5A, subject to temperature changes that affect the saturation limit. good too. Therefore, to avoid inductor saturation under various operating conditions, a 10A inductor may be designed with a saturation limit of 15A or 20A to provide a saturation buffer or error limit. In some designs, the buffer is designed for worst case scenarios, such as over a wide temperature range, such that the inductor is chosen to have a saturation rating that is twice the current output rating of the DC-DC converter. . However, such designs may increase at least the physical size and/or DCR of the inductor.

いくつかの実施形態において、比較的低いDCRを有するインダクタは、インダクタ飽和の影響を被ることなく効率を向上させるために使用されてもよい。例えば、10Aの出力電流に格付けされたDC-DC変換器は、11A、10.5A、10.25A、10.1Aなどに格付けされたインダクタを使用することができる。いくつかの場合には、インダクタは、定格電流と、その定格電流よりも高くてもよい飽和定格を有していてもよい。DC-DC変換器は、インダクタのまたはDC-DC変換器の定格電流よりも0%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、75%、または100%高い、または、これらの間の任意の値、または、これらの値の任意の組み合わせにより規定される任意の範囲の飽和限度を有するインダクタを備えていてもよいが、いくつかの実施においてこれらの範囲外の値を使用することができる。 In some embodiments, inductors with relatively low DCR may be used to improve efficiency without suffering from inductor saturation. For example, a DC-DC converter rated for 10A output current may use inductors rated for 11A, 10.5A, 10.25A, 10.1A, and so on. In some cases, an inductor may have a rated current and a saturation rating that may be higher than the rated current. the DC-DC converter is 0%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 75%, or 100% higher than the rated current of the inductor or of the DC-DC converter, or , any value between, or any combination of these values, although in some implementations values outside of these ranges may be used. can be used.

DC-DC変換器は、過電流保護システムを含んでいてもよい。図1に示すように、比較器139の第1入力部は、電流源137に連結されていてもよく、電流源137は、過電流限度を設定するための基準として使用されてもよい。I2Cおよび/またはPMBUS(図2に関して説明される)は、電流源137の出力電流をトリムおよび/または調節するために使用されてもよい。したがって、過電流限度は、設定および/または調節され得る。比較器139の出力は、故障論理および過電流保護(OCP)回路141に提供されてもよい。 The DC-DC converter may include an overcurrent protection system. As shown in FIG. 1, a first input of comparator 139 may be coupled to current source 137, which may be used as a reference for setting the overcurrent limit. I2C and/or PMBUS (described with respect to FIG. 2) may be used to trim and/or adjust the output current of current source 137 . Accordingly, overcurrent limits may be set and/or adjusted. The output of comparator 139 may be provided to fault logic and overcurrent protection (OCP) circuitry 141 .

比較器139は、インダクタ131が飽和限度に近づくか飽和限度である場合に検出され得る。電流源137は、比較のための基準電流を提供するように作用してもよい。電流源137は、(例えば、PMBUSまたは他の制御通信線を介して)トリムされおよび/または制御されて基準電流を調整することができる。閾値基準値は、異なるインダクタ131のために調整されてもよく、(図示しない温度計からの信号に応じていてもよい)異なる温度に亘っていてもよい。過電流事象(例えば、比較器139により説明されるような)に応答して、故障論理141は、過電流保護回路を起動してもよい。これにより、例えば、PWMコントローラおよび/またはドライバによって(または直接)スイッチ123を開け、スイッチ127を閉じることができ、または、過剰電圧もしくは電流が出力部に到達することを防止する。過電流保護が検出されなくなると(いくつかの実施形態においてヒステリシスにより)、スイッチ123および127は、通常動作を再開することができる。 Comparator 139 can detect when inductor 131 approaches or is at its saturation limit. Current source 137 may act to provide a reference current for comparison. Current source 137 may be trimmed and/or controlled (eg, via PMBUS or other control communication line) to adjust the reference current. The threshold reference value may be adjusted for different inductors 131 and over different temperatures (which may be in response to a signal from a thermometer, not shown). In response to an overcurrent event (eg, as described by comparator 139), fault logic 141 may activate an overcurrent protection circuit. This allows, for example, a PWM controller and/or driver (or directly) to open switch 123 and close switch 127, or to prevent excess voltage or current from reaching the output. When overcurrent protection is no longer detected (due to hysteresis in some embodiments), switches 123 and 127 can resume normal operation.

いくつかの例示的実施形態において、50%、25%、15%、10%、5%、2.5%、または1%未満、または、これらの間の任意の値、または、これらの値の任意の組み合わせにより規定される任意の値のバッファルームが設定されてもよいが、いくつかの実施においてはこれらの範囲外のバッファ量が使用されてもよい。低バッフアルームは、広い範囲の温度条件に亘っても使用され得る。例えば、10Aの格付けされたDC-DC変換器は、10.5A飽和限度(例えば、5%のバッフア)を有するインダクタを使用してもよく、-40°C~+125°Cの範囲の温度条件下で動作してもよい。他の例示的な最小から最大の温度範囲の他の例は、0°C~100°C、10°C~90°C、25°C~75°Cなどを含んでいてもよい。温度範囲の他の例は、少なくとも50°Cの変動、少なくとも75°Cの変動、少なくとも100°Cの変動、少なくとも125°Cの変動、少なくとも150°Cの変動、少なくとも165°Cの変動、および少なくとも175°Cの変動を含んでいてもよい。 In some exemplary embodiments, less than 50%, 25%, 15%, 10%, 5%, 2.5%, or 1%, or any value therebetween, or Any value of buffer room defined by any combination may be set, although buffer amounts outside these ranges may be used in some implementations. A low buffer room can also be used over a wide range of temperature conditions. For example, a 10A rated DC-DC converter may use an inductor with a 10.5A saturation limit (eg, a 5% buffer), and temperature conditions ranging from -40°C to +125°C It can work below. Other examples of other exemplary minimum to maximum temperature ranges may include 0°C to 100°C, 10°C to 90°C, 25°C to 75°C, and the like. Other examples of temperature ranges are at least 50°C variation, at least 75°C variation, at least 100°C variation, at least 125°C variation, at least 150°C variation, at least 165°C variation, and a variation of at least 175°C.

過電流検出および保護機能は、様々な条件の下で行われてもよい。例えば、過電流検出および保護は、DC-DC変換器に含まれる各インダクタのあめにキャリブレーションされてもよい。PMBUS(または任意の他の適切な制御通信プロトコルまたは物理層)を介したI2C通信は、インダクタ用の基準電流137を調整またはキャリブレーションするために使用され得る。いくつかの実施形態において、ルックアップテーブルまたは他のメモリ構造は、インダクタ131のための温度プロファイルを格納することができ、適切な基準電流を比較器139へ提供するために電流源137を停止する。 Overcurrent detection and protection functions may be performed under various conditions. For example, overcurrent detection and protection may be calibrated for each inductor included in the DC-DC converter. I2C communication via PMBUS (or any other suitable control communication protocol or physical layer) may be used to adjust or calibrate the reference current 137 for the inductor. In some embodiments, a lookup table or other memory structure can store the temperature profile for inductor 131 and turn off current source 137 to provide the appropriate reference current to comparator 139. .

AC-DCおよび他のタイプの電力変換器
ここに記載の教示および原理は、DC-DC変換器のみではなく、任意の種類の電力変換器に適用されてもよい。DC-AC変換器、AC-DC変換器、およびAC-AC変換器も、ここに開示された教示および原理を使用することができる。例えば、図26Aは、AC-DC変換器の例示的ブロック図2600を示す。AC-DC変換器2600は、AC入力電圧を提供し、DC出力電圧を提供するように構成されている。AC-DC変換器2600は、フィルタ2601、分離回路2603、整流回路2605、および/または平滑器および/または出力フィルタ2607を備えていてもよい。
AC-DC and Other Types of Power Converters The teachings and principles described herein may be applied to any type of power converter, not just DC-DC converters. DC-AC converters, AC-DC converters, and AC-AC converters can also use the teachings and principles disclosed herein. For example, FIG. 26A shows an exemplary block diagram 2600 of an AC-DC converter. AC-DC converter 2600 is configured to provide an AC input voltage and provide a DC output voltage. AC-DC converter 2600 may comprise filter 2601 , isolation circuit 2603 , rectification circuit 2605 , and/or smoother and/or output filter 2607 .

フィルタ2601は、周波数範囲(例えば、50~60Hz)範囲内で電圧信号を通過させるように構成されたバンドパスフィルタであってもよい。フィルタは、1つまたは複数のスイッチ、インダクタ、および/またはキャパシタを備えていてもよい。いくつかの実施形態において、フィルタ2601は省略されていてもよい。 Filter 2601 may be a bandpass filter configured to pass voltage signals within a frequency range (eg, 50-60 Hz). A filter may comprise one or more switches, inductors, and/or capacitors. In some embodiments, filter 2601 may be omitted.

分離回路2603は、直接的な導電経路がAC入力ポートとDC出力ポートとの間に無いように、AC入力ポートをDC出力ポートから電気的に絶縁するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、分離回路は、AC信号がDC信号へ変換された後、出力部へ向かうなどの異なる場所に配置されてもよい。例えば、インダクタL1およびL2は、電流(例えば、インダクタL1を通して変化する電流(AC))が、インダクタL2に磁場を生成し介入させ、それにより、インダクタL2を通して電流(例えば、変化する電流(AC))を誘発するように、電磁的に連結されてもよい。インダクタL1およびL2は、比較的高いAC電圧を比較的低いAC電圧へ降圧するために変圧器を提供することができる。いくつかの実施形態において、変圧器(例えば、分離回路2603)は、入力AC電圧が低減される必要が無い場合などは省略されてもよい。 The isolation circuit 2603 may be configured to electrically isolate the AC input port from the DC output port such that there is no direct conductive path between the AC input port and the DC output port. In some embodiments, the isolation circuit may be placed in a different location, such as to the output after the AC signal is converted to a DC signal. For example, inductors L1 and L2 cause a current (eg, a varying current (AC) through inductor L1) to generate and intervene a magnetic field in inductor L2, thereby causing a current (eg, a varying current (AC) ) may be electromagnetically coupled to induce Inductors L1 and L2 may provide a transformer to step down a relatively high AC voltage to a relatively low AC voltage. In some embodiments, the transformer (eg, isolation circuit 2603) may be omitted, such as when the input AC voltage does not need to be reduced.

整流器2605は、ダイオード2609および/または能動スイッチ2611の構造を含み得る。ハーフブリッジ整流器、フルブリッジ整流器、単相整流器、多相整流器、能動整流器などを含む様々な種類の整流器トポロジが使用されてもよい。能動整流器は、1つまたは複数の能動スイッチ2611を備えていてもよい。いくつかの実施形態において、ダイオードブリッジは、AC信号をパルスDC信号に変換するために使用されてもよい。スイッチ2611は、能動的に制御されてもよい。いくつかの実施形態において、PWMコントローラが含まれていてもよく、PWM信号をスイッチ2611へ提供してもよい。 Rectifier 2605 may include diode 2609 and/or active switch 2611 structures. Various types of rectifier topologies may be used, including half-bridge rectifiers, full-bridge rectifiers, single-phase rectifiers, multi-phase rectifiers, active rectifiers, and the like. Active rectifiers may comprise one or more active switches 2611 . In some embodiments, a diode bridge may be used to convert an AC signal to a pulsed DC signal. Switch 2611 may be actively controlled. In some embodiments, a PWM controller may be included and may provide a PWM signal to switch 2611 .

平滑器および/または出力フィルタ2607は、LCネットワークを備えていてもよい。LCネットワークは、インダクタL3およびキャパシタC1を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、インダクタL3は省略されていてもよい。平滑器および/または出力フィルタ2607は、貯蔵キャパシタを含んでいてもよく、貯蔵キャパシタは、パルスDC信号をより平滑なDC信号に平滑化することができる。 Smoother and/or output filter 2607 may comprise an LC network. The LC network may include inductor L3 and capacitor C1. In some embodiments, inductor L3 may be omitted. The smoother and/or output filter 2607 may include a reservoir capacitor, which can smooth the pulsed DC signal to a smoother DC signal.

ここに記載の技術は、図26AにおけるAC-DC変換器の種々の構成要素に印加されてもよい。例えば、能動スイッチ2611、能動スイッチ2611のための任意の制御システム(例えば、PWMコントローラ)、およびダイオード2609などの回路要素の任意の組み合わせは、チップ埋め込み型集積回路に含まれていてもよく、ビアを介してインダクタL1、L2、および/またはL3と連結されてもよい。フィルタ2601、分離回路2603、整流器2605、および平滑器&出力フィルタ2607などのAC-DC変換器の任意の機能的段階は、1つのチップ埋め込み型集積回路に含まれていてもよく、または、任意の数のチップ埋め込み型集積回路に含まれていてもよい。インダクタ(L1、L2、およびL3など)またはキャパシタ(C1、または貯蔵キャパシタなど)のいずれかは、(例えば、少なくとも部分的にまたは完全に重なるように)埋め込み型回路(例えば、集積回路)の情報に積層されてもよく、1つまたは複数のビアにより集積回路に連結されてもよい。物理的レイアウトは、図3に関して検討した技術を含んでいてもよい。ここに開示されたフィードバックおよび制御技術のいずれかも適用されてもよい。 The techniques described herein may be applied to various components of the AC-DC converter in FIG. 26A. For example, active switch 2611, any control system (e.g., PWM controller) for active switch 2611, and any combination of circuit elements such as diode 2609 may be included in a chip-embedded integrated circuit and vias. may be coupled with inductors L1, L2, and/or L3 via . Any functional stages of the AC-DC converter such as filter 2601, isolation circuit 2603, rectifier 2605, and smoother & output filter 2607 may be included in one chip embedded integrated circuit or number of chip-embedded integrated circuits. Either the inductors (such as L1, L2, and L3) or the capacitors (such as C1, or a reservoir capacitor) are embedded (e.g., at least partially or completely overlapping) in the embedded circuit (e.g., integrated circuit). and may be coupled to the integrated circuit by one or more vias. The physical layout may include the techniques discussed with respect to FIG. Any of the feedback and control techniques disclosed herein may also be applied.

図26Bは、AC-DC変換器の例示的実施形態を示す。AC-DC変換器は、入力AC信号(例えば、Vin)を受信してもよい。任意で、変圧器2603などの電圧変更回路は、入力AC信号の電圧レベルを変更することができる。例えば、変圧器2603は、入力AC電圧を低減されたAC電圧に降圧するように構成されていてもよい。変圧器2603は、ここで検討したように、2つのインダクタを備えていてもよい。変圧器2603は、いくつかの実施形態において省略されてもよい。AC-DC変換器は、整流回路2605を含んでいてもよく、この整流回路2605は、AC信号をパルスDC信号へ変換するように構成されてもよい。図26Bに示す実施形態において、フルブリッジ整流回路(例えば、4つのダイオードを備える)を使用することができる。ダイオードブリッジ、半波整流器、全波整流器、ハーフブリッジ整流器など様々なタイプの整流回路を使用することができる。いくつかの実施形態において、整流回路は、1つまたは複数のダイオードを含み得る。AC-DC変換器は、平滑回路2607を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、平滑回路2607は、(図26Bから分かるような)キャパシタを備えていてもよく、このキャパシタは、貯蔵キャパシタとして使用されてもよい。いくつかの実施形態において、平滑回路は、インダクタを備えていてもよく、または、インダクタおよびキャパシタの双方を含むLC回路を備えていてもよい。平滑回路2607は、パルスDC信号をより安定したDC電圧(Vout)を生成するように平滑化することができる。出力DV電圧(Vout)は、(例えば、ここでは抵抗器として示す)装置における1つまたは複数の負荷へ電流を供給するために使用されてもよい。 FIG. 26B shows an exemplary embodiment of an AC-DC converter. An AC-DC converter may receive an input AC signal (eg, V in ). Optionally, a voltage changing circuit such as transformer 2603 can change the voltage level of the input AC signal. For example, transformer 2603 may be configured to step down the input AC voltage to a reduced AC voltage. Transformer 2603 may comprise two inductors as discussed herein. Transformer 2603 may be omitted in some embodiments. The AC-DC converter may include a rectifier circuit 2605, which may be configured to convert an AC signal into a pulsed DC signal. In the embodiment shown in FIG. 26B, a full bridge rectifier circuit (eg, with four diodes) can be used. Various types of rectifier circuits can be used, such as diode bridges, half-wave rectifiers, full-wave rectifiers, half-bridge rectifiers. In some embodiments, the rectifier circuit may include one or more diodes. The AC-DC converter may include smoothing circuitry 2607 . In some embodiments, smoothing circuit 2607 may comprise a capacitor (as seen in FIG. 26B), which may be used as a reservoir capacitor. In some embodiments, the smoothing circuit may comprise an inductor, or may comprise an LC circuit that includes both an inductor and a capacitor. A smoothing circuit 2607 can smooth the pulsed DC signal to produce a more stable DC voltage (V out ). The output DV voltage (V out ) may be used to supply current to one or more loads in the device (eg, shown here as resistors).

図26Cは、AC-DC変換器の例示的実施形態を示す。任意の変圧器2603は、ここで検討したように(例えば、2つのインダクタを有する)変圧器を備えていてもよい。いくつかの実施形態において、整流回路2605は、1つまたは複数のスイッチ2622を備えていてもよく、これらはAC信号を整流するために(例えば、パルスDC信号を生成するために)電流を許可およびブロックするように駆動されてもよい。スイッチ2622は、MOSFETスイッチであってもよい。スイッチ2622は、eGaNスイッチであってもよい。スイッチ2622は、AC信号と同期されてもよい。いくつかの実施形態において、PWMコントローラ2626および/またはドライバ2624は、スイッチ2622を駆動するために使用されてもよい。ここで開示された他の実施形態と同様のフィードバックシステム2628が使用されてもよい。いくつかの実施形態において、ダイオードおよびスイッチの組み合わせは、AC-DC変換器における整流回路のために使用されてもよい。平滑回路2607は、ここで検討されたように、電圧を平滑化するために使用されてもよく、キャパシタおよび/またはおよびインダクタを含んでいてもよい。 FIG. 26C shows an exemplary embodiment of an AC-DC converter. Optional transformer 2603 may comprise a transformer as discussed herein (eg, with two inductors). In some embodiments, the rectifier circuit 2605 may comprise one or more switches 2622, which allow current to rectify the AC signal (eg, generate a pulsed DC signal). and may be driven to block. Switch 2622 may be a MOSFET switch. Switch 2622 may be an eGaN switch. Switch 2622 may be synchronized with the AC signal. In some embodiments, PWM controller 2626 and/or driver 2624 may be used to drive switch 2622 . A feedback system 2628 similar to other embodiments disclosed herein may be used. In some embodiments, a combination of diodes and switches may be used for rectifier circuits in AC-DC converters. Smoothing circuit 2607 may be used to smooth the voltage, as discussed herein, and may include capacitors and/or inductors.

いくつかの実施形態において、整流回路2605は、ここに記載のように、PCBに埋め込みされていてもよい。整流回路2605は、1つまたは複数の集積回路(IC)に在ってもよい。例えば、チップ埋め込み型回路2640(例えば、1つまたは複数のIC)は、PWMコントローラ2626、ドライバ2624、および1つまたは複数のスイッチ2622の任意の組み合わせを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、フィードバックシステム2628の一部または全ては、埋め込み型回路2640(例えば、1つまたは複数のIC上において)の一部であってもよい。いくつかの実施形態において、PWM請求項コントローラ2626は省略されていてもよい。いくつかの場合には、例示的PWMコントローラは、ここで検討されたのと同様に、複数のAC-DC変換器のために使用されてもよい。埋め込み型回路2640は、1つまたは複数のダイオードを含んでいてもよく、このダイオードは、AC信号をパルスDC信号へ変換するように構成されてもよい。1つまたは複数のインダクタおよび/またはキャパシタ(例えば、変圧器2603および/または平滑回路の一部を形成する)は、PCBの外側に配置されてもよく、また、1つまたは複数のビアにより埋め込み型回路と電気的に連結されてもよい。1つまたは複数のインダクタおよび/またはキャパシタは、少なくとも部分的にまたは完全に埋め込み型回路のフットプリントに重なっていてもよい。例えば、AC-DC変換器は、図3と同様であってもよく、ここで、構成要素315は、埋め込み型回路(例えば、IC)2640である。 In some embodiments, rectifier circuit 2605 may be embedded in a PCB, as described herein. Rectifier circuit 2605 may reside in one or more integrated circuits (ICs). For example, chip embedded circuitry 2640 (eg, one or more ICs) may include any combination of PWM controller 2626 , driver 2624 , and one or more switches 2622 . In some embodiments, part or all of feedback system 2628 may be part of embedded circuitry 2640 (eg, on one or more ICs). In some embodiments, PWM claim controller 2626 may be omitted. In some cases, an exemplary PWM controller may be used for multiple AC-DC converters, similar to those discussed herein. Implantable circuitry 2640 may include one or more diodes, which may be configured to convert an AC signal to a pulsed DC signal. One or more inductors and/or capacitors (eg, forming part of the transformer 2603 and/or smoothing circuit) may be located outside the PCB and buried by one or more vias. It may be electrically coupled with the pattern circuit. The one or more inductors and/or capacitors may at least partially or completely overlap the footprint of the embedded circuit. For example, the AC-DC converter may be similar to FIG. 3, where component 315 is an embedded circuit (eg, IC) 2640. FIG.

ここで開示される電力変換器は、DC-AC変換器、AC-DC変換器、AC-AC変換器、および図26A、図26B、および図26Cにおける例を含めて、DC-DC変換器に関連して提供される原理および開示に全体または一部が基づいてチップ埋め込みされていてもよい。 The power converters disclosed herein include DC-AC converters, AC-DC converters, AC-AC converters, and DC-DC converters, including the examples in FIGS. 26A, 26B, and 26C. It may be embedded in a chip based in whole or in part on the principles and disclosures provided in connection therewith.

追加の実施形態
理解を助けるため、いくつかの実施形態は、電圧値、サイズ、周波数、電流、位置など例示的値を参照して説明される。しかしながら、本開示は、ここに開示される値に限定されることを意図しない。例えば、DC-DC変換器に関連する電圧範囲は、任意の電圧範囲を含んでいてもよい。様々な実施形態は、任意の範囲の入力電圧および任意の範囲の出力電圧を使用することができ、+12Vから-5VのDC-DC変換器など、正の電圧と負の電圧との間の変換を含む。様々な実施形態は、任意の電流値を同様に使用することができ、200アンペアを超える非常に高い電流値を含む。様々な実施形態は、異なる位置および/または向きに在る構成要素の構造を有していてもよい。例えば、ここに開示の集積回路のいずれかは、フェイスアップまたはフェイスダウンであってもよい。いくつかの例は、I2Cおよび/またはPMBUSなどの特定の通信システムを開示するが、通信システム、または他のプロトコルおよび/または物理的層設計を使用することができる。他の実施形態は、例えば、シリアルバスID(SVID)、アダプティブ電圧スケーリング・バス(AVSbus)などを使用することができる。ここで開示のコントローラは、デジタル実施、アナログ実施、およびハイブリッド実施などの様々な方法で実施されてもよい。いくつかのDC-DC変換器パッケージまたはPCBは、キャパシタまたはそれに対するキャパシタを備えていない。いくつかのDC-DC変換器パッケージまたはPCBは、キャパシタおよび/またはそれに連結されたキャパシタ無しであってもよく、インダクタおよび/またはキャパシタは、パッケージまたはPCBに後に追加されてもよい。いくつかの実施形態は、AC連結であってもよい。図13Aおよび13Bにおけるインダクタ1211、1215のペア1215は、単一のコアを共有するインダクタであってもよい。いくつかの例示的システムは、例示的フィードバック制御方式に関連して説明されたが、ここに開示の電力変換器は、任意のフィードバック制御方式を使用してもよい。電力変換器は、平均電流、ピークモード、バレーモード、エミュレーテッド電流などに基づく電流モード制御方式、先縁/立ち上がりエッジ、駆動エッジ、デュアルエッジなどに基づく電圧モード制御方式、常時オン時間、常時オフ時間などを使用することができる。フィードバックシステムは、ヒステリシスを備えていてもよい。
Additional Embodiments To aid understanding, some embodiments are described with reference to exemplary values such as voltage values, sizes, frequencies, currents, positions, and the like. However, the disclosure is not intended to be limited to the values disclosed herein. For example, a voltage range associated with a DC-DC converter may include any voltage range. Various embodiments can use any range of input voltages and any range of output voltages and convert between positive and negative voltages, such as +12V to -5V DC-DC converters. including. Various embodiments can use any current value as well, including very high current values above 200 amps. Various embodiments may have the structure of the components in different positions and/or orientations. For example, any of the integrated circuits disclosed herein may be face-up or face-down. Although some examples disclose specific communication systems such as I2C and/or PMBUS, communication systems, or other protocols and/or physical layer designs may be used. Other embodiments may use, for example, Serial Bus ID (SVID), Adaptive Voltage Scaling Bus (AVSbus), and the like. The controllers disclosed herein may be implemented in various ways, including digital implementations, analog implementations, and hybrid implementations. Some DC-DC converter packages or PCBs have no capacitors or capacitors to them. Some DC-DC converter packages or PCBs may be without capacitors and/or capacitors coupled thereto, and inductors and/or capacitors may be added later to the package or PCB. Some embodiments may be AC coupled. The pair 1215 of inductors 1211, 1215 in Figures 13A and 13B may be inductors that share a single core. Although some example systems have been described with respect to example feedback control schemes, power converters disclosed herein may use any feedback control scheme. The power converter has a current mode control scheme based on average current, peak mode, valley mode, emulated current, etc., a voltage mode control scheme based on leading edge/rising edge, driven edge, dual edge, etc., always on time, always off time can be used. The feedback system may have hysteresis.

電力変換器は、図22に関連して説明されたIoT装置などの種々の装置に給電するために使用されてもよい。ここで検討された図22に示すCPU2205、および任意の他のコントローラ、プロセッサなどは、1つのハードウエアプロセッサ、または処理情報のためのバスで連結されてもよい複数のハードウエアプロセッサであってもよい。CPU、プロセッサ、コントローラなどは、例えば、1つまたは複数の汎用プロセッサであってもよい。 Power converters may be used to power various devices, such as the IoT devices described in connection with FIG. The CPU 2205 shown in FIG. 22 and any other controllers, processors, etc. discussed herein may be a single hardware processor or multiple hardware processors that may be coupled by a bus for processing information. good. A CPU, processor, controller, etc., may be, for example, one or more general purpose processors.

CPU、プロセッサ、コントローラなどは、ランダムアクセスメモリ(RAM)2207、キャッシュおよび/または他の動的格納装置などの主記憶装置と連結されてもよく、情報およびプロセッサ2205により実行される指示のためのバスと連結されていてもよい。RAMも、CPU2205により実行されることになる指示の実行中に一時的変数または他の中間情報を格納するために使用されてもよい。このような指示は、プロセッサ2205にアクセス可能な記憶媒体に格納される場合、コンピュータシステムを指示において特定された動作を行うようにカスタマイズされた特殊目的の機械にする。任意の適した種類のコンピュータ読み取り可能なメモリを使用することができる。 The CPU, processor, controller, etc. may be coupled with primary memory such as random access memory (RAM) 2207, cache and/or other dynamic storage for information and instructions executed by processor 2205. It may be connected to a bus. RAM may also be used for storing temporary variables or other intermediate information during execution of instructions to be executed by CPU 2205 . Such instructions, when stored in a storage medium accessible to processor 2205, make the computer system a special-purpose machine customized to perform the actions specified in the instructions. Any suitable type of computer readable memory can be used.

電気システム2201、またはここに開示された他のシステムは、ユーザーに情報を表示するためのディスプレイ(例えば、ブラウン管(CRT)またはLCD表示またはタッチスクリーン)などの装置2211を備えていてもよい。装置2211の他の例は、プロセッサ2205への情報およびコマンド選択肢の通信のための英数字および他のキーを含む入力装置を含む。別の種類の装置2211は、プロセッサ2205へ方向情報およびコマンド選択肢を通信するため、および、ディスプレイ上でカーソルの動きを制御するためのマウス、トラックボール、またはカーソル方向キーなどのカーソル制御装置である。この入力装置は、典型的には、2つの軸、第1軸(例えば、x)および第2軸(例えば、y)における2つの自由度を有し、これにより、装置は面における位置を特定することができる。いくつかの実施形態において、同じ方向情報およびカーソル制御などのコマンド選択肢は、カーソル無しでタッチスクリーンリーンにおける接触を受信することにより実施されてもよい。 Electrical system 2201, or other systems disclosed herein, may include a device 2211, such as a display (eg, cathode ray tube (CRT) or LCD display or touch screen) for displaying information to a user. Other examples of device 2211 include input devices including alphanumeric and other keys for communicating information and command options to processor 2205 . Another type of device 2211 is a cursor control device, such as a mouse, trackball, or cursor direction keys for communicating direction information and command choices to processor 2205 and for controlling cursor movement on the display. . The input device typically has two degrees of freedom in two axes, a first axis (e.g. x) and a second axis (e.g. y), which allows the device to specify position in a plane. can do. In some embodiments, the same directional information and command options such as cursor control may be implemented by receiving touch on the touchscreen screen without a cursor.

電気システム2201、またはここに開示の他のものは、ユーザーインターフェースモジュールを備えて、GUIを実施してもよく、GUIは、1つまたは複数の演算装置により実行される実行可能なソフトウエアコードとして大容量記憶装置に格納され得る。これらのモジュールは、例えば、ソフトウエア構成要素、オブジェクト指向のソフトウエア構成要素、クラス構成要素およびタスク構成要素、プロセス、機能、特徴、手順、サブルーチン、プログラムコードのセグメント、ドライバ、ファームウェア、マイクロコード、回路、データ、データベース、データ構造、テーブル、アレイ、および変数などの構成要素を備えていてもよい。 Electrical system 2201, or others disclosed herein, may include a user interface module to implement a GUI, which may be implemented as executable software code executed by one or more computing units. It may be stored on a mass storage device. These modules are, for example, software components, object-oriented software components, class and task components, processes, functions, features, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, It may comprise components such as circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables.

一般に「モジュール」という用語は、本願で使用される場合、ハードウエアまたはファームウェアに組み込まれたた論理、または、ソフトウエア指示の集合のことを指し、例えば、Java、Lua、CまたはC++などの、プログラミング言語で記載された入口および出口点を有している可能性がある。ソフトウエアモジュールは、動的リンクライブラリにインストールされた、実行可能プログラムにコンパイルされてリンクされてもよく、または、例えば、BASIC、Perl、またはPythonなどの翻訳されたプログラミング言語で書き込まれてもよい。ソフトウエアモジュールは他のモジュールまたはそれら自身から呼び出されてもよく、および/または、検出されたイベントまたは中断に応じて起動されてもよいことが分かる。演算装置における実行のために構成されたソフトウエアモジュールは、コンパクトディスク、デジタルビデオディスク、フラッシュドライブ、磁気ディスク、または任意の他の有形媒体などのコンピュータ読取可能媒体において、または、ダウンロードデジタルとして(および、実行の前にインストール、解凍、または解号を必要とする、圧縮されて、または、インストール可能なフォーマットで元々格納されていてもよい)提供されもよい。このようなソフトウエアコードは、一部または全てが、演算装置による実行のための、実行演算装置の記憶装置に格納されていてもよい。ソフトウエア指示は、EPROMなどのファームウェアに組み込まれてもよい。さらに、ハードウエアモジュールは、ゲートおよびフリップフロップなどの接続された論理ユニットを備えていてもよく、および/または、プログラム可能なゲートアレイまたはプロセッサなどのプログラム可能なユニットから成っていてもよいことが分かる。ここに機能的に記載のモジュールまたは演算装置は、ソフトウエアモジュールとして好ましくは実施されるがハードウエアまたはファームウェアで表されていてもよい。一般に、ここに記載のモジュールは、論理モジュールを指し、論理モジュールは、他のモジュールと組み合わせられてもよく、または、その物理的組織または記憶部に関わらずサブモジュールに分割されてもよい。 In general, the term "module" as used herein refers to a set of logic or software instructions embedded in hardware or firmware, e.g., Java, Lua, C or C++. It may have entry and exit points written in a programming language. The software modules may be compiled and linked into an executable program installed in a dynamic link library, or written in an interpreted programming language such as BASIC, Perl, or Python, for example. . It will be appreciated that the software modules may be called from other modules or themselves, and/or may be activated in response to detected events or interruptions. A software module configured for execution on a computing device may reside on a computer readable medium such as a compact disc, digital video disc, flash drive, magnetic disc, or any other tangible medium, or as a digital download (and , may be provided compressed or originally stored in an installable format, requiring installation, decompression, or decryption prior to execution. Such software code may be stored, in part or in whole, in the memory of the executing computing device for execution by the computing device. The software instructions may be embedded in firmware such as EPROM. Further, the hardware modules may comprise connected logic units such as gates and flip-flops and/or may consist of programmable units such as programmable gate arrays or processors. I understand. The modules or computing units functionally described herein are preferably implemented as software modules, but may also be represented in hardware or firmware. Generally, the modules described herein refer to logical modules, which may be combined with other modules or divided into sub-modules regardless of their physical organization or storage.

電気システム2201、またはここに記載の他のシステムは、カスタマイズされた配線論理、1つまたは複数のASICまたはFPGA、コンピュータシステムとの組み合わせで(例えば、電気システム2201の)特定目的機械にするかまたはプログラムするファームウェアおよび/またはプログラムロジックを使用してここに記載の技術を実施することができる。一実施形態によると、本願における技術は、主記憶装置2207に含まれる、1つまたは複数のシーケンスの1つまたは複数の指示を実施する1つまたは複数のプロセッサ2205に応答して、電気システム2201により行われる。このような指示は、格納装置などの別の記憶媒体から主記憶装置2207に読み込まれてもよい。主記憶装置2207に含まれる指示のシーケンスの実施により、1つまたは複数のプロセッサ2205は、本願に記載の特徴を実施またはプロセス動作を実施することができる。代替の実施形態において、配線回路は、ソフトウエア指示の代わりに、またはそれに組み合わせて使用されてもよい。 Electrical system 2201, or other systems described herein, in combination with customized hardwired logic, one or more ASICs or FPGAs, a computer system, or Programming firmware and/or program logic can be used to implement the techniques described herein. According to one embodiment, the techniques herein are used to control electrical system 2201 in response to one or more processors 2205 implementing one or more instructions in one or more sequences contained in main memory 2207 . performed by Such instructions may be read into main memory 2207 from another storage medium, such as a storage device. Execution of the sequences of instructions contained in main memory 2207 may cause one or more processors 2205 to implement the features or perform the process operations described herein. In alternative embodiments, hard-wired circuitry may be used in place of or in combination with software instructions.

非一時的なコンピュータ読取可能媒体を使用することができる。特定の方法で機械に動作させるデータおよび/または指示を記憶する任意の媒体を使用することができる。このような非一時的な媒体は、不揮発性媒体および/または揮発性媒体を含んでいてもよい。揮発性媒体は、主記憶装置2207などの動的メモリを含む。非一時的な媒体の一般的な形態としては、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、固体素子、磁気テープ、または任意の他の磁気データ記憶媒体、CD-ROM、任意の他の光学データ記憶媒体、ホールのパターンを有する任意の物理媒体、RAM、PROM、およびEPROM、FLASH-EPROM、NVRAM、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、およびそのネットワーク化されたバージョンが挙げられる。 A non-transitory computer-readable medium can be used. Any medium that stores data and/or instructions that cause a machine to operate in a particular manner may be used. Such non-transitory media may include non-volatile media and/or volatile media. Volatile media includes dynamic memory, such as main memory 2207 . Common forms of non-transitory media include, for example, floppy disks, floppy disks, hard disks, solid state devices, magnetic tapes, or any other magnetic data storage media, CD-ROMs, any other optical data storage. media, any physical media with a pattern of holes, RAM, PROM and EPROM, FLASH-EPROM, NVRAM, any other memory chip or cartridge, and networked versions thereof.

非一時的な媒体は、送信媒体とは異なっていてもよいが伝送媒体と共に使用されてもよい。伝送媒体は、非一時的な媒体間で情報を伝送することに寄与し得る。例えば、伝送媒体は、バスを含む配線を含む、同軸ケーブル、銅線、およびファイバー光学を含んでいてもよい。伝送媒体は、ラジオ波および赤外線データ通信の間に生成されるような、音波または光波の形態をとってもよい。 A non-transitory medium may be different from, but may be used in conjunction with, a transmission medium. Transmission media may serve to transfer information across non-transitory media. For example, transmission media may include coaxial cables, copper wire and fiber optics, including the wires that comprise a bus. Transmission media can take the form of acoustic or light waves, such as those generated during radio wave and infrared data communications.

無線通信システム2103は、ネットワーク2213に連結される2方向データ通信を提供してもよい。例えば、無線通信システム2103は、種々のタイプの情報を表すデジタルデータストリームを担持する電気、電磁、または光学の信号を送信および受信することができる。代替として、いくつかの場合には、無線通信システム2103は、一方向通信(例えば、情報の受信または送信)を提供してもよい。 Wireless communication system 2103 may provide two-way data communication coupled to network 2213 . For example, the wireless communication system 2103 can send and receive electrical, electromagnetic or optical signals that carry digital data streams representing various types of information. Alternatively, in some cases, wireless communication system 2103 may provide one-way communication (eg, receive or transmit information).

ネットワーク2213は、典型的には、1つまたは複数のネットワークを介して他のデータ装置へのデータ通信を提供する。例えば、ネットワーク2213は、インターネット・サービス・プロバイダにより操作されるデータ装置またはホストコンピュータへローカルネットワークを通した接続を提供してもよい。またISPは、現在は一般的に「インターネット」と称されるワールドワイドパケットデータ通信ネットワークを介したデータ通信サービスを提供する。

Network 2213 typically provides data communication through one or more networks to other data devices. For example, network 2213 may provide connectivity through a local network to data devices or host computers operated by an Internet service provider. ISPs also provide data communication services over a worldwide packet data communication network, now commonly referred to as the "Internet."

Claims (23)

プリント基板(PCB)を備え、プリント基板は、
下部プリント基板(PCB)部分と、
上部プリント基板(PCB)部分とを備え、
前記下部PCB部分と前記上部PCB部分との間の埋め込み型回路とを備え、前記埋め込み型回路は、
1つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されたドライバと、
前記1つまたは複数のドライバ信号により駆動されるように構成された1つまたは複数のスイッチとを備え、前記ドライバは少なくとも1MHzの周波数で前記1つまたは複数のスイッチをトグルし、前記1つまたは複数のスイッチは、第1スイッチ、第2スイッチ、第3スイッチ、および第4スイッチを含み、
前記上部PCB部分を通って延びる1つまたは複数のビアと、
前記上部PCB部分に位置決めされた第1インダクタとを備え、
前記1つまたは複数のビアは、前記第1インダクタを前記埋め込み型回路に電気的に連結し、
前記第1インダクタのフットプリントが前記埋め込み型回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なり、
第2インダクタと、
キャパシタと、
前記埋め込み型回路に連結された入力ポートであって、入力電圧を受信するように構成された入力ポートと、
前記第1インダクタと前記第2インダクタとに連結された出力ポートであって、前記入力電圧とは異なる出力電圧を提供するように構成された出力ポートとを備え、
前記出力電圧は、前記第1インダクタと前記第2インダクタにエネルギーを充填または放出させる前記1つまたは複数のスイッチに少なくとも部分的に基づき、
前記第1スイッチは、前記入力ポートに連結された第1端と、前記キャパシタにより前記第1インダクタの第1端に連結された第2端とを有し、
前記第2スイッチは、前記第1インダクタの前記第1端に連結された第1端を有し、
前記キャパシタは、AC連結キャパシタとして前記第1スイッチと前記第2スイッチとの間に直列に連結され、
前記第3スイッチは、前記キャパシタおよび前記第1スイッチの前記第2端に連結された第1端と、前記第2インダクタの第1端に連結された第2端とを有し、
前記第4スイッチは、前記第3スイッチの前記第2端および前記2インダクタの前記第1端に連結された第1端とを有し、
前記第2スイッチの第2端は、前記第4スイッチの第2端に連結され、
前記第1インダクタの第2端と前記第2インダクタの第2端は、前記出力ポートに連結されている、電力変換器。
a printed circuit board (PCB), the printed circuit board comprising:
a lower printed circuit board (PCB) portion;
an upper printed circuit board (PCB) portion;
an embedded circuit between the lower PCB portion and the upper PCB portion, the embedded circuit comprising:
a driver configured to generate one or more driver signals;
one or more switches configured to be driven by said one or more driver signals, said drivers toggling said one or more switches at a frequency of at least 1 MHz; the plurality of switches includes a first switch, a second switch, a third switch, and a fourth switch;
one or more vias extending through the upper PCB portion;
a first inductor positioned on the upper PCB portion;
the one or more vias electrically couple the first inductor to the embedded circuit;
a footprint of the first inductor at least partially overlapping a footprint of the embedded circuit;
a second inductor;
a capacitor;
an input port coupled to the implantable circuit, the input port configured to receive an input voltage;
an output port coupled to the first inductor and the second inductor, the output port configured to provide an output voltage different from the input voltage;
the output voltage is based at least in part on the one or more switches that charge or release energy in the first inductor and the second inductor;
the first switch has a first end coupled to the input port and a second end coupled to the first end of the first inductor by the capacitor;
the second switch has a first end coupled to the first end of the first inductor;
the capacitor is connected in series between the first switch and the second switch as an AC coupling capacitor;
the third switch has a first end coupled to the second end of the capacitor and the first switch, and a second end coupled to a first end of the second inductor;
the fourth switch has a first end coupled to the second end of the third switch and the first end of the second inductor;
a second end of the second switch is connected to a second end of the fourth switch;
A power converter, wherein a second end of the first inductor and a second end of the second inductor are coupled to the output port.
請求項1に記載の電力変換器であって、
前記ドライバは1MHz~15MHzの周波数で前記1つまたは複数のスイッチをトグルする、電力変換器。
A power converter according to claim 1,
A power converter, wherein the driver toggles the one or more switches at a frequency between 1 MHz and 15 MHz.
請求項1または2に記載の電力変換器であって、
前記1つまたは複数のスイッチは、第1エンハンスト窒化ガリウム(eGaN)スイッチと第2エンハンスト窒化ガリウム(eGaN)スイッチを含む、電力変換器。
The power converter according to claim 1 or 2,
The power converter, wherein the one or more switches include a first enhanced gallium nitride (eGaN) switch and a second enhanced gallium nitride (eGaN) switch.
請求項1~3のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
前記電力変換器は、電流量を処理するように構成され、
前記電力変換器が電流量のアンペア数当たり0.1mm~10mmであるフットプリント領域を有する、電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 3,
The power converter is configured to process an amount of current,
A power converter, wherein said power converter has a footprint area of between 0.1 mm 2 and 10 mm 2 per amperage of current flow.
請求項1~4のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
前記埋め込み型回路は、前記第1インダクタまたは前記第2インダクタを通る電流リップルをエミュレートする信号を生成するように構成されたランプ波発生器を備える、電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 4,
A power converter, wherein the embedded circuitry comprises a ramp generator configured to generate a signal that emulates current ripple through the first inductor or the second inductor .
請求項5に記載の電力変換器であって、
前記ランプ波発生器は、前記第1インダクタまたは前記第2インダクタを通る前記電流リップルをエミュレートする前記信号を生成するように構成され、少なくとも、
前記入力電圧を示す第1入力部と、
前記出力電圧を示す第2入力部と、
前記第1インダクタまたは前記第2インダクタのインダクタンス値を示す第3入力部と、
前記1つまたは複数のスイッチの切替信号の第4入力部とを用いる、電力変換器。
A power converter according to claim 5,
The ramp generator is configured to generate the signal emulating the current ripple through the first inductor or the second inductor , at least
a first input indicative of the input voltage;
a second input indicative of the output voltage;
a third input unit indicating an inductance value of the first inductor or the second inductor ;
and a fourth input of a switching signal for the one or more switches.
請求項5または6に記載の電力変換器であって、
前記ランプ波発生器は、
少なくとも部分的に前記入力電圧に基づいて電流を生成するように構成された第1電流源と、
少なくとも部分的に前記出力電圧に基づいて電流を生成するように構成された第2電流源と、
前記1つまたは複数のドライバ信号の少なくとも1つを受信するように構成された第1ランプ波発生器スイッチであって、前記第1電流源と連結された第1ランプ波発生器スイッチと、
前記1つまたは複数のドライバ信号の少なくとも1つを受信するように構成された第2ランプ波発生器スイッチであって、前記第2電流源と連結された第2ランプ波発生器スイッチと、
前記第1ランプ波発生器スイッチおよび前記第2ランプ波発生器スイッチと連結されたキャパシタとを備える、電力変換器。
The power converter according to claim 5 or 6,
The ramp wave generator is
a first current source configured to generate a current based at least in part on the input voltage;
a second current source configured to generate a current based at least in part on the output voltage;
a first ramp generator switch configured to receive at least one of the one or more driver signals, the first ramp generator switch coupled to the first current source;
a second ramp generator switch configured to receive at least one of the one or more driver signals, the second ramp generator switch coupled to the second current source;
and a capacitor coupled with the first ramp generator switch and the second ramp generator switch.
請求項1~7のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
前記電力変換器は、
電流が前記キャパシタを通って前記第1インダクタに流れ、前記キャパシタが充填してエネルギーを蓄積する第1動作状態と、
前記キャパシタがエネルギーを放出して電流を前記第2インダクタに流す第2動作状態とを有する、電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 7,
The power converter is
a first operating state in which current flows through the capacitor to the first inductor and the capacitor charges to store energy;
and a second operating state in which the capacitor releases energy and conducts current through the second inductor.
請求項1~8のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
前記電力変換器は、前記電力変換器の入力部と出力部との間の直接的な電気的接続を絶縁するように構成された絶縁トポロジで構成された、電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 8,
A power converter, wherein the power converter is configured in an isolation topology configured to isolate a direct electrical connection between an input and an output of the power converter.
請求項9に記載の電力変換器であって、
前記絶縁トポロジは、前記第1インダクタを通る変更電流が前記第2インダクタにおける変更電流を誘発するように構成された前記第1インダクタおよび前記第2インダクタを含む変圧器を備える、電力変換器。
A power converter according to claim 9,
A power converter, wherein the isolation topology comprises a transformer including the first inductor and the second inductor configured such that a modified current through the first inductor induces a modified current in the second inductor.
請求項1~10のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
前記埋め込み型回路は、1つまたは複数のPWM信号を生成するように構成されたパルス幅変調器(PWM)コントローラを備え、
前記PWMコントローラは、前記ドライバと連結され、
前記ドライバは、少なくとも部分的に前記PWM信号に基づいて1つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されている、電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 10,
the embedded circuit comprises a pulse width modulator (PWM) controller configured to generate one or more PWM signals;
the PWM controller is coupled to the driver;
A power converter, wherein the driver is configured to generate one or more driver signals based at least in part on the PWM signal.
請求項1~11のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
前記第1インダクタおよび前記埋め込み型回路の一方は、前記第1インダクタおよび前記埋め込み型回路の他方のフットプリントに完全に含まれるフットプリントを有する、電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 11,
A power converter, wherein one of the first inductor and the embedded circuit has a footprint that is completely contained within the footprint of the other of the first inductor and the embedded circuit.
請求項1~12のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
前記第2インダクタは前記上部プリント基板(PCB)部分に位置し、
前記1つまたは複数のビアは前記第2インダクタを前記埋め込み型回路に電気的に連結し、
前記第2インダクタのフットプリントが前記埋め込み型回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なる、電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 12,
the second inductor located on the upper printed circuit board (PCB) portion;
the one or more vias electrically couple the second inductor to the embedded circuitry;
A power converter, wherein the footprint of the second inductor at least partially overlaps the footprint of the embedded circuit.
請求項1~13のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
前記第1インダクタおよび前記第2インダクタは、互いに位相をずらして駆動される、電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 13,
A power converter, wherein the first inductor and the second inductor are driven out of phase with each other.
請求項1~14のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
前記第1インダクタは、コアの周囲の第1巻き線を備え、
前記第2インダクタは、同じコアの周囲の第2巻き線を備える、電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 14,
the first inductor comprising a first winding around a core;
A power converter, wherein the second inductor comprises a second winding around the same core.
請求項8に記載の電力変換器であって、
前記第1動作状態において、前記第1スイッチはオン、前記第2スイッチはオフ、および前記第3スイッチはオフであり、
前記第2動作状態において、前記第3スイッチはオンおよび前記第4スイッチはオフである、電力変換器。
A power converter according to claim 8,
in the first operating state, the first switch is on, the second switch is off, and the third switch is off;
The power converter, wherein in the second operating state the third switch is on and the fourth switch is off.
請求項1~16のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
前記電力変換器の出力を調整するための制御信号を受信するように構成された通信インターフェースをさらに備える、電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 16,
A power converter, further comprising a communication interface configured to receive a control signal for regulating an output of the power converter.
請求項17に記載の電力変換器であって、
前記第1インダクタまたは前記第2インダクタを通る電流リップルをエミュレートする信号を生成するように構成されたランプ波発生器を有するフィードバックシステムをさらに備え、
前記フィードバックシステムは、前記通信インターフェースを介して受信されるコマンドに応じて前記ランプ波発生器をトリムするように構成されている、電力変換器。
18. A power converter according to claim 17, comprising:
further comprising a feedback system comprising a ramp generator configured to generate a signal emulating current ripple through the first inductor or the second inductor ;
A power converter, wherein the feedback system is configured to trim the ramp generator in response to commands received via the communication interface.
請求項17または18に記載の電力変換器であって、
前記通信インターフェースは電源管理バス(PMBUS)を備える、電力変換器。
19. A power converter according to claim 17 or 18,
A power converter, wherein the communication interface comprises a power management bus (PMBUS).
請求項17~19のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
前記通信インターフェースは、集積回路間(I2C)プロトコルを実施するように構成される、電力変換器。
The power converter according to any one of claims 17 to 19,
A power converter, wherein the communication interface is configured to implement an inter-integrated circuit (I2C) protocol.
請求項17~19のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
前記通信インターフェースは前記埋め込み型回路と同じパッケージにおける無線通信システムを備える、電力変換器。
The power converter according to any one of claims 17 to 19,
A power converter, wherein the communication interface comprises a wireless communication system in the same package as the embedded circuit.
複数の電力変換器を備え、前記複数の電力変換器の各々は、請求項1~21のいずれか一項に記載の電力変換器による電力変換器である電力供給システムであって、
複数のPWM信号を生成するように構成された共用パルス幅変調器(PWM)コントローラとを備え、
前記PWMコントローラは、前記複数の電力変換器の前記ドライバと連結されて、前記複数のPWM信号を前記電力変換器の対応する前記ドライバへ送り、
前記ドライバは、少なくとも部分的に前記PWM信号に基づいて前記1つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されている、電力供給システム。
A power supply system comprising a plurality of power converters, each of the plurality of power converters being a power converter by the power converter according to any one of claims 1 to 21,
a shared pulse width modulator (PWM) controller configured to generate a plurality of PWM signals;
the PWM controller is coupled to the drivers of the plurality of power converters to send the plurality of PWM signals to corresponding drivers of the power converters;
A power delivery system, wherein the driver is configured to generate the one or more driver signals based at least in part on the PWM signal.
請求項1~21のいずれか一項に記載の電力変換器による第1電力変換器を備える電力供給システムであって、
前記第1電力変換器と並列に連結された第2電力変換器と、
電流平衡のために前記第1電力変換器の出力と前記第2電力変換器の出力とを調節するように構成された制御システムとをさらに備える、電力供給システム。
A power supply system comprising a first power converter by the power converter according to any one of claims 1 to 21,
a second power converter connected in parallel with the first power converter;
and a control system configured to adjust the output of the first power converter and the output of the second power converter for current balancing.
JP2019565153A 2017-02-08 2018-02-06 Chip-embedded power converter Active JP7221221B2 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/428,019 US9729059B1 (en) 2016-02-09 2017-02-08 Chip embedded DC-DC converter
US15/428,019 2017-02-08
US15/669,838 US10193442B2 (en) 2016-02-09 2017-08-04 Chip embedded power converters
US15/669,838 2017-08-04
PCT/US2018/017109 WO2018148218A1 (en) 2017-02-08 2018-02-06 Chip embedded power converters

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2020511110A JP2020511110A (en) 2020-04-09
JP2020511110A5 JP2020511110A5 (en) 2021-03-04
JP7221221B2 true JP7221221B2 (en) 2023-02-13

Family

ID=63107799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019565153A Active JP7221221B2 (en) 2017-02-08 2018-02-06 Chip-embedded power converter

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7221221B2 (en)
CN (2) CN110383661B (en)
WO (1) WO2018148218A1 (en)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10193442B2 (en) 2016-02-09 2019-01-29 Faraday Semi, LLC Chip embedded power converters
US10482979B1 (en) * 2018-08-31 2019-11-19 Micron Technology, Inc. Capacitive voltage modifier for power management
US10453541B1 (en) 2018-08-31 2019-10-22 Micron Technology, Inc. Capacitive voltage divider for power management
EP3847742A4 (en) * 2018-09-03 2022-08-31 Milspec Technologies Pty Ltd A dc to dc converter for a vehicle alternator
US10504848B1 (en) 2019-02-19 2019-12-10 Faraday Semi, Inc. Chip embedded integrated voltage regulator
US11069624B2 (en) 2019-04-17 2021-07-20 Faraday Semi, Inc. Electrical devices and methods of manufacture
CN112444767A (en) * 2019-08-30 2021-03-05 通用电气精准医疗有限责任公司 Radio frequency power converter and radio frequency transmission system for magnetic resonance imaging
TWI704755B (en) 2019-12-20 2020-09-11 群光電能科技股份有限公司 Power supply apparatus and method of operating the same
CN111198590B (en) * 2019-12-26 2022-02-18 苏州浪潮智能科技有限公司 Method and device for low-temperature control of power supply of server
US11063516B1 (en) 2020-07-29 2021-07-13 Faraday Semi, Inc. Power converters with bootstrap
JP7428098B2 (en) 2020-07-31 2024-02-06 Tdk株式会社 Inductor parts and DC/DC converters using the same
CN117441293A (en) * 2021-04-15 2024-01-23 株式会社村田制作所 Layout of gate driver circuit for high-speed switching device
CN114337270A (en) * 2022-01-04 2022-04-12 上海南芯半导体科技股份有限公司 Abnormal multi-pulse eliminating circuit for converter
WO2023183819A1 (en) * 2022-03-21 2023-09-28 Psemi Corporation Methods, apparatuses, integrated circuits, and printed circuit boards for power conversion with reduced parasitics
CN116979232A (en) * 2022-04-21 2023-10-31 华为技术有限公司 Network interface chip, network interface device and Ethernet device
US11705909B1 (en) * 2022-07-11 2023-07-18 P-Duke Technology Co., Ltd. Frequency-locked circuit for variable frequency topology and frequency-locked method thereof
CN117439287A (en) * 2023-12-20 2024-01-23 荣耀终端有限公司 Wireless charging equipment and electronic equipment assembly
CN117439288A (en) * 2023-12-20 2024-01-23 荣耀终端有限公司 Wireless charging device, electronic device and electronic device assembly

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005143284A (en) 2003-08-21 2005-06-02 Marvell World Trade Ltd Voltage regulator
JP2010129877A (en) 2008-11-28 2010-06-10 Tdk Corp Electronic component module
JP2010207068A (en) 2009-02-03 2010-09-16 Kaga Electronics Co Ltd Power supply apparatus and electronic device
JP2011138812A (en) 2009-12-25 2011-07-14 Tdk Corp Power supply module
JP2015133905A (en) 2015-03-26 2015-07-23 ルネサスエレクトロニクス株式会社 controller
JP2016503963A (en) 2012-12-31 2016-02-08 エフィシエント パワー コンヴァーション コーポレーション Parasitic inductance reduction circuit board layout design for multilayered semiconductor devices

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8054639B2 (en) * 2008-12-01 2011-11-08 Azurewave Technologies, Inc. Image-sensing module for reducing overall thickness thereof and preventing EMI
US8385029B2 (en) * 2009-09-10 2013-02-26 Polar Semiconductor, Inc. Over-current protection device for a switched-mode power supply
JP5788748B2 (en) * 2011-09-13 2015-10-07 リコー電子デバイス株式会社 DC / DC converter control circuit and DC-DC converter
US9147701B2 (en) * 2011-09-22 2015-09-29 Raytheon Company Monolithic InGaN solar cell power generation with integrated efficient switching DC-DC voltage convertor
JP2015047017A (en) * 2013-08-28 2015-03-12 富士通株式会社 Dc-dc converter and method of controlling dc-dc converter
US9564264B2 (en) * 2013-08-30 2017-02-07 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. High frequency integrated point-of-load power converter with embedded inductor substrate
CN104904107A (en) * 2013-10-28 2015-09-09 先端充电技术公司 Electrical circuit for powering consumer electronic devices
CN104143547B (en) * 2014-07-25 2016-08-24 西安交通大学 A kind of low stray inductance GaN power integration module of shunt capacitance intermediate layout
CN104158392B (en) * 2014-09-05 2016-11-30 电子科技大学 A kind of ripple compensation control circuit for DC-DC converter
US10132650B2 (en) * 2015-01-22 2018-11-20 Integrated Device Technology, Inc. Apparatuses and related methods for detecting magnetic flux field characteristics with a wireless power transmitter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005143284A (en) 2003-08-21 2005-06-02 Marvell World Trade Ltd Voltage regulator
JP2010129877A (en) 2008-11-28 2010-06-10 Tdk Corp Electronic component module
JP2010207068A (en) 2009-02-03 2010-09-16 Kaga Electronics Co Ltd Power supply apparatus and electronic device
JP2011138812A (en) 2009-12-25 2011-07-14 Tdk Corp Power supply module
JP2016503963A (en) 2012-12-31 2016-02-08 エフィシエント パワー コンヴァーション コーポレーション Parasitic inductance reduction circuit board layout design for multilayered semiconductor devices
JP2015133905A (en) 2015-03-26 2015-07-23 ルネサスエレクトロニクス株式会社 controller

Also Published As

Publication number Publication date
CN115765433A (en) 2023-03-07
JP2020511110A (en) 2020-04-09
CN110383661B (en) 2022-10-28
CN110383661A (en) 2019-10-25
WO2018148218A1 (en) 2018-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7221221B2 (en) Chip-embedded power converter
US11557962B2 (en) Chip embedded power converters
US9729059B1 (en) Chip embedded DC-DC converter
US11652062B2 (en) Chip embedded integrated voltage regulator
US9627972B2 (en) Power converter package structure and method
US9136761B2 (en) Semiconductor device and power supply device
Reusch High frequency, high power density integrated point of load and bus converters
US8497666B2 (en) Semiconductor device and power source device
JP4895104B2 (en) Semiconductor device
US8519687B2 (en) Semiconductor device and power source device with a current detection circuit
CN108258912B (en) Pulse transformer
Bergveld et al. An inductive down converter system-in-package for integrated power management in battery-powered applications
US11777405B2 (en) Boost off time adaptive adjustment unit and power converter comprising the same
CN110380462B (en) Charger (charger)
Jenkins Optimization of high power gallium nitride based point of load converters for data center power supply chains
Zhang et al. A 20MHz monolithic DC-DC converter manufactured with the first commercially viable silicon magnetics technology
Myderrizi et al. A low power multiple output switch-mode power supply with wide input range
Kok et al. A Twin Frequency Control DC-DC Buck Converter Using Accurate Load Current Sensing Technique
Miller et al. A high frequency, high power miniature DC to DC power supply utilizing MCM-L technology
Stratakos et al. High-Efficiency Conversion for Portable Applications

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20191007

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426

Effective date: 20191007

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210118

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210118

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20211228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220111

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20220408

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20220606

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220708

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220726

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20221024

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221221

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230110

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230201

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7221221

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150