JPWO2022045106A5

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Publication number: JPWO2022045106A5
Application number: JP2022544608A
Authority: JP
Filing date: 2021-08-24
Publication date: 2022-10-26
Anticipated expiration: 2041-08-24

Claims

第１の電圧及び第２の電圧の供給を受けて動作するコンパレータであって、
前記第１の電圧を供給する第１の電源ノードに対して第１及び第２のノードを介して接続されて、前記第１及び第２の電圧の間に予め定められた基準電圧と入力電圧との電圧差を増幅した電流差を有する第１の電流及び第２の電流を前記第１のノード及び前記第２のノードにそれぞれ発生する差動増幅回路と、
前記第１の電源ノードと、前記第２の電圧を供給する第２の電源ノードとの間に、第３のノードを介して前記差動増幅回路と直列に接続されて、前記第１及び第２の電流の和である第３の電流を前記第３のノードに発生する電流源回路と、
出力ノードと前記第１の電源ノードとの間に接続されて、前記第１の電流に比例した第１の出力電流を前記第１の電源ノード及び前記出力ノードの間に発生させる電流駆動力を有する出力段と、
前記第２の電源ノードと前記出力ノードとの間に、前記第２の電流に比例した第２の出力電流を発生させる電流駆動力を有する電流変換回路と、
出力相補ノードと前記第１の電源ノードとの間に接続されて、前記第１及び第２の電流の最小電流に比例した電流を前記出力相補ノードに発生させるミニマムセレクタ回路と、
前記出力ノード及び前記出力相補ノードと前記第２の電源ノードとの間に接続されたラッチ回路とを備え、
前記ラッチ回路は、リセット信号に応じて、前記出力ノード及び前記出力相補ノードの各々を前記第２の電源ノードと電気的に接続するリセット動作を実行し、前記リセット動作の解除後の回路動作時には、前記出力ノード及び前記出力相補ノードを前記第２の電源ノードから電気的に切り離した状態で、前記入力電圧及び前記基準電圧の高低関係が前記リセット動作の解除時点から逆転する際に、前記出力ノードに生じる前記第２の電圧から前記第１の電圧への変化を増幅する正帰還のラッチ動作を実行して、次に前記リセット信号が入力されるまで、前記出力ノードの電圧を前記第１の電圧に固定するとともに前記出力相補ノードの電圧を前記第２の電圧に固定する、コンパレータ。
前記電流源回路は、前記出力ノードの電圧が前記第２の電圧であるときには、前記出力ノードの電圧が前記第１の電圧であるときと比較して、前記第３の電流を増加させる、請求項１記載のコンパレータ。
前記電流源回路は、前記入力電圧が、前記基準電圧を含むように予め設定された電圧範囲内であるときには、前記入力電圧が前記電圧範囲外であるときと比較して、前記第３の電流を増加させる、請求項１記載のコンパレータ。
前記コンパレータは、他の前記コンパレータと交互動作するように制御され、
前記電流源回路は、当該他の前記コンパレータの動作期間では、当該他の前記コンパレータの非動作期間と比較して、前記第３の電流を増加させる、請求項１～３のいずれか１項に記載のコンパレータ。
前記ラッチ回路は、前記出力ノード及び前記出力相補ノードのうちの一方のノードが、前記第２の電圧から前記第１の電圧に向かって変化すると、前記出力ノード及び前記出力相補ノードのうちの他方のノードを前記第２の電源ノードと接続するように構成され、
前記コンパレータは、
前記出力相補ノードと前記第２の電源ノードとの間に接続されたキャパシタを更に備える、請求項１～４のいずれか１項に記載のコンパレータ。
前記第１の電源ノードと前記第１及び第２のノードとの間に接続されて、前記第１の電源ノード及び前記第１のノードの間の第１の電流経路と、前記第１の電源ノード及び前記第１のノードの間の第２の電流経路とを有する能動負荷回路を更に備え、
前記能動負荷回路は、前記リセット動作時において前記第１及び第２の電流経路を遮断する電流遮断機構を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載のコンパレータ。
前記出力相補ノードに対して接続される第１の補助電流源と、
前記出力ノードに対して接続される第２の補助電流源とを更に備え、
前記ラッチ回路は、
前記出力ノード及び前記出力相補ノードと前記第２の電源ノードとの間に接続されたクロスカップル回路を含み、
前記第１及び第２の補助電流源は、前記リセット動作の解除後に前記ラッチ回路が前記ラッチ動作を実行するまでの間において前記クロスカップル回路を構成するトランジスタをサブスレッショルド領域で動作させるための電流を生成する、請求項１～６のいずれか１項に記載のコンパレータ。
前記差動増幅回路は、
前記第１の電源ノードと電気的に接続された前記第１のノード及び前記第３のノードの間に接続された第１導電型の第１のトランジスタと、
前記第１の電源ノードと電気的に接続された前記第２のノード及び前記第３のノードの間に接続された前記第１導電型の第２のトランジスタとを有し、
前記電流源回路は、
前記第２の電源ノード及び前記第３のノードの間に接続されて、ゲートに一定電圧を受ける前記第１導電型の第３のトランジスタを有し、
前記電流変換回路は、
前記出力ノード及び前記第２の電源ノードの間に接続された前記第１導電型の第４のトランジスタを有し、
前記第４のトランジスタは、前記第２の電流に比例する電流が流れるトランジスタとカレントミラーを構成するように配置され、
前記ミニマムセレクタ回路は、
前記第１の電源ノード及び前記出力相補ノードの間に直列接続された、前記第１導電型と反対導電型である第２導電型の第５及び第６のトランジスタを有し、
前記第５のトランジスタのゲートは、前記第１の電流が流れるトランジスタとカレントミラーを構成するように配置され、
前記第６のトランジスタのゲートは、前記第２の電流が流れるトランジスタとカレントミラーを構成するように配置され、
前記出力段は、
前記第１の電源ノード及び前記出力ノードの間に接続された前記第２導電型の第７のトランジスタを有し、
前記第７のトランジスタのゲートは、前記第１の電流が流れるトランジスタとカレントミラーを構成するように配置され、
前記ラッチ回路は、
前記出力相補ノード及び前記第２の電源ノードの間に接続されて、前記出力ノードと接続されたゲートを有する前記第１導電型の第８のトランジスタと、
前記出力ノード及び前記第２の電源ノードの間に接続されて、前記出力相補ノードと接続されたゲートを有する前記第１導電型の第９のトランジスタと、
前記出力相補ノード及び前記第２の電源ノードの間に接続されて、前記リセット信号が入力されるゲートを有する前記第１導電型の第１０のトランジスタと、
前記出力ノード及び前記第２の電源ノードの間に接続されて、前記リセット信号が入力されるゲートを有する前記第１導電型の第１１のトランジスタとを有する、請求項１記載のコンパレータ。
前記電流源回路は、
前記第３のノード及び前記第２の電源ノードの間に前記第３のトランジスタと並列に接続された第１の補助トランジスタを更に有し、
前記第１の補助トランジスタは、前記出力ノードの電圧が前記第１の電圧であるとき、又は、前記入力電圧が前記基準電圧を含むように予め設定された電圧範囲外であるときには、オフされる一方で、前記出力ノードの電圧が前記第２の電圧であるとき、又は、前記入力電圧が前記電圧範囲内であるときには、予め定められた電流を発生する、請求項８記載のコンパレータ。
前記コンパレータは、他の前記コンパレータと交互に前記回路動作を実行するように制御され、
前記電流源回路は、
前記第３のノード及び前記第２の電源ノードの間に前記第３のトランジスタと並列に接続された第２の補助トランジスタを更に有し、
前記第２の補助トランジスタは、当該他の前記コンパレータの動作期間ではオフされる一方で、当該他の前記コンパレータの非動作期間では、予め定められた電流を発生するように制御される、請求項８又は９に記載のコンパレータ。
前記出力相補ノードと前記第２の電源ノードとの間に接続されたキャパシタを更に備える、請求項８～１０のいずれか１項に記載のコンパレータ。
前記第１の電源ノードと前記第１及び第２のノードとの間に接続された能動負荷回路を更に備え、
前記能動負荷回路は、
前記第１の電源ノード及び前記第１のノードの間に接続されるとともに、前記第１のノードと接続されたゲートを有する、前記第２導電型の第１２のトランジスタと、
前記第１の電源ノード及び前記第２のノードの間に接続されるとともに、前記第２のノードと接続されたゲートを有する、前記第２導電型の第１３のトランジスタと、
前記リセット動作時において、前記第１２のトランジスタ及び前記第１３のトランジスタのゲートを、前記第１２のトランジスタ及び前記第１３のトランジスタをオフするためのゲート電圧を供給するノードと接続するための電流遮断機構とを含む、請求項８～１１のいずれか１項に記載のコンパレータ。
前記出力相補ノードに対して接続される第１の補助電流源と、
前記出力ノードに対して接続される第２の補助電流源とを更に備え、
前記第１及び第２の補助電流源は、前記リセット動作の解除後に前記ラッチ回路が前記ラッチ動作を実行するまでの間において前記第８のトランジスタ及び前記第９のトランジスタの各々をサブスレッショルド領域で動作させるための電流を生成する、請求項８～１２のいずれか１項に記載のコンパレータ。
前記第１の電圧は、前記第２の電圧よりも高く、
前記入力電圧は、前記回路動作時において、前記第２の電圧から前記第１の電圧に向かって上昇し、
前記ラッチ回路は、前記回路動作時において、前記入力電圧が前記基準電圧よりも低い電圧から前記基準電圧まで上昇すると、前記出力ノードの電圧を前記第２の電圧から前記第１の電圧に変化させる、請求項１～１３のいずれか１項に記載のコンパレータ。
前記第２の電圧は、前記第１の電圧よりも高く、
前記入力電圧は、前記回路動作時において、前記第２の電圧から前記第１の電圧に向かって低下し、
前記ラッチ回路は、前記回路動作時において、前記入力電圧が前記基準電圧よりも高い電圧から前記基準電圧まで低下すると、前記出力ノードの電圧を前記第２の電圧から前記第１の電圧に変化させる、請求項１～１３のいずれか１項に記載のコンパレータ。
請求項１～１５のいずれか１項に記載のコンパレータによって構成された第１及び第２のコンパレータと、
前記第１のコンパレータからの第１の出力信号、及び、前記第２のコンパレータからの第２の出力信号を受けて、論理レベルの遷移を繰り返す周期信号を生成する信号生成回路とを備え、
前記第１の出力信号は、前記第１のコンパレータの前記出力ノードの電圧に応じた論理レベルを有し、
前記第２の出力信号は、前記第２のコンパレータの前記出力ノードの電圧に応じた論理レベルを有し、
前記第１のコンパレータの前記入力電圧、及び、前記第２のコンパレータの前記入力電圧は、前記周期信号の論理レベルが遷移する毎に、前記基準電圧に向かう電圧変化が交互に生じるように制御され、
前記第１及び第２のコンパレータは、交互に前記回路動作を実行して、前記基準電圧と、前記電圧変化を伴う入力電圧とに応じた前記第１及び第２の出力信号を生成し、
前記信号生成回路は、前記第１の出力信号の予め定められた方向の論理レベルの変化、及び、前記第２の出力信号の当該予め定められた方向の論理レベルの変化の各々に応じて、前記周期信号の論理レベルを遷移させる、発振器。
接地配線及び電源配線と接続されて、前記電源配線の第１の直流電圧を変換して第２の直流電圧を直流電圧出力ノードに出力する電力変換器であって、
請求項１～１５のいずれか１項に記載のコンパレータによって構成された出力電圧監視用コンパレータと、
前記電源配線と前記直流電圧出力ノードとの間に接続された駆動スイッチング素子とを備え、
前記出力電圧監視用コンパレータは、前記第２の直流電圧に従う電圧を前記入力電圧とし、前記第２の直流電圧の目標電圧に従う電圧を前記基準電圧として、前記出力ノード又は前記出力相補ノードの電圧に従って第１又は第２のレベルに設定される制御信号を出力する様に動作し、
前記電力変換器は、前記出力電圧監視用コンパレータから出力された前記制御信号に基づいて、前記駆動スイッチング素子のオンオフを制御するための電圧制御回路を更に備える、電力変換器。
前記第２の直流電圧は、インダクタを介して前記直流電圧出力ノードから負荷に供給され、
前記電力変換器は、
前記直流電圧出力ノード及び前記接地配線の間に接続される半導体素子を更に備え、
前記半導体素子は、前記駆動スイッチング素子のオフ期間において、前記直流電圧出力ノード、前記インダクタ、前記負荷、及び、前記接地配線を含む電流経路を形成する様に構成され、
前記出力電圧監視用コンパレータは、前記リセット動作の解除後に、前記第２の直流電圧が前記目標電圧まで低下すると前記制御信号を前記第１のレベルから前記第２のレベルに変化させ、
前記電圧制御回路は、前記出力電圧監視用コンパレータから出力された前記制御信号の前記第１のレベルから前記第２のレベルへの遷移に応じて前記駆動スイッチング素子のオン期間を設けるとともに、当該オン期間の終了に応じて前記出力電圧監視用コンパレータに前記リセット動作を実行させる、請求項１７記載の電力変換器。
前記電力変換器は、
請求項１～１５のいずれか１項に記載のコンパレータによって構成された第１の異常監視用コンパレータを更に備え、
前記第１の異常監視用コンパレータは、前記電力変換器に生じる電圧、電流、及び、温度のうちのいずれかに応じた電圧値を有する監視電圧を前記入力電圧とし、前記電圧、前記電流、及び、前記温度のいずれかに異常が発生したときの前記監視電圧の電圧値に相当する判定電圧を前記基準電圧として、前記出力ノード又は前記出力相補ノードの電圧に従ったデジタル信号である制御信号を出力する様に動作し、
前記電力変換器は、前記第１の異常監視用コンパレータの前記リセット動作の解除後において、前記第１の異常監視用コンパレータから出力された前記制御信号のレベルが変化したときに、前記第１の直流電圧から前記第２の直流電圧への変換動作を停止する第１の安全制御を実行する、請求項１７又は１８に記載の電力変換器。
前記電力変換器は、
請求項１～１５のいずれか１項に記載のコンパレータによって構成された第２の異常監視用コンパレータを更に備え、
前記第２の異常監視用コンパレータは、前記第２の直流電圧に応じた電圧を前記入力電圧とし、予め定められた上限電圧を前記基準電圧として、前記出力ノード又は前記出力相補ノードの電圧に従ったデジタル信号である制御信号を出力する様に動作し、
前記電力変換器は、前記第２の異常監視用コンパレータの前記リセット動作の解除後において、前記第２の異常監視用コンパレータから出力された前記制御信号のレベルが変化したときに、前記直流電圧出力ノード及び前記接地配線の間に前記第２の直流電圧を低下させるための電流経路を形成する第２の安全制御を実行する、請求項１７～１９のいずれか１項に記載の電力変換器。
請求項１～１５のいずれか１項に記載のコンパレータによって構成された出力起動監視用コンパレータを更に備え、
前記出力起動監視用コンパレータは、前記第２の直流電圧に応じた電圧を前記入力電圧とし、前記第２の直流電圧についての前記負荷の動作が許容される下限値に応じた電圧を前記基準電圧として、前記出力ノード又は前記出力相補ノードの電圧に従ったデジタル信号である制御信号を出力する様に動作し、
前記電力変換器は、前記出力起動監視用コンパレータの前記リセット動作の解除後において、前記出力起動監視用コンパレータから出力された前記制御信号のレベルが変化すると前記負荷に対する動作許可を生成する、請求項１７～２０のいずれか１項に記載の電力変換器。
請求項１～１５のいずれか１項に記載のコンパレータによって構成された入力電圧監視用コンパレータを更に備え、
前記入力電圧監視用コンパレータは、前記第１の直流電圧に応じた電圧を前記入力電圧とし、前記電力変換器での前記第１の直流電圧の許容下限値に応じた電圧を前記基準電圧として、前記出力ノード又は前記出力相補ノードの電圧に従ったデジタル信号である制御信号を出力する様に動作し、
前記電力変換器は、前記入力電圧監視用コンパレータの前記リセット動作の解除後において、前記入力電圧監視用コンパレータから出力された前記制御信号のレベルが変化すると、前記直流電圧出力ノードでの前記第２の直流電圧の生成を開始する、請求項１７～２１のいずれか１項に記載の電力変換器。
電源配線上の入力電力を電力変換して負荷へ供給する電力変換器であって、
請求項１～１５のいずれか１項に記載のコンパレータによって構成された異常監視用コンパレータを更に備え、
前記異常監視用コンパレータは、前記電力変換器に関連する電圧、電流、及び、温度のうちのいずれかに応じた電圧値を有する監視電圧を前記入力電圧とし、前記電圧、前記電流、及び、前記温度のいずれかに異常が発生したときの前記監視電圧の電圧値に相当する判定電圧を前記基準電圧として、前記出力ノード又は前記出力相補ノードの電圧に従ったデジタル信号である第１の制御信号を出力する様に動作し、
前記電力変換器は、前記異常監視用コンパレータから出力された前記第１の制御信号のレベルが変化したときに、前記電力変換を停止する安全制御を実行する、電力変換器。
請求項１～１５のいずれか１項に記載のコンパレータによって構成された出力起動監視用コンパレータを更に備え、
前記出力起動監視用コンパレータは、前記電力変換器の出力電圧に応じた電圧を前記入力電圧とし、前記負荷が許容する前記出力電圧の下限値に応じた電圧を前記基準電圧として、前記出力ノード又は前記出力相補ノードの電圧に従ったデジタル信号である制御信号を出力する様に動作し、
前記電力変換器は、前記出力起動監視用コンパレータの前記リセット動作の解除後において、前記出力起動監視用コンパレータから出力された前記制御信号のレベルが変化すると前記負荷に対する動作許可を生成する、請求項２３記載の電力変換器。
請求項１～１５のいずれか１項に記載のコンパレータによって構成された入力電圧監視用コンパレータを更に備え、
前記入力電圧監視用コンパレータは、前記入力電力に応じた電圧を前記入力電圧とし、前記電力変換器での前記入力電力の許容下限に応じた電圧を前記基準電圧として、前記出力ノード又は前記出力相補ノードの電圧に従ったデジタル信号である制御信号を出力する様に動作し、
前記電力変換器は、前記入力電圧監視用コンパレータの前記リセット動作の解除後において、前記入力電圧監視用コンパレータから出力された前記制御信号のレベルが変化すると、前記電力変換を開始する、請求項２３又は２４に記載の電力変換器。
前記電源配線は、エナジーハーベスト電源から供給された電力を受ける様に構成される、請求項１９～２５のいずれか１項に記載の電力変換器。