(57)【要約】      （修正有）【課題】外部インダクタに給電するように構成されている外部電力段を備えるＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を検出する方法を提供する。【解決手段】方法は、ＤＣ／ＤＣコンバータの最初の始動時の較正段階の間に、電力段のスイッチングノードおよびインダクタを通じて較正電流を注入し、インダクタにわたった、利得調整された電圧を参照電圧と比較することによって、ＤＣＲの変動を補償するために、ＤＣ／ＤＣコンバータの較正利得を決定し、測定段階の間に、リップルが低減されたスイッチング電圧を生成するために、スイッチング電圧のリップル電圧をスイッチングノードで低減し、較正利得に基づいてＤＣＲ変動が補償された、リップルが低減されたスイッチング電圧と、較正利得に基づいてＤＣＲ変動が補償された、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と、の間の差である、インダクタにわたった、ＤＣＲが補償された電圧に基づいて、出力電流を検出する。【選択図】図３
2020018162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部インダクタに給電するように構成されている外部電力段を備えるＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を検出する方法であって、前記方法は、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの最初の始動時の較正段階の間に、
前記電力段のスイッチングノードおよび前記インダクタを通じて較正電流を注入するステップと、
前記インダクタにわたった、利得調整された電圧を参照電圧と比較することによって、直流抵抗（ＤＣＲ）の変動を補償するために、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの較正利得を決定するステップと、
測定段階の間に、
リップルが低減されたスイッチング電圧を生成するために、スイッチング電圧のリップル電圧を前記スイッチングノードで低減するステップと、
前記較正利得に基づいてＤＣＲ変動が補償された、前記リップルが低減されたスイッチング電圧と、前記較正利得に基づいてＤＣＲ変動が補償された、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と、の間の差である、前記インダクタにわたった、ＤＣＲが補償された電圧に基づいて、前記出力電流を検出するステップと、
を含んでいる方法。
【請求項２】
前記方法は、
前記較正段階の間に、前記インダクタの較正段階温度を測定するステップと、
測定された前記較正段階温度をメモリ内に格納するステップと、
をさらに含んでいる、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記方法は、測定段階温度と前記較正段階温度とに基づいて、前記インダクタにわたった、ＤＣＲが補償された電圧を修正するステップをさらに含んでいる、
請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記スイッチングノードで前記スイッチング電圧から前記リップル電圧を低減するステップは、
前記スイッチング電圧の位相から１８０°の位相差を有する逆位相スイッチング電圧を提供するステップと、
リップルが低減されたスイッチング電圧を生成するために、前記逆位相スイッチング電圧を前記スイッチング電圧と結合するステップと、
を含んでいる、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記方法は、前記スイッチング電圧および前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記出力電圧の一次ローパスフィルタ処理をさらに含んでいる、
請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記方法は、前記インダクタにわたった、ＤＣＲが補償された電圧の二次ローパスフィルタ処理をさらに含んでいる、
請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記方法は、検出された前記出力電流をマイクロプロセッサに出力するステップをさらに含んでいる、
請求項１記載の方法。
【請求項８】
外部インダクタに給電するように構成されている外部電力段を備えるＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を検出する方法であって、前記方法は、
リップルが低減されたスイッチング電圧を生成するために、前記電力段のスイッチングノードでスイッチング電圧のリップル電圧を低減するステップと、
較正利得に基づいてＤＣＲが補償された、前記リップルが低減されたスイッチング電圧と、較正利得に基づいてＤＣＲが補償された、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と、の間の差である、前記インダクタにわたった、ＤＣＲが補償された電圧に基づいて、前記出力電流を検出するステップと、
を含んでいる方法。
【請求項９】
前記方法は、前記インダクタの温度と、前記較正利得を決定する間に測定された較正温度と、に基づいて、前記インダクタにわたった、ＤＣＲが補償された電圧を修正するステップをさらに含んでいる、
請求項８記載の方法。
【請求項１０】
外部インダクタに給電するように構成されている外部電力段を備えるＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、較正回路および測定回路を含んでおり、
前記較正回路は、電流注入回路および較正利得決定回路を含んでおり、
前記電流注入回路は、前記電力段のスイッチングノードおよび前記インダクタを通じて較正電流を注入するように構成されており、前記較正利得決定回路は、前記インダクタにわたった、利得調整された電圧を参照電圧と比較することによって直流抵抗（ＤＣＲ）の変動を補償するために、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの較正利得を決定するように構成されており、
前記測定回路は、リップル相殺回路および出力電流検出回路を含んでおり、
前記リップル相殺回路は、リップルが低減されたスイッチング電圧を生成するために、スイッチング電圧のリップル電圧を前記スイッチングノードで低減するように構成されており、前記出力電流検出回路は、前記較正利得に基づいてＤＣＲ変動が補償された、前記リップルが低減されたスイッチング電圧と、前記較正利得に基づいてＤＣＲ変動が補償された、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と、の間の差である、前記インダクタにわたった、ＤＣＲが補償された電圧に基づいて、前記出力電流を検出するように構成されている、
ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１１】
前記電流注入回路は、
較正利得の決定の間に、前記出力電圧をグラウンドにクランプするように構成されている較正スイッチと、
参照電圧および参照抵抗器に基づく参照電流を複製するように構成されているカレントミラーと、
を含んでいる、
請求項１０記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１２】
前記較正利得決定回路は、差動増幅器と較正コントローラと比較器とを含んでおり、
前記較正コントローラは、利得調整されたスイッチング電圧を生成するために、前記スイッチングノードと前記差動増幅器の第１の入力側との間に結合されている第１の較正抵抗器の第１の抵抗値を増大させるように構成されており、さらに前記較正コントローラは、利得調整された出力電圧を生成するために、出力ノードと前記差動増幅器の第２の入力側との間に結合されている第２の較正抵抗器の第２の抵抗値を増大させるように構成されており、
前記差動増幅器は、前記利得調整されたスイッチング電圧と前記利得調整された出力電圧との間の差を決定し、前記インダクタにわたった、利得調整された電圧を出力するように構成されており、
前記比較器は、前記インダクタにわたった、利得調整された電圧を前記参照電圧と比較し、前記インダクタにわたった、利得調整された電圧が前記参照電圧と等しい場合に、前記較正コントローラに、前記第１および第２の抵抗値の増大を停止するように伝えるように構成されており、
前記較正コントローラはさらに、メモリ内に、前記較正利得を格納するように構成されており、前記較正利得は、前記インダクタにわたった、利得調整された電圧が前記参照電圧と等しい場合に、前記第１または第２の抵抗値に基づいている、
請求項１０記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１３】
前記出力電流検出回路は、差動増幅器を含んでおり、
前記差動増幅器は、第１の入力側で、前記較正利得に基づいてＤＣＲ変動が補償された、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を受け取り、第２の入力側で、前記較正利得に基づいてＤＣＲ変動が補償された、リップルが低減されたスイッチング電圧を受け取り、前記インダクタにわたった、ＤＣＲが補償された電圧を出力するように構成されている、
請求項１０記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１４】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、較正利得を決定する間に、前記インダクタの較正温度を測定するように構成されている温度センサをさらに含んでおり、
メモリはさらに、測定された前記較正温度を前記メモリ内に格納するように構成されている、
請求項１０記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１５】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、温度補償コントローラをさらに含んでおり、
前記温度補償コントローラは、出力電流を検出する間の前記インダクタの検出温度と前記較正温度とに基づいて、前記インダクタにわたった、ＤＣＲが補償された電圧を修正するように構成されている、
請求項１４記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１６】
前記リップル相殺回路は、
前記スイッチング電圧の位相とは逆の位相を有する逆位相スイッチング電圧を提供するために、前記スイッチング電圧を逆にするように構成されているインバータ回路と、
リップルが低減されたスイッチング電圧を生成するために、前記逆位相スイッチング電圧を前記スイッチング電圧と結合するように構成されているノードと、
を有している、
請求項１０記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１７】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記スイッチング電圧および前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を一次ローパスフィルタ処理するように構成されている受動的な一次ローパスフィルタをさらに含んでいる、
請求項１０記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１８】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記インダクタにわたった、ＤＣＲが補償された電圧を二次ローパスフィルタ処理するように構成されている能動的な二次ローパスフィルタをさらに含んでいる、
請求項１０記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ＤＣ／ＤＣコンバータは、ある電圧レベルから別の電圧レベルへ、直流電圧を変換する。
【背景技術】
【０００２】
外部電力スイッチを備えるＤＣ／ＤＣコンバータにおける電流検出は、高い計算能力を有するマイクロコントローラにおける電力の流れの最適化および電流共有用途に使用される。多くの電力効率最適化が回路の最適化に焦点を当てているが、電力の節約は、より電力効率の良いソフトウェアアルゴリズムを実行するマイクロコントローラによって実現され得る。また、検出された出力電流は、フィードバックコントローラ、電流制限回路によって使用されてよく、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータに供給され、省電力モードの形成および／またはインターリーブコンバータにおける電流共有を補助する。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】本開示の態様に従って、電流検出回路を備えるＤＣ／ＤＣコンバータの概略図を示している。
【図２Ａ】本開示の態様に従って、較正段階の間の、図１の電流検出回路である較正回路の概略図を示している。
【図２Ｂ】本開示の態様に従って、測定段階の間の、図１の電流検出回路である測定回路の概略図を示している。
【図３】本開示の態様に従って、図１、図２Ａおよび図２Ｂの電流検出回路の動作方法のフローチャートを示している。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
本開示は、ＤＣ／ＤＣコンバータ―の出力電流を測定するように構成された電流検出回路を備えるＤＣ／ＤＣコンバータに関する。電流検出回路は、インダクタ直流抵抗（ＤＣＲ）およびパッケージ抵抗およびプリント回路基板（ＰＣＢ）抵抗における変動を低減するために、較正を実行する。この較正は、参照電圧および参照抵抗に基づいている。結果的には、較正が、使用不能または不正確であることが多い参照電流に基づいていることもある。電流検出回路は付加的に、検出をより速くするために能動的なリップル相殺を実行してよく、かつ／またはインダクタ抵抗の熱変動を補償するために温度観察を実行してよい。
【０００５】
図１は、本開示の態様に従って、電流検出回路１００を備えるＤＣ／ＤＣコンバータの概略図を示している。
【０００６】
ＤＣ／ＤＣコンバータは、外部電力段１０および出力フィルタ２０を含んでいる。外部電力段１０は、無駄時間非重複生成器１２、ドライバ回路１４および外部スイッチ１６を含んでいる。無駄時間非重複生成器１２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を受信し、無駄時間を伴って、ゲート駆動信号ＣＭＤ＿Ｐ、ＣＭＤ＿Ｎを生成するように構成されている。増幅を行うドライバ回路１４は、外部スイッチＰＭＯＳ、ＮＭＯＳのゲートに入力する前に、強いゲート駆動信号ＣＭＤ＿Ｐ、ＣＭＤ＿Ｎを提供するように構成されている。無駄時間は、両方の外部スイッチＰＭＯＳ、ＮＭＯＳが同時にオンにされている場合に生じる短絡状態を回避する。
【０００７】
出力フィルタ２０は、外部インダクタＬ、コイル寄生抵抗器Ｒｃｏｉｌおよび出力コンデンサＣｏｕｔを含んでいる。出力フィルタ２０は、電力段１０の外部スイッチＰＭＯＳ，ＮＭＯＳの間のスイッチングノードＮＬＸでのスイッチング電圧ＶＬＸの平均値を提供するように構成されている。
【０００８】
電流検出回路１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力フィルタ２０のインダクタＬの周りに構成されている。電流検出回路１００は、温度センサ１１０、電流注入回路１２０、較正利得決定回路１３０およびリップル相殺回路１４０を含んでいる。較正利得決定回路１３０は、差動増幅器１３２および較正コントローラ１３４を含んでいる。較正コントローラ１３４は、参照電圧ＶＲＥＦ、クロック信号ＣＬＫおよびイネーブル信号ＥＮを受け取るように構成されている。
【０００９】
ＤＣ／ＤＣコンバータは最初に行われる較正段階を有しており、この較正段階に測定段階が続く。較正段階は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータの最初の起動の間にだけ生じる。較正段階の間、外部スイッチ１６（ＰＭＯＳおよびＮＭＯＳ）はオフにされており、電流注入回路１２０（１２０−１および１２０−２）は、電力段１０のスイッチングノードＮＬＸおよび出力フィルタ２０のインダクタＬを通じて、較正電流ＩＣＡＬを注入するように構成されている。較正段階は、較正スイッチ１２０がＤＣ／ＤＣコンバータ出力電圧Ｖｏｕｔをグラウンドにクランプした時に、スイッチングノードＮＬＸを高インピーダンスにトリガすることによって始まる。後続する測定段階の間、較正スイッチ１２０は開放され、これによってフィルタ２０の出力が可能になる。
【００１０】
図２Ａおよび図２Ｂは、較正段階および測定段階の間の、電流検出回路１００の詳細とともに、ＤＣ／ＤＣコンバータを示している。より詳細には、図２Ａは、較正段階の間の、電流検出回路１００を示しており、図２Ｂは、後続する測定段階の間の、電流検出回路１００を示している。
【００１１】
図２Ａは、本開示の態様に従って、較正段階の間の、図１の電流検出回路１００である、較正回路２００Ａの概略図を示している。
【００１２】
較正回路２００Ａは、温度センサ２１０、電流注入回路２２０および較正利得決定回路２３０を含んでいる。
【００１３】
温度センサ２１０は、較正段階の間に、インダクタＬの較正温度Ｔを測定するように較正されている。温度センサ２１０は、例えばマイクロプロセッサのオンチップ温度センサ、または択一的にインダクタＬの近くに配置されている外部温度センサを含んでいてよい。
【００１４】
電流注入回路２２０は較正スイッチ（ＳＷｃａｌ）２２０−１およびカレントミラー２２０−２を含んでいる。電流注入回路２２０は、電力段１０のスイッチングノードＮＬＸおよび出力ノードＮｏｕｔへの出力フィルタ２０のインダクタＬを通じて、較正電流ＩＣＡＬを注入するように構成されている。カレントミラー２２０−２は、較正電流ＩＣＡＬを生成するために、参照電流ＩＲＥＦを複製するように構成されている。参照電流ＩＲＥＦは、参照電圧ＶＲＥＦおよび参照抵抗ＲＲＥＦに基づいている。参照抵抗ＲＲＥＦは、抵抗器ＲＡおよびＲＢを含んでいる抵抗分割器によって形成されており、ＲＢ／ＲＡ＋ＲＢに等しい。結果的には、参照電流は、使用可能であれば、外部供給源から供給され得る。
【００１５】
較正利得決定回路２３０は、演算増幅器２３２、差動増幅器２３４、比較器２３６、較正コントローラ２３８および種々の抵抗器を含んでいる。較正利得決定回路２３０は、インダクタＬにわたった、利得調整された電圧ＶＳＮＳを参照電圧β・ＶＲＥＦと比較することによって、直流抵抗（ＤＣＲ）の変動を補償するために、電流検出回路の較正利得Ｇを決定するように構成されている。較正利得決定回路２３０は、較正状態に達するまで、差動増幅器２３４の利得を調整し、その後、以降でより詳細に説明するように、較正利得Ｇが格納される。
【００１６】
較正コントローラ２３８は、フィードバック抵抗ＲＳＮＳの値を増大させることによって、およびインダクタＬにわたった、利得調整された電圧ＶＳＮＳを参照電圧β・ＶＲＥＦと比較することによって、差動増幅器２３４の利得を調整するように構成されている。より詳細には、較正コントローラ２３８は、利得調整されたスイッチング電圧ＶＣＡＬ１を生成するために、スイッチングノードＮＬＸと差動増幅器２３４の第１の入力側（＋）との間に結合されている第１の較正抵抗器ＲＣＡＬ１の第１の抵抗値を増大させるように構成されており、さらに、利得調整された出力電圧ＶＣＡＬ２を生成するために、出力ノードＮｏｕｔと差動増幅器２３４の第２の入力側（−）との間に結合されている第２の較正抵抗器ＲＣＡＬ２の第２の抵抗値を増大させるように構成されている。差動増幅器２３４は、利得調整されたスイッチング電圧ＶＣＡＬ１と利得調整された出力電圧ＶＣＡＬ２との間の差を決定し、インダクタＬにわたった、利得調整された電圧ＶＳＮＳを出力するように構成されている。
【００１７】
比較器２３６は、インダクタＬにわたった、利得調整された電圧ＶＳＮＳを参照電圧β・ＶＲＥＦと比較し、インダクタＬにわたった、利得調整された電圧ＶＳＮＳが参照電圧β・ＶＲＥＦと等しい場合に、すなわちＶＳＮＳ＝β・ＶＲＥＦの場合に、較正コントローラ２３８に、第１の較正抵抗器ＲＣＡＬ１および第２の較正抵抗器ＲＣＡＬ２の抵抗値の増大を停止するように伝える。この時点で較正利得Ｇが得られ、カレントミラー２２０−２が切り離され、較正スイッチ２２０−１が開放され、これによって、ＤＣ／ＤＣコンバータが、通常動作してよい。フィードバック抵抗ＲＳＮＳは、この場合には、コイル抵抗ＲＤＣＲの拡大縮小された形である。
【００１８】
較正コントローラ２３８はさらに、メモリ２６０（図２Ｂに示されている）内に、較正利得Ｇを格納するように構成されている。この較正利得Ｇは、インダクタＬにわたった、利得調整された電圧ＶＳＮＳが、参照電圧β・ＶＲＥＦと等しい場合に、第１の較正抵抗器ＲＣＡＬ１の第１の抵抗値および／または第２の較正抵抗器ＲＣＡＬ２の第２の抵抗値に基づいている。このメモリ２６０は、例えば、Ｏｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ（ＯＴＰ）メモリまたはＥＥＰＲＯＭメモリであってよい。
【００１９】
さらに、温度センサ２１０は、較正段階の間に、インダクタＬの較正温度Ｔを測定するように構成されている。メモリ２６０（図２Ｂに示されている）は、さらに、測定された較正温度Ｔを格納するように構成されている。択一的に較正が、例えばＤＣ／ＤＣコンバータの最初の始動中に、既知の温度で実行されてよい。
【００２０】
較正利得Ｇおよび較正温度Ｔは、ＤＣ／ＤＣコンバータの最初の始動時の較正段階の間に、メモリ２６０内に格納されている。この較正利得Ｇおよび較正温度Ｔは、後続する測定段階の間に、メモリ２６０から呼び出される。較正は、参照抵抗器ＲＲＥＦの値に依存する。使用可能でないまたは不正確であることが多い参照電流は、較正には必要とされない。幾つかのケースでは、供給電圧ＶＤＤが充分に正確である場合には、参照電圧ＶＲＥＦは必要とされない。なぜなら、参照電圧ＶＲＥＦを供給電圧ＶＤＤから導出することができるからである。
【００２１】
較正段階の動作のより詳細な理解を補助するために、以降の幾つか段落は、較正利得Ｇがどのように決定されるのかを示す式を含んでいる。
【００２２】
寄生インダクタ抵抗ＲＤＣＲは、参照電圧ＶＲＥＦおよび抵抗器ＲＡおよびＲＢから、以下のように導出される。
【数１】
2020018162.tif 000003
また、較正電流ＩＣＡＬは、参照電流ＩＲＥＦのαで拡大縮小された形である。参照電圧ＶＲＥＦは、差動増幅器２３２によって提供される。差動増幅器利得ＲＳＮＳ／（ＲＬＰ＋ＲＣＡＬ）は、以下のように、差動増幅器２３４の出力に出力電圧ＶＳＮＳを提供する。
【数２】
2020018162.tif 000004
【００２３】
較正抵抗器ＲＣＡＬの値は、差動増幅器２３４の利得を調整するために増大される。較正状態は以下のように規定される。
ＶＳＮＳ＝β・ＶＲＥＦ                      （式３）
ここでβ＝ＲＢ／（ＲＡ＋ＲＢ）は、一定とみなされる、抵抗分割器の減衰である。較正の結果として、フィードバック抵抗Ｒλ＝ＲＣＡＬ＋ＲＬＰは、ＲＤＣＲの拡大縮小された形である。
【数３】
2020018162.tif 000005
【００２４】
換言すれば、較正電流ＩＣＡＬは、調整されたオンチップ抵抗ＲＡおよびＲＢに基づいて導出される。また、ＲＳＮＳおよびＲλは、プロセスに依存するオンチップ抵抗である。次に、プロセス依存性が、電流測定の間に除去される。なぜなら、差動増幅器２３４の利得は、正確な比ＲＳＮＳ／Ｒλに依存しているからである。
【００２５】
較正は、ＤＣ／ＤＣコンバータの寿命の間に一度だけ実行されるので、較正スイッチ２２０−１およびカレントミラー２２０−２等のパワーコンポーネントは、合理的に小さくされてよく、かつ信頼性が維持される必要はない。較正スイッチ抵抗への要求も緩められる。なぜなら有利には、グラウンドを基準として数百ｍＶ付近でのクランプが提供されるからである。
【００２６】
較正段階の間、差動増幅器２３４の低いオフセット（＜１ｍＶ）が必要とされる。さらに以降で説明するように、ＤＣ／ＤＣコンバータの温度Ｔが、後続する温度修正のために格納される。オンチップ寄生設計抵抗への電圧低下を低減するために、スイッチングノードＮＬＸ用の別個の電流経路および電圧経路による二重結合が使用されてよい。
【００２７】
図２Ｂは、本開示の態様に従って、測定段階の間の、図１の電流検出回路１００である、測定回路２００Ｂの概略図を示している。
【００２８】
測定回路２００Ｂは、リップル相殺回路２４０、受動的な一次ローパスフィルタ２５０、メモリ２６０、能動的な二次ローパスフィルタ２７０、出力電流検出増幅器２８０および温度補償コントローラを含んでいる。温度補償コントローラは、較正コントローラ２３８と同じコントローラまたは別個のコントローラの一部であってよい。
【００２９】
測定段階の間、較正スイッチ２２０は開放されており、これによって、出力フィルタ２０が有効化される。
【００３０】
リップル相殺回路２４０は、リップルが低減されたスイッチング電圧ＶＬＸ−Ｒを生成するために、スイッチング電圧ＶＬＸのリップル電圧をスイッチングノードＮＬＸで低減するように構成されている。測定段階の間、スイッチングノード電圧ＶＬＸは、高いリップル電圧を、出力電流検出回路２８０である差動増幅器の反応入力側に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側が、低いリップルを有する出力電圧ＶＯＵＴを提供することが想定されており、スイッチングノードＮＬＸは、グラウンドからＶＤＤの範囲で動作する。したがって、差動増幅器２８０内の受動的なフィルタ内のリップル電流ＩＡＣは主に、平滑コンデンサ内での電流およびＲＬＰ（ＲＬＰ＞＞ＲＣＡＬ）によって、近似的に、
【数４】
2020018162.tif 000006
になる。換言すれば、差動増幅器２８０は、ある端子において、安定した「ＤＣ」電圧ＶＯＵＴを受け取り、また別の端子において、高い振幅を伴う二乗電圧ＶＬＸを受け取る。この高い電圧をフィルタ処理することによって、長い期間の、例えば数十スイッチング周期の一定性が得られる。
【００３１】
リップル相殺回路２４０は、インバータＩｎｖ、抵抗器ＲおよびコンデンサＣを含んでいる。リップル相殺回路２４０は、スイッチング電圧ＶＬＸの位相から１８０°の位相差を有する逆位相スイッチング電圧を提供するように構成されている。これは、インバータＩｎｖおよびマッチングされた抵抗器−コンデンサ（Ｒ−Ｃ）によって実現される。これらは直列接続されており、スイッチング電圧ＶＬＸの位相から１８０°の位相差を有するリップル電流を生成する。逆位相スイッチング電圧は、ノードＮで、スイッチング電圧ＶＬＸと結合され、それによってスイッチング電圧ＶＬＸのＡＣ成分を除去し、リップルが低減されたスイッチング電圧ＶＬＸ−Ｒが結果として得られる。また結果として、その間に、検出された電流が決定されるスイッチング周期の数が低減される。
【００３２】
受動的な一次ローパスフィルタ２５０は、ローパスフィルタ抵抗器ＲＬＰ１とＲＬＰ２を含んでいる。抵抗器ＲＬＰ１は、スイッチングノードＮＬＸと第１の較正抵抗器ＲＣＡＬ１との間に結合されている。抵抗器ＲＬＰ２は、出力ノードＮＬＸと第２の較正抵抗器ＲＣＡＬ２との間に結合されている。受動的な一次ローパスフィルタ２５０は、スイッチング電圧ＶＬＸとＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧ＶＯＵＴを一次ローパスフィルタ処理するように構成されている。
【００３３】
能動的なローパスフィルタ２７０はＲＣ回路を含んでおり、このＲＣ回路は、抵抗器ＲＳＮＳ３とコンデンサＣＳＮＳ３を含んでおり、これらは並列に、差動増幅器２８０の正の入力側と出力側との間に結合されている。フィルタ２７０は、並列に、差動増幅器２８０の負の入力側とグラウンドとの間に結合されている抵抗器ＲＳＮＳ４とコンデンサＣＳＮＳ４を有するＲＣ回路も含んでいる。能動的な二次ローパスフィルタ２７０は、インダクタＬにわたった、ＤＣＲが補償された電圧ＶＳＮＳを二次ローパスフィルタ処理するように構成されている。
【００３４】
メモリ２６０内に格納されている較正利得Ｇは、較正段階の間、上述したように、後続する測定段階の間にＤＣ／ＤＣコンバータを較正するために、較正抵抗器ＲＣＡＬ１およびＲＣＡＬ２を調整するために使用される。
【００３５】
出力電流検出回路２８０、すなわち差動増幅器は、正の入力側で、較正利得Ｇに基づいてＤＣＲ変動が補償された、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧ＶＯＵＴを受け取るように構成されており、さらに、負の入力側で、較正利得Ｇに基づいてＤＣＲ変動が補償された、リップルが低減されたスイッチング電圧ＶＬＸ−Ｒを受け取るように構成されており、さらに、インダクタＬにわたった、ＤＣＲが補償された電圧ＶＳＮＳを出力するように構成されている。出力電流検出回路２８０は、較正利得Ｇに基づいてＤＣＲ変動が補償された、リップルが低減されたスイッチング電圧ＶＬＸ−Ｒと、較正利得Ｇに基づいてＤＣＲ変動が補償された、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｏｕｔとの間の差である、インダクタＬにわたった、ＤＣＲが補償された電圧ＶＳＮＳに基づいて、出力電流Ｉｏｕｔを検出する。
【００３６】
検出された出力電流Ｉｏｕｔは、その後、マイクロプロセッサ、フィードバックコントローラ、過電流保護（ＯＣＰ）または電流制限回路、アナログ／デジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）または他の装置に伝送されてよい。
【００３７】
測定段階の間にインダクタＬを通る電流は、較正段階の間にインダクタＬを通る電流よりも格段に高い。この結果、差動増幅器２８０のオフセットに対する要求は緩くなる。
【００３８】
増幅連鎖を伴う、ＲＤＣＲへの寄生落下は、
【数５】
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の出力電圧を提供する。しかし、ＲλがＲＳＮＳと同じプロセス変動を有するので、抵抗器の絶対値のプロセス依存性は除去される。
【００３９】
較正コントローラ２３８と同じコントローラまたは別個のコントローラの一部であり得る温度補償コントローラは、インダクタＬの測定段階温度Ｔｓ（検出温度）および較正段階温度Ｔｃに基づいて、インダクタＬにわたった、ＤＣＲが補償された電圧ＶＳＮＳを修正するように構成されている。
【００４０】
銅の熱係数Ｒθ°は、約０．３％／℃であり、最終的な電流検出または測定結果に考慮されるべきである。付加的に、銅の熱係数Ｒθ°は一定の線形性を有している。温度の検出は、オンチップ温度センサ２１０によって、良好な熱平衡状態の間、例えば、温度センサと実際のインダクタ温度の間の差が１５℃を下回る間、実行され得る。ここでは、インダクタＬの温度の代わりに、チップの温度が用いられる。択一的に、温度の検出は、インダクタＬの近傍に配置されている外部温度センサによって実行可能である。このような択一的な選択肢はより高い正確さを有するが、付加的な部品および追加のピンを必要とする。
【００４１】
次に、検出された電流の最終的な形Ｖ′ＳＮＳが、較正の温度ＴＣＡＬを考慮した、検出された温度Ｔｓでの検出された電圧ＶＳＮＳの線形補正によって、以下のように得られる。
Ｖ′ＳＮＳ＝ＶＳＮＳ（１＋α（Ｔｓ−ＴＣＡＬ））          （式７）
【００４２】
測定段階の動作のより詳細な理解を補助するために、以降の幾つか段落は、測定がどのように決定されるのかを示す式を含んでいる。
【００４３】
電流対電圧の変換関数を分析する間、焦点は、出力フィルタインピーダンスの
【数６】
2020018162.tif 000008
合成物にある。結果として、インダクタＬのＶ／Ｉ変換関数が以下のように、インピーダンスとして表される。
【数７】
2020018162.tif 000009
【００４４】
これは、過渡事象の間、インダクタＬにわたった電圧が、ｓＬ成分によって大きく影響されることを示している。電流センサの所望の出力電圧は、以下のように表されてよい。
ＶＳＮＳ＝ｋ・Ｉｃｏｉｌ＝ＦＳＮＳ（ｓ）・（ＲＬ＋ｓＬ）・Ｉｃｏｉｌ
（式９）
ここでｋは、検出利得に関する定数である。その後、所望の変換関数ＦＳＮＳ（ｓ）が項ｓＬを補償する。
【数８】
2020018162.tif 000010
【００４５】
検出回路の小信号変換関数は、以下の式の三次の変換関数として仮定可能である。
【数９】
2020018162.tif 000011
【００４６】
支配的な変換極
【数１０】
2020018162.tif 000012
が充分に、インダクタインピーダンス項ｓＬから生じる零を補償できることが示される。したがってこの項は、上述した項ｓＬを補償するために使用可能である。このような補償を得るために、以下の式が満たされるべきである。
【数１１】
2020018162.tif 000013
これによって、状態
【数１２】
2020018162.tif 000014
が得られる。
【００４７】
図３は、本開示の態様に従って、図１、図２Ａおよび図２Ｂの、電流検出回路１００（２００Ａ、２００Ｂ）の動作方法３００のフローチャートを示している。
【００４８】
ＤＣ／ＤＣコンバータの最初の始動時の較正段階３１０の間、較正電流ＩＣＡＬが、電力段１０のスイッチングノードＮＬＸおよびインダクタＬを通じて注入される（ステップ３１２）。ＤＣ／ＤＣコンバータの較正利得Ｇが、その後、インダクタＬにわたった、利得調整された電圧ＶＳＮＳを参照電圧β・ＶＲＥＦと比較することによって、直流抵抗（ＤＣＲ）変動を補償するために決定される（ステップ３１４）。
【００４９】
測定段階の間、スイッチング電圧ＶＬＸのリップル電圧は、リップルが低減されたスイッチング電圧ＶＬＸ−Ｒを生成するためにスイッチングノードＮＬＸで低減される（ステップ３２２）。出力電流ＩＯＵＴはその後、インダクタＬにわたった、ＤＣＲが補償された電圧ＶＳＮＳに基づいて検出される。これは、較正利得Ｇに基づいてＤＣＲ変動が補償された、リップルが低減されたスイッチング電圧ＶＬＸ−Ｒと、較正利得Ｇに基づいてＤＣＲ変動が補償された、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧ＶＯＵＴとの間の差である（ステップ３２４）。
【００５０】
本明細書に記載されているＤＣ／ＤＣコンバータは、従来の装置と比べて多くの利点を有している。本開示の態様は、調整された、集積された抵抗によって生成された電流による較正に基づいている。参照電流はここで、正確な値を有する。較正プロセスのために、正確な外部電流源は必要ない。必要とされる電流検出は、それが必要とするスイッチング周期がほんの少数であるという点で速い。
【００５１】
ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流の値は、電力効率最適化、フィードバックコントローラ、過電流保護、ビルトイン省電力モード、インターリーブＤＣ／ＤＣコンバータの改善された電流共有等のために重要である。
【００５２】
多段階ＤＣ／ＤＣコンバータにおける電流共有／釣合せは、開示された電流センサの１つの用途である。銅の温度依存性を除去するためのコイルの温度検出は不要であり、また調整された参照抵抗器も不要である。当然、本開示は銅に制限されておらず、回路部品を形成するのに使用される他の材料に適用可能である。
【００５３】
これまで、例示的な実施形態に関連して記載してきたが、用語「例示的な」は、最良または最適というよりは、単に例であることを意味しているに過ぎない、ということを理解されたい。したがって、本開示は、本開示の範囲に含まれ得る代替物、改良物および等価物を範囲に入れるものである。
【００５４】
特定の実施形態が本明細書において図示および記載されたが、当業者には、本開示の範囲から逸脱することなく、種々の代替的な実現および／または同等の実現が、図示および記載された特定の実施形態の代わりに使用されてよいことが明らかである。本開示は、本明細書において説明された特定の実施形態の全ての適応形態または変形形態を範囲に入れるものである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【外国語明細書】
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