(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力スイッチング装置（７０）であって、
電力スイッチング回路構成（３０，７２）を備え、該電力スイッチング回路構成は、
電源に接続可能な入力（３２）と、
負荷に接続可能な第１の出力（３４）と、
前記負荷を通じて流れる負荷電流に応じたセンス電流を提供するように構成される第２の出力（３６）と、
電力スイッチングデバイス（３８）と、
センスデバイス（４０）と、
差動増幅デバイス（４２）とを備え、該差動増幅デバイスは、
第１の増幅器入力（４４）と第２の増幅器入力（４６）と、
少なくとも１つの増幅器出力（４８）であって、
電流センスフィードバックループ（５０，５２，５４）に接続される、前記増幅器出力とを備え、
前記電流センスフィードバックループは、前記第１の増幅器入力と第２の増幅器入力との間の電位の差を低減するように構成されており、
前記電力スイッチングデバイスの第１の端子および前記センスデバイスの第１の端子は前記入力に接続され、前記電力スイッチングデバイスの第２の端子および前記センスデバイスの第２の端子は、第１の交差結合スイッチングモジュール（６０）に結合されており、
第１の交差結合スイッチングモジュール（６０）は、モード信号に応じて、
第１のモードでは、前記電力スイッチングデバイスの前記第２の端子を前記差動増幅デバイスの第１の入力に接続するとともに前記センスデバイスの第２の端子を前記差動増幅デバイスの第２の入力に接続し、
第２のモードでは、前記電力スイッチングデバイスの第２の端子を前記差動増幅デバイスの第２の入力に接続するとともに前記センスデバイスの第２の端子を前記差動増幅デバイスの第１の入力に接続するように構成される、電力スイッチング装置。
【請求項２】
前記電力スイッチング回路構成は第２の交差結合スイッチングモジュール（６２）を備え、前記差動増幅モジュールは第１の増幅器出力および第２の増幅器出力を備え、前記第２の交差結合スイッチングモジュールは、前記モード信号に応じて、前記第１のモードでは、前記第２の増幅器出力を前記電流センスフィードバックループに接続するとともに前記第１の増幅器出力を前記差動増幅デバイスの制御入力に接続し、前記第２のモードでは、前記第１の増幅器出力を前記電流センスフィードバックループに接続するとともに前記第２の増幅器出力を前記差動増幅デバイスの制御入力に接続するように構成される、請求項１に記載の電力スイッチング装置。
【請求項３】
センス電流の少なくとも２つの値からオフセット補償センス電流を生成するように構成されるセンス電流オフセット補償モジュールであって、前記少なくとも２つの値のうちの第１の値は、前記第１の交差結合スイッチングモジュールが前記第１のモードにあるときに前記電力スイッチング回路構成の第２の出力において提供され、第２の値は、前記第１の交差結合スイッチングモジュールが前記第２のモードにあるときに提供される、前記センス電流オフセット補償モジュールを備える、請求項１または請求項２に記載の電力スイッチング装置。
【請求項４】
前記電力スイッチング回路構成は、前記モード信号を受け取るとともに、該モード信号を少なくとも前記第１の交差結合スイッチングモジュールに提供するように接続される、通信インタフェース（７６）を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力スイッチング装置。
【請求項５】
少なくとも前記第１の交差結合スイッチングモジュールに前記モード信号を提供するように接続される通信インタフェース（７８）を備える処理デバイス（７４）を備える、請求項４に記載の電力スイッチング装置。
【請求項６】
前記電力スイッチング回路構成は前記モード信号を生成するように構成されるモード信号生成モジュールを備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力スイッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力スイッチング装置および電力スイッチング装置において電流検知確度を向上させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器において、スイッチは、電気回路を中断し、電流を遮断したり、電流を１つの導体からもう１つの導体へと方向転換させたりできる電気部品である。スイッチが有意な電力をスイッチングするように設計される場合、スイッチの遷移状態、および間断ない動作電流に耐える能力が考慮される必要がある。スイッチがオン状態にあるとき、その抵抗は非常に低く、その接点においてごくわずかな電力しか低下しない。スイッチがオフ状態にあるとき、その抵抗は極度に高く、その接点において低下する電力はさらに少なくなる。しかしながら、スイッチが作動されると、抵抗は、スイッチにおいて負荷の定格電力の相当部分が低下する状態を経ることになるので、頑強なスイッチングデバイスが要求される。それゆえ、モータ、マグネット、真空管またはランプのための電動アクチュエータは例えば、電力スイッチによって起動され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、自動車産業においては、パワー半導体を用いて、例えば、回転、スライド、ポンピングまたは加熱するものを起動させることが目的となる。例えば、フリースケール（Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ）社の「ｅＸｔｒｅｍｅ  ｓｗｉｔｃｈ」デバイスなど「スマート」電力スイッチング回路は、車両、例えば、自動車またはトラックにおいて、例えばバルブランプまたはＤＣモータなど様々な種類の負荷を駆動するために使用される場合がある。
【０００４】
電力スイッチング装置において、電力スイッチング回路はマイクロコントローラユニットまたは処理デバイスと共に動作する場合があり、このマイクロコントローラユニットまたは処理デバイスは、何らかの通信インタフェースを用いて電力スイッチング回路を制御する。スマート電力スイッチング回路は、例えば、短絡に対する導線の保護、任意の所与の時点における電流の検知およびＣＳＮＳ端子（ｔｅｒｍｉｎａｌ  ＣＳＮＳ）を通じてのセンス電流の提供、負荷診断、例えば過熱検出または開放負荷検出、ならびに、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて諸要件に適合されることができる負荷制御、ならびにスイッチングのプロセス中の電磁妨害の抑制のような、追加の機能を実行するように構成されることができる。
【０００５】
特に、負荷電流の電流検知は重要な追加の特徴である可能性がある。大きな負荷と小さな負荷とがスイッチングされる場合がある環境では、スマート電力スイッチは、重い負荷のための低オン抵抗電力スイッチであることができ、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような小さな負荷において正確な電流センスを提供することが可能であり得る。例えば、自動車環境におけるスマート電力スイッチは、単一のデバイスを用いて高輝度放電（ＨＩＤ）キセノンおよびハロゲンランプならびに発光ダイオード光源を駆動する能力を有することができ、したがって照明効率が向上し、バルブ寿命が延び、材料費が低減される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
図１に示されるように、スマート電力スイッチング回路１０は、通常の負荷または出力電流を監視し過電流保護回路を含むことができる。（主）電力スイッチングデバイス１２における電力スイッチ、ミラーのセンスデバイス１４を分離することによって、また差動または誤差増幅器１６を利用することによって電流センス機能が実装されて正確な電流の感知が行われる。この電流センス機能の確度は、低負荷電流時、および／または誤差増幅器オフセットによって導入される誤差値による電力スイッチの低オン抵抗時においてのみ制限される。この回路における電流センスフィードバックは誤差増幅器１６およびトランジスタ１８によって形成される。電流センスフィードバック（負フィードバック）は主電力スイッチング１４およびセンス１６のトランジスタのソース２０、２２において等しい電位を保持することができる。そのため、センストランジスタ１４のドレイン−ソース経路を通じ、また誤差増幅器１６によってトランジスタ１８を通じる電流は、負荷電流（ＩＬＯＡＤ）に比例する。図示されるように、この電流は、いくらかの電流利得（この例ではＭ／Ｎ）をもって出力するためにレプリカＭＯＳＦＥＴ２４、２６、２８によって複製されることができる。
【０００７】
誤差増幅器のオフセットによって導入される誤差が、対象の負荷電流において相当である場合、電流センス確度を向上させるための手法は、例えば、電力スイッチング回路の二点校正であり、該校正は各電力スイッチング回路を個々に特徴づけることと、電力スイッチング回路を制御するとともに組み込みアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）によって出力される電流センスを測定するマイクロコントローラのためのプログラムにおいて使用するために取得される係数を保存することを含む。オフセット低減のための他の一般的な技法は例えば、２〜３例を挙げると、アナログ／デジタルオフセット補償、自動ゼロ化、チョッピング、オフセット安定化およびそれらのさまざまな組み合わせである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】スマート電力スイッチング回路の一例を概略的に示す図。
【図２】第１のモードにおける電力スイッチング装置の電力スイッチング回路構成の実施形態の一例を概略的に示す図。
【図３】第２のモードにおける電力スイッチング装置の電力スイッチング回路構成の実施形態の一例を概略的に示す図。
【図４】一例のセンス電流対負荷電流の図を概略的に示す図。
【図５】一例の電流センス比対負荷電流の図を概略的に示す図。
【図６】電力スイッチング装置の一実施形態を概略的に示す図。
【図７】電力スイッチング装置において電流センス確度を向上させるための方法の一例を概略的に示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、添付の特許請求の範囲において記載されているような、電力スイッチング装置および電力スイッチング装置において電流センス確度を向上させるための方法を提供する。
【００１０】
本発明の具体的な実施形態は従属請求項に記載されている。
本発明のこれらの態様および他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかとなり、それらを参照することによって明瞭になるであろう。
【００１１】
本発明のさらなる詳細、態様、および実施形態を、例としてのみ、図面を参照して記載する。図面において、同様の参照符号は同様のまたは機能的に類似の要素を特定するために使用される。図面内の要素は簡潔かつ明瞭にするために示されており、必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。
【００１２】
本発明の例示されている実施形態は、大部分について、当業者に既知の電子部品および回路を使用して実装され得るため、本発明の基礎となる概念の理解および評価のために、ならびに本発明の教示を分かりにくくせず当該教示から注意を逸らさせないために、詳細は例示されているような必要と考えられる範囲を超えては説明されない。
【００１３】
図２を参照すると、第１のモードにおける電力スイッチング装置の電力スイッチング回路構成３０の実施形態の一例が示されている。電力スイッチング装置は、電源（ＶＰＷＲ）に接続可能な入力３２と、負荷に接続可能な第１の出力３４と、負荷を通じて流れる負荷電流（ＩＬＯＡＤ）に応じて決まるセンス電流（ＩＣＳＮＳ）を提供するように構成される第２の出力３６とを備える電力スイッチング回路構成３０を備えることができる。該装置は、例えば、制御またはゲート信号（ゲート）を受け取るトランジスタのような、電力スイッチングデバイス３８およびセンスデバイス４０を備えることができる。電力スイッチングデバイス３８は、例えば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのような金属酸化膜電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であることができる。他の実施形態では、他のスイッチング可能デバイス、例えば、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタまたはバイポーラトランジスタが電力スイッチングデバイス３８としての役割を担ってもよい。
【００１４】
電力スイッチング回路構成３０は、第１の増幅器入力４４および第２の増幅器入力４６、ならびに、第１の増幅器入力と第２の増幅器入力との間の電位差を低減するように構成される電流センスフィードバックループ５０、５２、５４に接続されている少なくとも１つの増幅器出力４８を備える、図示されている差動または誤差増幅器のような、差動増幅デバイス４２を備えることができ、電力スイッチングデバイス３８の第１の端子およびセンスデバイス４０の第１の端子は電力スイッチング回路構成３０の入力３２に接続されており、電力スイッチングデバイス３８の第２の端子５６およびセンスデバイス４０の第２の端子５８は、第１の交差結合スイッチングモジュール６０であって、モード信号（モード）に応じて、第１のモードでは電力スイッチングデバイス３８の第２の端子５６を差動増幅デバイス４２の第１の入力４４に接続するとともにセンスデバイス４０の第２の端子５８を差動増幅デバイス４２の第２の入力４６に接続するように構成される、第１の交差結合スイッチングモジュールに結合されている。交差結合スイッチングモジュール６０は例えば、所望の機能を提供するためにトランジスタのようなスイッチングデバイスを備えることができる。別の実施形態では、モジュールは例えば、１つまたは複数のマルチプレクサデバイスを使用して実装されてもよい。
【００１５】
さらに図３を参照すると、第２のモードにおける電力スイッチング装置の電力スイッチング回路構成の実施形態の一例が示されている。図示されている回路構成の、図２に示されている電力スイッチング回路構成とは異なる詳細のみを説明する。ここで、モード信号（モード）に応じて、第１の交差結合スイッチングモジュール６０は第２のモードにあり、第２のモードでは、電力スイッチングデバイス３８の第２の端子５６を差動増幅デバイス４２の第２の入力４６に接続するとともに、センスデバイス４０の第２の端子５８を差動増幅デバイス４２の第１の入力４４に接続するように構成される。
【００１６】
モード変更信号の印加に応じて、図示されている電力スイッチング回路構成３０は第１のモードと第２のモードとの間でスイッチングされることができる。
電力スイッチング回路構成３０は第２の交差結合スイッチングモジュール６２を備えることができ、差動増幅デバイス４２は第１および第２の増幅器出力４８を備えることができる。第２の交差結合スイッチングモジュール６２は、モード信号に応じて、第１のモードでは第２の増幅器出力４８を電流センスフィードバックループ５０、５２、５４に接続するとともに、第１の増幅器出力を差動増幅デバイス４２の制御入力に接続し、第２のモードでは第１の増幅器出力を電流センスフィードバックループに接続するとともに第２の増幅器出力４８を差動増幅デバイス４２の制御入力に接続するように構成されることができる。これによって、モードがセットされているかに関係なく、負フィードバック（３８、４０、４２）を常に維持することが可能になる。別の実施形態では、モジュールは例えば、回路の他の部分において異なる手段によって、かつ／または１つもしくは複数のマルチプレクサデバイスを使用することによって実装されてもよい。
【００１７】
図２を参照して、図示されている電力スイッチング回路における誤差増幅器オフセットの、電流センス比ＣＳＮＳ出力電流の確度に対する影響は、図２に示されている例による電力スイッチング回路におけるＩＣＳＮＳ＝（Ｍ／Ｎ）・（１／Ｒａｔｉｏ）・（ＩＬＯＡＤ＋Ｖｏｓ／ＲＤＳＯＮ）として計算されることができ、ここで、「Ｒａｔｉｏ」は、主電力ダイデバイスとミラー電力ダイデバイスとの間の電気的な比を指し（「Ｒａｔｉｏ」は主電力スイッチングデバイス３８を通る電流をセンスデバイス４０を通る電流で除算したものとして定義され、それらのソースにおける電圧は等しいものであり得る）、ＩＬＯＡＤは負荷電流を指し、Ｖｏｓは誤差増幅器４２のオフセットを指し、ＲＤＳＯＮは図示されている主電力スイッチングデバイス３８のドレイン−ソースのオン抵抗を指す。乗数（Ｍ／Ｎ）は、２つの電流ミラーデバイス５２、６４（Ｎ：１）および６６、６８（１：Ｍ）によって形成される、所与の電流に対する電流利得を指す（第２の出力３６（ＣＳＮＳ）を通る電流を、センスデバイス４０のソース５８を通る電流で除算したもの）。したがって、（Ｍ／Ｎ）は他の実施形態では異なる場合がある。
【００１８】
センスおよび負荷電流間の関係は、電流センス比（ＣＳＲ）パラメータによって表されることが多く、ＣＳＲ＝ＩＣＳＮＳ／ＩＬＯＡＤ＝（Ｍ／Ｎ）・（１／Ｒａｔｉｏ）・（１＋Ｖｏｓ／（ＩＬＯＡＤ・ＲＤＳＯＮ））である。オフセットが０であると仮定すると、ＣＳＲは回路定数であるＣＳＲ０＝（Ｍ／Ｎ）・（１／Ｒａｔｉｏ）になる。ここで、ＣＳＲの式をＣＳＲ＝ＣＳＲ０・（１＋ＣＳＲ＿ＥＲＲ）として書きなおすことができ、式中、ＣＳＲ＿ＥＲＲ＝Ｖｏｓ／（ＩＬＯＡＤ・ＲＤＳＯＮ）はオフセットによる誤差である。さらに、代表的な誤差電流ＩＥＲＲ＝Ｖｏｓ／ＲＤＳＯＮが導入されることができ、この式は、ＣＳＲ＿ＥＲＲ＝ＩＥＲＲ／ＩＬＯＡＤに対する代替的な式である。
【００１９】
さらに図３を参照して、交差結合スイッチングモジュール６０は、差動増幅器４２の入力を入れ替えるか、またはオフセット値の符号を、絶対値を変化させることなく逆のものに変化させることを可能にする。第１のモードにあるとき、第２の出力３６における電流センス比出力電流はＩＣＳＮＳ１＝（Ｍ／Ｎ）・（１／Ｒａｔｉｏ）・（ＩＬＯＡＤ＋Ｖｏｓ／ＲＤＳＯＮ）として与えられることができ、第２のモードにあるときは、ＩＣＳＮＳ２＝（Ｍ／Ｎ）・（１／Ｒａｔｉｏ）・（ＩＬＯＡＤ−Ｖｏｓ／ＲＤＳＯＮ）である。それゆえ、図示されている電力スイッチング回路構成は、現在適用されているモードに応じて、負荷電流ＩＬＯＡＤに比例する出力電流ＩＣＳＮＳを、ＩＣＳＮＳ１、すなわちオフセット電圧Ｖｏｓだけ増大しているものとして、またはＩＣＳＮＳ２、すなわち、同じ値のオフセット電圧だけ低減しているものとして提供することができる。提示されるシステムは、現在適用されているモードに応じて、差動増幅デバイス４２によって導入されるオフセット係数だけ低減または増大されているセンス電流を提供するように構成され、オフセットの符号は印加されるモード信号の変化に応じて変化する。例えば、電力スイッチング装置の所望の用途にとって、いずれの種類の不確かさがより適切であり得る、すなわち、関連性がより少ないかを選択することを可能にすることができる。
【００２０】
ＩＣＳＮＳおよびＣＳＲの両方に対するオフセットの影響がそれぞれ、図４および図５に与えられている例示的な図に示されている。オフセットはＩＣＳＮＳにおけるオフセット誤差対ＩＬＯＡＤの依存関係を与えることができることが示されている。ＣＳＲ＿ＥＲＲはＩＬＯＡＤに反比例し、負荷電流が減少すると増大し、低負荷電流においては十分であり得る。この挙動は図５に示されているようなＣＳＲ対ＩＬＯＡＤの依存関係によって観察されることができる。逆の符号を有する等しい値のオフセットは、ＩＣＳＮＳおよびＣＳＲ値の、０オフセット値に対する対称なシフトを与えることができる。
【００２１】
例えば、２つの連続する測定値、第１のモードにあるときの第１の測定値および第２のモードにあるときの第２の測定値において測定される、ＩＣＳＮＳ１およびＩＣＳＮＳ２を平均することによって、ＩＣＳＮＳ＿ＣＯＭＰ＝（ＩＣＳＮＳ１＋ＩＣＳＮＳ２）／２＝（Ｍ／Ｎ）・（１／Ｒａｔｉｏ）・ＩＬＯＡＤまたは＝ＣＳＲ０・ＩＬＯＡＤを与えることができ、すなわちオフセットによって引き起こされるＶｏｓ／ＲＤＳＯＮの寄与は結果としてのオフセット補償電流値から除外されることができ、ＩＣＳＮＳはＩＬＯＡＤに比例することができる。２つの連続するセンス電流値の減算によって（ＩＣＳＮＳ１−ＩＣＳＮＳ２）／２＝（Ｍ／Ｎ）・（１／Ｒａｔｉｏ）・（Ｖｏｓ／ＲＤＳＯＮ）＝ＣＳＲ０・（Ｖｏｓ／ＲＤＳＯＮ）、すなわち誤差電流ＩＥＲＲ＝Ｖｏｓ／ＲＤＳＯＮに比例する値を与えることができる。ＣＳＲ１およびＣＳＲ２に対して類似の式、例えば、ＣＳＲ＿ＣＯＭＰ＝（ＣＳＲ１＋ＣＳＲ２）／２＝ＣＳＲ０が得られ得る。
【００２２】
さらに図６を参照すると、電力スイッチング装置７０実施形態の一例が概略的に示されている。電力スイッチング装置７０は、処理デバイス７４を備えることができる。処理デバイス７４は、例えば、電力スイッチング回路構成７２の両方の交差結合スイッチングモジュールにモード信号を提供するために接続される通信インタフェース７８または専用出力を備える。他方の側からの交差結合スイッチングモジュールへのモード信号は、例えば、電力スイッチング回路構成７２の内部で形成されることができる。この場合、処理デバイス７４は例えば、通信インタフェース７８または専用入力を備え、それを通じて（組み込みＡＤＣを同期させるために）モード信号の実際の状態に関してまたはモード信号トグリングの事象に関して通知されることができる。
【００２３】
電力スイッチング装置７０は、電力スイッチング回路構成の第２の出力３６（ＣＳＮＳ）において提供される少なくとも２つのセンス電流値（ＩＣＳＮＳ）からオフセット補償センス電流を生成するように構成されるセンス電流オフセット補償モジュールを備えることができる。２つのうちの第１の値は交差結合モジュールが第１のモードにあるときに取得されることができる。第２の値は交差結合モジュールが第２のモードにあるときに取得されることができる。補償は例えば、１対のセンス電流値に基づいて、ならびに、２〜３の対（１、２、３．．．）に基づいて行われ得る。さらに、ここでデジタルローパスフィルタリングのアルゴリズムがノイズの影響を低減または除外するために（対に対して）適用されることができる。図示されている例示的な実施形態では、電力スイッチング回路構成７２は、例えばマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）または任意の他の処理デバイスであることができる処理デバイス７４に接続される別個の集積回路として実装されることができる。図示されるように、電力スイッチング回路構成７２は電源（ＶＰＷＲ）に接続されることができ、負荷に接続される出力（ＯＵＴ）を備えることができる。該構成は、例えば、他の大きなまたは小さな負荷に接続するための１つまたは複数の追加の出力（ＯＵＴ）を備えることができる。例えば、電力スイッチング回路構成７２は、例えば電力スイッチングデバイスの制御入力を駆動するドライバデバイス８５を制御する制御論理モジュール８４を備えることができ、該モジュールは例えば、電力スイッチングトランジスタのゲートであることができ、該トランジスタは、センスデバイスと一体化されているとともにセンスモジュールおよび過電流保護モジュール８８に接続されており、該過電流保護モジュールは、図２および図３に示されている過電流保護回路および電流センス回路を指す。
【００２４】
センス電流オフセット補償モジュールは、電力スイッチング回路構成７２の一部として実装されることができるか、別個の回路として実装されることができるか、または図示されている処理デバイス７４の一部であることができるかのいずれかである。電力スイッチング装置７０の電力スイッチング回路構成７２の一部として実装されるとき、該モジュールは、オフセット補償センス電流値を第２の出力３６（ＣＳＮＳ）に提供するために構成されることができる。または、処理デバイス７４が、センス電流値、もしくは、センス電流値を表すデジタル化情報を受け取るとともに、オフセット補償を実行するように構成されることができる。処理デバイス７４に応じて、該モジュールは、例えばＭＣＵ処理デバイスを使用するときにコンピュータ命令のセットを使用して実装されることができるか、または例えばプログラマブル・論理・アレイを使用するときには論理回路を用いて実装されることができる。２つのモードについて提供されるセンス電流からオフセット補償センスを生成することは、例えば、ローパスフィルタリング回路において達成されることができるが、アプリケーションが減速することを犠牲にし、一方で処理デバイス７４、例えばＭＣＵを有する図示されている実施形態では、各２つの値を平均化することによってこのような制限をなくすことを可能にすることができる。
【００２５】
図示されているように、電力スイッチング回路構成７２は、モード信号を受け取るとともにこれを少なくとも、電流センスモジュール８６の一部であることができる第１の交差結合スイッチングモジュールに提供するように接続される通信インタフェース７６を備えることができる。
【００２６】
電力スイッチング装置の一実施形態では、少なくとも第１の交差結合スイッチングモジュールにモード信号を提供するように接続される通信インタフェース７８を備える処理デバイス７４を備えてもよい。これによって、処理デバイスがモード変更をトリガすることが可能になり得る。
【００２７】
通信は、信号の送信、例えば、送信デバイスから受信デバイスへの情報の搬送として理解されるべきである。通信は例えば、一方向性または双方向性であることができる。例えば、通信インタフェースは、例えば接続線または無線通信リンクのような、通信される信号を通信チャネルへ提供し、または通信チャネルから受け取るための端子であることができ、例えば専用入力または出力であることができる。または、通信インタフェースは、例えば、デバイス間の通信を可能にする、特定の標準規格に準拠する通信を可能にするように設計される電子回路を備えることができる。
【００２８】
一実施形態では、処理デバイス７４の通信インタフェース７８は専用出力であることができる。また、電力スイッチング回路構成７２の通信インタフェース７６は、電力スイッチング回路構成７２へのモード信号の一方向性通信を可能にする第２の入力であることができる。モード信号は、専用出力を通じてまたは特別なコマンドまたは二値信号によって通信インタフェースを通じて、処理デバイス７４によって電力スイッチング回路構成７２に提供される信号であることができ、例えば、第１のレベル（例えばビット値「０」）は情報「第１のモード」を表すことができ、第２のレベル（例えばビット値「１」）は情報「第２のモード」を表すことができる。
【００２９】
または、別の実施形態では、処理デバイス７４の通信インタフェース７８は、例えば特定の標準規格に対して設計される双方向通信のために構成されることができる。該インタフェースは、例えば、完全なデュプレックス通信を可能にする同期シリアルデータリンク標準規格を使用するシリアルペリフェラル（ＳＰＩ）インタフェース、または任意の他の通信インタフェースであることができる。ここで、モード信号は例えば、二値状態の各々がそれぞれ第１のモードまたは第２のモードに関連した二値のＳＰＩコマンドとして提供されることができる。
【００３０】
さらに図２および図３を参照して、モード信号によって、差動増幅デバイス４２の第１の入力４４および第２の入力４６とがスワッピングされることができ、その出力は反対側のブランチから取得されることができ、これによって、初期構成において導入されるオフセットの符号が変化することができ、結果オフセットが影響を与えた値は逆の符号になる。モード変更の前後の２つの測定値を平均することによって、負荷電流または他の条件がこれらの２つの測定との間で大幅に変化していないことを条件として、オフセットの寄与が完全に打ち消されることができる。その後、処理デバイス７２（例えばＭＣＵ）によって平均化が実行されることができる。
【００３１】
電力スイッチング装置７０の別の実施形態では、電力スイッチング回路構成３０、７２は、モード信号を生成するように構成されるモード信号生成モジュールを備えてもよい。すなわち、モード信号が、例えば制御論理モジュール８４によって電力スイッチング回路構成３０、７２の内部で生成されてもよい。
【００３２】
モード信号はそのモード信号レベルによってのみ定義されるのではない場合があることが留意されるべきである。モード信号は、たとえモード情報がその信号レベルにおいて、または例えば信号レベルの特定の変更において符号化されているとしても、このモード情報を搬送する信号であることができる。例えば、一実施形態では、モード信号は電力スイッチング回路構成７２の内部で形成されることができ、モード信号が変化すると、処理デバイス７４は「モード事象」に関して単に通知されてもよい。例えば、パルスのネガティブエッジがモード変更を表すことができ、例えば処理デバイス７４内のＡＤＣ８１を通じて新たなセンス電流値の読み出しをトリガすることができる。モード信号は例えば２つの状態を有することができ、モード信号生成モジュールによって生成されることができるため、モード信号が入れ替わることは、モード事象から導出されることができる。そのため、処理デバイス７４がモード信号の正確な値を知る必要がない場合がある。ここで、処理デバイス７４は、例えば特別な信号のネガティブエッジによってトリガされる、例えば組み込みＡＤＣ８１を使用して、少なくとも２つの連続する測定を実行することができる。
【００３３】
このモード信号は、電力スイッチング回路構成自体によって提供される信号であることができる。この場合、処理デバイスは、いつモード信号が変更されるかを制御するためにモード信号の実際の状態について通知されることができる。または、処理デバイス７２は、いつモード信号が変更されるかを通知されることができ、モード信号状態に関する実際の情報は、特にモード信号が入れ替わると仮定すると必要でない場合がある。上記の両方の事例において、電力スイッチング回路構成７２からの専用出力または通信インタフェース（コマンドまたは二値信号）が使用されることができる。ここで、電力スイッチング装置７０は、モード信号生成モジュールからモード信号を受け取るように接続される通信インタフェース７８を備える処理デバイス７４を備えることができ、該インタフェースは、モード信号を交差結合スイッチングモジュールに提供することもできる。この場合、電力スイッチング回路構成７２はモード信号を処理デバイス７４に提供するように接続される通信インタフェース７６を備えることができる。これによって、処理デバイス７４にモードの変更を通知することが可能になり得る。電力スイッチング装置７０の実施形態に応じて、モード信号は例えば、専用信号を用いてＭＣＵによって提供される、ＳＰＩコマンドを用いてＭＣＵのような処理デバイス７４によって提供されることができるか、または電力スイッチング回路構成７２の内部で提供されることができる。
【００３４】
図示されている電力スイッチング装置７２は、電力スイッチング回路構成７２の第２の出力（ＣＳＮＳ）に接続されるセンス電流入力８０を備える処理デバイス７４を有することができる。センス電流入力８０は、センス電流値の受け取り専用の入力であることができる。図６に示されているように、処理デバイス７４はセンス電流入力８０に接続されるアナログ−デジタル変換器８１（Ａ／Ｄ）を備えることができる。これによって、連続するセンス電流または量子化されていないセンス電流値を処理デバイス７４に送信することが可能になり得る。アナログ−デジタル変換器８１が、さらなる処理のために、量子化されたセンス電流値を処理デバイス７４のセンス電流入力８０に送信するために、例えば、アナログ−デジタル変換されたセンス電流値を電力スイッチング回路構成７２の第２の出力３６（ＣＳＮＳ）に提供するように接続される電力スイッチング回路構成７２内に実装されることができることは、電力スイッチング装置７０の図示されている実施形態の範囲内にあることが留意されるべきである。
【００３５】
電力スイッチング装置の別の実施形態では、センス電流入力８０は処理デバイスの通信インタフェース７８の一部であってもよい。ここで、センス電流は、図示されている制御論理モジュール８４内で例えば制御されるかまたは一体化されている、電力スイッチング回路構成７２のアナログ−デジタル変換器によって例えばデジタル化され、通信インタフェース７６を通じて処理デバイス７４に報告されることができる。
【００３６】
処理デバイス７４は、ＩＣＳＮＳ電流値を受け取るように構成されることができる。通信インタフェース７８を介してモード変更情報を受け取ることによって、処理デバイスによる、更新されたＩＣＳＮＳ電流値の読み出しがトリガされることができる。電力スイッチング装置７０の一実施形態では、処理デバイス７４の通信インタフェース７８は専用入力であることができる。また、電力スイッチング回路構成の通信インタフェース７６は、処理デバイス７４へのモード信号の一方向性通信を可能にする第３の出力であることができる。または、別の実施形態では、処理デバイス７４の通信インタフェース７８は、上記に記載されているように、例えば特定の標準規格に対して設計される、双方向通信のために構成されることができる。該インタフェースは、例えば、完全なデュプレックス通信を可能にする同期シリアルデータリンク標準規格を使用するシリアルペリフェラル（ＳＰＩ）インタフェース、または任意の他の通信インタフェースであることができる。ここで、センス電流オフセット補償モジュールは処理デバイス７４の一部として実装されることができる。図示されるように、処理デバイス７４は電力スイッチング回路構成の出力を制御することができるか、またはそれらを通信インタフェースもしくは専用入力／出力を介して制御および診断することができる。
【００３７】
図示されている解決手法はいずれにせよ利用可能な処理デバイスにおいて実装されることができるため、電力スイッチング回路構成にとって必要なシリコン領域に対する影響は低いものであってよく、したがって、既存の回路との互換性を維持しながら（完全に設計し直すことなく、誤差増幅器の速度に対する要求を高めることなく、ＥＭＣ性能に影響を与えることなく、開始に時間を要することなく）低コストの解決手法を可能にする。電力スイッチング装置７０が短い期間しかオンにならない場合、図示されているシステムは、例えばアナログ／デジタルオフセット補償と比較してほとんど遅延のないオフセット補償を可能にすることができる。例えば自動ゼロ化、チョッピング、オフセット安定化およびそれらのさまざまな組み合わせのような他の手法は、高電圧設計の電力スイッチング用途においては達成可能でない場合がある高速のスイッチング周波数を必要とする場合がある。
【００３８】
図示されている電力スイッチングデバイス８２はハイサイドスイッチ、すなわち、供給電圧または回路の高側において負荷回路をオンおよびオフにスイッチングするのに適したスイッチであることができ、それによって負荷が一方のサイドにおいて直接接地されることが可能となり、負荷回路のロー（低）サイドに抵抗を追加することが回避される。ちょうど与えられている例では、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴが使用されることができる。他方のサイドからは、電力スイッチングデバイス２８が、電力スイッチング装置および電流センス確度を向上させるための方法の同じ実施形態が適用され得る同等の回路を有するローサイドスイッチであることができる。
【００３９】
提示されている装置は、間断ない電流フィードバックを可能にすることができ、オフセットの影響を打ち消すには２つの測定値で十分であり得、一方で導入されるオフセットＶｏｓ／ＲＤＳＯＮは依然として２つの測定値から抽出されることができる。
【００４０】
電力スイッチング装置７０は、単一の集積回路ダイ上に提供される電力スイッチング回路構成７２を備えることができる。平均化、制御機能および物理的実装を処理デバイスと電力スイッチング回路構成との間で分散させることによって、例えば、製造費用および電力消費の低減ならびに既に存在する解決手法への互換性が助長されることができる。または、電力スイッチング装置全体が、単一の集積回路ダイ上に提供されることができる。他の実施形態は、電力スイッチング装置を別個の集積回路のセットとして提供することを含んでもよい。
【００４１】
図７を参照すると、電力スイッチング装置において電流センス確度を向上させるための方法の一例のフローチャートが概略的に示されている。例示される方法は、記載されている電力スイッチング装置の利点および特性を、電力スイッチング装置において電流センス確度を向上させるための方法の一部として実装することを可能にする。方法は、電力スイッチング回路構成の第１の入力を電源に接続する工程９０と、電力スイッチング回路構成の第１の出力を負荷に接続する工程９２と、電力スイッチングデバイスおよびセンスデバイスを接続状態にスイッチングする工程９４と、第１のモードに関連した値を含むモード信号を少なくとも第１の交差結合スイッチングモジュールに印加するとともに電力スイッチング回路構成の第２の出力においてセンス電流を受け取る工程９６と、第２のモードに関連した値を含むモード信号を少なくとも第１の交差結合スイッチングモジュールに印加するとともに電力スイッチング回路構成の第２の出力においてセンス電流を受け取る工程９８とを含む。
【００４２】
電力スイッチング装置がセンス電流オフセット補償モジュールを備える場合、方法は例えば、センス電流の少なくとも２つの値のうちの第１の値は、第１の交差結合スイッチングモジュールが第１のモードにあるときに電力スイッチング回路構成の第２の出力によって提供され、第２の値は第１の交差結合スイッチングモジュールが第２のモードにあるときに提供される、少なくとも２つの値から平均値を計算することによってオフセット補償センス電流を生成する工程１００を備えることができる。
【００４３】
コンピュータプログラム製品は、プログラム可能装置上で実行されるときに電力スイッチング装置において電流センス確度を向上させるための方法の工程を実行するためのコード部分を備えることができる。例えば、モード信号の制御および／もしくは電力スイッチング回路構成への通信ならびに／またはオフセット補償電流センス値の計算は、コンピュータプログラム製品として提供されるコンピュータ命令を使用して実施されることができる。
【００４４】
本発明は、少なくとも、コンピュータシステムのようなプログラム可能装置上で実行されるときに本発明による方法の工程を実行するか、または、プログラム可能装置が本発明によるデバイスもしくはシステムの機能を実行することを可能にするためのコード部分を含む、コンピュータシステムを作動させるためのコンピュータプログラムにおいて実装されることもできる。
【００４５】
コンピュータプログラムは、特定のアプリケーションプログラムおよび／またはオペレーティングシステムのような、命令のリストである。コンピュータプログラムは例えば、サブルーチン、関数、プロシージャ、オブジェクトメソッド、オブジェクトインプリメンテーション、実行可能アプリケーション、アプレット、サーブレット、ソースコード、オブジェクトコード、共有ライブラリ／ダイナミックロードライブラリ、および／または、コンピュータシステム上での実行のために設計される他の一連の命令のうちの１つまたは複数を含むことができる。
【００４６】
コンピュータプログラムはコンピュータ可読記憶媒体に内部的に記憶されるか、またはコンピュータ可読伝送媒体を介してコンピュータシステムに送信されることができる。コンピュータプログラムのすべてまたはいくつかは、情報処理システムに永続的に、取り外し可能に、または遠隔的に結合されるコンピュータ可読媒体上で提供されることができる。コンピュータ可読媒体は例えば、限定されることなく、いくつか例を挙げると、ディスクおよびテープ記憶媒体を含む磁気記憶媒体、コンパクトディスク媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒなど）およびデジタルビデオディスク記憶媒体を含む光記憶媒体、ＦＬＡＳＨメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＲＯＭのような半導体ベースのメモリユニットを含む不揮発性メモリ記憶媒体、強磁性デジタルメモリ、ＭＲＡＭ、レジスタ、バッファまたはキャッシュ、メインメモリ、ＲＡＭなどを含む揮発性記憶媒体、ならびにコンピュータネットワーク、ポイントツーポイント遠隔通信機器、および搬送波伝送媒体を含むデータ伝送媒体のうちの任意の数を含むことができる。
【００４７】
コンピュータプロセスは通常、実行している（作動している）プログラムまたはプログラムの一部、現在のプログラム値および状態情報、ならびにプロセスの実行を管理するためにオペレーティングシステムによって使用されるリソースを含む。オペレーティングシステム（ＯＳ）は、コンピュータのリソースの共有を管理するとともにプログラマにこれらのリソースにアクセスするために使用されるインタフェースを提供するソフトウェアである。オペレーティングシステムは、システムデータおよびユーザ入力を処理して、タスクおよび内部システムリソースをシステムのユーザおよびプログラムに対するサービスとして配分および管理することによって応答する。
【００４８】
コンピュータシステムは例えば、少なくとも１つの処理装置、関連付けられるメモリ、および多数の入出力（Ｉ／Ｏ）デバイスを含むことができる。コンピュータプログラムを実行するとき、コンピュータシステムはコンピュータプログラムに従って情報を処理して、結果としての出力情報をＩ／Ｏデバイスを介して生成する。
【００４９】
上記の明細書において、本発明が本発明の実施形態の具体例を参照して説明された。しかしながら、添付の特許請求の範囲に記載されている本発明のより広い精神および範囲から逸脱することなく、そこにさまざまな修正および変更を行うことができることは明らかであろう。
【００５０】
本明細書において説明されているような接続は、例えば介在するデバイスを介してそれぞれのノード、ユニットまたデバイスから、またはそれらへと信号を転送するのに適切な任意のタイプの接続であることができる。したがって、別途暗示または提示されていない限り、接続は例えば直接接続であってもよいし、間接接続であってもよい。接続は、単一の接続、複数の接続、一方向性接続、または双方向性接続であることに関連して例示または記載され得る。しかしながら、実施形態が異なれば、接続の実施態様は変化してもよい。例えば、双方向性接続ではなく別個の一方向性接続が使用されてもよく、その逆であってもよい。さらに、複数の接続が、連続してまたは時間を多重化する方式で複数の信号を伝送する単一の接続と置き換わってもよい。同様に、複数の信号を搬送する単一の接続が、これらの信号のサブセットを搬送するさまざまな異なる接続に分離されてもよい。それゆえ、信号の伝送には多くの選択肢が存在する。
【００５１】
論理ブロック間の境界は例示にすぎないこと、および、代替的な実施形態は、論理ブロックもしくは回路要素を融合し、またはさまざまな論理ブロックもしくは回路に対する代替的な機能の分解を課してもよいことを、当業者は認識するであろう。したがって、本明細書において描写したアーキテクチャは例示にすぎないこと、および、事実、同じ機能を達成する多くの他のアーキテクチャを実装することができることは理解されたい。例えば、図示される電力スイッチング装置７０は、電力スイッチング回路構成７２および別個の処理デバイス７４として、または電力スイッチング回路構成７２に組み込まれる、ＩＣＳＮＳ電流値を処理するために必要とされる回路を有して実装されることができる。
【００５２】
同じ機能を達成するための構成要素の任意の構成が、所望の機能が達成されるように効果的に「関連付けられる」。したがって、本明細書における、特定の機能を達成するために結合される任意の２つの構成要素は互いに「関連付けられる」とみなすことができ、それによって、アーキテクチャまたは中間の構成要素にかかわりなく、所望の機能が達成される。同様に、そのように関連付けられる任意の２つの構成要素も、所望の機能を達成するために互いに「動作可能に接続されている」または「動作可能に結合されている」とみなすことができる。
【００５３】
さらに、上述の動作間の境界は例示にすぎないことを当業者は認識するであろう。複数の動作を単一の動作に組み合わせ、単一の動作を追加の動作に分散させ、複数の動作を少なくとも部分的に時間的に重ね合わせて実行することができる。その上、代替的な実施形態は、特定の動作の複数の事例を含んでもよく、動作の順序はさまざまな他の実施形態においては変更してもよい。
【００５４】
さらに例として、１つの実施形態では、例示される実施例は、単一の集積回路上または同じデバイス内に位置する回路として実装されることができる。例えば、電力スイッチング装置７０全体が、単一の集積回路ダイ上に実装されることができる。代替的には、実施例は、適切な様式で互いに相互接続される任意の数の別個の集積回路または別個のデバイスとして実装されてもよい。例えば、電力スイッチング装置７０は電力スイッチング回路構成ダイおよび処理デバイスダイを使用して実装されることができ、別個のデバイスとして実装されるオフセット補償モジュールさえも有することができる。
【００５５】
さらに例として、実施例、またはその一部は、任意の適切なタイプのハードウェア記述言語などによって、実回線または実回線に転換可能な論理表現のソフトまたはコード表現として実装されることができる。
【００５６】
さらに、本発明は、プログラム不能ハードウェアにおいて実装される物理デバイスまたはユニットに限定されるものではなく、本出願においては一般的に「コンピュータシステム」として示されている、メインフレーム、ミニコンピュータ、サーバ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、ノートパッド、携帯情報端末、電子ゲーム、自動車および他の組込みシステム、携帯電話、ならびに、さまざまな他の無線デバイスのような、適切なプログラムコードに従って操作することによって所望のデバイス機能を実行することが可能なプログラム可能デバイスまたはユニット内に適用されることもできる。
【００５７】
しかしながら、他の修正形態、変更形態および代替形態も可能である。したがって、明細書および図面は限定的な意味においてではなく例示的に考慮されるべきである。
特許請求の範囲において、括弧間に置かれる任意の参照符号は特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という文言は、特許請求項内にリストされているもの以外の要素または工程の存在を除外するものではない。さらに、本明細書において使用される場合、「１つ（“ａ”  ｏｒ  “ａｎ”）」という用語は、１つまたは２つ以上として定義される。さらに、特許請求の範囲における「少なくとも１つの」および「１つまたは複数の」のような前置きの語句の使用は、不定冠詞「１つの（“ａ”  ｏｒ  “ａｎ”）」による別の請求項要素の導入が、このように導入された請求項要素を含む任意の特定の請求項を、たとえ同じ請求項が前置きの語句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「１つの（“ａ”  ｏｒ  “ａｎ”）」のような不定冠詞を含む場合であっても、１つだけのこのような要素を含む発明に限定することを暗示するように解釈されるべきではない。同じことが、定冠詞の使用についても当てはまる。別途記載されない限り、「第１の」および「第２の」のような用語は、そのような用語が説明する要素間で適宜区別するように使用される。したがって、これらの用語は必ずしも、このような要素の時間的なまたは他の優先順位付けを示すようには意図されていない。特定の手段が相互に異なる特許請求項において記載されているというだけの事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。
【００５８】
本発明の原理が特定の装置に関連して上記で説明されてきたが、この説明は例示のみを目的として為されており、本発明の範囲に対する限定としてではないことは明瞭に理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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