(57)【要約】【発明の要旨】この集積制御回路は、電子回路の固有回路素子に発生する電流感知情報を使用するDC-DC変換器のような電子回路用である。この集積制御回路は、電子回路の固有回路素子により誘発される温度上昇を感知する温度センサーを含む。温度誤差信号と変換器の固有回路素子からの帰還信号とを合成し、温度補正帰還信号を変換器用制御ユニットに提供する。
2005500794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路の固有回路素子に発生する電流感知情報を使用する電子回路用集積制御回路であって、
電子回路を制御する制御ユニット、
電子回路の固有回路素子により誘発される温度上昇を感知して温度誤差信号を出力する温度センサー、
温度センサーに接続され増幅温度誤差信号を発生する可変利得増幅器、及び
可変利得増幅器に接続され増幅温度誤差信号と変換器の固有回路素子からの帰還信号とを合成し、温度補正帰還信号を制御ユニットに提供する加算器を含むことを特徴とする集積制御回路。
【請求項２】
電子回路がDC-DC変換器を含み、変換器の固有回路素子が出力インダクタを含むことを特徴とする請求項１記載の集積制御回路。
【請求項３】
電子回路がDC-DC変換器を含み、変換器の固有回路素子が電力スイッチを含むことを特徴とする請求項１記載の集積制御回路。
【請求項４】
電力スイッチが電力電界効果型トランジスタ（FET）を含み、電流感知情報が電力FETのオン抵抗の電圧降下として測定されることを特徴とする請求項３記載の集積制御回路。
【請求項５】
加算器が誘発温度誤差を帰還信号から除去し、温度補正帰還信号が温度非依存性帰還信号を含むことを特徴とする請求項１記載の集積制御回路。
【請求項６】
可変利得増幅器の利得は、外部調節回路を介して調節可能であることを特徴とする請求項１記載の集積制御回路。
【請求項７】
電子回路の固有回路素子に発生する電流感知情報を使用する電子回路用集積制御回路であって、
電子回路を制御する制御ユニット、
電子回路の固有回路素子により誘発される温度上昇を感知して温度誤差信号を出力する温度センサー、温度センサーは正温度係数を有する、及び
電子回路の固有回路素子からの帰還信号と温度センサーからの温度誤差信号を受信し、温度補正帰還信号を制御ユニットに発生する増幅器を含むことを特徴とする集積制御回路。
【請求項８】
電子回路がDC-DC変換器を含み、変換器の固有回路素子が出力インダクタを含むことを特徴とする請求項７記載の集積制御回路。
【請求項９】
電子回路がDC-DC変換器を含み、変換器の固有回路素子が電力スイッチを含むことを特徴とする請求項７記載の集積制御回路。
【請求項１０】
電力スイッチが電力電界効果型トランジスタ（FET）を含み、電流感知情報が電力FETのオン抵抗の電圧降下として測定されることを特徴とする請求項９記載の集積制御回路。
【請求項１１】
増幅器が誘発温度誤差を帰還信号から除去し、温度補正帰還信号が温度非依存性帰還信号を含むことを特徴とする請求項７記載の集積制御回路。
【請求項１２】
温度センサーが外部調節回路から調節信号を受信することを特徴とする請求項７記載の集積制御回路。
【請求項１３】
少なくとも１つの電力スイッチ、
前記少なくとも１つの電力スイッチ用の制御パルスを発生するパルス幅変調回路、
前記少なくとも１つの電力スイッチに接続された出力インダクタ、
前記出力インダクタと前記少なくとも１つの電力スイッチとの１つを含む固有回路素子、
前記固有回路素子の電流を感知する電流センサー、
前記電流センサーに応答して前記少なくとも１つの電力スイッチを制御するように前記パルス幅変調回路と協働する電流帰還ループ回路、
前記固有回路素子により誘発される温度上昇を感知して温度誤差信号を出力する温度センサー、
前記温度センサーに接続され増幅温度誤差信号を発生する可変利得増幅器、及び
前記可変利得増幅器に接続され前記増幅温度誤差信号と前記固有回路素子からの帰還信号とを合成し、温度補正帰還信号を前記パルス幅変調回路に提供する加算器を含むことを特徴とするDC-DC変換器。
【請求項１４】
前記変換器の前記固有回路素子が前記出力インダクタを含むことを特徴とする請求項１３記載のDC-DC変換器。
【請求項１５】
前記変換器の前記固有回路素子が前記少なくとも１つの電力スイッチを含むことを特徴とする請求項１３記載のDC-DC変換器。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの電力スイッチが電力電界効果型トランジスタ（FET）を含み、電流感知情報が電力FETのオン抵抗の電圧降下として測定されることを特徴とする請求項１５記載のDC-DC変換器。
【請求項１７】
前記加算器が誘発温度誤差を帰還信号から除去し、温度補正帰還信号が温度非依存性帰還信号を含むことを特徴とする請求項１３記載のDC-DC変換器。
【請求項１８】
前記可変利得増幅器の利得を調節するインピーダンス回路をさらに含むことを特徴とする請求項１３記載のDC-DC変換器。
【請求項１９】
少なくとも１つの電力スイッチ、
前記少なくとも１つの電力スイッチ用の制御パルスを発生するパルス幅変調回路、
前記少なくとも１つの電力スイッチに接続された出力インダクタ、
前記出力インダクタと前記少なくとも１つの電力スイッチとの１つを含む固有回路素子、
前記固有回路素子の電流を感知する電流センサー、
前記電流センサーに応答して前記少なくとも１つの電力スイッチを制御するように前記パルス幅変調回路と協働する電流帰還ループ回路、
前記固有回路素子により誘発される温度上昇を感知して温度誤差信号を出力する温度センサー、前記温度センサーは正温度係数を有する、及び
前記電流帰還ループ回路からの帰還信号と前記温度センサーからの温度誤差信号を受信し、温度補正帰還信号を前記パルス幅変調回路に発生する増幅器を含むことを特徴とするDC-DC変換器。
【請求項２０】
前記変換器の前記固有回路素子が前記出力インダクタを含むことを特徴とする請求項１９記載のDC-DC変換器。
【請求項２１】
前記変換器の前記固有回路素子が前記少なくとも１つの電力スイッチを含むことを特徴とする請求項１９記載のDC-DC変換器。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの電力スイッチが電力電界効果型トランジスタ（FET）を含み、電流感知情報が電力FETのオン抵抗の電圧降下として測定されることを特徴とする請求項２１記載のDC-DC変換器。
【請求項２３】
前記増幅器が誘発温度誤差を帰還信号から除去し、前記温度補正帰還信号が温度非依存性帰還信号を含むことを特徴とする請求項１９記載のDC-DC変換器。
【請求項２４】
調節信号を前記温度センサーに提供するインピーダンス回路をさらに含むことを特徴とする請求項１９記載のDC-DC変換器。
【請求項２５】
出力端子、少なくとも１つの電力スイッチ、前記少なくとも１つの電力スイッチ用の制御パルスを発生するパルス幅変調回路、前記少なくとも１つの電力スイッチと前記出力端子間に接続された出力インダクタ、及び前記少なくとも１つの電力スイッチを制御するように前記パルス幅変調回路と協働する電流帰還ループ回路を含むDC-DC変換器の調整方法であって、
前記変換器の固有回路素子の電流を感知する工程、前記固有回路素子は前記出力インダクタと前記少なくとも１つの電力スイッチとの１つを含む、
前記電流センサーに応答して前記少なくとも１つの電力スイッチを制御するように前記パルス幅変調回路と協働する前記電流帰還ループ回路を動作する工程、
前記固有回路素子により誘発される温度上昇を感知して温度誤差信号を発生する工程、及び
前記温度誤差信号と前記電流帰還ループ回路からの帰還信号とを合成することにより温度補正帰還信号を前記パルス幅変調回路に提供する工程を含むことを特徴とするDC-DC変換器の調整方法。
【請求項２６】
前記温度センサーに接続された可変利得増幅器で増幅温度誤差信号を発生することをさらに含むことを特徴とする請求項２５記載のDC-DC変換器の調整方法。
【請求項２７】
前記変換器の前記固有回路素子が前記出力インダクタを含むことを特徴とする請求項２５記載のDC-DC変換器の調整方法。
【請求項２８】
前記変換器の前記固有回路素子が前記少なくとも１つの電力スイッチを含むことを特徴とする請求項２５記載のDC-DC変換器の調整方法。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの電力スイッチが電力電界効果型トランジスタ（FET）を含み、電流感知情報が電力FETのオン抵抗の電圧降下として測定されることを特徴とする請求項２８記載のDC-DC変換器の調整方法。
【請求項３０】
温度補正帰還信号を提供することが、温度非依存性帰還信号を提供するように誘発温度誤差を帰還信号から除去することを含むことを特徴とする請求項２５記載のDC-DC変換器の調整方法。
【請求項３１】
少なくとも１つの電力スイッチ、前記少なくとも１つの電力スイッチ用の制御パルスを発生するパルス幅変調回路、前記少なくとも１つの電力スイッチに接続された出力インダクタ、及び前記少なくとも１つの電力スイッチを制御するように前記パルス幅変調回路と協働する電流帰還ループ回路を含むDC-DC変換器の調整方法であって、
前記変換器の固有回路素子の電流を感知する工程、前記固有回路素子は前記出力インダクタと前記少なくとも１つの電力スイッチとの１つを含む、
前記電流センサーに応答して前記少なくとも１つの電力スイッチを制御するように前記パルス幅変調回路と協働する前記電流帰還ループ回路を動作する工程、
前記固有回路素子により誘発される温度上昇を、正温度係数を有する温度センサーで感知して温度誤差信号を発生する工程、及び
前記電流帰還ループ回路からの帰還信号と前記温度センサーからの前記温度誤差信号とに基づいて温度補正帰還信号を前記パルス幅変調回路に発生する工程を含むことを特徴とするDC-DC変換器の調整方法。
【請求項３２】
前記変換器の前記固有回路素子が前記出力インダクタを含むことを特徴とする請求項３１記載のDC-DC変換器の調整方法。
【請求項３３】
前記変換器の前記固有回路素子が前記少なくとも１つの電力スイッチを含むことを特徴とする請求項３１記載のDC-DC変換器の調整方法。
【請求項３４】
前記少なくとも１つの電力スイッチが電力電界効果型トランジスタ（FET）を含み、電流感知情報が電力FETのオン抵抗の電圧降下として測定されることを特徴とする請求項３３記載のDC-DC変換器の調整方法。
【請求項３５】
温度補正帰還信号を提供することが、温度非依存性帰還信号を提供するように誘発温度誤差を帰還信号から除去することを含むことを特徴とする請求項３１記載のDC-DC変換器の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
この出願は、２００１年８月２１日に申請された同時係属仮出願第６０／３１３、９８５号に基づく。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、電子回路の分野、より詳細には、ＤＣ／ＤＣ変換器及び関連した方法に関するものである。
【０００３】
（背景技術）
典型的に、DC-DC変換器は電流の流れ情報を使用し付加価値機能と特徴を提供する。例えば、過負荷中に電流を制限することは安全として一般に行われている。斯かる電流制限は出力電流制限レベルに比例する信号を使用する。出力と負荷との間に挿入した抵抗器は、所望の温度非依存性帰還信号を発生できよう。しかしながら、このセンサーの抵抗は電力散逸と信号振幅との間の得失評価を受ける。典型的に、電流制限信号レベルは、ノイズフロアよりかなり上である約0.1Vである。感知抵抗器の電力散逸はこの制限レベルの負荷電流に比例する。高電流レベルでは、電力散逸が過度になり得る。
【０００４】
感知抵抗器を除去することはDC-DC変換器の効率を改善する。追加抵抗素子の代わりに、電力変換器部品内の固有素子を使用して電流の流れを測定する。例えば、Walters等による「インダクタ電流感知を使用するDC-DC変換器及び関連する方法」米国特許第5,982,160号は、インダクタの電流の流れ情報を抵抗器-キャパシタ回路網間電圧として再生成できる。この方法は電流感知素子としてのインダクタ巻線の固有抵抗を使用する。
【０００５】
電流感知抵抗器を除去する別の方法は、変換器のスイッチングMOSFETsの一つのMOSFETの殆ど一定のオン抵抗の電圧降下を測定することである。この方法はMOSFETの伝導間隔中の電圧降下をサンプリングして電流の流れ情報を再生成する。これらの両方法とも主要な電力変換器部品を電流感知素子として利用し、電力路の散逸素子の使用を避ける。
【０００６】
固有素子使用の問題は、温度によるその導電率の変動である。銅（電子導体と磁気巻線の製造に使用される最もポピュラーな材料）は０．００３９／ ℃の抵抗率温度係数を有する。同様にまた、MOSFETトランジスタのチャネル領域は、温度による変動が直線で近似される正温度係数を示す。その傾きは使用される技術により変動し、（幾つかの同時代のMOSFET製造業者から選択された技術を考慮して）0.0041/ ℃ 〜 0.0065/ ℃の温度係数に対して補間する。
【０００７】
電流がこれらの回路素子を流れると、電流の大きさに比例した熱を発生する。大方のシステムでは、電子電力変換器に固有に、制御回路は決してこれらの電力素子から遠く離し過ぎて置かない。（また感知の目的のために使用される）電力素子に発生する熱は、周囲領域、制御回路そして最後には、局所的周囲の温度も加熱する。
【０００８】
（発明の概要）
従って、上述の背景を鑑みて、本発明の目的は、電子回路の種々のパラメータを感知するのに使用する固有回路素子の熱的影響を減少或いは除去することにある。
【０００９】
本発明のこの目的と他の目的、特徴及び利益は、電子回路の固有回路素子に発生する電流感知情報を使用するDC-DC変換器のような電子回路用集積制御回路により提供される。この集積制御回路は電子回路を制御する制御ユニット、及び電子回路の固有回路素子により誘発される温度上昇を感知して温度誤差信号を出力する温度センサーを含む。可変利得増幅器を温度センサーに接続し増幅温度誤差信号を発生させるとともに、加算器を可変利得増幅器に接続し増幅温度誤差信号と変換器の固有回路素子からの帰還信号とを合成し、温度補正帰還信号を制御ユニットに提供する。
【００１０】
固有回路素子はDC-DC変換器の出力インダクタ或いは電力スイッチであることが好ましい。電力スイッチは典型的には電力電界効果型トランジスタ（FET）であり、電流感知情報は電力FETのオン抵抗の電圧降下として測定する。好ましくは、加算器は誘発温度誤差を帰還信号から除去し、それにより温度非依存性帰還信号を生成する。また、可変利得増幅器の利得は、外部調節回路を介して調節可能である。
【００１１】
別の方法では、温度センサーは正温度係数を有して電子回路の固有回路素子により誘発される温度上昇を感知する。ここで、増幅器は電子回路の固有回路素子からの帰還信号と温度センサーからの温度誤差信号を受信し、温度補正帰還信号を制御ユニットに発生する。増幅器は誘発温度誤差を帰還信号から除去し、温度非依存性帰還信号を発生することが好ましい。また、温度センサーは、外部調節回路から調節信号を受信してもよい。
【００１２】
本発明の他の特徴は、上述したDC-DC変換器を調整する方法に関する。この方法は変換器の出力インダクタ或いは電力スイッチのような固有回路素子の電流を感知することを含む。電流帰還ループ回路は、電流センサーに応答して少なくとも１つの電力スイッチを制御するようにパルス幅変調回路と協働して動作する。さらに、この方法は変換器の固有回路素子により誘発される温度上昇を感知することにより温度誤差信号を発生し、温度誤差信号と電流帰還ループ回路からの帰還信号とを合成することにより温度補正帰還信号をパルス幅変調回路に提供することを含む。
【００１３】
また、温度誤差信号は、温度センサーに接続された可変利得増幅器で増幅できる。温度補正帰還信号を提供することは、温度非依存性帰還信号を提供するように誘発温度誤差を帰還信号から除去することを含むことが好ましい。
【００１４】
それに代わる方法は、正温度係数を有する温度センサーで変換器の固有回路素子により誘発される温度上昇を感知することにより温度誤差信号を発生し、電流帰還ループ回路からの帰還信号と温度センサーからの温度誤差信号とに基づいて温度補正帰還信号をパルス幅変調回路に発生することを含む。
【００１５】
（発明の詳細な説明）
以下、添付図面を参照して、本発明を詳述する。しかしながら、本発明は多数の異なる形態で実施でき、本実施形態に限定されると解するべきではない。本実施形態は本開示が完全で当業者に発明の範囲を十分に伝わるように提供するものである。同一番号は同一素子を指す。
【００１６】
図１は、電流感知素子としての主要な電力変換器部品の使用を表す熱系１０の概略図を示す。熱発生器Ｔ１はMOSFETスイッチを表し、Ｔ２は出力インダクタを表す。２つの熱源により発生したエネルギ−（熱）は、最低熱抵抗路に従って周囲の系１０を通り低温領域に向かう。制御回路は、図１の素子Ｅ３４で表す。Ｔ１とＴ２は大きさに関係し（両方の熱源はモニターされる電流の大きさの一部或いは全部を運ぶ）、系１０の線形性を仮定すると、素子Ｅ３４により回路ノードＮ３で感知された温度上昇は２つの熱源の組合せにより発生した熱の線形比となる。この結論は、制御回路自身が電力を散逸しない、或いは、制御回路により散逸した電力が系に寄与しないほど十分小さいとの仮定に基づく。従って、制御回路は、感知素子により誘発温度上昇の一部を感知できる。
【００１７】
本発明は、電子回路の種々のパラメータを感知するのに使用する固有回路素子の熱的影響を減少或いは除去することを目的にする。従って、本発明は、図２と３に示すように、電子回路の固有回路素子に発生する電流感知情報を使用するDC-DC変換器のような電子回路用集積制御回路２０、２０'を提供する。例えば、DC-DC変換器は通常、１つ以上の電力スイッチ、電力スイッチ用制御パルスを発生する（制御回路３２として図示する）パルス幅変調回路、及び電力スイッチと出力端子間に接続された出力インダクタを含む。電流センサーは出力インダクタの電流を感知する。また、（帰還回路２８として図示する）電流帰還ループ回路は電流センサーに応答して電力スイッチを制御するようにパルス幅変調回路と協働する。
【００１８】
変換器の固有回路素子は出力インダクタ或いは電力スイッチの１つであるのが好ましい。斯かる電力スイッチは通常、電力電界効果型トランジスタ（FET）であり、電流感知情報は電力FETのオン抵抗の電圧降下として測定する。
【００１９】
図２は、集積制御回路２０の第１の実施形態を示す。温度センサー２２は制御回路ダイ上にあり、温度上昇を測定する。その出力はＡに第２の温度上昇に比例する因子（例えば、図１のノードＮ３で感知された周囲温度と固定基準温度（この場合２５℃）との温度差）を掛けたものとする。この実施形態では、温度センサー２２からの信号はインピーダンス回路３４で外的に設定される可変利得ブロック２４にて増幅される。制御回路３２が受ける温度上昇比は異なる物理的実施で変動するので、外的に設定された可変利得は適用柔軟性を提供するために必要である。
【００２０】
それから、増幅された温度情報は帰還回路２８を介して温度依存感知素子３０から来る帰還情報に加算回路２６を介して加算され得る。温度上昇の影響下、帰還信号は２つの要素、基準温度Ｙ（２５℃）での信号値と誘発した温度誤差Ｙ（Ｔ−２５℃)とに分解され得る。温度により誘発される感知信号誤差の完全除去は、以下の方程式が満たされる場合に実現される。Ａ（Ｔ−２５℃) ×  Ｇ／ｋ＝Ｙ（Ｔ−２５℃)
好ましくは、加算器は誘発温度誤差を帰還信号から除去し、それにより制御回路３２に提供される温度非依存性帰還信号を生成する。
【００２１】
種々のブロックは異なった様で実行され得るので、任意の種類の電圧、電流、或いはインピーダンスとして識別される信号は無い。
【００２２】
別の方法では、温度センサー２３は正温度係数を有して電子回路の固有回路素子により誘発される温度上昇を感知する。ここで、増幅器２５は電子回路の固有回路素子から帰還回路２８を経由した帰還信号と温度センサー２３からの温度誤差信号を受信し、温度補正帰還信号を制御ユニット３２に発生する。増幅器２５は誘発温度誤差を帰還信号から除去し、温度非依存性帰還信号を発生することが好ましい。また、温度センサーは、外部調節回路３４から調節信号を受信してもよい。
【００２３】
第２の実施形態（図３）では、感知素子３０の温度感知抵抗器ＲＳＮＳ（Ｔ）は、公称値ＲＳＮＳ（２５）に比例するとして表す。簡便のため、ＲＳＮＳ（Ｔ）の公称値は、ＲＳＮＳ（Ｔ）＝ＲＳＮＳ（２５）× [１＋k ×（Ｔ−２５℃)] であるように２５℃での値に選ぶ。この場合、制御可変Ｙ（Ｔ）の出力も、Ｙ（Ｔ）＝Ｙ（２５）× [１＋k ×（Ｔ−２５℃)]であるようにその２５℃値Ｙ（２５）に比例する。集積温度センサー２３は正温度係数を有して温度に正比例する出力を生成する。その比例定数kは、温度センサー２３に接続された外部インピーダンス回路網３４により選択され得る。第１の実施形態と同じく、利得を適切に選べば、感知素子３０への温度影響は完全に無効になる。
【００２４】
本発明の他の特徴は、上述したDC-DC変換器を調整する方法に関する。この方法は変換器の出力インダクタ或いは電力スイッチのような固有回路素子の電流を感知することを含む。電流帰還ループ回路２８は、電流センサー３０に応答して電力スイッチを制御するようにパルス幅変調回路或いは制御回路３２と協働して動作する。さらに、この方法は変換器の固有回路素子により誘発される温度上昇を感知することにより温度誤差信号を発生し、温度誤差信号と電流帰還ループ回路からの帰還信号とを合成することにより温度補正帰還信号をパルス幅変調回路或いは制御回路３２に提供することを含む。
【００２５】
また、温度誤差信号は、温度センサー２２に接続された可変利得増幅器２４で増幅できる。温度補正帰還信号を提供することは、温度非依存性帰還信号を提供するように、誘発温度誤差を帰還信号から除去することを含むことが好ましい。
それに代わる方法は、正温度係数を有する温度センサー２３（図３）で変換器の固有回路素子により誘発される温度上昇を感知することにより温度誤差信号を発生し、電流帰還ループ回路２８からの帰還信号と温度センサー２３からの温度誤差信号とに基づいて温度補正帰還信号をパルス幅変調回路或いは制御回路３２に発生することを含む。
【００２６】
従って、本発明の上記実施形態は、DC-DC変換器のような電子回路の、電流のような種々のパラメータを感知するのに使用する、出力インダクタ或いは電力FETのような固有回路素子に存在する熱的影響を減少或いは除去する。
【００２７】
本発明の多数の修正及び他の実施形態は、上記の説明及び関連した図面に提示した示唆の利益を有する当業者には想到することである。従って、本発明は開示した特定の実施形態に限定されることなく、修正及び実施形態は特許請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】主要な電力変換器部品の使用を表す熱系の概略図である。
【図２】本発明による集積制御回路を示す概略図である。
【図３】本発明による集積制御回路の他の実施形態を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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2005500794.tif 000029
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【国際調査報告】
2005500794.tif 000031
2005500794.tif 000032
2005500794.tif 000033