(57)【要約】  本発明は、複数の入力および複数の出力、並びにデジタルインタフェースを備えたスイッチモード電源（１）用のデジタルＩＣコントローラに関する。ＩＣコントローラ（３）は、コンフィギュレーションデバイス（５）によって予めコンフィギュレーションされたコントローラユニットおよびフィルタユニットと、他の機能とが選択およびパラメータ化され、デジタルインタフェースを用いてＩＣコントローラ（３）に転送されるように、コンフィギュレーションデバイス（５）を用いてコンフィギュレーションされ得る。【選択図】図１
2013517750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力を備え、複数の出力を備え、デジタルインタフェースも備えたスイッチモード電源（１）用のデジタルＩＣコントローラ（３）であって、前記ＩＣコントローラ（３）は、コンフィギュレーションデバイス（５）を用いて予めコンフィギュレーションされたコントローラおよびフィルタユニットと、さらなる機能とが、選択およびパラメータ化され、前記デジタルインタフェースを用いて前記ＩＣコントローラ（３）に転送されるように、前記コンフィギュレーションデバイス（５）を用いてコンフィギュレーションされることが可能であることを特徴とするデジタルＩＣコントローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のデジタルＩＣコントローラにおいて、前記コンフィギュレーションが前記ＩＣコントローラ（３）に恒久的に保存されることを特徴とするデジタルＩＣコントローラ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のデジタルＩＣコントローラにおいて、以下の入力インタフェース：
−  実電圧（ＶＡＣＴＵＡＬ）、
−  実電流（ＩＡＣＴＵＡＬ）、
−  電源システム電圧（ＶＬＩＮＥ）、
−  温度（ＴＥＭＰ）、
−  トランジスタスイッチングエッジの同期化インタフェース（ＳＹＮＣ＿ＩＮ、ＳＹＮＣ＿ＯＵＴ）、
−  動作許可インタフェース（ＥＮＡＢＬＥ）、
−  コンフィギュレーションインタフェース（ＣＯＮＦ）、
を有することを特徴とするデジタルＩＣコントローラ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のデジタルＩＣコントローラにおいて、以下の出力インタフェース：
電力半導体のゲート信号（Ａ、＼Ａ、Ｂ、＼Ｂ）、
エラー／ステータスメッセージ（＼ＥＲＲ）、および
設定電流（ＩＳＥＴＰ）
を有することを特徴とするデジタルＩＣコントローラ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のデジタルＩＣコントローラにおいて、「電流モード」で動作することを特徴とするデジタルＩＣコントローラ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のデジタルＩＣコントローラにおいて、前記コンフィギュレーションデバイス（５）がＰＣ上でコンピュータプログラムとして保存されることを特徴とするデジタルＩＣコントローラ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のデジタルＩＣコントローラにおいて、独占的にコンフィギュレーション可能であることを特徴とするデジタルＩＣコントローラ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のデジタルＩＣコントローラにおいて、スイッチモード電源装置の駆動に役立つことを特徴とするデジタルＩＣコントローラ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のデジタルＩＣコントローラにおいて、前記コンフィギュレーションデバイス（５）が、以下のパラメータ：
−  回路タイプ、
−  スイッチング周波数または帯域幅、
−  ＰＷＭ変調限界値、
−  フィルタ時定数、
−  コントローラコンフィギュレーション、特に時定数、
−  電流および電圧の設定値および最大値、
−  ターンオフ値、
−  ソフト始動コンフィギュレーション、
−  電力および温度ディレーティング、
−  追加出力のコンフィギュレーション、
−  電源電圧監視のコンフィギュレーション、
−  ブランキングモードのコンフィギュレーション
の内の少なくとも１つのコンフィギュレーションを可能にすることを特徴とするデジタルＩＣコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分によるデジタルＩＣコントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書で説明するタイプのＩＣコントローラは、一般的に知られているものである。例えば、フライバックコンバータ、フォワードコンバータまたはステップアップコントローラおよびステップダウンコントローラ等の、スイッチモード電源とも呼ばれるスイッチモード電源装置は、ＦＥＴまたはＩＧＢＴ等の電力半導体を駆動するために、このようなＩＣコントローラを必要とする。ＩＣコントローラは、通常、電力半導体のゲート電圧を制御するので、「ゲートドライバ」とも呼ばれる。力率補正器（ＰＦＣ）もまた、通常ＩＣコントローラを必要とする。さらに、電源装置の電流および電圧プロファイルは、本明細書で説明するタイプのＩＣコントローラによって制御されることを意図したものである。
【０００３】
上記に説明したタイプのＩＣコントローラは、アナログ技術から十分に知られている。しかしながら、このタイプのアナログコントローラには、幾つかの欠点がある。具体的には、部品公差による変動が内部で生じる。その結果、アナログ部品によってコンフィギュレーションされたコントローラが不安定になるという危険性がある。さらに、このタイプのアナログコントローラは、回路構成の観点から特に複雑である。具体的には、その適用に応じて、１０〜３０の追加の部品を設ける必要があり、これらは、もちろん、大きさを指定される必要がある。さらに、電力または温度制限、いわゆる「ディレーティング」により、出力電圧の制限等の機能性の実現は、非常に困難である。力率補正器（ＰＦＣ＝Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）を実現するためには、例えば乗算器が必要となる。さらに、乗算器は、外部の回路相互接続によって考慮されなければならない回路構成の欠点を有する。
【０００４】
さらに、製品寿命期間中のフィルタまたはコントローラ定数の変化は、多くの場合、回路基板のレイアウトの変更を意味し、これは回避されるべきである。
【０００５】
従って、本発明の目的は、簡単に構築され、スイッチモード電源装置への高速アクセスを可能にするスイッチモード電源装置用のＩＣコントローラを提供することである。
【０００６】
この目的を達成するために、請求項１の特徴を備えたデジタルＩＣコントローラが提案される。
【０００７】
本発明によるスイッチモード電源用のデジタルＩＣコントローラは、複数の入力および複数の出力と、デジタルインタフェースも備える。ＩＣコントローラは、コンフィギュレーションデバイスを用いて予めコンフィギュレーションされたコントローラおよびフィルタユニットと、さらなる機能とが、選択およびパラメータ化され、デジタルインタフェースを用いてＩＣコントローラに転送されるように、コンフィギュレーションデバイスによってコンフィギュレーションされることが可能であり、好ましくは、これらのコンフィギュレーションは、前記ＩＣコントローラに恒久的に保存される。
【０００８】
好ましくは、デジタルＩＣコントローラは、以下の入力インタフェース：
−  実電圧（ＶＡＣＴＵＡＬ）、
−  実電流（ＩＡＣＴＵＡＬ）、
−  電源システム電圧（ＶＬＩＮＥ）、
−  温度（ＴＥＭＰ）、
−  トランジスタスイッチングエッジの同期化インタフェース（ＳＹＮＣ＿ＩＮ、ＳＹＮＣ＿ＯＵＴ）、
−  動作許可インタフェース（ＥＮＡＢＬＥ）、および
−  コンフィギュレーションインタフェース（ＣＯＮＦ）
を有する。
【０００９】
さらに、デジタルＩＣコントローラは、好ましくは、少なくとも以下の出力インタフェース：
−  電力半導体のゲート信号（Ａ、＼Ａ、Ｂ、＼Ｂ）、
−  エラー／ステータスメッセージ（＼ＥＲＲ）、および
−  設定電流（ＩＳＥＴＰ）
を有する。
【００１０】
本明細書において提案されるスイッチモード電源装置用のデジタルＩＣコントローラにより、このタイプのＩＣコントローラのアナログ実施形態とは対照的に、外部のコンフィギュレーションデバイスを用いてＩＣコントローラをコンフィギュレーションすることが有利に可能となる。従って、これは、プログラムされる必要がない。限られた数の入力インタフェースおよび出力インタフェースにより、さらに、ＩＣコントローラの特に単純な設計が得られる。好ましくは、ＩＣコントローラは、電流モード運転で動作する。さらに、好ましくは、コンフィギュレーションデバイスがＰＣ上でコンピュータプログラムとして保存され、このようにして、パラメータを簡単に変更できるグラフィカルユーザーインタフェースへの開発者の簡単なアクセスが可能となることが規定される。従って、ＩＣコントローラは、開発者がＩＣのプログラミングを行う必要がないように、好ましくはプログラムされるのではなく、むしろ独占的にコンフィギュレーションされることが可能である。コンフィギュレーションデバイスの簡単な操作は、ＩＣコントローラへの変更を行う、具体的には、予めコンフィギュレーションされたコントローラおよびフィルタユニットと、さらなる機能とを選択およびパラメータ化するのに十分なものである。好ましくは、ＩＣコントローラは、スイッチモード電源装置の駆動に役立つ。コンフィギュレーションデバイスを用いて、開発者によって行われたコンフィギュレーション設定は、上記のように、デジタルインタフェースを介して、ＩＣコントローラに転送され、好ましくは、そこで恒久的に保存される。ＩＣコントローラの様々なコンフィギュレーションは、コンフィギュレーションデバイスを用いて行うことが可能である。設定可能なパラメータは、具体的には：
−  回路タイプ、
−  スイッチング周波数または帯域幅、
−  ＰＷＭ変調限界値、
−  フィルタ時定数、
−  コントローラコンフィギュレーション、特に時定数、
−  電流および電圧の設定値および最大値、
−  ターンオフ値、
−  ソフト始動コンフィギュレーション、
−  電力および温度制限（ディレーティング）、
−  追加出力のコンフィギュレーション、
−  電源電圧監視のコンフィギュレーション、
−  ブランキングモードのコンフィギュレーション
である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、完全に例示的な電源装置１の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１つの図面を参照して、本発明を以下により詳細に説明する。
【００１３】
図面は、完全に例示的な電源装置１の概略図を示す。このタイプの電源装置の機能は十分に知られているため、今回のケースでは、より詳細な説明を行わない。極めて重要な点は、スイッチング素子２、具体的には、ここではＭＯＳＦＥＴとして具体化される電力半導体を駆動するためには、駆動が適切なＩＣコントローラ３を用いて達成される必要があることである。この目的のために、ＩＣコントローラ３の出力Ａ１、Ｂ１、Ａ２、およびＢ２は、電源装置１の電力半導体または（ＭＯＳ）ＦＥＴのゲート端子の入力に接続される。
【００１４】
ＩＣコントローラ３は、コンフィギュレーションデバイス５を用いてコンフィギュレーションされ得るデジタルＩＣコントローラである。従って、慣習的なケースとは異なり、ＩＣコントローラ３は、プログラミング言語を用いてプログラムされるのではなく、適用に応じて望ましい変更を、単にコンフィギュレーションデバイス５を用いることによって行うことができる。これは、例えばグラフィカルユーザーインタフェース（ＧＵＩ）を用いてユーザーによって実現することが可能である。この場合、コンフィギュレーションデバイス５は、好ましくは、コンピュータプログラムとして具体化され、コンピュータの記憶媒体に保存される。コンフィギュレーションデバイス５を用いることによって、予めコンフィギュレーションされたコントローラおよびフィルタユニットと、さらなる機能とを選択およびパラメータ化することができる。
【００１５】
ＩＣコントローラ３は、好ましくは、電流モードで動作する。例として、ここではＦＥＴとして具体化される４つのスイッチング素子２、すなわちＡ１、Ｂ１、Ａ２、およびＢ２を用いて、スイッチモード電源装置が提供される。電源装置１が１つ、または２つのみ、あるいは５つ以上の電力半導体２を有するように設けられることが可能であることは言うまでもない。原則として、本発明によるＩＣコントローラ３は、実質的に所望の数のスイッチング素子とインタラクトすることが可能である。
【００１６】
スイッチング素子２のクロッキングは、ＩＣコントローラ３を用いて制御される。この様に、電源装置において電流および電圧プロファイルを調整することが可能である。コンフィギュレーションデバイス５を用いることによって行われたコンフィギュレーション設定は、好ましくは、例えばＳＤＩ（シリアル周辺インタフェース）（Ｓｅｒｉａｌ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）またはＪＴＡＧ（Ｊｏｉｎｔ  Ｔｅｓｔ  Ａｃｔｉｏｎ  Ｇｒｏｕｐ）等のデジタルインタフェースを介して、ＩＣコントローラに転送される。コンフィギュレーション設定は、次に、好ましくは恒久的にＩＣコントローラ３に保存される。
【００１７】
従って、本発明によるＩＣコントローラは、マイクロコントローラとは対照的に、プログラムされず、予めコンフィギュレーションされたコントローラおよびフィルタユニットと、さらなる機能性とのみが、選択およびパラメータ化され、その後、ＩＣコントローラに転送される。
【００１８】
コンフィギュレーションは、例えば、回路タイプの選択を含み得る。後者は、例えば、ステップアップコントローラ、ステップダウンコントローラ、フライバックコンバータ、ＰＦＣ、ＳＥＰＩＣまたはフォワードコンバータであり得る。どのようなコンバータタイプが選択されたかに応じて、ＩＣコントローラ３の入力および出力の適切なコンフィギュレーションが、コンフィギュレーションデバイス５を用いて自動的に行われ得る。従って、本発明によるＩＣコントローラ３は、所望のいずれの電源装置ともインタラクトすることが可能である。
【００１９】
さらに、特にステップアップコントローラ、ステップダウンコントローラおよびＰＦＣを駆動する際に、並列帰納分岐の位相シフト駆動、すなわち位相オフセット駆動が提供され得る。要求される可能性のあるスペクトル拡散のスイッチング周波数または帯域幅のコンフィギュレーションもまた考えられる。さらに、ＰＷＭ変調の限界値ＤＭＩＮまたはＤＭＡＸを選択し、上側のスイッチング素子２と下側のスイッチング素子２との間に不感時間を設けることができる。
【００２０】
フィルタ時定数の選択および設定、またはアナログ信号用の中央値フィルタにおける接続の可能性がさらに考えられる。さらに、例えば、Ｐ、ＰＩまたはＰＩＤコントローラであり得るコントローラ７のコンフィギュレーションが行われ得る。コントローラは、場合によっては、ローパスフィルタの挙動を示し得る。図に示すように、電位分離９が設けられる場合には、スタートアップまたは外部制御のための電圧コントローラ７の時定数ブリッジングをさらに設けることができる。さらに、特に過電圧および過電流の場合に、電流および電圧の設定値および最大値と、ターンオフ値とのコンフィギュレーションが行われ得る。さらに、ソフト始動コンフィギュレーションが達成され得る、または配線および温度制限が設けられ得る。さらに、例えばステータスメッセージのための追加の出力または突入電流制限器のブリッジングのためのリレー出力のセットアップが考えられる。さらに、電源電圧の監視、および特にスイッチオンおよびスイッチオフヒステリシスの監視のコンフィギュレーションが考えられる。トランジスタのスイッチングの瞬間にアナログ値のサンプリングが抑制されるように、ブランキングモードのコンフィギュレーションもまた、ＩＣコントローラにおいて行われ得る。
【００２１】
図面により、ＩＣコントローラ３が以下のパラメータ：被制御変数実電圧：ＶＡＣＴＵＡＬ；下位被制御変数実電流：ＩＡＣＴＵＡＬ；ＰＦＣ用の電源システム電圧：ＶＬＩＮＥ；温度：ＴＥＭＰ；トランジスタスイッチングエッジの同期化：ＳＹＮＣ＿ＩＮおよびＳＹＮＣ＿ＯＵＴ；動作許可：ＥＮＡＢＬＥ；およびコンフィギュレーションインタフェースの入力：ＣＯＮＦに関する入力を有することが明らかであり、これらは、マルチワイヤ様式で具体化されることも可能である。
【００２２】
さらに、ＩＣコントローラは、以下のパラメータ：スイッチング素子７用の通常約２アンペアの増加したドライバ電力を有するゲート信号：Ａ、＼Ａ、Ｂ、および＼Ｂ；スイッチング素子の２相バリアントに関して、追加の出力が提供され得る：Ｃおよび＼Ｃ；突入電流制限器のブリッジングのためのリレー出力：ＲＥＬ、およびエラーまたはステータスメッセージ出力：＼ＥＲＲに関する出力を有する。エラーまたはステータスメッセージの出力は、マルチワイヤ様式で具体化され得る。例えば以下のタイプ：Ｉ２ＣおよびＣＡＮの一方であり得るバスとして出力を具体化することも考えられる。最後に、好ましくはアナログ様式で達成され、かつコントローラの開発に役立つ設定電流事前定義ＩＳＥＴＰにも出力が提供される。
【００２３】
全体的に見て、本発明は、特に簡単かつ費用効果的な製造が可能で、開発者側のプログラミング行為を必要とせずにＩＣコントローラのコンフィギュレーションを可能とするデジタルＩＣコントローラを有利に開示することは明白である。ＩＣコントローラの単純な構造は、限られた数の入力および出力によってさらに確実となる。上記に説明した入力および出力により、本発明によるＩＣコントローラを用いて、所望のどのようなスイッチモード電源装置も駆動可能である。さらに、ＩＣコントローラに対して多数のコンフィギュレーション設定を行うことができる。
【符号の説明】
【００２４】
１  電源装置
２  スイッチング素子
３  ＩＣコントローラ
５  コンフィギュレーションデバイス
７  コントローラ
９  電位分離
2013517750.tif 000003
【国際調査報告】
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