(57)【要約】  ＤＣ−ＤＣコンバータ（１０）において、入力電圧（ＶＩＮ）がインダクタ（１６）を介して入力端子（４２）において受け取られ、積分器のコンデンサ（１８）上に蓄積される。入力端子（４２）と接地のような基準端子との間に第１のスイッチ（１４）が結合され、それによって、インダクタ（１６）に磁束を発生させる。コンデンサ上に蓄積されている入力電圧が、積分器回路、および入力電圧の初期値によって決定される割合で降下する。或る期間の後、第１のスイッチ（１４）が非伝導性になる。ダイオードにわたる第２のスイッチ（３４）が伝導性になるまで、インダクタ（１６）からダイオード（３６）を通じて出力端子に電流が流れる。第２のスイッチ（３４）が伝導性になるのに応答して、積分器のコンデンサ（１８）上に蓄積されている電圧が増大する。コンデンサ（１８）上に蓄積されている電圧が基準電圧（ＶＩＮ）と連続的に比較される。コンデンサ（１８）上に蓄積されている電圧が基準電圧を超えると、第２のスイッチ（３４）が非伝導性になる。
2013523064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ−ＤＣコンバータであって、
インダクタの第１の端子を受ける入力端子であって、前記インダクタは、入力電圧を受け取る第２の端子を有する、前記入力端子と、
第１のノードに結合される第１の端子、第１の基準端子に結合される第２の端子、および制御端子を有する第１のスイッチと、
前記第１のスイッチの前記制御端子に結合され、且つ前記第１のスイッチの伝導を調整する調整器と、
前記第１のノードと出力端子との間に結合され、且つ前記第１のノードから前記出力端子までのみに電流を提供するダイオード手段と、
前記第１のノードに結合される第１の端子、制御端子、および、前記出力端子に結合される第２の端子を有する第２のスイッチであって、該第２のスイッチは前記ダイオード手段を選択的に短絡化する、前記第２のスイッチと、
前記第１のノードと第２の基準端子との間に結合される積分器であって、該積分器は出力を有する、前記積分器と、
前記積分器の前記出力に結合される検出器手段であって、前記積分器の前記出力における電圧が基準電圧を超えるときを検出し、且つ出力を有する前記検出器手段と、
前記検出器手段の前記出力に結合される入力と、前記第２のスイッチの前記制御端子に結合される出力とを有する論理回路であって、該論理回路は、前記第１のスイッチが非伝導性になるのに応答して前記第２のスイッチを伝導性にするとともに、前記検出器手段の前記出力に応答して前記第２のスイッチを非伝導性にする、前記論理回路とを備える、ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記第１のスイッチが最初に伝導性になるとき、前記基準電圧は前記積分器の前記出力における電圧である、請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記検出器手段は、
電源電圧端子に結合される第１の電流電極、制御電極、および第２の電流電極を有する第１の伝導性タイプの第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタの前記第２の電流電極に結合される第１の電流電極、前記第１のトランジスタの前記制御電極に結合される制御電極、および、接地端子に結合される第２の電流電極を有する、前記第１の伝導性タイプと反対の第２の伝導性タイプの第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタの前記制御電極に結合される第１の電流電極、前記第１のトランジスタの前記第２の電流電極に結合される第２の電流電極、および、等化制御信号を受け取る制御電極を有する第３のトランジスタと、
前記第１のトランジスタの前記第２の電流電極に結合される第１の入力、イネーブル信号を受け取る第２の入力、および、前記論理回路の前記入力に結合される出力を有する論理ゲートと、
前記積分器の前記出力に結合される第１の電極、および、前記第１のトランジスタの前記制御電極に結合される第２の電極とを有するコンデンサとを備える、請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記第２のトランジスタの前記第２の電流電極に結合される第１の電流電極、前記調整器に結合される制御電極、および、前記接地端子に結合される第２の電流電極を有する前記第２の伝導性タイプの第４のトランジスタをさらに備える、請求項３に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記検出器手段は、前記基準電圧に結合される第１の入力、前記積分器の前記出力に結合される第２の入力、および、前記検出器手段の前記出力を提供する出力端子を有する比較器回路を備える、請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記論理回路は、前記調整器に結合されるクロック入力、電源電圧端子に結合されるデータ入力、前記検出器手段の前記出力に結合されるリセット入力、および、前記第２のスイッチの前記制御端子に結合される出力を有するフリップフロップ回路を含む、請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項７】
前記積分器は、
前記入力端子に結合される第１の端子を有するとともに第２の端子を有する抵抗器と、
前記抵抗器の前記第２の端子に結合される第１の電極、および前記第２の基準端子に結合される第２の電極を有するコンデンサとを備える、請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項８】
方法であって、
インダクタを介して入力端子において入力電圧を受け取るステップと、
前記入力電圧を積分器回路のコンデンサ上に蓄積するステップと、
第１のスイッチを伝導性にするステップであって、該第１のスイッチは前記入力端子と接地との間に結合され、それによって前記インダクタに磁束を発生させる、前記伝導性にするステップと、
前記コンデンサ上に蓄積されている前記入力電圧を前記積分器回路、および前記入力電圧の初期値によって決定される割合で降下させるステップと、
或る期間の後に、前記第１のスイッチを非伝導性にするステップと、
電流を前記インダクタからダイオードを通じて出力端子に流して、前記ダイオードの両端に第２のスイッチが伝導性になるまで出力電圧を提供するステップと、
前記第２のスイッチが伝導性になるのに応答して、前記出力電圧−前記入力電圧に比例する割合で前記積分器の前記コンデンサ上に蓄積されている電圧を増大させるステップと、
前記コンデンサに蓄積されている電圧を基準電圧と連続的に比較するステップと、
前記コンデンサ上に蓄積されている前記電圧が前記基準電圧に達し、超え始めると前記第２のスイッチを非伝導性にするステップとを備える、方法。
【請求項９】
前記第２のスイッチが伝導性になるとダイオード電圧降下によって前記インダクタの両端の電圧を低減するステップをさらに備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のスイッチに結合される調整器回路によって前記期間を制御するステップをさらに備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記連続的な比較のために、前記第１のスイッチを伝導性にする前に前記調整器回路からイネーブル信号を提供することによって、比較器をイネーブルするステップをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
論理ゲートに結合されるインバータに結合されるオートゼロコンデンサを用いて前記連続的な比較を実施するステップをさらに備え、
前記インバータは、該インバータのトリップ点電圧を前記入力電圧にセットするための、その入力と出力との間に選択的に結合される等化トランジスタを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
論理ゲートに結合される比較器回路を用いて前記連続的な比較を実施するステップをさらに備え、
前記比較器回路は、前記基準電圧を受け取るために基準端子に結合される第１の入力、前記積分器回路の前記コンデンサに結合される第２の入力を有するとともに、前記論理ゲートに結合される出力を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
検出回路と前記第２のスイッチとの間にフリップフロップを結合するステップをさらに備え、
前記コンデンサ上に蓄積されている電圧が前記基準電圧に達し、超えると、該フリップフロップはリセットされて、前記第２のスイッチをバイアスするための制御信号を提供する、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
ＤＣ−ＤＣコンバータであって、
インダクタの第１の端子を受ける入力端子であって、前記インダクタは、入力電圧を受け取る第２の端子を有する、前記入力端子と、
第１のノードに結合される第１の電流電極、接地端子に結合される第２の電流電極、および制御端子を有する第１のトランジスタスイッチと、
前記第１のトランジスタスイッチの前記制御端子に結合される、前記第１のスイッチの伝導を調整する調整器と、
前記第１のノードに結合されるカソード、および、出力端子に結合されるアノードを有する、前記第１のノードから前記出力端子までのみに電流を提供するダイオードと、
前記ダイオードの前記カソードに結合される第１の電流電極、制御端子、および、前記ダイオードの前記アノードに結合される第２の電流電極を有する第２のトランジスタスイッチであって、該第２のトランジスタスイッチは前記ダイオードを選択的に短絡化する、前記第２のトランジスタスイッチと、
前記第１のノードと前記接地端子との間に結合されるＲＣ積分器であって、該ＲＣ積分器は出力を有する、前記ＲＣ積分器と、
前記ＲＣ積分器の前記出力に結合される検出器であって、前記ＲＣ積分器の前記出力における電圧が基準電圧を超えるときを検出し、且つ出力を有する前記検出器と、
前記検出器の前記出力に結合される入力、および、前記第２のトランジスタスイッチの前記制御端子に結合される出力を有するフリップフロップであって、該フリップフロップは、前記第１のトランジスタスイッチが非伝導性になるのに応答して前記第２のトランジスタスイッチを伝導性にするとともに、前記ＲＣ積分器内のコンデンサ電圧が前記基準電圧を超えるときが求められたのに応答して前記第２のトランジスタスイッチを非伝導性にする、前記フリップフロップとを備える、ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１６】
前記検出器は、
前記ＲＣ積分器の前記出力に結合される第１の電極を有するとともに、第２の電極を有するコンデンサと、
電源電圧端子に結合される第１の電流電極、前記コンデンサの前記第２の電極に結合されるゲート、および、ノードに結合される第２の電流電極を有するＰチャネルトランジスタと、
前記ノードにおいて前記Ｐチャネルトランジスタの前記第２の電流電極に結合される第１の電流電極、前記Ｐチャネルトランジスタの前記ゲートに結合されるゲート、および、第２の電流電極を有する第１のＮチャネルトランジスタと、
前記第１のＮチャネルトランジスタの前記第２の電流電極に結合される第１の電流電極、前記調整器に結合されるゲート、および、前記接地端子に結合される第２の電流電極を有する第２のＮチャネルトランジスタと、
前記ノードに結合される第１の入力、前記調整器に結合される第２の入力、および、前記フリップフロップのリセット入力に結合される出力を有する論理ゲートとを備える、請求項１５に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１７】
前記第１のスイッチが最初に伝導性になるとき、前記基準電圧は前記ＲＣ積分器の前記出力における電圧である、請求項１５に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１８】
前記検出器は、
前記ＲＣ積分器の前記出力に結合される第１の入力、前記基準電圧を受け取る第２の入力、前記調整器に結合され、且つイネーブル信号を受け取る第３の入力、および出力を有する比較回路と、
前記検出器の前記出力に結合される第１の入力、前記調整器に結合され、且つ前記イネーブル信号を受け取る第２の入力、および前記フリップフロップの前記入力に結合される出力を有する論理ゲートとを備える、請求項１５に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１９】
前記フリップフロップの前記入力はリセット入力である、請求項１８に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２０】
前記ＲＣ積分器は、
前記入力端子に結合される第１の端子を有するとともに第２の端子を有する抵抗器と、
該積分器の前記出力において前記抵抗器の前記第２の端子に結合される第１の電極を有するコンデンサであって、該コンデンサは、前記接地端子に結合される第２の電極を有する、コンデンサとを備える、請求項１５に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的にはＤＣ−ＤＣコンバータに関し、より詳細には、スイッチ制御を有するＤＣ−ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ−ＤＣコンバータは、利用可能な電源が広い電圧範囲を有することは珍しくないため、システムにおいて重要な役割を有する。電源は電池である場合があるため、ＤＣ−ＤＣコンバータはその変換を効率的に実行することが望ましい。効率はＤＣ−ＤＣコンバータ自体によって使用される電力によって低減される。従って、効率を向上させるために、変換中に消費される電力をなくすかまたは低減することが望ましい。一般的に、変換プロセスにおいてダイオードが使用されるが、順方向バイアスＰＮ接合の約０．７ボルトの電圧降下に起因して、ダイオードを通過する電流が電力の損失となる。スイッチングトランジスタを使用することによってこのダイオードドロップをなくす試みが為されてきたが、このトランジスタのタイミングが適切な動作のために非常に重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
トランジスタが伝導性である時間が長すぎる場合、電流は実際には出力から逆にコンバータに流れる可能性がある。トランジスタがあまりに早く非伝導性になると、電力はダイオードによって浪費される。
【０００４】
従って、ＤＣ−ＤＣ変換の実行における上記で提起した問題をなくすかまたは改善する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】一実施形態の回路図である。
【図２】図１の実施形態の動作の理解に有用なタイミング図である。
【図３】図１の実施形態に使用されることができる回路要素の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明は例として示されており、添付の図面によって限定されない。図面において、同様の参照符号は類似の要素を示す。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。
【０００７】
１つの態様において、ＤＣ−ＤＣコンバータは、効率を向上させるためにダイオードをバイパスするために使用される、ダイオードに並列なスイッチを有する。インダクタのための接続が存在し、ここで、電流が、インダクタを通過することになり、対応するエネルギーがインダクタ内に蓄積されることになり、これは、第１の持続時間にわたって存続する。電流の形態のこのエネルギーは、その後ダイオードを通じて結合され、非常に短い遅延の後、スイッチを通じて結合されて出力電圧において電流を提供する。スイッチが非伝導性になるタイミングがコンバータの効率にとって重要であり、これは、エネルギーがインダクタ内に蓄積される時間、およびインダクタが電流を出力に提供する時間の両方を計算するＲＣ積分器を使用して達成される。これは、以下の記載および図面を参照することによってより良好に理解される。
【０００８】
「アサート」または「セット」および「ネゲート」（または「アサート停止」もしくは「クリア」）という用語は、本明細書においては、信号、ステータスビット、または類似の装置をそれぞれ、その論理的に真または論理的に偽の状態にレンダリングすることを指す場合に使用される。論理的に真の状態が論理レベル１である場合、論理的に偽の状態は論理レベル０である。そして、論理的に真の状態が論理レベル０である場合、論理的に偽の状態は論理レベル１である。
【０００９】
図１には、調整器１２と、Ｎチャネルトランジスタ１４と、インダクタ１６と、抵抗器１７と、コンデンサ１８と、コンデンサ２０と、Ｎチャネルトランジスタ２２と、Ｐチャネルトランジスタ２４と、Ｎチャネルトランジスタ２５と、Ｎチャネルトランジスタ２６と、ＮＡＮＤゲート２８と、Ｄフリップフロップ３０と、インバータ３２と、Ｐチャネルトランジスタ３４と、ダイオード３６と、コンデンサ３８と、負荷４０とを有するＤＣ−ＤＣコンバータ１０が示されている。調整器１２は、コンバータ１０の出力Ｖｏに接続される入力と、ノード４６に接続される第１の出力と、イネーブル信号ＥＮを提供する第２の出力とを有する。トランジスタ１４は、ノード４６に接続される制御電極と、接地に接続されるソースと、ノード４２に接続されるドレインとを有する。インダクタ１６は、電源電圧Ｖｉｎを受け取るための第１の端子と、ノード４２に接続される第２の端子を有する。抵抗器１７は、ノード４２に接続される第１の端子と、ノード４４に接続される第２の端子とを有する。コンデンサ１８は、ノード４４に接続される第１の端子と、接地に接続される第２の端子とを有する。コンデンサ２０は、ノード４４に接続される第１の端子と、ノード４７に接続される第２の端子とを有する。トランジスタ２２は、コンデンサの第２の端子に接続される第１の電流電極と、等化信号ＥＱを受け取るための制御電極と、ノード４５に接続される第２の電流電極とを有する。トランジスタ２４は、電源端子ＶＤＤに接続されるソースと、コンデンサ２０の第２の端子に接続される制御電極と、ノード４５に接続されるドレインとを有する。トランジスタ２５は、ノード４５に接続されるドレインと、コンデンサ２０の第２の端子に接続されるゲートと、ソースとを有する。トランジスタ２６は、トランジスタ２５のソースに接続されるドレインと、イネーブル信号を受け取るための制御電極と、接地に接続されるソースとを有する。ＮＡＮＤゲート２８は、ノード４５に接続される第１の入力と、イネーブル信号ＥＮを受け取るための第２の入力と、出力とを有する。Ｄフリップフロップ３０は、ＮＡＮＤゲート２８の出力に接続されるリセットＲ入力と、電源端子ＶＤＤに接続されるＤ入力と、出力Ｑ＊と、クロック入力Ｃとを有する。インバータ３２は、ノード４６に接続される入力と、Ｄフリップフロップ３０のクロック入力Ｃに接続される出力とを有する。トランジスタ３４は、フリップフロップ３０の出力Ｑ＊に接続されるゲートと、ノード４２に接続される第１の電流電極と、出力Ｖｏに接続される第２の電流電極とを有する。ダイオードは、ノード４２に接続されるアノード、および、出力Ｖｏに接続されるカソードを有する。コンデンサ３８は、出力Ｖｏに接続される第１の端子と、接地に接続される第２の端子とを有する。負荷４０は出力Ｖｏに接続される。
【００１０】
動作中、インダクタ１６は最初に、トランジスタ１４が伝導性である間にエネルギーを蓄積し、その後その蓄積エネルギーに基づいて出力Ｖｏに電流を提供する。このプロセスは負荷４０の電力需要に見合う割合で反復する。インダクタ１６がエネルギーを蓄積する前の時点において、トランジスタ１４および３４は非伝導性である。この状態において、負荷４０に対する電力は、コンデンサ３８内に蓄積されている電荷によって供給されている。
【００１１】
出力Ｖｏにおける電圧レベルを所望のレベルに維持するために、次の充電フェーズが調整器１２によって開始され、当該調整器は、出力Ｖｏを検知してイネーブル信号ＥＮを生成する。これは図２において時刻ｔ１において発生するものとして示されている。生成されているイネーブル信号ＥＮは、トランジスタ２６を伝導性にし、ＮＡＮＤゲート２８をその第１の入力に応答するようにする。トランジスタ２４および２５は、トランジスタ２６が伝導性である場合にイネーブルされる反転増幅器を形成する。当該反転増幅器は検出器回路として使用される。イネーブル信号が生成されている前は、インダクタ１６を通じて電流は流れておらず、それによって、ノード４２はノード４４と同じＶｉｎにある。イネーブル信号ＥＮが時刻ｔ１において生成されると、等化信号ＥＱが応答して、ほぼ時刻ｔ１において論理ローから論理ハイに遷移することによってイネーブルされる。論理ハイにおける等化信号ＥＱは、トランジスタ２２が伝導性になるようにし、それによって、ノード４５および４７が共に結合される。従って、ノード４７における反転増幅器の入力およびノード４５における反転増幅器の出力が等化される。入力に適用されている反転増幅器の出力のこの構成は、オートゼロと呼ばれる。この構成において、ノード４５および４７における電圧は反転増幅器のスイッチ点にあり、当該スイッチ点は、入力電圧における任意の増大が、入力が論理ハイとして認識される結果になり、入力電圧における任意の減少が、入力が論理ローとして認識される結果になる点である。ノード４４における電圧は、ノード４５および４７が共に結合されることによって影響されている場合があり、それによって、等化信号ＥＱは、ノード４４が電源電圧Ｖｉｎのレベル、すなわちノード４２において電流が流れていない状態に達するのに十分長く論理ハイに維持される。この、ノード４４がほぼ電圧Ｖｉｎに達するのに十分な時間の後、等化信号ＥＱは図２に示される時刻ｔ２において、調整器１２により論理ローに切り替えられ、トランジスタ２２を非伝導性にしてノード４７をフローティング状態のままにする。ノード４４が電圧Ｖｉｎにあり、かつノード４７が検出回路のスイッチ点に予め充電されている状態において、コンデンサ２０の両端において基準電圧が確立される。
【００１２】
等化信号ＥＱが論理ローに切り替わった後、調整器１２は、図２おいて時刻ｔ３において発生するものとして示されている、ノード４６における励起信号を生成する。これによって、インバータ３２が、Ｄフリップフロップ３０のクロック入力に結合されるその出力を論理ハイから論理ローに遷移させる。Ｄフリップフロップ３０はポジティブ・エッジ・トリガされ、従ってＤフリップフロップ３０はこの論理ハイから論理ローへの遷移に応答せず、それによって、ノード４８における出力は、トランジスタ３４を非伝導性のままにする論理ハイのままである。ノード４６における論理ハイによって、トランジスタ１４が伝導性になり、これによって、ノード４２が図２に示されるように論理ローに切り替わる。ノード４２が論理ローになることによって、電流がインダクタ１６に供給され、ここでエネルギーが蓄積される。論理ローにあるノード４２によって、抵抗器１７のレジスタンス（Ｒ）およびコンデンサ１８のキャパシタンス（Ｃ）に基づく割合で電荷がコンデンサ１８から流れ出るようになる。これは一般的にＲＣ時定数と呼ばれる。従って、コンデンサ１８はＲＣ時定数に基づく割合で放電されている。図２においてほぼ時刻ｔ３において始まって示されているようにノード４４の電圧が減少するにつれて、フローティングしているノード４７の電圧が同じ量だけ減少する。コンデンサ２０の両端の電圧はほぼ一定のままであり、従って、オートゼロコンデンサとして機能し、それによって、ノード４７はノード４４と同じ割合でドロップする。これによって、ノード４７がトランジスタ２４および２５から成る検出器のスイッチ点を下回ることが確実になる。従って、ノード４５は論理ハイにあり、これは、Ｄフリップフロップ３０のＲ入力が論理ローにあることを意味する。コンデンサ４４は、調整器１２がノード４６における信号を論理ローに変更するまで放電し続けることになる。
【００１３】
図２において時刻ｔ４において発生するものとして示されている、ノード４６における信号の論理ローへの遷移は、トランジスタ１４が非伝導性になるようにし、インバータ３２がＤフリップフロップ３０のクロック入力を論理ハイに遷移させるようにする。クロック入力のこのポジティブエッジによって、Ｄフリップフロップ３０のＱ＊出力が、そのＤ入力における信号の逆を出力するようになる。Ｄ入力は、正側電源端子ＶＤＤに接続されていることに起因して、論理ハイにある。従って、Ｑ＊出力が論理ローに遷移し、それによって、トランジスタ３４が伝導性になる。従ってトランジスタ３４は、ダイオード３６をバイパスして、順方向バイアスＰＮ接合によって引き起こされる余計な電圧降下を回避するように作用する。トランジスタ３４が伝導性になる前にトランジスタ４６が非伝導性になるため、インダクタ１６から供給される電流は最初はダイオード３６を通過し、従って時刻ｔ４におけるノード４２の初期電圧は、出力電圧Ｖｏを上回るダイオードドロップである。インバータ３２およびＤフリップフロップ３０を通じての必要な遷移の後、トランジスタ３４はダイオード３６をバイパスし、それによって、ノード４２における電圧が出力電圧Ｖｏとほぼ同じになる。ノード４２における電圧が出力電圧Ｖｏにあることによって、ノード４４における電圧は、ほぼ図２に示される時刻ｔ４において上昇し始める。ノード４４における電圧は上昇し続け、これによって、ノード４７も同じ割合で上昇するようになる。ノード４４が電圧Ｖｉｎのレベルに達すると、ノード４７はトランジスタ２４および２５から成る検出器のスイッチ点に達する。ノード４７はフローティングしているため、コンデンサ２９の両端の電圧は変化しないままである。ノード４７における電圧がスイッチ点に達するかまたは場合によってはわずかにそれを超えると、ノード４５における検出器の出力は論理ハイから論理ローに切り替わる。ＮＡＮＤゲート２８は、イネーブル信号ＥＮが依然として論理ハイであることによって、その出力を論理ローから論理ハイに切り替える。この結果、フリップフロップ３０のＲ入力が論理ハイに切り替わることになり、これによって、フリップフロップ３０はそのＱ＊出力を論理ローにリセットすることになる。フリップフロップ３０からの論理ロー出力によって、トランジスタ３６は非伝導性になる。インダクタ１６内の任意の追加の蓄積エネルギーがダイオード３６を通過する。好ましくはインダクタ１６がダイオード３６を通じて電流を供給していないような十分な所定時間の後、イネーブル信号ＥＮが論理ローに遷移される。論理ローにあるイネーブル信号は検出器をディセーブルし、ＮＡＮＤゲート２８が論理ハイ出力を提供するようにする。このような場合、Ｄフリップフロップ３０はリセット状態に保持され、リセット状態は、論理ローがトランジスタ３４に出力され、従って、トランジスタ３４が非電動状態に保たれる状態である。
【００１４】
コンデンサ１８および抵抗器１７は積分器として機能し、それによって、Ｖｉｎからロー値、好ましくは接地への電圧変化が第１の積分として積分される。コンデンサ１８および抵抗器１７は完全な積分器ではないが、ＲＣ時定数が非常に良好な積分の近似を提供するよりも著しく短い時間にわたって動作する。従って、コンデンサ１８のキャパシタンスおよび抵抗器１７のレジスタンスは、これが当てはまることを確実にするように選択される。ノード４２における電圧レベルが出力電圧Ｖｏのレベルにある場合、逆に第２の積分が実行される。両方の積分に対してインダクタ１６に接続される同じレジスタンスおよびキャパシタンスを使用することによって、これらの値における変動によって導入される誤差は存在しない。第１の積分は、ノード４２における電圧が接地にある時間に基づく、インダクタ１６内を流れている電流の測度である。第２の積分は、負荷４０に対するＶｏの出力電圧を維持するための出力に流れる電流の測度である。トランジスタ３４が過度に長い間伝導性であり続ける場合、電流は実際は逆流してノード４２に戻って流れ始め、これは電力の浪費である。ダイオード３６は、トランジスタ３４が非伝導性であることによって、この逆流を防止する。しかしながら、ダイオード３６は、電流がノード４２から当該ダイオードを通じて出力へ流れる場合、電力を浪費する。従って、電流がノード４２から出力へ流れている限りトランジスタ３４が伝導性であることが有益である。ノード４４が電圧Ｖｉｎのレベルに戻ることは、インダクタ電流がほぼゼロに達しており、従って、トランジスタ３４を非伝導性にするときであることを示す。ノード４４が電圧Ｖｉｎのレベルに戻ったことは、ノード４７においてトランジスタ２４および２５によって検出され、ＮＡＮＤゲート２８を通じてフリップフロップ３０に伝搬される。フリップフロップ３０は、図２に示される時刻ｔ５において応答してノード４８における信号を論理ローから論理ハイに遷移させ、これによって、トランジスタ３４は非伝導性になる。積分器に対してＲＣ時定数を使用することに起因して、出力電圧が入力電圧よりも著しく大きいとき、第１の積分および第２の積分の正味の効果は、蓄積エネルギーが変換を完了するよりも少し前にノード４２がＶｉｎのレベルに戻ることであり、これは、蓄積エネルギーのすべてが変換される前にトランジスタ３４が非伝導性になっていることを容易に確実にする効果を有する。トランジスタ３４が非伝導性になると、ノード４２は図２に示されるわずかなリンギングによって反応することになる。
【００１５】
トランジスタ２４および２５は、それらの２つのトランジスタによって形成されるとともにトランジスタ２６によってイネーブルされる反転増幅器のスイッチ点にノード４７が達しているときに関しては検出器として動作する。コンデンサ２０はＶｉｎにおける電圧と反転増幅器のスイッチ点との間の差である電圧を蓄積する。その効果は、ノード４７がスイッチ点において開始し、ノード４４における電圧降下に続き、その後ノード４４における電圧の上昇に続く、ということである。従って、ノード４４がＶｉｎのレベルに戻ると、ノード４７はスイッチ点に達する。従って、コンデンサ２０ならびにトランジスタ２４および２５は、ノード４４における電圧が電圧Ｖｉｎのレベルに交わると、検出器として機能する。トランジスタ２２は、Ｖｉｎのレベルにわたるノード４４の遷移を検出するための初期状態の確立に有用である。
【００１６】
代替的な、そしておそらくより一般的な手法が図３に示されており、これは、トランジスタ２２、２４，２５、および２６ならびにコンデンサ２０から成る検出器回路として機能することができる比較器５０を含む。比較器５０は、図１のノード４４に結合される反転入力と、基準電圧Ｖｒｅｆに結合される非反転入力と、図１のイネーブル信号ＥＮを受け取るためのイネーブル入力と、ノード４５に結合される出力とを有する。基準電圧Ｖｒｅｆは電圧Ｖｉｎであることができる。このような場合、ノード４４がＶｉｎを下回り、かつイネーブル信号がアクティブであると、比較器５０はノード４５において論理ハイを出力する。ノード４４が上昇し電圧Ｖｉｎのレベルに達すると、比較器５０はその出力を論理ローに遷移させる。これは、２２、２４、２５、および２６ならびにコンデンサ２０から成る検出器回路と同じ機能的動作である。図３の比較器５０に対して、電圧Ｖｉｎのレベルと異なる基準電圧が有効であり得る。
【００１７】
このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、トランジスタ３４の非常に効率的な制御を提供し、それによって、電流がダイオード３６を通過するのにかかる時間はごくわずかとなる。ダイオード３６は、トランジスタ３４の伝導性のタイミングにいくらかの余裕を許容するためにノード４２からＶｏへの電流経路が常に利用可能であることを確実にするために、有用であり続ける。
【００１８】
これまでで、ＤＣ−ＤＣコンバータが提供されたことが理解されるべきである。ＤＣ−ＤＣコンバータは、インダクタの第１の端子を受けるための入力端子を含み、インダクタは、入力電圧を受け取るための第２の端子を有する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１のノードに結合される第１の端子、第１の基準端子に結合される第２の端子、および、制御端子を有する第１のスイッチをさらに含む。ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１のスイッチの制御端子に結合される、第１のスイッチの伝導を調整するための調整器をさらに含む。ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１のノードと出力端子との間に結合される、第１のノードから出力端子までのみに電流を提供するためのダイオード手段をさらに含む。ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１のノードに結合される第１の端子と、制御端子と、出力端子に結合される第２の端子とを有する第２のスイッチをさらに含み、第２のスイッチはダイオード手段を選択的に短絡化する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１のノードと第２の基準端子との間に結合される積分器をさらに含み、当該積分器は出力を有する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、積分器の出力における電圧が基準電圧を超えるときを検出するための、積分器の出力に結合されるとともに出力を有する検出器手段をさらに含む。ＤＣ−ＤＣコンバータは、検出器手段の出力に結合される入力と、第２のスイッチの制御端子に結合される出力とを有する論理回路をさらに含み、当該論理回路は、第１のスイッチが非伝導性になるのに応答して第２のスイッチを伝導性にするとともに、検出器手段の出力に応答して第２のスイッチを非伝導性にする。ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１のスイッチが最初に伝導性になるとき、基準電圧が積分器の出力における電圧であることをさらに特徴とすることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、検出器手段が、電源電圧端子に結合される第１の電流電極、制御電極、および第２の電流電極を有する第１の伝導性タイプの第１のトランジスタと、第１のトランジスタの第２の電流電極に結合される第１の電流電極、第１のトランジスタの制御電極に結合される制御電極、および、接地端子に結合される第２の電流電極を有する、第１の伝導性タイプと反対の第２の伝導性タイプを有する第２のトランジスタと、第１のトランジスタの制御電極に結合される第１の電流電極、第１のトランジスタの第２の電流電極に結合される第２の電流電極、および、等化制御信号を受け取るための制御電極を有する第３のトランジスタと、第１のトランジスタの第２の電流電極に結合される第１の入力、イネーブル信号を受け取るための第２の入力、および、論理回路の入力に結合される出力を有する論理ゲートと、積分器の出力に結合される第１の電極、および、第１のトランジスタの制御電極に結合される第２の電極を有するコンデンサとを備えることをさらに特徴とすることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、第２のトランジスタの第２の電流電極に結合される第１の電流電極、調整器に結合される制御電極、および、接地端子に結合される第２の電流電極を有する第２の伝導性タイプの第４のトランジスタをさらに備えることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、検出器手段が、基準電圧に結合される第１の入力、積分器の出力に結合される第２の入力、および、検出器手段の出力を提供するための出力端子を有する比較器回路を含むことをさらに特徴とすることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、論理回路が、調整器に結合されるクロック入力、電源電圧端子に結合されるデータ入力、検出器手段の出力に結合されるリセット入力、および、第２のスイッチの制御端子に結合される出力を有するフリップフロップ回路を含むことをさらに特徴とすることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、積分器が、入力端子に結合される第１の端子を有するとともに第２の端子を有する抵抗器と、抵抗器の第２の端子に結合される第１の電極、および第２の基準端子に結合される第２の電極を有するコンデンサを備えることをさらに特徴とすることができる。
【００１９】
方法も開示される。方法は、インダクタを介して入力端子において入力電圧を受け取るステップを含む。方法は、入力電圧を積分器回路のコンデンサ上に蓄積するステップも含む。方法は、第１のスイッチを伝導性にするステップであって、第１のスイッチは入力端子と接地との間に結合されており、それによってインダクタに磁束を発生させる（fluxing）、伝導性にするステップも含む。方法は、コンデンサ上に蓄積されている入力電圧を積分器回路、および入力電圧の初期値によって決定される割合で降下させるステップも含む。方法は、ダイオードにわたる第２のスイッチが伝導性になるまで出力電圧を提供するために、電流をインダクタからダイオードを通じて出力端子に流すステップも含む。方法は、第２のスイッチが伝導性になるのに応答して、出力電圧−入力電圧に比例する割合で積分器のコンデンサ上に蓄積されている電圧を増大させるステップも含む。方法は、コンデンサに蓄積されている電圧を基準電圧と連続的に比較するステップも含む。方法は、コンデンサ上に蓄積されている電圧が基準電圧に達し、超え始めると第２のスイッチを非伝導性にするステップも含む。方法は、第２のスイッチが伝導性になるとダイオード電圧降下によってインダクタの両端の電圧を低減するステップをさらに含むことができる。方法は、第１のスイッチに結合される調整器回路によって期間を制御するステップをさらに含むことができる。方法は、連続的な比較のために、第１のスイッチを伝導性にする前に調整器回路からイネーブル信号を提供することによって、比較器をイネーブルするステップをさらに含むことができる。方法は、論理ゲートに結合されるインバータに結合されるオートゼロコンデンサを用いて連続的な比較を実施するステップをさらに含むことができ、インバータは、当該インバータのトリップ点電圧を入力電圧にセットするための、その入力と出力との間に選択的に結合される等化トランジスタを有する。方法は、論理ゲートに結合される比較器回路による連続的な比較を実施するステップであって、比較器回路は、基準電圧を受け取るために基準端子に結合される第１の入力、積分器回路のコンデンサに結合される第２の入力を有するとともに、論理ゲートに結合される出力を有することをさらに特徴とすることができる。方法は、検出回路と第２のスイッチとの間にフリップフロップを結合するステップをさらに含むことができ、フリップフロップは、コンデンサ上に蓄積されている電圧が基準電圧に達し、超えると、第２のスイッチをバイアスするための制御信号を提供するためにリセットされる。
【００２０】
インダクタの第１の端子を受けるための入力端子を有するＤＣ−ＤＣコンバータも開示され、インダクタは、入力電圧を受け取るための第２の端子を有する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１のノードに結合される第１の電流電極、接地端子に結合される第２の電流電極、および、制御端子を有する第１のトランジスタスイッチも含む。ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１のトランジスタスイッチの制御端子に結合される、第１のスイッチの伝導を調整するための調整器も含む。ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１のノードに結合されるカソード、および、出力端子に結合されるアノードを有する、第１のノードから出力端子までのみに電流を提供するためのダイオードも含む。ＤＣ−ＤＣコンバータは、ダイオードのカソードに結合される第１の電流電極、制御端子、および、ダイオードのアノードに結合される第２の電流電極を有する第２のトランジスタスイッチも含み、第２のトランジスタスイッチはダイオードを選択的に短絡化する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１のノードと接地端子との間に結合されるＲＣ積分器も含み、当該ＲＣ積分器は出力を有する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、ＲＣ積分器の出力における電圧が基準電圧を超えるときを検出するための、ＲＣ積分器の出力に結合されるとともに出力を有する検出器も含む。ＤＣ−ＤＣコンバータは、検出器の出力に結合される入力、および、第２のトランジスタスイッチの制御端子に結合される出力を有するフリップフロップも含み、当該フリップフロップは、第１のトランジスタスイッチが非伝導性になるのに応答して第２のトランジスタスイッチを伝導性にするとともに、ＲＣ積分器内のコンデンサ電圧が基準電圧を超えるときが求められたのに応答して第２のトランジスタスイッチを非伝導性にする。ＤＣ−ＤＣコンバータは、検出器が、ＲＣ積分器の出力に結合される第１の電極を有するとともに、第２の電極を有するコンデンサと、電源電圧端子に結合される第１の電流電極、コンデンサの第２の電極に結合されるゲート、および、ノードに結合される第２の電流電極を有するＰチャネルトランジスタと、上記ノードにおいてＰチャネルトランジスタの第２の電流電極に結合される第１の電流電極、Ｐチャネルトランジスタのゲートに結合されるゲート、および、第２の電流電極を有する第１のＮチャネルトランジスタと、第１のＮチャネルトランジスタの第２の電流電極に結合される第１の電流電極、調整器に結合されるゲート、および、接地端子に結合される第２の電流電極を有する第２のＮチャネルトランジスタと、ノードに結合される第１の入力、調整器に結合される第２の入力、および、フリップフロップのリセット入力に結合される出力を有する論理ゲートとを備えることをさらに特徴とすることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１のスイッチが最初に伝導性になるとき、基準電圧がＲＣ積分器の出力における電圧であることをさらに特徴とすることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、検出器が、ＲＣ積分器の出力に結合される第１の入力、基準電圧を受け取るための第２の入力、イネーブル信号を受け取るための、調整器に結合される第３の入力、および出力を有する比較器回路と、検出器の出力に結合される第１の入力、イネーブル信号を受け取るための、調整器に結合される第２の入力、およびフリップフロップの入力に結合される出力を有する論理ゲートとを備えることをさらに特徴とすることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、フリップフロップの入力がリセット入力であることをさらに特徴とすることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、ＲＣ積分器が、入力端子に結合される第１の端子を有するとともに第２の端子を有する抵抗器と、積分器の出力において抵抗器の第２の端子に結合される第１の電極を有するコンデンサとを備え、コンデンサは、接地端子に結合される第２の電極を有することをさらに特徴とすることができる。
【００２１】
本明細書において、具体的な実施形態を参照して本発明を説明したが、添付の特許請求の範囲に明記されているような本発明の範囲から逸脱することなくさまざまな改変および変更を為すことができる。例えば、ＲＣ調整器が開示されたが、別の積分器が有効であり得る。さらに、ロジックの少なくとも或る部分は逆にしてもよく、その場合ＮＡＮＤゲート２８はＮＯＲゲートのような何らかの他のタイプの論理ゲートであり得る。従って、本明細書および図面は限定的な意味ではなく例示とみなされるべきであり、すべてのこのような改変が本発明の範囲内に含まれることが意図されている。本明細書において具体的な実施形態に関して記載されているいかなる利益、利点、または問題に対する解決策も、任意のまたはすべての請求項の重要な、必要とされる、または基本的な特徴または要素として解釈されるようには意図されていない。
【００２２】
本明細書において使用される場合、「結合されている」という用語は、直接結合または機械的結合に限定されるようには意図されていない。
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。
【００２３】
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。従って、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。
【図３】
2013523064.tif 000003
【図１】
2013523064.tif 000004
【図２】
2013523064.tif 000005
【国際調査報告】
2013523064.tif 000006
2013523064.tif 000007