(57)【要約】  パワーレギュレータ（９８）は、負荷に給電するよう接続されたレギュレートされた電力のための出力（８６）を有する。負荷は、急激な過渡応答を必要とする種々の電気的特性を有することができる。このパワーレギュレータにおける過渡応答振幅は、出力端に容量を追加することによって小さくなるが、このことはクロスオーバー周波数を下げることにより、パワーレギュレータの応答時間が低速となり、クロスオーバー周波数における位相マージンを下げる。フィードバックネットワーク（９４）内に埋め込まれた調節自在な利得要素は、フィードバックネットワークにおけるインピーダンス要素の有効値をパワーレギュレータのメーカーまたはユーザーが変えることができるようにするための入力を提供する。メーカーまたはユーザーは、利得を調節できる要素の入力端にインピーダンスを選択的に接続し、よってフィードバックネットワークの周波数特性を調節し、パワーレギュレータの出力特性を調節し、パワーレギュレータの出力に追加された容量の影響を補償できる。利得調節可能な要素における入力に種々のインピーダンスを選択的に接続することにより、レギュレータの利得の周波数および出力位相を変えるように、フィードバック回路の利得を調節できる。可変利得を適性に調節することにより、クロスオーバー周波数および位相マージンを高め、出力に追加された容量によって低下した性能を回復できる。
2008539526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力パワーから制御された出力パワーを発生するためのパワーレギュレータにおいて、
前記入力パワーに接続された入力および前記制御された出力パワーを発生する出力を有するパワー変換ステージと、
前記パワー変換ステージの前記出力に接続された入力および前記パワー変換ステージの制御入力に接続された出力を有するフィードバックネットワークとを備え、前記フィードバックネットワークは、
前記パワー変換ステージの前記出力を受けるよう接続された周波数依存ネットワークと、
前記周波数依存ネットワークに接続された利得または減衰量可変要素とを備え、該利得または減衰量可変要素は、制御入力を有すると共に、フィードバックネットワークの周波数依存回路特性を調節するよう、選択的に調節自在であり、
前記利得または減衰可変要素の、前記制御入力に接続された接続部を備え、前記接続部は、前記フィードバックネットワークの周波数依存パスの利得または減衰量を変えるためのインピーダンスに選択的に接続されているパワーレギュレータ。
【請求項２】
前記インピーダンスは、ユーザーが選択できる外部インピーダンスであり、前記インピーダンスは、抵抗または容量のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のパワーレギュレータ。
【請求項３】
前記フィードバックネットワークの前記出力に接続されたエラー増幅器と、
前記エラー増幅器と前記パワー変換ステージの前記制御入力との間に接続されたコントローラを更に備える、請求項１記載のパワーレギュレータ。
【請求項４】
前記利得または減衰量可変要素は、出力にユーザーが選択できるインピーダンスが接続された増幅器であり、更に前記増幅器の入力と出力との間に接続されたフィードバック部品を含む、請求項１記載のパワーレギュレータ。
【請求項５】
前記パワーレギュレータの出力と基準とを比較するように接続され、前記パワーレギュレータの制御入力に接続された出力を有するエラー増幅器と、
パワーレギュレータの出力に接続された第１入力および選択可能なインピーダンスに接続された第２入力を有する調節自在な増幅器とを備え、前記調節自在なコンパレータは、前記エラー増幅器の周波数依存ネットワークに接続された出力を有する、パワーレギュレータのための調節可能なフィードバックループ。
【請求項６】
パワーレギュレータの出力と基準とを比較するように接続され、前記パワーレギュレータの制御入力に接続された出力を有するエラー増幅器と、
パワーレギュレータの出力に接続された第１入力および選択可能なインピーダンスに接続された第２入力を有する調節自在な減衰ネットワークとを備え、前記調節自在な減衰ネットワークは出力を有し、
更に前記調節自在な減衰ネットワークの前記出力に接続された入力および前記エラー増幅器に接続された出力を有する周波数依存ネットワークに接続された出力を有するバッファ増幅器を備えた、パワーレギュレータのための調節自在なフィードバックループ。
【請求項７】
前記バッファ増幅器の利得は、調節自在である、請求項６記載の調節自在なフィードバックループ。
【請求項８】
パワーレギュレータのフィードバックループを調節するための方法であって、
前記パワーレギュレータのためのフィードバックループを設けるステップと、
前記フィードバックループの周波数依存パスの利得を変えるステップとを備え、前記利得を変える前記ステップは、前記パワーレギュレータの出力容量に合うように、所定の値の外部インピーダンス要素を接続することを含む、フィードバックループを調節するための方法。
【請求項９】
前記フィードバックループの利得を変える前記ステップは、前記パワーレギュレータの出力容量に従って利得を変える、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には電力レギュレータに関し、より詳細には、調節自在なフィードバックループを有するパワーレギュレータ、パワーレギュレータのための調節自在なフィードバックループ、およびパワーレギュレータのフィードバックループを調節するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
多くの電気デバイスでは、このデバイス内の回路に、制御された電力を給電するために、パワーレギュレータが使用されている。これらパワーレギュレータは電圧を所望するレベルに変換し、特定の出力レベルなどに電力をレギュレートするのに使用できる。これらパワーレギュレータはいくつかの異なる設計に従って構成される。１つの設計として、入力電圧を高速でオンオフ切り換えし、より低いレベルで出力電圧を発生するように平滑化するスイッチングパワーレギュレータがある。レギュレータは、一般にフィードバック制御ループを使用し、この制御ループは多くの構造では、レギュレータの出力電圧と基準値とを比較し、出力の厳密な制御を維持するためのエラー増幅器（誤差増幅器）を含む。
【０００３】
図８ａには、入力端８２と、パワー変換ステージ８４と、出力端８６とを含む、パワーレギュレータ８０の全体が示されている。このパワー変換ステージ８４は、フィードバックネットワーク８８を通してエラー増幅器９０にその出力を送し、エラー増幅器は次にパワー変換ステージ８４を制御するコントローラ９２に出力を送るようになっている。
【０００４】
パワーレギュレータを開発する際の重要なパラメータの１つは、過渡応答である。この過渡応答は、負荷電流の変化に起因する出力電圧の変動として最も一般に定義されている。この過渡応答を測定する別の方法は、負荷が変化した後にレギュレータの出力電圧が定常状態に戻るまでかかる時間を測定することである。この過渡応答に影響する３つの変数として、１）Ｃｏｕｔ−出力容量の大きさ、２）ｆＣ−レギュレータ全体の０ｄＢのフィードバックループのクロスオーバー周波数、および３）ＰＭ−クロスオーバー周波数ｆＣにおける位相マージン（余裕）である。
【０００５】
出力容量Ｃｏｕｔは、レギュレータフィードバックループが変動に応答するまで、出力電圧がどれだけ大きく変化するか（ｄＶ）を決定し、クロスオーバー周波数ｆＣは、レギュレータが変動に応答するまでかかる時間であり、位相マージンＰＭは、変動に対する応答のダンピングの尺度である。一例として、３５ｋＨｚのスイッチング周波数ｆｓｗを有するスイッチングパワーレギュレータは、７５μｓの回復時間で、１００ｍＶの５０％の負荷電流ステップに対するクリティカルな減衰応答を達成するために、４５°の位相マージンＰＭと共に、１００μＦの出力容量Ｃｏｕｔおよび６０ｋＨｚのクロスオーバー周波数ｆＣで設計できる。
【０００６】
ある負荷、特に次第に使用されてきているＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）、μＰ（マイクロプロセッサ）、ＡＳＩＣ（アプリケーション特定集積回路）およびＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）に対して、このレベルの過渡変動が過度に大きいことがある。ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）に対する代表的なコア電圧は１.２Ｖであり、この場合、許容できる累積変動はわずかに±３％であり、この値はわずか３６ｍＶの過渡変動に等しい。
【０００７】
かかる小さい過渡応答を達成するには、レギュレータのフィードバックループが応答できるまで、追加ホールド時間を提供する多くの追加出力コンデンサを設けなければならない。この技術は、数千μＦ（マイクロファラッド）の容量を必要とし、これら追加コンデンサはデバイスの回路基板上に一般に存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、出力にこれら追加コンデンサを設けることにより、４つの欠点が生じる。最初の２つは簡単である。すなわち第１の欠点は、追加コンデンサを加えると、プリント回路基板（ＰＣＢ）上の広いスペースを占めることであり、第２の欠点は、かかるデバイスを構築するために、追加コンデンサが全ＢＯＭ（材料費：Ｂｉｌｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）のコストを増すことである。
【０００９】
第３および第４の欠点は、出力容量Ｃｏｕｔに対するクロスオーバー周波数ｆＣおよび位相マージンＰＭの相互関連性を処理しなければならないことである。所定の設計では、追加容量を加える結果、第３の欠点は、クロスオーバー周波数ｆＣが低くなり（レギュレータの応答時間が短くなり）ことであり、第４の欠点は、位相マージン（ＰＭ）が小さくなる可能性が高くなる（動作が不安定になる）ことである。
【００１０】
第３の欠点により、かかるデバイスのメーカーが出力コンデンサを次第に増加させても、過渡時の大きさはわずかに小さくなるに過ぎない。時間に対する電圧変化ｄＶ／ｄｔが小さくなる利点は、クロスオーバー周波数ｆＣが低くなることに起因して、応答時間がより低速となるという逆効果が生じる。
【００１１】
このような効果の一例は、図１ａ、１ｂおよび１ｃ、ならびに図２のグラフから明らかである。インダクタ２０と、コンデンサ２２および抵抗器２４を有する、アースに対する分岐とを含む、パワーレギュレータのパワー変換ステージの一例が略図で示されている。この抵抗器は、コンデンサの固有のＥＳＲ（等価直列抵抗）を示す。コンデンサ２２は、ここでは１００μＦであり、抵抗器は、５ミリオームである。図１ｂでは、９４０μＦのコンデンサ２６および３ミリオームのＥＳＲ抵抗を有する分岐回路を追加したことにより、容量が大きくなっている。図１Ｃでは、容量が更に大きくなっており、ここでは第２分岐回路は、６０００μＦのコンデンサ３０および１.５ミリオームのＥＳＲ抵抗３２を有する。図１ｂおよび１ｃは、ユーザーにより図１ａのパワー変換ステージに提供される追加容量を示す。
【００１２】
図２および３には、パワーレギュレータのパワー変換ステージの周波数応答が示されている。特に、周波数に対する利得のグラフ３４では、異なる出力容量に対するレギュレータの利得がグラフとして示されている。各グラフに対するクロスオーバー周波数は、ゼロクロスポイントとして示されており、図１ａの回路に対するクロスオーバー周波数は、番号３６で示され、図１ｂの回路に対するクロスオーバー周波数は、番号３８で示され、図１ｃの回路に対するクロスオーバー周波数は、番号４０で示されている。従って、クロスオーバー周波数ｆＣは、出力容量Ｃｏｕｔが増加するにつれ、低下する。
【００１３】
第４の欠点により、メーカーが出力コンデンサを徐々に増加するにつれ、不安定となる可能性が増す。出力コンデンサを追加すると、二重極（ｄｏｕｂｌｅ−ｐｏｌｅ）ＬＣ共振周波数／位相過渡周波数が低くなるが、固定されたフィードバックネットワークは、これを補償する能力が低い。
【００１４】
図３は、出力容量の増加に対する位相変化を示す。特に周波数に対する位相のグラフ４２は、図１ａ、１ｂおよび１ｃの回路の各々に対するパワー変換ステージの位相を示す。特に図１ａの回路に対する位相過渡周波数は番号４４で示され、図１ｂの回路に対する位相過渡周波数は、番号４６で示され、図１ｃの回路に対する位相過渡周波数は、番号４８で示されている。この位相過渡周波数は出力容量Ｃｏｕｔが増加するにつれ、低下する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（概要）
本発明は、負荷容量に対して調節可能なパワーレギュレータを提供するものであり、特にパワーレギュレータのフィードバック回路は、ユーザーがパワーレギュレータの利得（または減衰量）および位相特性のうちの少なくとも１つを変更できるようにする調節回路を含む。この調節回路は、利得および位相が増加するゼロ周波数の位置を変えるものである。
【００１６】
本発明の一実施例は、ユーザーにとって望ましくない問題を生じることなく、満足できる過渡応答を得るためにユーザーが追加する出力容量が存在する場合に、パワー変換ステージのクロスオーバー周波数が低下する問題を解決するものである。
【実施例】
【００１７】
（実施例の詳細な説明）
モジュラー式パワーレギュレータのようなパワーレギュレータは、一般的に補償が固定されており、追加された出力容量の大きい値を補償するためのフィードバックパラメータを調節する手段を有していない。この課題に対する従来の解決案は、出力容量の狭い範囲に対して最適となるよう部品に合わせた内部フィードバック周波数に対するカスタム補償値を考えることである。本回路および方法によりユーザーには、カスタム解決案に依存することなく所定量の出力容量で性能を最適にするためフィードバックループを調節する簡単な手段を提供できる。
【００１８】
本装置および方法により、メーカーおよびユーザーは、在庫品である電圧レギュレータを購入し、回路内の簡単な部品の値を調節することにより、製品のバンド幅をカスタム化できる。図８ａに示された部品と同一または同様な部品を同一の参照番号で示す図８ｂを参照すると、パワーレギュレータ９８は、レギュレートされていないパワーを受けるための入力８２と、レギュレートされたパワーを発生する出力８６とを有する。入力パワー８２は、パワー変換ステージ８４へ供給され、出力パワーを発生する。レギュレーションは、調節自在なフィードバックネットワーク９４と、エラー増幅器９０と、コントローラ９２とを含む、出力８６からのフィードバックループによって保証されている。コントローラ９２は、パワー変換ステージ８４の制御入力端に接続されており、図８ｂの実施例は、調節自在なフィードバックネットワーク９４への入力端としてのユーザー調節ノード９６を有する。よってユーザーは種々の負荷特性に合わせるよう、フィードバックループ内の利得または減衰量を調節できる。特に所定の値の出力容量に対し、レギュレータのバンド幅を最適にカスタム化することにより、より小さい出力容量でより良好な過渡性能を得ることができる。
【００１９】
本発明は、好ましい実施例において上記課題に対する解決案を提供すると共に、パワーレギュレータのメーカーまたはユーザーに、追加される任意の容量を保証するように、フィードバック回路を調節できるフレキシビリティを提供できる。本発明の１つの特徴によれば、これを達成するために、フィードバックループ内に利得可変回路ブロックが挿入される。メーカーまたはユーザーによって設定される可変利得は「ゼロ」の位置を操作し、この位置はフィードバックの点で、フィードバックネットワークが更に利得および追加位相を増すときの周波数を制御する。メーカーまたはユーザーは、回路ブロック（図５参照、番号６０でも示されている部品Ｋ）の利得（または減衰量）を変更でき、これによってフィードバックの周波数をゼロに下げることができる。このことと、図４に示されている（通常の）調節できないフィードバック回路を比較する。図４にはパワーレギュレータ内で使用される代表的なエラー増幅器の構造が示されている。種々の抵抗器およびコンデンサにより回路の出力電圧および周波数応答を設定しており、レギュレータの出力上に存在する容量の大きさによって最適な周波数応答が影響を受ける。
【００２０】
特に図４のフィードバック回路では、スイッチングレギュレータのようなパワーレギュレータ回路から出力電圧５２が得られるが、当然ながら他のタイプのレギュレータも使用できる。この出力電圧は抵抗器４９および５１の分圧器を介して増幅器またはコンパレータ５４の反転入力端へ送られる。コンパレータ５４は、基準電圧５６に接続された非反転入力端も有する。増幅器５４の出力５８は、パワーレギュレータのエラー入力端へ提供される。回路内には抵抗器５３および５０とコンデンサ５５、５７ａおよび５７ｂとを含むバイアスおよびフィルタリング部品が同じように設けられている。フィードバック回路内には調節のための手段は設けられていない。
【００２１】
図５を参照すると、この回路もパワーレギュレータのためのフィードバック回路であるが、調節のための手段を含む。図４の回路に存在するのと同じ回路部品がある場合には、同じ参照番号を使用している。パワーレギュレータの出力電圧５２を受けるように入力端が接続された増幅器６０が設けられている。この増幅器６０は、フィードバックループ内のレベルを調節するように調節自在となっている。より詳細には、抵抗器５３およびコンデンサ５５を有する分岐回路内の利得（または減衰量）を変えると、回路内のコンデンサおよび抵抗器の有効値が変化し、この回路に対する「ゼロ」の位置（周波数）が変わる。増幅器６０は、減衰量または利得を調節できる調節自在なバッファとすることができ、減衰量または利得のいずれも、フィードバックネットワークの周波数依存挙動を変えることができる。好ましい実施例では、増幅器６０の利得は調節自在である。バッファ６０の利得を変えることによって、バッファ６０により得られる利得の値に応じ、コンデンサ５５および抵抗器５３の見かけの値が大きくなったり、または小さくなる。このことは、回路の伝達関数における極−ゼロペアの周波数位置が変化するので、周波数依存パス内の周波数応答が変化する。バッファ６０の値を適当に変えることによって、広いレンジの出力容量に対する周波数応答を最適にできる。
【００２２】
抵抗器４９を含む分岐回路内に、例えばこの抵抗器４９と直列に調節自在な要素６０を設けることも可能である。この調節自在な要素を調節する結果によっても、この回路構造におけるゼロの位置を移動できる。別の実施例は、１つの調節自在な要素が抵抗器４９と直列であり、別の要素が抵抗器５３およびコンデンサ５５と直列となるように、双方の分岐回路内に調節自在な要素を有する。これら方法は、本発明の原理を回路内で実施できる方法のうちの数例であり、他のかかる実施例は本発明の範囲内に含まれる。
【００２３】
バッファ６０、特に抵抗器５３、コンデンサ５５および抵抗器４９の利得または減衰量を調節することによって提供を受ける要素を、本明細書では周波数依存ネットワークと称す。この周波数依存ネットワークは、異なる多くの方法で構成できる。図示されている実施例は、現在最も簡単で、かつ最も効率的なものと見なされている。本発明の範囲内では別の構造も可能である。
【００２４】
フィードバック回路にこのような利得を調節できる部分を加えると、出力容量が追加されたフィードバックループ全体に、有利な大きな影響が及ぶ。まず利得を大きくすると、フィードバックゼロの周波数が低下する。追加部分を有しない回路の利得を番号７０で示し、追加部分によって得られた回路の追加利得を番号７２で示す図６を参照する。追加利得はＬＣ（インダクタ−コンデンサ）の二重極の低い周波数に起因して失われた利得を補償すると共に、全体のクロスオーバー周波数ｆＣも維持する。応答時間を犠牲にすることなく、容量レベルがより高くなっていることに起因し、より小さい電圧変化ｄＶ／ｄｔが得られるので、その結果、過渡変動が極めて小さくなる。バッファＫの利得の値を適当に変えることにより、広いレンジの出力容量に対する周波数応答を最適にできる。
【００２５】
第２に、フィードバックゼロの周波数を下げることにより、図７から分かるように、より低い周波数で位相の進み角を大きくでき、これによってＬＣ二重極の、より低い周波数の位相過渡ポイントを補償できる。特に、追加部分を有しない回路の位相は、番号７４で示されており、追加部分を有する回路の位相は、番号７６で示されている。位相変化によってクロスオーバー周波数ｆＣで適当な位相マージンＰＭが生じ、低いＥＳＲ（等価直列抵抗）のコンデンサの値が大きくても、安定性を保証できる。
【００２６】
一例として、負荷電流のステップ変化に応答して、６０ｍＶの過渡変動を得るために、別の２つの同一モジュールをテストした。本技術を使用する第１モジュールは、ほぼ６４００μＦの容量（種々のサイズおよび本技術の１６個のコンデンサ）を必要とした。更に、追加容量は電圧変動を更に低減するのにほとんど影響がなかったので、本技術の基本的な限界に達した。本明細書で教示する方法を使用する第２のモジュールは、６０ｍＶの目標に達するのに、４７０μＦ（１つのコンデンサ）しか必要としなかった。まだ改善の余地があり、４０ｍＶの変動に達するために、第２の４７０μＦのコンデンサを追加した。このことは、１５％未満の容量で変動を３３％低減でき、この値はメーカーまたはユーザーにとって１０倍の改善に等しい。
【００２７】
図９は、前のパラグラフで説明した回路の比較を示し、ここで、グラフ１００は、１００μＦの出力コンデンサＣｏｕｔを有する回路の利得１０６および本発明のモジュールを有する同じ回路の利得１０８をトレースしたラインを含む。本発明を用いない６０００μＦの出力容量を有する回路での別の利得は、番号１０２でグラフとして示されており、９４０μＦの出力容量を有する回路および本発明のモジュールにより、利得特性１０４が得られる。クロスオーバー周波数が顕著に高くなっていることが理解できよう。
【００２８】
図１０を参照すると、１００μＦの出力容量Ｃｏｕｔを有する回路に対する位相特性１１６のグラフ１１０が示されており、一方、本発明のモジュールが追加された同じ回路の位相特性１１８も示されている。本発明のモジュールを有しない回路と本発明のモジュールを有する回路の特性とは実質的に同一である。本発明を用いず、６０００μＦの出力容量が追加されている回路の追加位相特性１１２が、グラフとして示されている。元の１００μＦに対し、９４０μＦの出力容量が追加され、本発明のモジュールを有する回路によって、位相特性１１４が得られる。位相マージンが顕著に増加していることが理解できよう。
【００２９】
図１１には種々の回路の過渡応答が示されている。この図では、グラフ１２０は、本発明のモジュールを有しないパワーレギュレータの電流ステップ１２２および過渡応答１２４を示す。回路に本発明のモジュールを追加すると、番号１２６で示されるような過渡応答が得られる。
【００３０】
図１２を参照すると、回路１７０はパワーレギュレータの出力電圧が接続された入力端１４２を有する。この出力電圧は、抵抗器１４４と１４６によって形成された分圧器を介し、増幅器１４８の反転入力端に与えられる。周波数応答を整形するために、抵抗器１５０とコンデンサ１５２とを含む周波数依存ネットワークも設けられている。増幅器１４８の非反転入力端は、基準電圧１５４に接続されている。この増幅器の出力は、エラー増幅器の出力１５６として設けられており、この出力１５６は、パワーレギュレータの制御入力端またはコントローラに接続されており、コントローラは、パワーレギュレータの制御入力端に接続されている。コンデンサ１５８だけでなく、コンデンサ１６０および抵抗器１６２によっても、フィードバック周波数整形（ｓｈａｐｉｎｇ）ネットワークが設けられている。これら種々の抵抗器およびコンデンサは、エラー増幅回路の出力電圧および周波数応答を設定している。
【００３１】
回路１７０は、利得可変バッファを有し、このバッファは、増幅器Ｕ２  １７２と、それに関連する部品、すなわち抵抗器Ｒ５  １７４と、抵抗器Ｒ６  １７６と、コンデンサＣ４  １７８から構成されている。この回路の利得は、ユーザー調節モード１７１からアースへの簡単な接続である抵抗器Ｒ６  １７６の値を変えることによって、ユーザーまたはメーカーが調節できるようになっている。得ることができる最低利得は、抵抗器Ｒ６  １７６の抵抗が無限であるとき、換言すれば回路がオープンとなるときに、１となる。抵抗器Ｒ６  １７６に対する抵抗器Ｒ５  １７４の比によって１より大きい利得を設定できる。容量Ｃ４  １７はＤＣブロッキングコンデンサとして単に使用されているに過ぎない。利得が増加するにつれ、コンデンサＣ１  １５２および抵抗器Ｒ３  １５０の見かけの値が増加する。
【００３２】
図１３を参照すると、エラー増幅回路１８０は可変利得ではなく、Ｋのブロックを実現するのに使用される可変減衰量を有する。周波数整形部品である抵抗器Ｒ３  １５０およびコンデンサＣ１  １５２を駆動するために、固定された単位利得バッファＵ２  １８２が使用されている。抵抗器Ｒ５  １８４と抵抗器Ｒ６  １８６により、減衰ネットワークが形成されており、コンデンサＣ４  １８８は、単にＤＣブロッキングコンデンサとして使用されているに過ぎない。
【００３３】
抵抗器Ｒ６がゼロオーム（短絡回路）のとき、利得は１となる。抵抗器Ｒ６の値が増加するにつれ、利得は減少する（減衰量は増加する）。利得（または減衰量）は、Ｒ５／（Ｒ５＋Ｒ６）によって決定される。この場合、抵抗器Ｒ３  １５０の値およびコンデンサＣ１  １５２の値は、所望する最大の値に設定しなければならない。入力信号の減衰量が増加するにつれ、抵抗器Ｒ３  １５０およびコンデンサＣ１  １５２の見かけの値は減少する。ユーザーまたはメーカーは、ユーザー調節ノード１８７からＶｏｕｔまでの簡単な接続である、Ｒ６の値を変えることによって回路の減衰量を変えることができる。
【００３４】
利得バッファまたは減衰バッファは種々の方法により、またはトランジスタ、オペアンプ、ＦＥＴおよびＭＯＳＦＥＴ、増幅回路、真空管または他の多くの設計および部品を使用して実現できる。このバッファは、電圧制御式電圧源または電流制御式電圧源、または任意の相当する回路として作動する。これらのいずれも、本発明の範囲内に入るものである。
【００３５】
パワーレギュレータの出力における異なる容量の効果を補償するためのフィードバック調節が示されている。本発明はスイッチングレギュレータにおける特定の用途を提供するものである。
【００３６】
容量性負荷を補償するために、抵抗器または他の回路要素に接続するための簡単なピン（ｐｉｎ）が回路に設けられている。この回路をチューニングするのに簡単な抵抗器または他のインピーダンス要素を使用できる。従来の回路のネガティブな面の効果を生じることなく、のろい過渡応答を改善できる。特に本発明によって回路の過渡応答が大幅に改善される。この回路は、負荷に対してカスタム化し、最適な過渡応答を有するように回路の性能を回復できる。
【００３７】
従って、負荷に対する電源に接続されたレギュレートされたパワーのための出力を有するパワーレギュレータについて図示し、説明した。負荷は急激な過渡応答を必要とする種々の電気的特性を有することができる。このパワーレギュレータにおける過渡応答振幅は、出力端に容量を追加することによって小さくなるが、このことはクロスオーバー周波数を下げることにより、パワーレギュレータの応答時間が低速となり、クロスオーバー周波数における位相マージンを下げる。フィードバックネットワーク内に埋め込まれた調節自在な利得要素は、フィードバックネットワークにおけるインピーダンス要素の有効値をパワーレギュレータのメーカーまたはユーザーが変えることができるようにするための入力を提供する。メーカーまたはユーザーは、利得を調節できる要素の入力端にインピーダンスを選択的に接続し、よってフィードバックネットワークの周波数特性を調節し、パワーレギュレータの出力特性を調節し、パワーレギュレータの出力に追加された容量の影響を補償できる。利得調節可能な要素における入力に種々のインピーダンスを選択的に接続することにより、レギュレータの利得の周波数および出力位相を変えるように、フィードバック回路の利得を調節できる。可変利得を適性に調節することにより、クロスオーバー周波数および位相マージンを高め、出力に追加された容量によって低下した性能を回復できる。
【００３８】
当業者であれば、他の変形例および変更例を想到できようが、本発明に付与される特許の範囲内で、妥当かつ適正にすべての変形および変更を実施しようとする本発明者の意図は、本発明の範囲内に入るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１ａ】従来技術に従い、接続された容量が徐々に増加するパワーレギュレータの出力の等価的回路図である。
【図１ｂ】従来技術に従い、接続された容量が徐々に増加するパワーレギュレータの出力の等価的回路図である。
【図１ｃ】従来技術に従い、接続された容量が徐々に増加するパワーレギュレータの出力の等価的回路図である。
【図２】図１ａ、１ｂおよび１ｃの回路における周波数に対する出力ステージの利得のグラフである。
【図３】図１ａ、１ｂおよび１ｃの回路における周波数に対するパワーステージの位相のグラフである。
【図４】パワーレギュレータにおける公知のフィードバック回路の回路図である。
【図５】本発明の原理に係わるゼロ調節器として働く利得可変バッファを有するフィードバック回路の回路図である。
【図６】図４および５の回路における、周波数に対する補償利得のグラフである。
【図７】図４および５の回路における、周波数に対する補償位相のグラフである。
【図８ａ】代表的なパワーレギュレータの機能ブロック図である。
【図８ｂ】本発明を使用したパワーレギュレータの機能ブロック図である。
【図９】図１ａ、図１ｃの回路と本発明に係わる２つの回路とを比較した、周波数に対するループ利得のグラフである。
【図１０】図１ａ、図１ｃの回路と本発明に係わる２つの回路とを比較した、周波数に対するループ位相のグラフである。
【図１１】公知の回路と、本発明に係わる回路とを比較した、過渡応答のグラフである。
【図１２】本発明に係わる利得可変バッファを有するエラー増幅器の別の実施例の回路図である。
【図１３】本発明に係わる減衰量可変バッファを有するエラー増幅器の回路図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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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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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年10月25日(2007.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーレギュレータのフィードバックループを調節するための方法であって、
前記パワーレギュレータのためのフィードバックループを設けるステップと、
前記フィードバックループの周波数依存パスの利得を変えるステップとを備え、前記利得を変える前記ステップは、前記パワーレギュレータの出力容量に合うように、所定の値の外部インピーダンス要素を接続することを含む、フィードバックループを調節するための方法。
【請求項２】
前記フィードバックループの利得を変える前記ステップは、前記パワーレギュレータの出力容量に従って利得を変える、請求項１記載の方法。
【請求項３】
電源に接続するためのパワー入力ノードおよび負荷に接続するためのパワー出力ノードを有するパワー変換ステージと、
前記パワー変換ステージに接続された出力を有するコントローラと、
前記コントローラに接続された出力、フィードバック入力および基準電圧入力を有するエラー増幅器と、
前記パワー出力ノードに接続された入力、前記エラー増幅器のフィードバック入力に接続された出力およびインピーダンス要素に接続するためのユーザー調節ノードを有する調節自在なフィードバックネットワークとを備え、前記フィードバックネットワークの周波数応答は、前記ユーザー調節ノードにおけるインピーダンスによって決定され、
よって前記パワーレギュレータの過渡応答は、前記ユーザー調節ノードにおけるインピーダンスと共に前記パワー出力における容量によって決定されるパワーレギュレータ回路。
【請求項４】
前記エラー増幅器は、オペアンプであり、このオペアンプは、前記基準電圧入力としての非反転入力、前記フィードバック入力としての反転入力および出力から前記反転入力までの抵抗器とコンデンサとのフィードバックを有する、請求項３記載のパワーレギュレータ。
【請求項５】
前記フィードバックネットワークは、前記パワー出力ノードに結合された入力、前記ユーザー調節ノードおよび前記エラー増幅器に前記フィードバック入力に結合された出力を有する利得可変バッファーを含む請求項３または４記載のパワーレギュレータ。
【請求項６】
前記フィードバックネットワークは、前記パワー出力ノードに結合された入力、前記ユーザー調節ノードおよび前記エラー増幅器に前記フィードバック入力に結合された出力を有する単位利得バッファーを含む請求項３または４記載のパワーレギュレータ。
【国際調査報告】
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