(57)【要約】  本発明は、第１の電力信号を、ＤＣ成分を伴う出力電圧Ｖｏｕｔを有する第２の電力信号に変換するための電力変換器であって、出力電圧Ｖｏｕｔを測定し且つそれに応じて電力変換器の動作を制御するようになっている制御回路（３２０）を備える電力変換器に関する。制御回路（３２０）は、出力電圧ＶｏｕｔのＤＣ成分を調整することにより測定電圧信号Ｖ２を生成するための電圧レベルシフト手段（３２６）を備えている。
2008509649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電力信号を、ＤＣ成分を伴う出力電圧を有する第２の電力信号に変換するための電力変換器であって、前記出力電圧を測定し且つそれに応じて電力変換器の動作を測定電圧により制御するように構成されている制御回路を備える電力変換器において、前記制御回路は、前記出力電圧のＤＣ成分を調整することにより測定電圧信号を生成するための電圧レベルシフト手段を備えていることを特徴とする電力変換器。
【請求項２】
前記出力電圧のＤＣ成分は、基準電圧と所望の出力電圧との差を差し引くことにより調整されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換器。
【請求項３】
前記出力電圧が第１の出力端子と第２の出力端子との間で生成され、前記電圧レベルシフト手段は、前記第１の出力端子と中間節点との間に結合されるレジスタと、前記中間節点と前記第２の出力端子との間に結合され且つ前記レジスタを通じて基準電流を生成するための電流源とを備え、前記測定電圧信号は、前記中間節点と前記第２の出力端子との間で生成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換器。
【請求項４】
前記レジスタは、抵抗を調整するための手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載の電力変換器。
【請求項５】
前記レジスタは、直列に接続された複数の抵抗素子を備え、抵抗を調整するための前記手段は、前記複数の抵抗素子のうちから選択的に抵抗素子を短絡させるための短絡スイッチを備えていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換器。
【請求項６】
前記レジスタは、前記第１の出力端子と前記中間節点との間に並列に接続された複数の抵抗素子を備え、抵抗を調整するための前記手段は、前記複数の抵抗素子のうちから選択的に抵抗素子を切断するための切断スイッチを備えていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換器。
【請求項７】
前記電流源は、基準電流を調整するための手段を備えていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の電力変換器。
【請求項８】
基準電流を調整するための前記手段は、制御電極及び主導電経路を有するトランジスタと、第１の入力と第２の入力と出力とを有する増幅器と、第１の電極及び第２の電極を有する電流調整レジスタとを備え、前記電流調整レジスタの前記第１の電極は、前記トランジスタの前記主導電経路を介して前記中間節点に対して結合され、前記電流調整レジスタの前記第２の電極は、前記第２の出力端子に対して結合され、前記増幅器の前記出力は、前記トランジスタの前記制御電極に対して結合され、前記増幅器の前記第１の入力は、電流調整電圧を受け取るように構成されており、前記増幅器の前記第２の入力は、前記電流調整レジスタの前記第１の電極に対して結合されることを特徴とする請求項７に記載の電力変換器。
【請求項９】
請求項１に記載の電力変換器を備えることを特徴とする集積回路装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電力変換器と、前記第１の電力信号を供給するためのバッテリとを備えることを特徴とする装置。
【請求項１１】
第１の電力信号を、ＤＣ成分を有する出力電圧を有する第２の電力信号に変換するための方法であって、制御回路が前記出力電圧を測定し且つそれに応じて電力変換器の動作を制御する方法において、前記制御回路は、前記出力電圧のＤＣ成分を調整することにより測定電圧信号を生成する電圧レベルシフト手段を備えていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段部分に記載された電力変換器に関する。また、本発明は、そのような電力変換器を備える集積回路、及び、そのような電力変換器を備える装置に関する。更に、本発明は、第１の電力信号を第２の電力信号に変換するための、請求項１１に記載される方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような電力変換器は、技術的に知られており、ＡＣ（交流）又はＤＣ（直流）入力電圧を有する電気的な入力電力信号を、ＤＣ成分を伴う出力電圧を有する出力電力信号に変換するために使用される。例えばバッテリ供給される装置において、ＤＣ／ＤＣ電力変換器又はスイッチモード電源は、バッテリにより供給される未加工の入力電圧を、調整された出力電圧に変換するために使用される。スイッチモード電源は、電力変換回路と制御回路とを備えている。電力変換回路は、入力電圧を出力電圧に変換し、一方、制御回路は、出力電圧を測定するとともに、電力変換回路の動作を制御することにより出力電圧を調整する。電力変換回路は、コイル及びコンデンサ等の受動素子及びスイッチの配列を備えており、これは技術的に知られている。従って、これらについてはここでは詳細に説明しない。例えばいくつかの例がジョン  Ｇ．カッサキアン（Ｊｏｈｎ  Ｇ．Ｋａｓｓａｋｉａｎ）らによる教科書（Ｔｅｘｔｂｏｏｋ）「パワーエレクトロニクスの原理（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  ｐｏｗｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）」（非特許文献１）に開示されている。制御回路によって調整された出力電圧は、変換器のタイプに応じて入力電圧よりも高い場合があり又は低い場合がある。通常、制御回路は、出力電圧から得られる測定電圧と所定の基準電圧とを比較する。
【０００３】
従来、測定電圧は、それが抵抗分割器によって得られる場合、出力電圧の一部分を示すが、例えばトランスを使用することによる他の方法も知られている。通常、電力変換器は多くの用途に合わせて設計される。また、いくつかのタイプの装置は、異なる出力電圧を必要とする多くの動作モードを有している。従って、スイッチモード電源が様々な出力電圧を供給できることが必要である。これは、抵抗分割器内のレジスタのうちの一つの抵抗を調整することにより、又は、トランスが使用される場合にはトランスの変換率を変化させることにより、従来のスイッチモード電源において達成される。
【０００４】
システム理論の観点から、電力変換回路は、制御回路と共に、いわゆる制御ループを有するフィードバックシステムである。従来のＤＣ／ＤＣ変換器において、制御ループのループ利得は、抵抗分割器の前述した比率又はトランスの変換率によって決まる。前述したように、これらの比率は、通常、固定されておらず、変換器の用途に応じて変化する場合がある。その結果、電力変換器の設計においては、抵抗分割器によって得られ得る総ての想定し得る比率においてフィードバックシステムが安定したままとなるように注意しなければならない。これにより、電力変換器の設計（構造）が複雑になる。また、多くの制御回路では、測定電圧と比較される一つの基準レベルではなく、いわゆる制御ウィンドウが使用される。抵抗分割器の比率、従って、制御ループの比率が変化することにより、制御ウィンドウが変化し得る。これによっても、電力変換器の構造が複雑になる。通常、それにより、出力電圧リップルが出力電圧のＤＣ成分と共に増減する結果となる。従って、より高いＤＣレベルは、出力電圧のより高いリップルによって達成される。
【非特許文献１】教科書（Ｔｅｘｔｂｏｏｋ）「パワーエレクトロニクスの原理（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  ｐｏｗｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）」ジョン  Ｇ．カッサキアン（Ｊｏｈｎ  Ｇ．Ｋａｓｓａｋｉａｎ）ら著
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、特に、制御ループのループ利得が出力電圧設定に依存せず、それにより、変換器の構造が簡略化される電力変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的のため、本発明は、請求項１の特徴部分によって特徴付けられる冒頭部分に規定された電力変換器、及び、請求項１１の特徴部分によって特徴付けられる冒頭部分に規定された、第１の電力信号を第２の電力信号に変換するための方法を提供する。出力電圧をレベルシフトすることにより、所定の電圧が出力電圧に対して加えられ又は出力電圧から差し引かれる。これにより、出力電圧のＤＣ成分が調整される。その結果として得られる電圧は、電力変換器により生成される出力電圧を調整するために制御回路により入力として使用される測定電圧である。このようにして、制御ループのループ利得は、出力電圧の設定に依存しなくなる。また、第１の基準電圧、及び、第１の基準電圧と異なる第２の基準電圧によって決定される制御ウィンドウを制御回路が使用する場合には、ウィンドウも出力電圧範囲の全体に亘って一定となる。
【０００７】
本発明の上記目的及び特徴並びに他の目的及び特徴は、添付図面に関連して考慮される以下の詳細な説明から更に明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
これらの図において、同一の部分は、概して、同一の参照符号により示されている。
【０００９】
図１は、電力変換器の概略図を全般に示している。電力変換器１００は、電気的な入力電力信号を電気的な出力電力信号に変換する。電力変換器は、電力変換回路１０１と制御回路１０２とを備えている。入力電力信号は、入力電圧Ｖｉｎを有している。出力電力信号は、ＤＣ成分を伴う出力電圧Ｖｏｕｔを有している。電力変換回路１０１は、入力電力信号を受け取るための入力と、出力電力信号が生成される出力とを有している。電力変換回路は、コイル及びコンデンサ等の受動素子及びスイッチの配列を備えている。一般に、そのような電力変換器は、スイッチモード電源としても知られている。上記配列の回路トポロジは、電力変換器の様々なタイプにおいて異なっており、それ自体、技術的に知られている。従って、これらについてはここでは詳細に説明しない。例えばいくつかの例がジョン  Ｇ．カッサキアン（Ｊｏｈｎ  Ｇ．Ｋａｓｓａｋｉａｎ）らによる教科書（Ｔｅｘｔｂｏｏｋ）「パワーエレクトロニクスの原理（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  ｐｏｗｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）」（非特許文献１）に開示されている。スイッチの動作は、制御回路１０２によって制御される。入力電圧Ｖｉｎは、ＡＣ電圧であってもよく、その場合、電力変換器は、一般にＡＣ／ＤＣ変換器と称される。あるいは、入力電圧Ｖｉｎは、ＤＣ電圧であってもよく、その場合、電力変換器は、一般にＤＣ／ＤＣ変換器と称される。
【００１０】
制御回路１０２は、出力電圧Ｖｏｕｔを受け取るための入力を有している。制御回路１０２は、出力電圧Ｖｏｕｔに基づき、制御入力１０３により電力変換回路の動作を制御する。制御回路１０２は、出力電圧Ｖｏｕｔを所望のレベルに維持するようになっており、所望のレベルは、電力変換器が適用される装置の動作モードに基づいて予め規定され又は調整されてもよい。あるいは、制御回路は、最小電圧レベル及び最大電圧レベルにより規定される特定のウィンドウ内に出力電圧を維持するようになっていてもよい。
【００１１】
図２は、従来の電力変換器の概略図を更に詳細に示している。従来の電力変換器２００は、電力変換回路１０１と制御回路２２０とを備えている。電力変換回路１０１は、入力電圧Ｖｉｎを有する電気的な入力電力信号を受け取るための第１の入力端子２１１及び第２の入力端子２１２を有している。また、電力変換回路１０１は、ＤＣ成分を伴う出力電圧Ｖｏｕｔを有する電気的な出力電力信号を生成するための第１の出力端子２１３及び第２の出力端子２１４を更に備えている。
【００１２】
制御回路２２０は、入力及び出力を有するプロセッサ２２１と、出力と第１の非反転入力と第２の反転入力とを有するコンパレータ２２２と、基準電圧源２２５と、値Ｒ１を有する第１のレジスタ２２６と、値Ｒ２を有する第２のレジスタ２２７とを備えている。コントローラ２２１の出力は制御入力１０３に結合されており、この制御入力１０３によりプロセッサ２２１は、電力変換回路１０１の動作を制御する。また、プロセッサ２２１の入力は、コンパレータ２２２の出力に結合されている。基準電圧源２２５は、コンパレータ２２２の反転入力に結合された第１の端子と、電力変換回路２１０の第２の出力端子２１４に結合された第２の端子とを有している。基準電圧源２２５は、コンパレータ２２２の反転入力に対して基準電圧Ｖｒｅｆを印加する。レジスタ２２６は、電力変換回路２１０の第１の出力端子２１３に結合された第１の端子と、中間節点２２３に結合された第２の端子とを有している。レジスタ２２７は、中間節点２２３に結合された第１の端子と、電力変換回路２１０の第２の出力端子２１４に結合された第２の端子とを有している。中間節点２２３は、コンパレータ２２２の非反転入力に対して更に結合されている。
【００１３】
レジスタ２２６とレジスタ２２７との組み合わせは、抵抗分割器としての機能を果たす。レジスタ２２７間に亘って、以下の関係によって与えられる測定電圧Ｖ２が生成される。
Ｖ２＝｛Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）｝・Ｖｏｕｔ
【００１４】
従って、Ｖ２はＶｏｕｔの一部分であり、Ｖｏｕｔと共に増減する。制御回路２２０及び電力変換回路２１０によって形成される制御ループのループ利得は、抵抗分割器の比率によって決まる。多くの場合、これは不都合である。なぜなら、通常、電力変換器は様々な用途のために設計され、それにより、各用途が異なる出力電圧を有する場合があるからである。従って、抵抗分割器の抵抗比率は、用途間で異なる。このため、それぞれのレジスタ２２６，２２７の総ての値Ｒ１，Ｒ２において電力変換器が安定したままとなるように注意しなければならない。これにより、制御回路２２０の構造が複雑になる。また、多くのデジタル制御回路では、一つの基準電圧Ｖｒｅｆではなく、制御ウィンドウが使用される。レジスタに起因して利得が変化することにより、出力端子２１３，２１４におけるウィンドウサイズが変化するため、この場合には、最小出力電圧と最大出力電圧との間の範囲としてウィンドウが規定され、この範囲内で電力変換器２００の出力電圧が変化し得る。これにより、制御回路の構造が複雑になるとともに、出力電圧リップルが出力電圧ＶｏｕｔのＤＣ成分と共に増減する結果となる。
【００１５】
図３は、本発明に係る電力変換器の実施の一形態の概略図を示している。本発明に係る電力変換器３００は、電力変換回路１０１と制御回路３２０とを備えている。
【００１６】
制御回路３２０は、プロセッサ２２１と、コンパレータ２２２と、基準電圧源２２５と、レベルシフト回路３２６とを備えている。レベルシフト回路３２６は、電力変換回路１０１の第１の出力端子２１３に結合された第１の端子と、電力変換回路１０１の第２の出力端子２１４に結合された第２の端子と、コンパレータ２２２の非反転入力に結合された第３の端子とを有している。
【００１７】
コンパレータ２２２の非反転入力と第２の出力端子２１４との間で生成される測定電圧Ｖ２は、出力電圧Ｖｏｕｔのレベルシフトされたバージョンである。このことは、測定電圧Ｖ２が、調整されたＤＣ成分を有する出力電圧Ｖｏｕｔのコピーであることを意味している。即ち、測定電圧Ｖ２は、Ｖｏｕｔに対して所定の電圧を加えることによって又はＶｏｕｔから所定の電圧を差し引くことによって生成される。好ましくは、基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧の所望のＤＣ成分との間の差に等しい電圧が出力電圧Ｖｏｕｔから差し引かれる。この方法を使用することによって、出力電圧のＤＣレベルは、Ｖｒｅｆと、出力電圧Ｖｏｕｔに対して所定のオフセットを有し且つ従来の電力変換器２００の場合のように出力電圧の一部分ではない測定電圧Ｖ２とによって決定される。従って、制御ループのループ利得は、出力電圧のＤＣレベルとは無関係になる。また、ウィンドウコントローラが使用される場合、ウィンドウは、電力変換器を用いて生成可能な出力電圧の全範囲に亘って一定である。
【００１８】
図４は、本発明に係る電力変換器の他の実施の形態の概略図を示している。本発明に係る電力変換器４００は、電力変換回路１０１と制御回路４２０とを備えている。
【００１９】
制御回路４２０は、第１の入力と第２の入力と出力とを有するプロセッサ４２１と、出力と第１の非反転入力と第２の反転入力とを有する第１のコンパレータ４２２Ａと、出力と第１の非反転入力と第２の反転入力とを有する第２のコンパレータ４２２Ｂと、基準電圧源２２５と、ウィンドウ電圧Ｖｗを生成するウィンドウ電圧源４２７と、レベルシフト回路３２６とを備えている。プロセッサ４２１の出力は、制御入力１０３に結合されており、この制御入力１０３によりプロセッサ４２１は、電力変換回路１０１の動作を制御する。また、プロセッサ４２１の第１の入力は、第１のコンパレータ４２２Ａの出力に結合されている。プロセッサ４２１の第２の入力は、第２のコンパレータ４２２Ｂの出力に結合されている。基準電圧源２２５は、第２のコンパレータ４２２Ｂの反転入力に結合された第１の端子と、電力変換回路１０１の第２の出力端子２１４に結合された第２の端子とを有している。基準電圧源２２５は、第２のコンパレータ４２２Ｂの反転入力に対して基準電圧Ｖｒｅｆを印加する。ウィンドウ電圧源４２７は、第１のコンパレータ４２２Ａの反転入力に結合された第１の端子と、基準電圧源２２５の第１の端子に結合された第２の端子とを有している。基準電圧源２２５及びウィンドウ電圧源４２７は、第１のコンパレータ４２２Ａの反転入力に対してウィンドウ電圧Ｖｗ＋基準電圧Ｖｒｅｆを印加する。レベルシフト回路３２６は、電力変換回路１０１の第１の出力端子２１３に結合された第１の端子と、電力変換回路１０１の第２の出力端子２１４に結合された第２の端子と、第１のコンパレータ４２２Ａの非反転入力及び第２のコンパレータ４２２Ｂの非反転入力に結合された第３の端子とを有している。
【００２０】
図３に示される電力変換器と同様に、レベルシフト回路３２６の第３の端子と第２の出力端子２１４との間に生成される測定電圧Ｖ２は、出力電圧Ｖｏｕｔのレベルシフトされたバージョンである。制御回路４２０はいわゆるウィンドウコントローラである。ウィンドウは、一方側がＶｒｅｆ＋Ｖｗである第１のコンパレータの基準レベルによって定められ且つ他方側がＶｒｅｆである第２のコンパレータの基準レベルによって定められる電圧範囲である。プロセッサ４２１は、Ｖｒｅｆ及びＶｗによって画定される電圧範囲から得られる範囲内に出力電圧Ｖｏｕｔを維持するようになっている。出力電圧ウィンドウは、ＶｏｕｔのＤＣ成分とは無関係である。これは、前述したように、Ｖ２が出力電圧Ｖｏｕｔに対して所定のオフセットを有しているからである。これにより、制御回路４２０の構造が簡略化される。
【００２１】
図５は、本発明に係る電力変換器における電圧レベルシフト回路の実施の一形態の概略図を示している。電圧レベルシフト回路３２６は、電力変換回路１０１の第１の出力端子２１３に接続された第１の端子と、電力変換回路１０１の第２の出力端子２１４に接続された第２の端子と、レベルシフト回路３２６の内部節点５２３に接続された第３の端子とを備えている。レベルシフト回路３２６は、値Ｒｒｅｆを有する基準レジスタ５２７と、基準電流Ｉｒｅｆを生成する電流基準源５２８とを備えている。基準レジスタ５２７の第１の端子は、レベルシフト回路の第１の端子を形成する。基準レジスタ５２７の第２の端子は、内部節点５２３に対して結合されている。電流基準源５２８の第１の端子は、内部節点５２３に対して結合されている。電流基準源５２８の第２の端子は、レベルシフト回路３２６の第２の端子を形成する。第３の端子と第２の出力端子２１４との間に存在する測定電圧Ｖ２は、第１の出力端子２１３と第２の出力端子２１４との間に存在する出力電圧Ｖｏｕｔのレベルシフトされたバージョンである。
【００２２】
電流基準源５２８は、一定である所定の基準電流Ｉｒｅｆを生成する。この電流は基準レジスタ５２７を介して引き出され、それにより、基準レジスタ５２７の両端間で一定の電圧降下Ｉｒｅｆ・Ｒｒｅｆが生成され、その結果、これが浮動電圧源となる。電圧降下は、出力電圧Ｖｏｕｔの値とは無関係である。その結果、測定電圧Ｖ２は、出力電圧Ｖｏｕｔのレベルシフトされたバージョンとなる。尚、基本的に、基準電流Ｉｒｅｆはいずれの方向で流れてもよい。Ｒｒｅｆ間に生成される電圧降下は、所望の出力電圧−基準電圧に等しいことが好ましい。基準電圧は、例えば、図３及び図４に示される電圧基準源２２５によって生成される基準電圧Ｖｒｅｆであってもよい。
【００２３】
図６Ａ，図６Ｂは、調整可能なレジスタを備える本発明に係る電力変換器のための電圧レベルシフト回路の実施の形態の概略図を示している。電力変換器が集積回路として又は集積回路の一部として実現される場合には、通常、出力電圧が変化する一連の用途に電力変換器が適していることが望ましい。そのような集積電力変換器又はＤＣ／ＤＣ変換器においては、出力電圧に対して加えられ又は出力電圧から差し引かれる電圧を変更し、それにより、調整された出力電圧が変化させられる間に測定電圧Ｖ２を同じ範囲内に維持するためのいくつかの選択肢が存在する。図５に関して説明したように、基準レジスタＲｒｅｆの両端間の電圧降下はＶｏｕｔｄｅｓ−Ｖｒｅｆに等しいことが好ましく、それにより、Ｖｏｕｔｄｅｓが所望の出力電圧となり、Ｖｒｅｆが基準電圧、例えば、図３又は図４に示される制御回路において使用される基準電圧となる。この場合、所望の出力電圧、基準レジスタ５２７の値Ｒｒｅｆ、基準電流源５２８の値Ｉｒｅｆとの間に以下の関係が存在する。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ＋Ｒｒｅｆ・Ｉｒｅｆ
【００２４】
従って、Ｖｒｅｆが一定であると仮定すると、基準レジスタ５２７の抵抗Ｒｒｅｆを変えることにより又は基準電流Ｉｒｅｆの値を変えることにより所望の出力電圧を変化させるための二つの選択肢が存在する。いずれの選択肢が最も魅力的であるかは、集積ＤＣ／ＤＣ変換器が実現される集積回路プロセスの選択及び出力電圧範囲等の要件によって決まる。基準レジスタ５２７は、内部レジスタ即ちオンチップレジスタであってもよく、又は、外部部品即ちオフチップ部品であってもよい。基準レジスタ５２７が外部部品である場合、所望の出力電圧を変化させるための簡単な方法は、第１の抵抗を有するレジスタを第２の異なる抵抗を有するレジスタと交換することである。外部基準レジスタ５２７は一部の用途に適していなくてもよい。これは、二つの外部端子又はピンを集積回路上に必要とする更なる外部部品の明らかな費用を伴うからである。更なる欠点は、基準電流源を用いて生成される基準電流Ｉｒｅｆの絶対値を正確に決定しなければならないという点である。通常、このためには、更なる外部レジスタが必要になる。
【００２５】
図６Ａ及び図６Ｂは、可変内部基準レジスタＲｒｅｆを実現できる二つの方法を示している。図６Ａは、全体の値がＲｒｅｆである調整可能な基準レジスタ６２７と基準電流Ｉｒｅｆを生成する電流基準源５２８とを備えるレベルシフト回路６００の概略図を示している。基準レジスタ６２７は、電力変換回路１０１の第１の出力端子２１３に接続された第１の端子と、内部節点５２３に接続された第２の端子とを有している。電流基準源５２８は、内部節点５２３に接続された第１の端子と、電力変換回路の第２の出力端子２１４に接続された第２の端子とを備えている。基準レジスタ６２７は、抵抗Ｒ１，Ｒ２，．．．，Ｒｎをそれぞれ有する複数の抵抗素子６２７１，６２７２，．．．．，６２７ｎの直列接続を備えている。それぞれの抵抗素子には、短絡スイッチＳ１，Ｓ２，．．．，Ｓｎが並列に接続されている。出力電圧設定回路６１０の制御下で、各短絡スイッチＳ１，Ｓ２，．．．，Ｓｎが開かれ又は閉じられてもよい。短絡スイッチが閉じられる場合には、それと並列に接続された対応する抵抗素子が短絡され、それにより、基準レジスタ６２７の抵抗が減少される。多くの短絡スイッチが閉じられれば閉じられるほど、基準レジスタ６２７の抵抗は小さくなる。
【００２６】
図６Ｂは、値Ｒｒｅｆを有する調整可能な基準レジスタ６５７と基準電流Ｉｒｅｆを生成する電流基準源５２８とを備えるレベルスイッチ回路６５０の概略図を示している。基準レジスタ６５７は、電力変換回路の第１の出力端子２１３に接続された第１の端子と、内部節点５２３に接続された第２の端子とを有している。電流基準源５２８は、内部節点５２３に接続された第１の端子と、電力変換回路の第２の出力端子２１４に接続された第２の端子とを備えている。電力変換器それ自体は、図示されておらず、図３又は図４に示される電力変換回路であってもよい。基準レジスタ６５７は、抵抗値Ｒ１，Ｒ２，．．．，Ｒｎをそれぞれ有する複数の抵抗素子６５７１，６５７２，．．．．，６５７ｎの並列接続を備えている。それぞれの抵抗素子には、切断スイッチＳ１，Ｓ２，．．．，Ｓｎが直列に接続されている。出力電圧設定回路６６０の制御下において、各短絡スイッチＳ１，Ｓ２，．．．，Ｓｎが開かれ又は閉じられてもよい。短絡スイッチが開かれる場合には、それと直列に接続された対応する抵抗素子が切断され、それにより、基準レジスタ６５７の抵抗が増加させられる。多くの切断スイッチが開かれれば開かれるほど、基準レジスタ６５７の抵抗が大きくなる。
【００２７】
想定し得る出力電圧の範囲が大きい場合には、調整可能な基準レジスタ６５７を有していることが有利な場合がある。そのような状況において、電流源を可変にすると、範囲の下限において電流が非常に低くなり、又は、範囲の上限において電流が非常に高くなる。
【００２８】
図７は、本発明に係る電力変換器における調整可能な電流源の実施の一形態の概略図を示している。調整可能な電流源５２８は、図３及び図４に示される基準電流源５２８の実施の一形態である。基準電流源５２８は、基準レジスタ５２７を備えている。これは、図６Ａ又は図６Ｂの調整可能な基準レジスタのうちの一つであってもよい。また、基準電流源５２８は、主導電経路及び制御電極を有するトランジスタ７１０と、抵抗値Ｒｘを有する電流調整レジスタ７１１と、第１の非反転入力と第２の反転入力と出力とを有する増幅器７２０と、電圧源７３０とを備えている。
【００２９】
基準レジスタ７１１の第１の端子は、電力変換回路の第１の出力端子２１３に対して接続されている。基準レジスタ７１１の第２の端子は、内部節点５２３に接続されている。トランジスタ７１０の主導電経路は、内部節点５２３と他の内部節点７０４との間に接続されている。電流調整レジスタ７１１の第１の端子は内部節点５２３に接続され、第２の端子は、電力変換回路の第２の出力端子２１４に対して接続されている。増幅器７２０の非反転入力は、電圧源７３０の第１の端子に接続されている。増幅器７２０の反転入力は、内部節点７０４に接続されている。電圧源７３０の第２の端子は、第２の出力端子２１４に対して接続されている。電圧源７３０は、電流調整電圧Ｖｘを生成する。尚、電力変換回路は図示されてない。
【００３０】
基準電流源５２８において、基準電流Ｉｒｅｆは、値Ｒｘを有する電流調整レジスタ７１１の両端間に正確なバンドギャップ誘導電流調整電圧Ｖｘを設定することにより生成される。これにより、Ｉｒｅｆは、以下の関係によって規定される。
Ｉｒｅｆ＝Ｖｘ／Ｒｘ
【００３１】
従って、所望の出力電圧Ｖｏｕｔｄｅｓは、以下の関係によって与えられる。
Ｖｏｕｔｄｅｓ＝Ｖｒｅｆ＋Ｒｒｅｆ・（Ｖｘ／Ｒｘ）
【００３２】
電力変換器が集積回路として又はその一部として実現される場合には、図３及び図４のそれぞれに示される制御回路３２０又は４２０において使用される基準電圧ＶｒｅｆからＶｘを得ることにより、回路の誤りを増大させる部品の数を最小限に抑制することが有利な場合がある。Ｖｒｅｆは、通常、いわゆるバンドギャップ基準電圧である。Ｖｘは、Ｖｒｅｆ／２に等しいことが好ましい。これは、正確な抵抗電圧分割器を使用することによって達成することができる。この場合、所望の出力電圧レベルは、以下の関係によって与えられる。
Ｖｏｕｔｄｅｓ＝Ｖｒｅｆ・｛１＋Ｒｒｅｆ／（２・Ｒｘ）｝
【００３３】
従って、所望の出力電圧Ｖｏｕｔｄｅｓの精度は、基準電圧Ｖｒｅｆ、及び、ＲｒｅｆとＲｘとの比率によって決定される。前述したように、Ｖｒｅｆは、通常、約１％の精度を一般に有するバンドギャップ回路から得られる。典型的なＩＣプロセスにおいては必要とされる大きなレジスタに起因して抵抗を正確に決定することは難しいが、二つの適度に寸法付けられたレジスタのマッチングは一般に数パーセントの精度を有している。比率Ｒｒｅｆ／Ｒｘにおける１．５％の一般的な精度に基づいて、Ｖｏｕｔｄｅｓの全体的な精度は約２％となる。
【００３４】
オンチップレジスタを使用して精度が非常に良好であっても、時として、Ｒｒｅｆ及びＲｘを正確な外部オフチップレジスタとして実現することが有益となる。この場合には、通常、Ｒｒｅｆは、容易に複製可能であるため、調整可能な基準レジスタである必要はない。
【００３５】
図８は、本発明に係る電力変換器を備える装置の概略図を示している。そのような装置の例は、デジタルスチルカメラ、携帯電話、及び、他の携帯型家庭用電子機器である。
【００３６】
装置８００は、非調整バッテリ電圧Ｖｂａｔを供給するバッテリ８３０と、電力変換器８０１と、電力変換器８０１により給電される電子回路を表す負荷回路８４０とを備えている。図示の電力変換器は、ＤＣ入力電圧Ｖｉｎよりも高いＤＣ出力電圧Ｖｏｕｔを生成するための、いわゆるアップコンバータである。電力変換器８０１は、実際の電力変換のための電力変換回路１０１と、電力変換回路１０１の動作を制御するための制御回路３２０とを備えている。電力変換回路は、バッテリ８３０の第１の端子に接続された第１の入力端子２１１と、バッテリ８３０の第２の端子に接続された第２の入力端子２１２とを備えている。電力変換回路８０１は、負荷８４０の第１の端子に接続された第１の出力端子２１３と、負荷８４０の第２の端子に接続された第２の出力端子２１４とを備えている。入力端子２１１，２１２間にはＤＣ入力電圧Ｖｉｎが印加され、このＤＣ入力電圧Ｖｉｎは、図示の回路では、バッテリ８３０により供給されるバッテリ電圧Ｖｂａｔに等しい。出力端子２１３，２１４間には調整されたＤＣ出力電圧Ｖｏｕｔが生成される。電力変換回路１０１は、第１のスイッチＳ１と、第２のスイッチＳ２と、インダクタＬ１と、バッファコンデンサＣ１とを更に備えている。インダクタＬ１は、第１の入力端子２１１と内部節点８１５との間に接続されている。第１のスイッチＳ１は、内部節点８１５と他の内部節点８１６との間に接続されている。第２のスイッチＳ１は、内部節点８１５と他の内部節点８１７との間に接続されている。コンデンサＣ１は、内部節点８１７と内部節点８１６との間に接続されている。内部節点８１６は、第２の入力端子２１２及び第２の出力端子２１４に対して接続されている。内部節点８１７は第１の出力端子２１３に対して接続されている。
【００３７】
制御回路８２０は、プロセッサ２２１と、コンパレータ２２２と、電圧基準源２２５と、電流基準源５２８と、値Ｒｒｅｆを有する基準レジスタ５２７とを備えている。コントローラ２２１の出力は、制御入力１０３（この例では、二つの結線として実施される）により、スイッチＳ１，Ｓ２に対して結合される。コントローラ２２１の入力は、コンパレータ２２２の出力に対して接続されている。電圧基準源２２５は、コンパレータ２２２の反転入力と内部節点８１６との間に結合されている。コンパレータ２２２の非反転入力は、内部節点５２３に対して結合されている。基準レジスタ５２７は、内部節点８１７と内部節点５２３との間に接続されている。電流基準源５２８は、内部節点５２３と内部節点８１６との間に接続されている。
【００３８】
動作において、基準電流源５２８は、所定の基準電流Ｉｒｅｆを生成する。コンパレータ２２２の非反転入力は高オームであり、従って、基準電流Ｉｒｅｆは基準レジスタ５２７を通じて流れる。その結果、出力電圧Ｖｏｕｔのレベルシフトされたコピーが内部節点５２３と内部節点８１６との間に生成される。コンパレータ２２２は、測定電圧Ｖ２即ち出力電圧Ｖｏｕｔのレベルシフトされたコピーと、基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。この比較に基づいて、プロセッサ２２１は、制御入力１０３により、電力変換回路１０１のスイッチＳ１，Ｓ２の動作を制御する。
【００３９】
インダクタＬ１及びバッファコンデンサＣ１を除き、電力変換器８０１を集積回路又は集積回路の一部として実現することが有利な場合がある。通常、インダクタＬ１のインダクタンス及びコンデンサＣ１のキャパシタンスは非常に大きいため、これらを集積回路部品として実現することはできない。
【００４０】
ここで説明した本発明の実施の形態は、例示的とみなされるように意図されており、限定的な意味に解釈されるべきではない。これらの実施の形態に対しては、添付の請求項に規定される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者により様々な変更が行われてもよい。
【００４１】
例えば、図５は、電圧レベルシフト回路の実施の一形態を示している。この実施の形態は、特に、電力変換器が集積回路又は集積回路の一部として実現される場合に適している。一定の基準電流が引き出される図示の基準レジスタは、浮動電圧源を実現する一つの方法である。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく適用できる他の方法を知っている。
【００４２】
要約すると、本発明は、スイッチモード電源に関し、特に、電圧フィードバックを必要とするＤＣ／ＤＣ変換器に関する。手法は、出力電圧範囲の全体に亘って小さい信号利得が一定のままであるため、幅広い範囲又は出力電圧をカバーしようとする集積電力変換器に特に適している。また、手法は、制御ウィンドウを使用するデジタルコントローラを有する変換器に適している。これは、制御ウィンドウが出力電圧範囲の全体に亘って一定だからである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】電力変換器の概略図を示している。
【図２】従来の電力変換器の概略図を示している。
【図３】本発明に係る電力変換器の実施の一形態の概略図を示している。
【図４】本発明に係る電力変換器の他の実施の形態の概略図を示している。
【図５】本発明に係る電力変換器における電圧レベルシフト回路の実施の一形態の概略図を示している。
【図６Ａ】調整可能なレジスタを備える本発明に係る電力変換器における電圧レベルシフト回路の実施の形態の概略図を示している。
【図６Ｂ】調整可能なレジスタを備える本発明に係る電力変換器における電圧レベルシフト回路の実施の形態の概略図を示している。
【図７】本発明に係る電力変換器における調整可能な電流源の実施の一形態の概略図を示している。
【図８】本発明に係る電力変換器を備える装置の概略図を示している。
【図１】
2008509649.tif 000003
【図２】
2008509649.tif 000004
【図３】
2008509649.tif 000005
【図４】
2008509649.tif 000006
【図５】
2008509649.tif 000007
【図６Ａ】
2008509649.tif 000008
【図６Ｂ】
2008509649.tif 000009
【図７】
2008509649.tif 000010
【図８】
2008509649.tif 000011
【国際調査報告】
2008509649.tif 000012
2008509649.tif 000013