(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング電力変換器を制御するための集積回路であって、
１つまたは複数の調整可能な係数により決定される周波数および位相応答に従って前記スイッチング電力変換器のスイッチングを制御するためのデジタル補正器と、
前記集積回路の外部の前記スイッチング電力変換器の出力フィルタの少なくとも１つの成分の値または出力フィルタの少なくとも１つのコンデンサのタイプのうちの少なくとも１つを指定する情報を前記１つまたは複数の調整可能な係数に変換するための変換ブロックであって、
前記出力フィルタの前記少なくとも１つの成分の値または前記出力フィルタの少なくとも１つのコンデンサのタイプのうちの少なくとも１つを指定する前記情報によって索引を付けられるように、前記１つまたは複数の調整可能な係数のための値を記憶する参照テーブルと、
少なくとも１つの成分の値または少なくとも１つのコンデンサのタイプのうちの少なくとも１つを指定する前記情報に従って、前記参照テーブルから１つまたは複数の特定値を取得し、前記取得した１つまたは複数の特定値に従って前記１つまたは複数の調整可能な係数を設定するための制御論理と、
を含む変換ブロックと、
を含む集積回路。
【請求項２】
前記デジタル補正器は、前記スイッチング電力変換器の制御ループの周波数および位相応答を決定し、
前記１つまたは複数の調整可能な係数は、前記制御ループの前記周波数および前記位相応答を調整する、
請求項１に記載の集積回路。
【請求項３】
前記変換ブロックは、前記出力フィルタの少なくとも１つの成分の前記値または前記少なくとも１つのコンデンサの前記タイプのうちの少なくとも１つを指定する前記情報を少なくとも１つの２進値として受け取るための前記集積回路の１つまたは複数の端子に結合されている、請求項１に記載の集積回路。
【請求項４】
前記１つまたは複数の端子は、前記出力フィルタの前記少なくとも１つのコンデンサのタイプを示す１ビット値を受け取るための端子を含む、請求項３に記載の集積回路。
【請求項５】
前記少なくとも１つの成分の前記値を指定する前記少なくとも１つの２進値のシーケンスを前記１つまたは複数の端子から受け取るためのインターフェースをさらに含む、請求項３に記載の集積回路。
【請求項６】
前記集積回路の端子において抵抗の値を検知するための検知回路をさらに含み、
前記抵抗の前記値は、前記少なくとも１つの成分の前記値または前記少なくとも１つのコンデンサの前記タイプを指定する前記情報を提供する、
請求項１に記載の集積回路。
【請求項７】
前記集積回路の端子において静電容量の値を検知するための検知回路をさらに含み、
前記静電容量の前記値は、前記少なくとも１つの成分の前記値または前記少なくとも１つのコンデンサの前記タイプを指定する前記情報を提供する、
請求項１に記載の集積回路。
【請求項８】
前記少なくとも１つの成分の前記値または前記少なくとも１つのコンデンサの前記タイプを指定する前記情報を記憶するための不揮発性記憶装置をさらに含み、
前記変換ブロックは、前記少なくとも１つの成分の前記値または前記少なくとも１つのコンデンサの前記タイプを指定する前記情報を前記不揮発性記憶装置から取得する、
請求項１に記載の集積回路。
【請求項９】
前記変換ブロックは、少なくとも１つの成分の値または少なくとも１つのコンデンサのタイプのうちの少なくとも１つを指定する前記情報から前記１つまたは複数の調整可能な係数の値を計算する、プログラム命令を実行するための処理装置を含む、請求項１に記載の集積回路。
【請求項１０】
スイッチング電力変換器を動作させる方法であって、
前記スイッチング電力変換器のコントローラ集積回路において、前記コントローラ集積回路の外部にある前記スイッチング電力変換器の出力フィルタの少なくとも１つの成分の値または出力フィルタの少なくとも１つのコンデンサのタイプのうちの少なくとも１つを指定する情報を受け取ることと、
前記コントローラ集積回路内で、前記受け取った情報を、前記スイッチング電力変換器においてスイッチングを制御するコントローラの動作を制御する１つまたは複数の調整可能な係数のための対応する１つまたは複数の値に変換することであって、
前記コントローラ集積回路内部の参照テーブルから、前記出力フィルタの前記少なくとも１つの成分の値または前記出力フィルタの前記少なくとも１つのコンデンサの前記タイプのうちの少なくとも１つを指定する前記情報で前記参照テーブルに索引を付けることによって前記１つまたは複数の調整可能な係数のための値を検索することを含む変換することと、
前記変換することによって決定された前記１つまたは複数の値に従って、前記１つまたは複数の調整可能な係数を調整することと、
前記調整された係数に従って前記コントローラを使用して前記スイッチング電力変換器を制御することと、
を含む方法。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記スイッチング電力変換器の制御ループの周波数および位相応答を制御する補正器である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記受け取ることは、前記コントローラ集積回路の１つまたは複数の端子において、前記少なくとも１つの成分の前記値または前記少なくとも１つのコンデンサのタイプのうちの少なくとも１つを指定する前記情報を少なくとも１つの２進値として受け取る、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記受け取ることは、前記出力フィルタの前記少なくとも１つのコンデンサのタイプを示す１ビット値を受け取る、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記受け取ることは、前記少なくとも１つの成分の前記値を指定する２進値のシーケンスを、前記コントローラ集積回路の外部の記憶装置から受け取る、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記受け取ることは、前記コントローラ集積回路の端子において抵抗の値を検知することを含み、前記抵抗の前記値は、前記少なくとも１つの成分の前記値または前記少なくとも１つのコンデンサのタイプを指定する前記情報を提供する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記受け取ることは、前記コントローラ集積回路の端子において静電容量の値を検知することを含み、前記静電容量の前記値は、前記少なくとも１つの成分の前記値または前記少なくとも１つのコンデンサのタイプを指定する前記情報を提供する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの成分の前記値または前記少なくとも１つのコンデンサのタイプを指定する前記情報を前記コントローラ集積回路内の不揮発性記憶装置から受け取ることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記変換することは、前記コントローラ集積回路の内部の処理装置を使用して、少なくとも１つの成分の値または少なくとも１つのコンデンサのタイプのうちの少なくとも１つを指定する前記情報から、前記１つまたは複数の調整可能な係数の値を計算するプログラム命令を実行することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
スイッチング電力変換器を制御するための集積回路であって、
１つまたは複数の調整可能な係数によって決定された周波数および位相応答に従って前記スイッチング電力変換器のスイッチングを制御するためのデジタル補正器と、
前記集積回路の外部の前記スイッチング電力変換器の出力フィルタの１つまたは複数の成分の少なくとも２つの値から事前計算された情報を前記１つまたは複数の調整可能な係数に変換するための変換ブロックであって、
前記情報は、前記少なくとも２つの値から事前計算され、前記スイッチング電力変換器の任意の他の動作パラメータとは無関係であり、
前記変換ブロックは、前記事前計算された情報によって索引を付けられるように、前記１つまたは複数の調整可能な係数のための値を記憶する参照テーブルと、前記事前計算された情報に従って、前記参照テーブルから１つまたは複数の特定値を取得し、前記取得した１つまたは複数の特定値に従って前記１つまたは複数の調整可能な係数を設定するための制御論理と、を含む
変換ブロックと、
を含む、集積回路。
【請求項２０】
前記デジタル補正器は、前記スイッチング電力変換器の制御ループの周波数および位相応答を決定し、前記１つまたは複数の調整可能な係数は、前記制御ループの前記周波数および前記位相応答を調整する、請求項１９に記載の集積回路。
【請求項２１】
前記少なくとも２つの値は、前記出力フィルタの少なくとも１つの誘導子の誘導係数、および前記出力フィルタの少なくとも１つのコンデンサの静電容量である、請求項１９に記載の集積回路。
【請求項２２】
前記少なくとも２つの値は、前記出力フィルタの少なくとも１つのコンデンサの等価直列抵抗、および前記出力フィルタの前記少なくとも１つのコンデンサの静電容量である、請求項１９に記載の集積回路。
【請求項２３】
スイッチング電力変換器を動作させる方法であって、
前記スイッチング電力変換器のコントローラ集積回路において、前記コントローラ集積回路の外部の前記スイッチング電力変換器の出力フィルタの、１つまたは複数の成分の少なくとも２つの値から事前計算された情報を受け取ることと、
前記コントローラ集積回路内で、前記受け取った情報を、前記スイッチング電力変換器においてスイッチングを制御するコントローラの動作を制御する１つまたは複数の調整可能な係数のための対応する１つまたは複数の値に変換することであって、
前記コントローラ集積回路内部の参照テーブルから、前記事前計算された情報で前記参照テーブルに索引を付けることによって前記１つまたは複数の調整可能な係数のための値を検索することを含む変換することと、
前記変換することによって決定された前記１つまたは複数の値に従って、前記１つまたは複数の調整可能な係数を調整することと、
前記調整された係数に従って前記コントローラを使用して前記スイッチング電力変換器を制御することと、を含む方法。
【請求項２４】
前記コントローラは、前記スイッチング電力変換器の制御ループの周波数および位相応答を制御する補正器である、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）の動作特性を設定するための技法に関し、より詳細には、動作特性パラメータを指定されたフィルタ成分情報から内部で調整するＳＭＰＳコントローラ集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電力変換器（以下、スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）と呼ぶ）は現在、系統電源、交流電源変換機などのアプリケーション、ならびにマイクロプロセッサ用電圧調整モジュール（ＶＲＭ）などのポイントオブロード（ＰｏＬ）電源としても公知の局所電源用に広く使用されている。ＳＭＰＳにおいて、誘導子もしくは変圧器などの１つまたは複数の磁気記憶素子は、スイッチング回路によって電圧を印加および遮断され、記憶されたエネルギーは通常、１つまたは複数の容量記憶素子に周期的に送出される。ＳＭＰＳの出力電圧または出力電流（もしくは出力電圧／電流のアナログ）は、検知回路によって検知され、電圧または電流調整が様々な入力電圧、出力負荷および温度変化幅を超えて提供されるように、スイッチング回路を制御するのに使用される。
【０００３】
補正回路すなわち「補正器」は、検知回路とスイッチング回路との間の変換器のフィードバックおよび／またはフィードフォワード経路に提供され、ＳＭＰＳの制御応答を検知した出力電圧および／または電流に設定する。補正器は、変換器の閉ループ応答を修正して、変換器が安定する、すなわち出力が正常に動作することを確実にし、所望の動作条件を確実にする。補正器は通常、出力電流および／または電圧情報ならびに入力電圧情報を通常受け取る、コントローラ集積回路（ＩＣ）によって提供され、１つまたは複数の出力制御信号を発生してＳＭＰＳスイッチング回路を制御する。アナログ補正配列において、外部の成分をコントローラＩＣの内部の増幅器と連結して使用して、補正器フィルタを提供する。
【０００４】
様々なアプリケーションに汎用使用に設計された集積回路コントローラは一般に、広範囲にわたる周波数および位相応答特性に調整できる補正器を含む。従来のアナログ補正器の実装において、コントローラＩＣの外部端子は、補正器を実装するフィードバック信号チェーンの回路ノードを露出する。受動成分、通常は集積回路の１つまたは複数の端子に接続された抵抗器およびコンデンサは、補正器の内部素子を有する、ネットワーク内の成分の相互作用による補正器の周波数応答を、直接決定するネットワークを提供する。たとえば、ＩＣの内部の増幅段の極および零点は、ＩＣの端子に接続された増幅器の入出力部に接続されたＲＣフィードバックならびに入力ネットワークによって設定できる。抵抗器およびコンデンサの値は、補正器の応答の極および零点の所望の位置から決定され、その所望の位置はまず、実際のＳＭＰＳ実装の外部成分および回線／負荷条件から決定される。
【０００５】
デジタル電力制御アプリケーションでは、補正器は一般に、デジタル信号処理ブロックまたは専用フィルタ論理装置によって提供されるデジタル補正器である。係数は、応答を提供する必要がある離散時間の計算を命令する浮動小数点または固定小数点であり、該係数は、自動補正起動較正などの技法によって、起動時に読み込まれる係数を有するコントローラＩＣ内の不揮発性（ＮＶ）記憶装置をプログラミングすることによって、または外部の記憶装置から係数を読み込むことによってコントローラＩＣに提供される。係数値は通常、コントローラＩＣの外部のフィルタ成分の誘導係数、静電容量および抵抗値などのコントローラの外部のＳＭＰＳの成分値を指定するために、電源設計者によって使用されるコンピュータ・プログラムによって決定され、次いで設計者によって選択された特定の応答を得る必要がある係数を計算するためにプログラムによって使用される。
【０００６】
実際には、設計プログラムの使用を必要とせず、ＳＭＰＳの設計を一体化して初期試験をし、初期補正値を決定し、それらの値を原型装置にプログラムできることが望ましい。多くの場合、ＳＭＰＳのコントローラＩＣは、工学設計時間を贅沢に延長することなく、またはあらゆる必要な工具の可用性なしに、特定のアプリケーションで評価される。しかし、通常のコントローラＩＣに対する外部の成分値は広範囲であるため、安定した動作、およびそれによる有効な評価は、ＳＭＰＳの設計のために選択された実際の外部の成分値に基づいたいくつかの補正なしには保証されない。さらに、成分値、タイプまたは動作パラメータ（たとえば、入力電圧）がＳＭＰＳの設計で変更される度に、コンピュータ・プログラムおよびあらゆる必要なＮＶ記憶プログラミング用具を使用して補正係数を更新しなければならない。
【０００７】
最後に、ＳＭＰＳの他の動作パラメータは、出力リップル、過渡応答などのフィルタ成分値に依存しており、したがって、フィルタ成分値が変わると、ＳＭＰＳの補正以外の動作特性が影響を与えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、補正器係数を決定する設計プログラムに頼らずに補正できる、デジタル補正されたＳＭＰＳのコントローラＩＣを提供することが望ましいはずである。さらに、初期化のためのＮＶ記憶プログラマまたは外部の記憶装置を必要としないようなＳＭＰＳのコントローラＩＣを提供することが望ましいはずである。さらに、ＳＭＰＳのコントローラＩＣ内でフィルタ成分の値またはタイプに依存する他の動作特性が、ＳＭＰＳの所望の動作を提供し、維持するように制御可能なＳＭＰＳのコントローラＩＣを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的、ならびに他の目的は、スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）用集積回路（ＩＣ）コントローラおよびその動作方法で達成される。ＳＭＰＳのコントローラＩＣは、変換ブロックを含む。変換ブロックは、処理装置、１つまたは複数の参照テーブル、またはＳＭＰＳの１つまたは複数の動作特性を、ＳＭＰＳの出力フィルタにおける成分の値および／またはタイプを示すコントローラＩＣに提供された情報から計算する専用論理であり得る。
【００１０】
動作特性（複数可）は、ＳＭＰＳ制御ループの周波数および位相応答を制御するコントローラＩＣ内のデジタル補正器の周波数／位相応答であり得るか、またはフィルタ成分（複数可）のタイプまたは値によって影響を及ぼされるＳＭＰＳの動作特性を制御する別の回路であり得る。
【００１１】
フィルタ成分値および／もしくはタイプの情報は、抵抗器またはコンデンサの値が、外部のＳＭＰＳ成分の値を示すように、端子に接続された端子、抵抗器またはコンデンサで提供された論理値によって、あるいは外部の成分値を含む外部のデジタル記憶装置から集積回路の端子で提供され得る。フィルタ成分値のための値もしくはタイプの情報を特定するために使用される抵抗器またはコンデンサは、それら自体がフィルタ成分ではなく、直接補正器回路の一部を形成しない。あるいは、フィルタ成分値は、コントローラＩＣ内で不揮発性（ＮＶ）記憶装置にプログラムされ得る。
【００１２】
本発明の前述および他の目的、特徴、ならびに利点は、添付図面に示したように、本発明の好ましい実施形態の以下の、より具体的な、説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態によるＳＭＰＳを示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に従って提供されたフィルタ成分値によって設定されたデジタル補正器応答のボード振幅線図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による図１のＳＭＰＳを実装するために使用され得る外部の成分値の検知回路を示す概略図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による図１のＳＭＰＳを実装するために使用され得る外部の成分値の検知回路を示す概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態によるＳＭＰＳを示す概略図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による図１および図４のＳＭＰＳを実装するために使用され得るパラメータ変換ブロックを示す概略図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による図１および図４のＳＭＰＳを実装するために使用され得るパラメータ変換ブロックを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）コントローラ集積回路（ＩＣ）およびそれらの動作方法を包含する。本発明によるＳＭＰＳの技法およびＩＣは、ＳＭＰＳの出力フィルタ成分の値またはタイプ（一般にＳＭＰＳの出力端子に接続された外部の誘導子（複数可）およびコンデンサ（複数可））を指定する情報を変換する。本発明のＩＣは、ＩＣ内のデジタル補正器の応答を決定する係数などの、ＳＭＰＳの制御変数のための値を計算または検索する「変換」ブロックを含む。補正係数またはプロファイルなどの制御変数を供給することではなく、むしろフィルタ成分値および／またはタイプの情報を直接原型に供給することによって、設計者または他のエンドユーザを組み込む特定の設計におけるＩＣは、ＩＣを容易に統合し、設計者が特定の組の外部のＳＭＰＳフィルタ成分に対して実際の補正器パラメータ（たとえば、極／零点位置、利得項、係数）を計算する必要がなく、外部のＳＭＰＳフィルタ成分値を変更し得る。
【００１５】
たとえば、本発明の一実施形態による集積回路は、ＳＭＰＳのＬＣフィルタのコンデンサ（複数可）が、セラミックであるかそれともアルミニウム電解であるかをデジタル補正器に示す、単一の制御端子の論理状態を伴う、該制御端子を有し得る。ＩＣ内のデジタル補正器は次いで、制御端子で提供された表示に従って調整され、製造するための単純な機構を組立体に適合するように提供して、回路基板を変化させること、またはジャンパーを配置することによって電解またはセラミック・コンデンサのいずれかを受け取って、制御端子の状態を変更する。こうした制御端子はまた、簡単な機構を設計者に提供して、回路の評価中にコンデンサのタイプを変更することができる。一般に、本発明の実施形態によるＳＭＰＳのコントローラＩＣは、出力フィルタ誘導子の誘導係数および直列抵抗、出力フィルタ・コンデンサの静電容量および等価直列抵抗（ｅｓｒ）などのパラメータ情報を受け取る。提供されたフィルタ成分値ならびに入力電圧およびスイッチング周波数などの他の情報から、極／零点位置および補正器のための利得項などの１つまたは複数の制御パラメータが、一般に決定できるのは、コントローラＩＣが、ＳＭＰＳ全体の動的挙動を決定する、ＳＭＰＳのほとんどの部分（たとえば、外部のフィルタ成分以外のＳＭＰＳの部分）を含むからである。
【００１６】
次に図を参照し、特に図１を参照すると、本発明の一実施形態によるＳＭＰＳが示されている。示された変換器は、ＤＣ／ＤＣバック変換器だが、本発明の技法は、ＳＭＰＳが一般に、誘導および容量エネルギー記憶素子の相互作用に起因する低周波数共鳴を除去し、変換器の利得を所定のロールオフ周波数を超えて減衰させて、ＳＭＰＳの制御帯域幅を超える周波数に対して安定性を持続させるフィードバックまたはフィードフォワード補正器を有するので、他のトポロジーならびに入出力電圧タイプのＳＭＰＳに適用されることを理解されたい。さらに、本発明の技法は、補正器の位相および周波数応答以外、または補正器の位相および周波数応答に加えて、動作制御変数の調整に適用される。しかし、説明のために、本発明に提供されたフィルタ成分情報は、以下に記載された実施形態の例示的説明のために、補正器の制御に変換される。
【００１７】
具体的には、ＬＣフィルタ成分の誘導係数および静電容量は、ＳＭＰＡの所望の動的挙動を設定するために、デジタル補正器によって提供されたＳＭＰＳの制御ループ応答の少なくとも一部を決定する。適用された補正はまた、電圧モードＳＭＰＳの制御ループの出力コンデンサｅｓｒによって引き起こされる零点を利用することなどの、「寄生」極もしくは零点の効果を有効に取り消すか、または利用することができる。このようなアプリケーションにおけるｅｓｒの変動がループ応答の変動を引き起こすので、ｅｓｒを考慮に入れなければならない。たとえば、電解コンデンサは通常、ｅｓｒ零点から通じる著しい位相が交差周波数でループ応答に導入される、すなわち、その周波数でＳＭＰＳのループ利得が一致する、十分に低い周波数でｅｓｒ零点を提供する。現在のＳＭＰＳ変換器では、このような零点は、デジタル補正器の応答に必要とされ得、出力コンデンサ（複数可）のｅｓｒに依存する。ｅｓｒが高い場合（たとえば、出力コンデンサが電解型である場合）は、出力コンデンサを有するｅｓｒの相互作用によって応答に導入された結果の零点は一般に、振動を高周波数で回避するのに十分足りる。しかし、セラミック・コンデンサが使用される場合は、追加の零点がＳＭＰＳの制御ループ応答に必要とされ得、したがってデジタル補正器によって提供され得る。さらに、セラミック・タイプと電解タイプの両方が平行して存在する場合は、追加の零点が必要とされ得るが、追加の零点は異なる周波数で必要とされ得る。単に出力コンデンサのタイプ（複数可）を知ることで、ｅｓｒ零点を補正する必要があるかどうかを判定するのに十分な情報を提供できる。図１のバック変換器は、示された例における抵抗器ＲＰ１、ＲＰ２およびＲＰ３である、１組の外部のパラメータを指定する成分を介する誘導子ＬならびにコンデンサＣＯなどの、外部の成分の値ならびに／またはタイプを指定する情報を提供することによって調整されるデジタル補正器１６を含む。
【００１８】
入力電圧ＶＩＮは、１対の入力端子上にコンデンサＣＩＮを横切って提供される。トランジスタＰ１およびＮ１を含むスイッチング回路は、入力電圧ＶＩＮに接続された端子と地面との間の誘導子Ｌの第１の端子を交互に切り替える。誘導子Ｌの第２の端子は、出力コンデンサＣＯに接続され、出力コンデンサＣＯは、単一コンデンサＣＯまたはコンデンサ・バンクであり得る。コンデンサＣＯは、負荷への接続に適合した端子に結合され、インピーダンスＺＬによって図に表されている。電源コントローラ集積回路（ＩＣ）１０は、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１４、および制御入力値をパルス幅変調器（ＰＷＭ）１２に提供するデジタル補正器１６によって提供される、制御ループによるトランジスタＰ１ならびにＮ１によって形成される、スイッチング回路を動作させる。ＰＷＭ１２は、デジタル・パルス幅変調器（ＤＰＷＭ）によって実証されるが、アナログＰＷＭおよびデジタル・パルス周波数変調器（ＤＰＦＭ）などの他の変調器のタイプは、本発明の代替的実施形態に使用可能であることが理解される。アナログ・デジタル変換器１４は一般に、デジタル補正器１６に出力電圧、入力電圧および出力電流に関して情報を提供するが、特定の実施形態では、上記の入力変数のすべてが存在するわけではない可能性がある。最低でも、電圧モード制御に対して、少なくとも出力電圧は、ＡＤＣ１４によって測定され、電流モード制御アプリケーションでは、出力電圧の変動から出力電流を推定する技法を使用しない限り、誘導子またはスイッチング・トランジスタ電流も一般に、同様に測定される。誤差加算回路１３は、インピーダンスＺＬを横切る出力電圧を基準電圧ＶＲＥＦから減じて、誤差電圧をＡＤＣ１４に提供する。あるいは、出力電圧は、ＡＤＣ１４によって直接測定され得る。
【００１９】
デジタル補正器１６の応答は、パラメータ変換ブロック１８から提供される係数によって一部が決定される。パラメータ変換ブロック１８は、１つまたは複数の外部の成分「パラメータ」（たとえば、誘導子Ｌの誘導係数、出力コンデンサＣＯの静電容量、出力コンデンサＣＯのタイプまたは実際のｅｓｒ値、ならびに誘導子／変圧器巻線抵抗および静電容量などの「寄生」値を含む、他の考えられる外部の成分の値またはタイプ）についての情報を受け取る。パラメータ変換ブロック１８は、外部の成分値検知回路３０からパラメータ情報を受け取り、該検知回路３０は、示された例では、抵抗器ＲＰ１、ＲＰ２およびＲＰ３の抵抗、または少なくとも抵抗器ＲＰ１、ＲＰ２およびＲＰ３の実抵抗値が減少する値域によって示された数を決定する。以下で示すように、コンデンサが代替として使用され得るか、または両方の成分の組合せが、抵抗器またはコンデンサがコントローラＩＣ１０の外部の端子の１つに接続されているかどうかを判定できる、外部の成分値検知回路３０の適切な提供を伴って使用され得る。上述の外部の抵抗器および／またはコンデンサは、成分パラメータ（たとえば、出力フィルタ成分値もしくはタイプ）を指定するために使用されるが、上述の外部の抵抗器および／またはコンデンサは、ループ応答を直接決定しない。たとえば、アナログ・コントローラの場合、コントローラ内で外部の抵抗器およびコンデンサは、補正フィルタを実装するために使用される。外部の抵抗器もしくは／またはコンデンサは、補正係数または周波数応答を直接指定あるいは選択するためには使用されない。成分パラメータは、入力電圧、スイッチング周波数、所望のループ応答および複数の外部の成分値などの情報を、デジタル補正器１６によって実装される応答を獲得するために組み合わせる計算過程または検索過程を通って変換される。
【００２０】
パラメータ変換ブロック１８は、外部の成分値検知回路３０から提供された値／範囲情報を、抵抗器ＲＰ１、ＲＰ２およびＲＰ３のそれぞれのために使用し、利得項、Ｚ変換係数、極／零点位置などを含み得る補正パラメータを計算または検索するための値／範囲情報を、デジタル補正器１６の周波数／位相応答の設定のために使用する。たとえば、以下の表は、抵抗器ＲＰ１、ＲＰ２およびＲＰ３の値に適用され得る。
【表１】
0005810414.tif 000002
表Ｉに示されたように、抵抗器ＲＰ１、ＲＰ２およびＲＰ３の値は、フィルタ誘導子Ｌの誘導係数、フィルタ・コンデンサＣＯの静電容量（これも一般に、ＳＭＰＳに含まれるコンデンサの静電容量および負荷静電容量の因子を含む）、ならびにフィルタ・コンデンサＣＯのｅｓｒ値を個々に指定するために、本発明の一実施形態で使用される。表Ｉから提供された情報を考慮すると、デジタル補正器１６によって適用された補正を決定できる。別法としてまたは組み合わせて、ＳＭＰＳの他の制御パラメータを決定できる。ＳＭＰＳの補正に関与する意思決定過程は複雑だが、説明のために、抵抗器ＲＰ１、ＲＰ２およびＲＰ３の供給された値に従った、図１のＳＭＰＳを一般に補正するために使用される、補正決定および計算の一部を以下に説明する。
【００２１】
抵抗器ＲＰ１、ＲＰ２およびＲＰ３の値によって供給された情報の最も重要なものの１つは、誘導子ＬならびにコンデンサＣＯによって形成された、ＳＭＰＳの出力フィルタの共鳴周波数である。共鳴周波数は、出力フィルタがスイッチングによる変動を除去するために、ＳＭＰＳのスイッチング周波数より低くなり、一般に、スイッチング周波数とフィルタの共鳴周波数の割合は、少なくとも４になり、１０以上になり得る。ＳＭＰＳの出力フィルタの共鳴周波数ｆｏにおいて、制御ループは、デジタル補正器１６の応答のおかげで振動を防止するように動作し、そのため出力フィルタに起因する応答の２極を取り消すための零点を提供し、効果的に応答を延ばす（そうでないとｆＣでピークに達し、次いでｆＣの上でロールオフする）。ｆＣは、以下から得られる。
【数１】
0005810414.tif 000003
（式中、Ｌは誘導子Ｌの誘導係数であり、ＣはコンデンサＣＯの静電容量である。）
【００２２】
次に図２Ａを参照すると、図１のＳＭＰＳのデジタル補正器応答のボード線図が示されており、図２Ａにおけるフィルタの共鳴周波数ｆＣは、以下の方程式に従って、抵抗器ＲＰ１およびＲＰ２の値によって指定される。
【数２】
0005810414.tif 000004
上記の方程式は、表Ｉに表された倍率（１０μＦ／ｋΩおよび０．１μＨ／ｋΩ）に一致し、図１の外部の成分値検知回路３０を通る出力フィルタの誘導係数ならびに静電容量のそれぞれを提供された、独自の値を示す。パラメータ変換ブロック１８は、スイッチング周波数、ＳＭＰＳの出力電圧および入力電圧などの他の情報とともに、抵抗器ＲＰ１およびＲＰ２の値を使用して、デジタル補正器１６の適切な応答を決定する。たとえば、示されたように、抵抗器ＲＰ１およびＲＰ２の値は、ｆ２のロールオフ周波数ではなく、ｆＣの零点位置を決定するために使用される。ｆ２のロールオフ周波数は、ＳＭＰＳのスイッチング周波数から決定され、すでにコントローラＩＣ１０内で入手可能な情報である。
【００２３】
また図２Ａに示された図は、周波数ｆ３の零点の選択的配置であり、周波数ｆ３は、この周波数で出力コンデンサＣＯのｅｓｒがループ応答のリード位相シフトおよび増幅応答の増加を導入する周波数である。ｅｓｒの零点は、一般に有益であり、電解コンデンサを使用するＳＭＰＳの変換器の設計に考慮される。しかし、セラミック・コンデンサを使用する設計では、ｅｓｒの零点は、一般にはるかに高い周波数で生じる。したがって、零点は、セラミック・コンデンサを出力コンデンサＣＯのために使用する、ＳＭＰＳの実装における所望の応答を提供するために、デジタル補正器１６の応答に追加される。図２Ａは、抵抗器ＲＰ３に提供された端子が開回路（無限）であると、このような零点を提供し、抵抗器ＲＰ３がジャンパー（ゼロオーム）によって提供されると、該零点を提供しないことを示す。示された例では、抵抗器ＲＰ３の値は基本的に、出力コンデンサＣＯのタイプを示す２進法として使用され、この場合、たとえばジャンパーは、出力コンデンサＣＯが電解コンデンサであることを示し、開回路は、出力コンデンサＣＯがセラミックであることを示す。以下に示すように、抵抗器ＲＰ３の接続のために提供された端子は、デジタル入力端子として代わりに提供されることが可能である。あるいは、零点の位置は、抵抗器ＲＰ３の抵抗および出力コンデンサＣＯの静電容量値を指定する抵抗器ＲＰ２の抵抗によって示された、ｅｓｒ値から計算され得る。
【００２４】
図２Ａは、抵抗器ＲＰ１およびＲＰ２の抵抗（たとえば、ｆＣ＝Ｆ（ＲＰ１，ＲＰ２）によって示されたようにフィルタ成分に対する個々の値に基づくデジタル補正図を示す一方で、その成分値をより少ない外部から供給された値に組み合わせることも可能である。図２Ｂは、図２Ａに示されたのと同じ補正応答を示すが、抵抗器ＲＰ２は必要とされず、周波数ｆＣ＝Ｆ（ＲＰ１）は、単に抵抗器ＲＰ１の値の関数であり、抵抗器ＲＰ１は、ＬＣ製品の値、ＬＣ製品の平方根、平方根の逆数などを示し得、それによってフィルタ誘導係数と静電容量をフィルタの共鳴周波数の最終計算により近い形状で組み合せ、単にフィルタ誘導係数および静電容量値に依存する。さらに抵抗器ＲＰ１およびＲＰ２は実際に、複数の抵抗器を含み得ることが理解される。たとえば、抵抗器ＲＰ２の一部は、電圧調整モジュール（ＶＲＭ）およびマザーボード上の別の一部に含まれ得、その結果個々の抵抗器は、ＶＲＭがマザーボードと結合すると、直列に接続される。このような構成は、ＶＲＭに含まれる抵抗器ＲＰ２の一部を使用するＶＲＭに表される出力コンデンサＣＯによって表された組み合わせた出力静電容量の一部、およびマザーボードに含まれる抵抗器ＲＰ２の一部を使用するマザーボード上の出力静電容量の一部を指定できる。ｅｓｒなどの他の値は、抵抗器の並列接続によって指定され得、並列／直列構成は、コンデンサが抵抗器の代わりに使用される場合は、逆転する。
【００２５】
次に図３Ａを参照すると、図１のコントローラＩＣ１０内で使用され得る、外部の成分値検知回路３０Ａが示されている。図３Ａの外部の成分値検知回路３０Ａは、セレクタ３６を使用する抵抗器を選択し、電流源３４から電流を提供し、かつアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）３２を使用する選択された抵抗器に発現した合成電圧を測定することによって、図１に示されているように、抵抗器ＲＰ１、ＲＰ２およびＲＰ３の抵抗値を決定する回路を示す。制御論理３８Ａは、抵抗器ＲＰ１、ＲＰ２およびＲＰ３の接続を起動時に提供された端子を通って配列し、その結果、補正応答に、１つもしくは複数の抵抗器ＲＰ１、ＲＰ２およびＲＰ３、あるいは、ＬＣ製品などの１つもしくは複数の抵抗器ＲＰ１、ＲＰ２およびＲＰ３によって指定されたフィルタ成分値の組合せによって、指定されたフィルタ成分の値ならびに／またはタイプに基づく、所望のＳＭＰＳの応答を提供するデジタル補正器１６を設定することが可能である。
【００２６】
次に図３Ｂを参照すると、本発明の別の実施形態による、コントローラ内で使用され得る別の外部の成分値検知回路３０Ｂが示されている。外部の成分値検知回路３０Ｂは、外部のコンデンサＣＰ１、ＣＰ２およびＣＰ３とともに使用するように設計されている。外部のコンデンサＣＰ１、ＣＰ２およびＣＰ３は、抵抗器ＲＰ１、ＲＰ２およびＲＰ３が、まさに図３Ａの外部の成分値検知回路３０Ａに使用されるように、ＳＭＰＳの出力フィルタ成分値を示すために使用される。外部の成分値検知回路３０Ｂでは、スイッチ３５は、コンデンサＣＰ１、ＣＰ２およびＣＰ３の選択されたコンデンサを放電するように提供されており、該コンデンサは次いで、制御論理３８Ｂにより所定の期間（たとえば、制御論理３８Ｂによって発生されたパルス中）充電される。パルスの終了間際に、ＡＤＣ３２は、電圧をコンデンサＣＰ１、ＣＰ２およびＣＰ３の選択されたコンデンサ上で獲得し測定して、値を提供する。次にその値を使用して以下に従って選択されたコンデンサの静電容量を獲得することができる。
【数３】
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（式中Ｉは電流源３４の大きさである。ＴＰはパルス周期であり、Ｖはパルス周期の終了時に選択されたコンデンサを通過する電圧の大きさである。）図３Ａ〜３Ｂの外部の成分値検知回路３０Ａ〜３０Ｂは、例示的であり、抵抗および／もしくは静電容量を測定する多くの方法が存在し、さらに、抵抗器ならびにコンデンサは、フィルタ成分の異なる値またはタイプを示すために組み合わされ得、あるいは交換可能に使用され得ることが理解される。
【００２７】
次に図４を参照すると、本発明の別の実施形態による、ＳＭＰＳのコントローラＩＣ１０Ａを含むバック変換器が示されている。図４の変換器では、コントローラＩＣ１０Ａは、フィルタの個々の成分値、または上述のようにＬＣ製品などの組合せのいずれかを指定するデジタル情報を受け取る。該情報は、内部の不揮発（ＮＶ）記憶装置４０にプログラムし得るか、またはデジタル・インターフェース４２を介して１つまたは複数の端子から（たとえば、外部のＮＶ記憶装置４４から）受け取られ得る。図４のバック変換器の動作の残りは、ＳＭＰＳの出力フィルタ情報が、コントローラＩＣ１０Ａに供給される方法に相違がある、図１を参照にした上記説明と同じである。
【００２８】
次に図５Ａを参照すると、本発明の一実施形態によるパラメータ変換ブロックが示されている。マイクロコントローラ・コア５２は、フィルタ成分値／タイプ情報を図１の例示的ＳＭＰＳなどのＡＤＣから、または図４の例示的ＳＭＰＳなどのデジタル・パラメータ入力から受取る、インターフェース５６からフィルタ成分値／タイプ情報を受け取る。メモリ５４は、出力フィルタ成分値／タイプ情報を、図１および４のデジタル補正器１６の応答の極／零点位置を示す補正係数に変換する、アルゴリズムを実装するコンピュータ・プログラム製品によって使用される、プログラム命令の記憶ならびにデータを提供する。
【００２９】
次に図５Ｂを参照すると、本発明の別の実施形態による、パラメータ変換ブロックが示されている。参照テーブル６２は、係数を図１および４のデジタル補正器１６などのデジタル補正器に提供する。該係数は、アドレス変換および量子化論理６０から提供される、参照テーブルアドレスに従って決定される。アドレス変換および量子化論理６０は、フィルタ成分値／タイプ情報をインターフェース５６から受取り、参照テーブル６２の索引を付ける必要があるアドレスを形成する。参照テーブル６２は、ビットフィールドの組合せのように単純であり得る。たとえば、４ビットＡＤＣ出力値が、ＳＭＰＳの出力フィルタの誘導係数および静電容量を示すように提供される場合は、それぞれが対応する補正係数を有する、２５６項目の１つを参照テーブル６２から選択する、８ビット数を形成することが可能である。入力電圧、出力電圧およびスイッチング周波数などのコントローラＩＣの内部で入手可能な追加情報はまた、適切な索引を参照テーブル６２に選択するために、アドレス変換／量子化論理６０に提供され得る。さらに、組合せ論理は、同一結果を得るためにアドレス変換／量子化論理６０および参照テーブル６２の代わりになり得ることが理解される。
【００３０】
次に図６を参照すると、本発明の一実施形態による補正方法が示されている。まず、電源フィルタ成分値および／もしくはタイプが、外部の抵抗器／コンデンサの値から、デジタル・インターフェースから、または内部のＮＶ記憶装置から獲得される（ステップ２０）。補正係数は、適切なデジタル補正器応答を外部のフィルタ成分に対して選択するために計算または検索される（ステップ２２）。デジタル補正器は、決定された係数を使用して調整され（ステップ２４）、新しい較正が開始される（決定２８）か、または電源が切られる（決定２９）までは、電源が調整補正応答を使用して動作される（ステップ２６）。抵抗器／コンデンサが固定された「較正」は、実際に起動時のみ一般に実行される初期化であり、外部の指定されたデジタル値を有するか、またはインターフェースを介して内部のＮＶ記憶装置にプログラムされた値を有するが、フィルタ成分値は、温度および入力電圧などのＩＣの外部の動作条件に対して調整され得る。したがって、このような実施形態では、新しい較正循環（決定２８）は、本発明の一実施形態によれば、起動時以外の時に始められ得る。
【００３１】
本発明は、その好ましい実施形態を参照に具体的に示され説明されたが、前述および他の形式ならびに詳細の変更が、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、その中で行われ得ることが当業者には理解されよう。たとえば、上記の説明は、特にデジタル補正器に合わせられているが、アナログ補正器が、上述のように本発明に従った技法によって指定された、外部の成分パラメータから計算または検索される、プログラム可能な応答を有することができることが理解される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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