(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力に結合された第１の端部、および、供給電圧と接地電圧のうちの少なくとも１つに選択的に結合された第２の端部を有するインダクタ、および、
前記出力における電圧が閾値電圧より小さいかどうかを検出し、
電流が閾値電流より大きいかどうかを検出するためにインダクタへ電源から流れる前記電流を監視し、および、
前記電圧が前記閾値電圧より小さいことと前記電流が前記閾値電流より大きいことに応答して、前記インダクタに格納された実質的に全てのエネルギーが無くなってしまうまで前記供給電圧から前記インダクタを電気的に絶縁する、
ように構成されたコントローラ、
ここにおいて、前記コントローラは、前記出力における前記電圧が前記閾値電圧より小さい場合、フォールドバックモードを有効にするように構成される、
を備える、電圧レギュレータ。
【請求項２】
前記出力と前記コントローラに結合され、および、
前記出力における前記電圧を前記閾値電圧と比較し、および、
前記出力における前記電圧と前記閾値電圧の前記比較を示す前記コントローラへの信号を送る、
ように構成されたコンパレータ、
をさらに備える、請求項１に記載の電圧レギュレータ。
【請求項３】
前記閾値電圧は実質的に０．２５ボルトの電圧を備える、請求項１に記載の電圧レギュレータ。
【請求項４】
前記電源と前記インダクタの間に結合された第１のトランジスタ、および
前記インダクタと接地電圧の間および前記第１のトランジスタに結合された第２のトランジスタ、
をさらに備える、請求項１に記載の電圧レギュレータ。
【請求項５】
前記インダクタへ前記電源から流れる前記電流を監視するように構成された電流センサをさらに備え、
前記電流センサは、
前記供給電圧と前記インダクタの間に結合された第１のトランジスタ、および、
前記供給電圧と接地電圧に結合された第２のトランジスタ、および、
前記第１および第２のトランジスタのそれぞれに結合され、および、前記第１のトランジスタを通って流れる電流と前記第２のトランジスタを通って流れる基準電流の間の関係を検出するように構成されたコンパレータ、
を備える、
請求項１に記載の電圧レギュレータ。
【請求項６】
前記コントローラは、前記電圧が前記閾値電圧より大きいことと前記電流が前記閾値電流より大きいことに応答して、固定の持続期間、前記供給電圧から前記インダクタを電気的に絶縁するようにさらに構成される、請求項１に記載の電圧レギュレータ。
【請求項７】
前記インダクタに格納されたエネルギー量を検出するように構成された電流センサをさらに備え、前記電流センサは、前記インダクタと前記接地電圧に結合された入力と前記コントローラに結合された出力を有するコンパレータを備える、請求項１に記載の電圧レギュレータ。
【請求項８】
前記コントローラは、前記インダクタへ前記電源から流れる前記電流が前記フォールドバックモードの最中に前記閾値電流より大きい場合、前記インダクタに格納された実質的に全てのエネルギーが無くなってしまうまで前記供給電圧から前記インダクタを電気的に絶縁するようにさらに構成される、請求項１に記載の電圧レギュレータ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001］本願は、「電源レギュレータ」と題され、平成２５年４月１日に出願された米国仮出願シリアル番号６１／８０７，２１２と「電圧レギュレータの過電流保護」と題され、平成２６年１月９日に出願された米国非仮出願シリアル番号１４／１５１，７２５の利益を主張し、ここでの参照によってそれら全体に明確に組み込まれる。
【分野】
【０００２】
[0002］本発明は一般的に電圧レギュレータに関する。さらに具体的に、本発明は過電流からバックレギュレータを保護するための実施例に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003］無線通信デバイスは、電力ソースのためのバッテリーまたは外部ＤＣ電源を必要とする。無線通信デバイス内に、無線通信デバイスに取り付けられたバッテリーまたは外部ＤＣ電源よりもはるかに低いＤＣ電圧で典型的に動作する集積回路（ＩＣ）が存在する。低い動作電圧で集積回路の動作を容易にするために、電圧切替えレギュレータは通常、外部ＤＣ電源かバッテリー電圧を集積回路のより低い供給電圧に変換することを求められる。電圧切替えレギュレータは、出力電圧または電流を安定させるために電力トランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）のオンとオフを素早く切り替えるように構成された制御回路である。切替えレギュレータは典型的に、より高効率、より小さい寸法、あるいはより軽量さが求められる場合に、線形レギュレータの代わりとして用いられる。しかし、切替えレギュレータはより複雑であり、およびそれらの電流切り替えは、注意深く抑制しないとノイズの問題を引き起こす可能性がある。
【０００４】
[0004］切替えレギュレータの１例であるバックレギュレータは降圧ＤＣ−ＤＣコンバータである。バックレギュレータは典型的に、出力電圧リップルのフィルタリングのためのキャパシタおよびインダクタだけでなく２つのスイッチ（例えば、トランジスタおよびダイオード）を含む。同期バックレギュレータは、ダイオードが第２のトランジスタによって置き換えられる基本的なバックレギュレータ回路のトポロジーの改変版である。一般的に、バックレギュレータは、インダクタ内にエネルギーを格納するためにソース電圧にインダクタを接続すること（「オン状態」）と負荷内にインダクタを放電すること（「オフ状態」）を交互に行う。
【０００５】
[0005］強化型のバックレギュレータへのニーズがある。さらに具体的に、過電流の条件からバックレギュレータを保護することに関する実施例へのニーズが存在する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】[0006］  図１は、複数のトランジスタを含むバックレギュレータを示す。
【図２】[0007］  図２は、本発明の例となる実施形態にしたがったレギュレータを含むデバイスを示す。
【図３】[0008］  図３は、本発明の例となる実施形態にしたがったレギュレータを含む別のデバイスを示す。
【図４】[0009］  図４は、本発明の例となる実施形態にしたがった方法を示すフローチャートである。
【図５】[0010］  図５は、レギュレータの様々な信号を示すプロットである。
【図６】[0011］  図６は、レギュレータのインダクタを通る電流を表す信号を示す別のプロットである。
【図７】[0012］  図７は、フォールドバックモードを退出しおよび標準デューティサイクル動作を再開するレギュレータを表す信号を示すさらに別のプロットである。
【図８】[0013］  図８は、本発明の例となる実施形態にしたがった方法を示すフローチャートである。
【図９】[0014］  図９は、本発明の例となる実施形態にしたがった別の方法を示すフローチャートである。
【図１０】[0015］  図１０は、本発明の例となる実施形態にしたがったレギュレータを含むデバイスを示す。
【詳細な説明】
【０００７】
[0016］添付の図面に関連して下記で述べられる詳細な説明は、本発明の実施形態の説明を意図しており、本発明が実施されることが可能な実施例のみを提示することを意図しているものではない。この明細書を通して用いられる用語「例としての」は、「具体例、例、または例示としての役割を担っていること」を意味しており、必ずしも他の実施形態よりも好ましいまたは有利であるとして解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の実施形態の全体の理解を提供する目的のための具体的な詳細を含む。本発明の実施形態がこれらの具体的な詳細が無くても実施され得ることは当業者にとって明らかであろう。いくつかの例において、周知の構造およびデバイスは、ここで提示された実施形態の新規性を曖昧にすることをさけるためにブロック図形式で示される。
【０００８】
[0017］図１は、バッテリーからの電圧を低下させ、およびＤＣ電圧を電子デバイスに供給するために用いられ得るバックレギュレータ１００を示す。バックレギュレータ１００は、トランジスタ１０２と１０４を含み、それぞれがコントローラ１０６によって制御される。バックレギュレータ１００はまた、ダイオード１０８、キャパシタ１１２、インダクタ１１０、およびバックレギュレータ１００の出力電圧を受ける負荷１２０を含む。理解されるように、コントローラ１０６は、トランジスタ１０２と１０４がソース電圧（Ｖｉｎ）へおよびからインダクタ１１０を交互に接続しおよび切断をするためにターンオンされるデューティサイクルを変更するように構成される。インダクタ１１０がエネルギーを格納しおよびそのエネルギーを放出するのにしたがって、それはソース電圧Ｖｉｎよりいくらか小さい出力電圧Ｖｏｕｔを生成する。
【０００９】
[0018］バックレギュレータは一般的に、レギュレートされた出力ノードにおける接地への短絡回路に対する保護を提供することを求められる。アクティブな電流制限は、レギュレータのｐ型フィールドイフェクトトランジスタ（ＰＦＥＴ）をターンオフしおよびレギュレータのｎ型フィールドイフェクトトランジスタ（ＮＦＥＴ）をターンオンするために、標準の制御ループをいつ無効にするべきかを決定するためのピーク電流検出として実装され得る。決定は、ＮＦＥＴをターンオフし、ＰＦＥＴをターンオンし、および制御を再開するための機会に標準の制御ループを与えるためにどのイベントを用いるべきかについて行われなければならない。実装形態は、バック切替えクロック(buck switching clock)の上がりエッジを用いることまたは時刻値で（on time value）一定のＮＦＥＴを用いることを含む。これらの方法の両方は、インダクタの両端の負の差分がしばしば十分でないために出力電圧が低いか地絡状態にある時、および、ＰＦＥＴがオンだった時に加えられた全てのインダクタエネルギーを放電するためにＮＦＥＴがオンである時、問題を提示する。こういった状況が存在する場合、インダクタ電流の純増化の複数の連続したサイクルが電流限界暴走と呼ばれる状態をもたらすことになる。
【００１０】
[0019］電流限界検出速度に関する実質的な制限は、有効な過電流状態を宣言するために最小時間の間オンであることをＰＦＥＴに求める。このことが、望ましい電流限界閾値の有限のオーバーシュートをもたらす。低出力電圧において、オーバーシュートの大きさは最大になる。オーバーシュートはＰＦＥＴがオンである間に加えられるより多くのエネルギーをもたらし、および地絡(faults to ground)は、ＮＦＥＴがオンである間にエネルギーが完全に無くなるままにし、その結果、暴走の懸念に関する最悪の状態をもたらすこととなる。電流限界暴走は、電力ＦＥＴとインダクタの信頼性に関する深刻な問題になり得る。それは、蓄電式アプリケーションに過大な負荷をかけ得る望ましくない突入電流へと導く可能性もある。
【００１１】
[0020］実施形態は、ここに記載されたように、電圧レギュレータのための過電流保護に関連するデバイスおよび方法に関する。１つの実施形態にしたがって、デバイスは、出力と電源に選択的に結合されるインダクタを含み得る。デバイスは、電源からインダクタへ流れる電流量が電流閾値より大きいまたは等しい場合、過電流イベントを検出するように構成されたコントローラをさらに含み得る。コントローラはまた、出力における電圧が基準電圧に等しいまたはより小さい場合、低電圧イベントを検出するように構成され得る。さらに、過電流イベントと低電圧イベントに応答して、コントローラは、インダクタによって格納された実質的に全てのエネルギーが無くなってしまうまで電流が電源からインダクタへ流れるのを防ぐように構成され得る。
【００１２】
[0021］別の実施形態にしたがって、本発明は電流暴走から電圧レギュレータを保護するための方法を含む。こういった方法の種々の実施例は、電圧レギュレータの出力電圧を基準電圧と比較することとレギュレータのインダクタを通る電流を閾値電流と比較することを含み得る。さらに、この方法は、インダクタを通る電流が閾値電流に等しいまたはより大きい、および、出力電圧が基準電圧に等しいまたは小さい場合、インダクタによって格納された全てのエネルギーを無くすことを含み得る。
【００１３】
[0022］本発明の様々な観点の特徴および利点と同様に他の観点は、次の説明、添付の図面、および添付の特許請求の範囲の検討を通して当業者に明らかになるだろう。
【００１４】
[0023]図２は、本発明の実施形態にしたがったデバイス２００を示す。例として、デバイス２００はバックレギュレータを備え得る。デバイス２００は、プログラム可能な基準ユニット２０２、モジュレータ２０４、コントローラ２０６、およびゲートドライバ２０８を含む。プログラム可能基準ユニット２０２の出力はモジュレータ２０４の１つの入力に結合され、およびモジュレータ２０４の出力はコントローラ２０６の１つの入力に結合される。さらに、コントローラ２０６の出力は、ゲートドライバ２０８の入力に結合される。
【００１５】
[0024］デバイス２００は、供給電圧ＶＤＤと接地電圧ＧＮＤの間に結合されたトランジスタＭ３とＭ３をさらに含む。さらに具体的に、トランジスタＭ３のソースは供給電圧ＶＤＤに結合され、およびトランジスタＭ４のソースは接地電圧ＧＮＤに結合される。さらに、トランジスタＭ３のドレインは、「切替えノード」とも称され得るノードＡにおけるトランジスタＭ４のドレインに結合される。さらに、トランジスタＭ３とトランジスタＭ４のそれぞれのゲートは、ゲートドライバ２０８からの信号に結合されおよび該信号を受信するように構成される。ＰＦＥＴを備え得るトランジスタＭ３は、ここで「ハイサイドＦＥＴ」とも称され得る。さらに、ＮＦＥＴを備え得るトランジスタＭ４は、ここで「ローサイドＦＥＴ」とも称され得る。デバイス２００は、ノードＡに結合された１つの端部と出力Ｖｏｕｔに結合された別の端部を有するインダクタＬをさらに含む。さらに、デバイス２００は、出力Ｖｏｕｔと接地電圧ＧＮＤの間に結合されたキャパシタＣと、出力Ｖｏｕｔと接地電圧ＧＮＤの間に同じく結合された負荷２２５を含む。
【００１６】
[0025］当業者によって理解されるように、プログラム可能な基準ユニット２０２とモジュレータ２０４は、所望のデューティサイクルを有する信号をコントローラ２０６に提供する。デューティサイクルに基づいて、コントローラ２０６とゲートドライバ２０８は、インダクタＬ内に供給電圧ＶＤＤによって提供されたエネルギーを格納するためにトランジスタＭ３をターン「オン」および「オフ」するように構成され得る。コントローラ２０６とゲートドライバ２０８は、負荷２２５を通ってインダクタＬによって格納されたエネルギーを放出するために、デューティサイクルに基づいてトランジスタＭ４をターン「オン」および「オフ」するようにさらに構成され得る。この放出されたエネルギーは、供給電圧ＶＤＤに満たないように典型的に設計された所望の出力電圧で提供される。デバイス２００は、キャパシタＣの両端に出力を提供し、およびこの出力においてデバイス２００によって提供された電力が負荷２２５によって消費される。
【００１７】
[0026］デバイス２００はまた、トランジスタＭ３が導通状態で動作している間にトランジスタＭ３とインダクタＬを通る電流を検知するか、トランジスタＭ４が導通状態で動作している間にトランジスタＭ４とインダクタＬを通る電流を検知するか、またはその両方のために１つまたは複数の電流センサ（図２には不図示、図３を参照のこと）を含み得る。下記でより十分に説明されるように、トランジスタＭ３とインダクタＬを通る電流が閾値電流より大きいイベントにおいて、コントローラ２０６は、トランジスタＭ３をターン「オフ」し（すなわち、非導通状態で動作することをトランジスタＭ３にさせる）およびトランジスタＭ４をターン「オン」する（すなわち、導通状態で動作することをトランジスタＭ４にさせる）ように構成され得る。
【００１８】
[0027］さらに、デバイス２００は、基準ジェネレータ２１１から固定の基準電圧Ｖｒｅｆを受け取るように構成された１つの入力と出力電圧Ｖｏｕｔに結合された別の入力を有するコンパレータ２１０を含む。例のみとして、基準電圧Ｖｒｅｆは実質的に０．２５ボルトの電圧を備え得る。コンパレータ２１０の出力はコントローラ２０６の入力に結合される。コンパレータ２１０は、基準電圧Ｖｒｅｆを出力電圧Ｖｏｕｔと比較し、およびその比較に応答して、信号をコントローラ２０６に送るように構成される。出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆより大きい場合、コンパレータ２１０は、そのことを示す信号をコントローラ２０６に送り得る。同様に、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆに等しいまたはより小さい場合、コンパレータ２１０は、そのことを示す信号をコントローラ２０６に送り得る。別の言い方をすれば、コンパレータ２１０は、レギュレータ出力電圧Ｖｏｕｔがコンパレータ閾値電圧（すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆ）を下回わって降下した時を検出し、およびもしインダクタＬを通る電流が電流限界閾値を交差(cross)した場合に暴走状態が生じる可能性のあることを示す信号を送るように構成される。少なくとも１つの実施例にしたがって、コンパレータ２１０は、デバイス２００の出力電圧Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｖｔｈ近くをさまよっている場合に、制御された応答を確立するためにヒステリシスを提供するように構成され得る。
【００１９】
[0028］デバイス２００の検討された動作が次に説明されることになる。動作中に、コントローラ２０６は、ゲートドライバ２０８を介して、トランジスタＭ３とＭ４が供給電圧ＶＤＤへおよびからインダクタＬを交互に接続および切断するためにターンオンされるデューティサイクルを変更し得る。インダクタＬがエネルギーを格納しおよびそのエネルギーを放出するにしたがって、それは供給電圧ＶＤＤよりいくらか小さい可能性のある出力電圧Ｖｏｕｔを生成する。さらに、デバイス２００は、閾値電流と比較してハイサイドＦＥＴＭ３を通る電流を監視し得る。さらに、デバイス２００は、出力電圧Ｖｏｕｔを監視し、および出力電圧Ｖｏｕｔを基準電圧Ｖｒｅｆと比較し得る。任意の時間に検知された電流が閾値電流を超えて上がり、および出力電圧が基準電圧より大きい場合、コントローラ２０６は、固定の時間の間ローサイドＦＥＴをターン「オン」し、およびハイサイドＦＥＴＭ３をターン「オフ」し得る。対照的に、検知された電流が閾値電流を超えて上がり、および出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに等しいまたはより小さい場合、コントローラ２０６は、インダクタＬを通って流れる電流が実質的にゼロに等しくなるまでローサイドＦＥＴをターン「オン」し、およびハイサイドＦＥＴ  Ｍ３をターン「オフ」し得る。
【００２０】
[0029］その他に、より具体的に考察されたデバイスの動作が次に説明されることになる。動作中、デバイス２００は、閾値電流と比較してハイサイドＦＥＴ  Ｍ１を通る電流を監視し得る。さらに、デバイス２００は、基準電圧Ｖｒｅｆと比較して出力電圧Ｖｏｕｔを監視し得る。基準電圧Ｖｒｅｆより小さい等しい値まで下がる出力電圧を示すコンパレータ２１０からの信号の受信に応答して、コントローラ２０６は電流限界「フォールドバックモード」を有効にするように構成され得る。「フォールドバックモード」の最中に、インダクタＬを通る電流（「インダクタ電流」）が電流限界閾値（すなわち、基準電流）を超える場合、コントローラ２０６は、インダクタ電流Ｌが再びランプアップすることを許可される前に実質的にゼロまでランプダウンすることをインダクタ電流にさせ得る。インダクタ電流は、供給電圧ＶＤＤまたは出力電圧Ｖｏｕｔの値に係わらず、実質的にゼロまで放電することを余儀なくされ得、それによってインダクタ電流が暴走できないことを確実にすることが留意されるべきである。下記で図３を参照して説明されるように、インダクタ電流の上方へのランプは、トランジスタＭ３がオンである（すなわち、導通している）間にコンパレータ（すなわち、コンパレータ２８２）によって監視され得、およびインダクタ電流の下方へのランプは、トランジスタＭ４がオンである（すなわち、導通している）間にゼロ交差コンパレータ（すなわち、コンパレータ２８４）によって監視され得る。
【００２１】
[0030］フォールドバックモードは、平均インダクタ電流をレギュレートするために２つの電流限界レベル（すなわち、電流限界閾値とゼロ電流）を用い得る。フォールドバックモードで動作している間にレギュレータ２００の出力に運ばれた平均電流は、電流限界値の半分であり、そのため「フォールドバック」という専門用語で呼ばれる。電流限界閾値は通常、レギュレータ（例えば、デバイス２００）の定格電流近くに設定されるため、フォールドバックモードにおける電流限界値の半分を運ぶことは、定格負荷がこのモードでサポートされていないかもしれないことを意味する。これは、障害コンパレータ基準電圧Ｖｒｅｆが、負荷２２５が完全定格電流を引き寄せることが可能であると期待されない十分に低い閾値に設定される場合、一般に標準動作のためのシステム制限ではない。
【００２２】
[0031]図３は、本発明の実施形態にしたがったデバイス２８０を示す。デバイス２００と同様に、デバイス２８０は、プログラム可能な基準２０２、モジュレータ２０４、コントローラ２０６、およびゲートドライバ２０８を含む。デバイス２８０は、トランジスタＭ３とＭ４、インダクタＬ、キャパシタＣおよび負荷２２５をさらに含む。さらに、デバイス２８０は、固定の基準電圧Ｖｒｅｆを受け取るように構成された１つの入力と出力電圧Ｖｏｕｔに結合された別の入力を有するコンパレータ２１０を含む。さらに、デバイス２８０は、トランジスタＭ３のドレインに結合された１つの入力と基準トランジスタＭ５のドレインに結合された別の入力を含む別のコンパレータ２８２を含む。コンパレータ２８２は、トランジスタＭ３を通って流れる電流と比較して基準電流Ｉｒｅｆ（すなわち、トランジスタＭ５を通って流れる電流）を監視し、およびそれに応答して、信号をコントローラ２０６に送るために用いられ得る。上述された通り、トランジスタＭ３を通って流れる電流が閾値電流（すなわち、基準電流）より大きいまたは等しい値まで上がり、および出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆより大きい場合、コントローラ２０６は、固定の時間の間（すなわち、トランジスタＭ３をターンオフしおよびトランジスタＭ４をターンオンすることによって）電流を再循環させるようにし得る。
【００２３】
[0032］さらに、上述したとおり、トランジスタＭ３を通る電流が閾値電流より大きいまたは等しい値まで上がり、および出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆに等しいまたはより小さい場合、コントローラ２０６は、インダクタＬを通って流れる電流が実質的にゼロに等しくなるまでローサイドＦＥＴ  Ｍ４をターン「オン」し、およびハイサイドＦＥＴ  Ｍ３をターン「オフ」し得る。１つの実施形態にしたがって、デバイス２８０は、接地電圧に結合された１つの入力とノードＡに結合された別の入力を含むコンパレータ２８４をさらに含む。コンパレータ２８４は、ノードＡにおける電圧を接地電圧と比較し、およびその比較に応答して、インダクタＬを通る電流が実質的にゼロに下がったかどうかを示すコントローラ２０６に信号を送るように構成され得る。
【００２４】
[0033］図４は、本発明の実施形態にしたがった方法３００を示すフローチャートである。方法３００は次に図２−４を参照して説明される。方法３００のステップ３０２において、コンパレータ２１０は、出力電圧Ｖｏｕｔを基準電圧Ｖｒｅｆと比較し得る。出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆに満たない場合、コンパレータ２１０は障害フラグ１３０をアサート（assert）し得る。上述された通り、コンパレータ２１０は、基準電圧Ｖｒｅｆを出力電圧Ｖｏｕｔと比較する時に時間または電圧ヒステリシスを用いるように構成され得る。例えば、コンパレータ２１０は、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆに等しいまたはより小さくなるとすぐに障害フラグ１３０をアサートするのではなく、出力電圧Ｖｏｕｔが既定の時間の間基準電圧Ｖｒｅｆに等しいまたはより小さい時に障害フラグ１３０を出力し得る。
【００２５】
[0034］コンパレータ２１０が障害フラグ１３０をアサートするイベントにおいて、コントローラ２０６はデバイス２００のフォールドバックモードを有効にし得る（ステップ３１０に示される）。デバイス２００がすでにフォールドバックモードで動作している場合、デバイス２００はフォールドバックモードに留まり得る。フォールドバックモードにいる間、コントローラ２０６は、ノードＡを通って流れる電流を介して電圧供給(voltage supply)ＶＤＤからトランジスタＭ３を通ってインダクタＬまで流れる電流量を監視するように構成され得る（参照番号３１２によって示される）。ステップ３１４において、コントローラ２０６はトランジスタＭ３を通って流れる電流量が電流限界を超えるかどうかを、ノードＡを通って流れる電流を介して、判断し得る。典型的に、デバイス２００についての電流限界は、デバイス２００が正常に負荷へ送ると予想される電流量より高いレベルに設定され得る。
【００２６】
[0035］コントローラ２０６が、トランジスタＭ３を通って流れる監視される電流が電流限界を超えると判断する場合、コントローラ２０６は、ステップ３１６において、インダクタＬに格納されたエネルギーを排出させる。１つの実施形態にしたがって、コントローラ２０６は、インダクタＬからのエネルギーを排出させるために、（例えば、ゲートドライバ２０８を用いて）トランジスタＭ４をターンオンさせおよびトランジスタＭ３をターンオフさせ得る。インダクタＬによって格納されたエネルギーの実質的に全てが排出されるまで、トランジスタＭ４はオンしたままであり得およびトランジスタＭ３はオフしたままであり得る。コントローラ２０６は、トランジスタＭ４を通って流れる電流を監視することによって、いつエネルギーの全てがインダクタＬから排出されたかを判断し得ることが留意されるべきである。コントローラ２０６は、コンパレータ２８４を介して、トランジスタＭ４を通って流れる電流を監視することによって、トランジスタＭ４を通って流れる電流を監視し得る。
【００２７】
[0036］ステップ３１８において、コントローラ２０６は、トランジスタＭ４を通って流れる監視される電流がゼロを交差したかどうかを判断し得る。もしそうなら、インダクタＬはそのエネルギーの実質的に全てを排出してしまい、およびステップ３２０において、コントローラ２０６は、設計された出力電圧を負荷１２２に提供するように構成された標準デューティサイクルにしたがってトランジスタＭ３とＭ４を交互に切り替え得るトランジスタＭ３とＭ４の標準制御を再開し得る。動作は、コンパレータ２１０が出力電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｒｅｆを再び比較するステップ３０２において継続する。
【００２８】
[0037］コントローラ２０６が、ステップ３１６において、トランジスタＭ４を通って流れる監視される電流がまだゼロを交差していないと判断するイベントにおいて、インダクタＬによって格納されたエネルギーがトランジスタＭ４と負荷を介してインダクタＬから接地へと排出し続けるようにトランジスタＭ４はオンしたままであり得およびトランジスタＭ３はオフしたままであり得る。インダクタＬによって格納されたエネルギーが、トランジスタＭ３が再びターンオンすることを許可される前に排出されることを確実にすることが、デバイス２００が電流限界暴走を経験するのを防ぎ得る。ステップ３１６、３１８、および３２０の組合せの１つの結果が、コントローラ２０６が監視される電流のゼロ交差までトランジスタＭ３とＭ４の標準制御を再開するのを待ち得ることであることが留意される。したがって、コントローラ２０６は、エネルギーを排出するのにどんなに長くかかろうと、インダクタＬによって格納されたエネルギーの全てまたは実質的に全てが排出してしまうまで標準制御を再開するのを待ち得る。別の言い方をすれば、コントローラ２０６は、プログラム可能な基準２０２またはモジュレータ２０４によって提供されたいずれのデューティサイクルまたは周波数からも独立してそのエネルギーを排出することをインダクタＬに可能にし得る。これが、先に述べられた状況が電流限界暴走につながるのを防ぎ得る。
【００２９】
[0038］方法３００は、一連の連続するステップとして示されるが、コンパレータ２１０が、ステップ３０２において、デバイス２００の動作が出力電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｒｅｆの間の関係が変わるとすぐに変化できるように出力電圧Ｖｏｕｔと基準Ｖｒｅｆを継続的に比較し得ることが理解されるはずである。例えば、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆに満たなかった後間もなくまたは直後に（すなわち、上述したような任意のヒステリシス設定を考慮して）、コントローラ２０６はフォールドバックモードを有効にし得る。同様に、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆを超過した後間もなくまたは直後に（すなわち、再度任意のヒステリシスの設定を考慮して）、コントローラ２０６は、フォールドバックモードを無効にし得る。
【００３０】
[0039］次にステップ３０２に戻って、コンパレータ２１０が、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆより大きいと判断する場合、コンパレータ２１０は障害フラグ１３０をデアサート（de-assert）し得る。ステップ３０４において、コントローラ２０６は、デバイス２００がすでにフォールドバックモードにあるかどうかを判断し得る。もしそうなら、ステップ３０６において、コントローラ２０６はフォールドバックモードを無効にし得る。デバイス２００がフォールドバックモードにおいて動作していない場合、動作は、ステップ３０８において継続し得る。ステップ３０８において、コントローラ２０６は、設計された出力電圧を負荷に提供するように構成された標準デューティサイクルにしたがって、トランジスタＭ３とＭ３を交互に切り替える、トランジスタＭ３とトランジスタＭ４の標準制御を継続し得る。
【００３１】
[0040］図５は、図２に示されたデバイス２００または図３に示されたデバイス２８０のようなレギュレータの様々な信号を表すプロット４００である。信号４０２は、レギュレータのインダクタＬを通って流れる電流を示し、ならびに信号４０４はレギュレータの出力電圧Ｖｏｕｔを表す。プロット４００は電流限界値４０６をさらに示す。参照番号４１０によって示されるように、信号４０２によって表された電流は電流限界値４０６に接近している（例えば、信号４０２は、一定のオフ時間を用いて電流限界値４０６に限定されている）。示されたように、信号４０４によって表された電圧は降下を開始し（例えば、出力における負荷障害または負荷短絡の理由で）および信号４０４が４０８において基準電圧Ｖｒｅｆを交差する時に、コントローラ２０６（図２または図３を参照のこと）は、トランジスタＭ３がターンオフされおよびトランジスタＭ４がターンオンされるフォールドバックモードに入ることをレギュレータにさせ得る。結果として、インダクタＬを通る電流を表す信号４０２は、インダクタＬによって格納されたエネルギーが排出するにつれて減少を開始する。やがて、信号４０２は４１４においてゼロと交差する。この地点で、コントローラ２０６は、方法３００のステップ３０２によって示されたようにトランジスタＭ３とＭ４の標準制御を再開し得る。結果として、信号４０２（すなわち、インダクタＬを通る電流）は、それが４１２における電流限界４０６にヒットするまで急激に増加する。出力電圧Ｖｏｕｔを表す信号４０４は依然としてＶｒｅｆを下回っているため、バックレギュレータはフォールドバックモードに留まったままであることに留意すべきである。４１２における電流限界４０６に到達した後、方法３００のステップ３１４および３１６にしたがって、信号４０２は再び下りを開始する。
【００３２】
[0041］図６は、インダクタＬを通る電流を表す信号５０５を示す別のプロット５００である。示されたとおり、信号５０５は、それが電流限界５０６にヒットするまで急速に上がり、次にそれがゼロと交差するまで下り、その地点でそれは、それが電流限界５０６にヒットするまで再び急速に上がる。これらのサイクルは、平均電流が電流限界のおよそ２分の１の値までレギュレータの「フォールドバック」によって運ばれるフォールドバックモードを示す。
【００３３】
[0042］図７は、フォールドバックモードを退出しおよび標準デューティサイクル動作（すなわち、非フォールドバック電流制限動作）を再開するレギュレータ（例えば、デバイス２００）を示すさらに別のプロット６００である。出力電圧Ｖｏｕｔは信号６０２として示され、インダクタＬを通る電流はプロット６０４と６０６で示される。参照番号６０８によって示された地点より前に、信号６０２（すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔ）は基準電圧Ｖｒｅｆを下回わり、およびレギュレータはフォールドバックモードにある。負荷２２５と関連する短絡または障害に起因して、電流６０４は、フォールドバックモードにおいて電流限界とゼロの間で往復する。出力電圧６０２が地点６０８においてＶｒｅｆを超えて上がる時、レギュレータはフォールドバックモードを退出する。しかし、負荷２２５と関係する短絡または障害は依然として少なくともある程度発生する。結果として、電流６０６は、電流限界近くをさまよう。
【００３４】
[0043］図８は、１つまたは複数の実施形態にしたがった方法６５０を示すフローチャートである。方法６５０は、電圧レギュレータの出力電圧を基準電圧（参照番号６５２によって示される）と比較することを含み得る。方法６５０はまた、レギュレータのインダクタを通る電流を閾値電流（参照番号６５４によって示される）と比較することを含み得る。さらに、方法６５０は、インダクタを通る電流が閾値電流に等しいまたはより大きい、および、出力電圧が基準電圧に等しいまたはより小さい（参照番号６５６によって示される）場合、インダクタによって格納された全てのエネルギーを無くすことを含み得る。
【００３５】
[0044］図９は、１つまたは複数の実施形態にしたがった別の方法７００を示すフローチャートである。方法７００は、電流を基準トランジスタを通って流れる基準電流と比較することによってインダクタとハイサイドトランジスタを通って流れる電流を監視することを含み得る（参照番号７０２によって示される）。さらに、方法７００はまた、出力電圧を基準電圧と比較することを含み得る（参照番号７０４によって示される）。方法７００はまた、出力電圧が基準電圧に等しいまたはより小さい場合、インダクタを通る電流が実質的にゼロに下がるまで導通状態で動作することをローサイドトランジスタにさせおよび非導通状態で動作することをハイサイドトランジスタにさせることを含む（参照番号７０６によって示される）。
【００３６】
[0045］電流限界アルゴリズムがハイサイドＦＥＴのオンタイムの間に加えられるインダクタエネルギーよりもハイサイドＦＥＴのオフタイムの間により多くのインダクタエネルギーを無くすために十分な時間を許可しない時に電流限界暴走が生じ得る従来のシステムと比較すると、本発明は、バックレギュレータのインダクタに格納されたエネルギーに、バックレギュレータの出力電圧が閾値電圧を下回って下がる時に完全にまたは実質的完全に無くすことを余儀なくする。
【００３７】
[0046］図１０は、本発明の実施形態にしたがった電子デバイス８００のブロック図である。１つの例にしたがって、デバイス８００は、モバイル電話のようなポータブル電子デバイスを備え得る。デバイス８００は、デジタルモジュール８０２、ＲＦモジュール８０４、および電力管理モジュール８０６のような様々なモジュールを含み得る。デジタルモジュール８０２は、メモリと１つまたは複数のプロセッサを備え得る。ＲＦ電気回路を備え得るＲＦモジュール８０４は、送信機と受信機を含むトランシーバを含み得、およびアンテナ８０８を介して双方向無線通信のために構成され得る。一般的に、無線通信デバイス８００は、いくつかの通信システムのためのいくつかの受信機といくつかの送信機、いくつかの周波数帯、およびいくつかのアンテナを含み得る。本発明の実施形態にしたがって、電力管理モジュール９０６は、１つまたは複数のデバイス２００（図２を参照のこと）、１つまたは複数のデバイス２８０（図３を参照のこと）、またはそれらの組み合わせを備え得る１つまたは複数の電圧レギュレータ８１０を含み得る。
【００３８】
[0047］当業者は、情報および信号が種々の異なる技術および技法のいずれかを用いて表され得ることを理解するはずである。例えば、上記の説明を通じて言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、記号、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁性粒子、光場または光学粒子またはそれらの任意の組合せによって表され得る。
【００３９】
[0048］当業者は、ここに開示された実施形態に関連して記載された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組み合わせとして実装され得ることを更に理解するはずである。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明示的に示すために、様々な例示的な構成部品、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、一般にそれらの機能の観点から上で説明されてきた。こういった機能が、ハードウェアまたはソフトウェアとして実装されるかどうかは、特定のアプリケーションおよび全体のシステムに課せられた設計の制限に依存する。当業者は、各特定のアプリケーションについて様々方法で記載された機能を実装し得るが、こういった実装の決定は、本発明の実施形態の範囲から逸脱させるとして解釈されるべきではない。
【００４０】
[0049］ここで開示された実施形態に関連して記載された種々の例示的な論理ブロック、モジュールおよび回路が実装されるか、またはここに記載された機能を実行するために設計された汎用目的プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、アプリケ−ション特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラム可能な論理デバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェア構成部品、またはそれらの任意の組み合わせと共に実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであっても良いが、代替として、プロセッサは、従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシーンのいずれかであっても良い。プロセッサはまた、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連結する１つまた複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のこういった構成である、コンピューティングデバイスの組み合わせとして実装され得る。
【００４１】
[0050］１つまたは複数の実施形態において、記載された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせに実装され得る。ソフトウェアに実装される場合、機能は、コンピュータ可読媒体上の１つまた複数の命令またはコードとして記憶または送信され得る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、ある場所から別の場所へコンピュータプログラムの転送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセス可能な任意の入手可能な媒体であり得る。限定ではなく例として、こういったコンピュータ可読媒体は、命令またはデータ構造の形式で所望のプログラムコードを搬送または記憶するために用いられることが可能でありおよびコンピュータによってアクセス可能なＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、または他の磁気記憶デバイスまたは任意の他の媒体を備えることができる。同様に、任意の接続はコンピュータ可読媒体と適切に称される。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、または赤外線、無線、およびマイクロ波を用いてウェブサイト、サーバ、または他の遠隔ソースから伝送される場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線、およびマイクロ波のような無線技術は媒体の定義に含まれる。ここで用いられたようなディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザーディスク（登録商標）、光学ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、およびＢｌｕｅ−ｒａｙディスクを含み、そこにおいて、ディスク（ｄｉｓｋ）が通常データを磁気的に再生する一方で、ディスク（ｄｉｓｃ）はレーザを用いて光学的にデータを再生する。上記の組み合わせはまた、コンピュータ可読媒体の範囲に含まれるべきである。
【００４２】
[0051］開示された実施形態の前の説明は、本発明を作成または使用することを当業者に可能にするために提供される。これらの実施形態に対する種々の変更は、当業者にとって容易に明らかであり、およびここで定義された一般的な原則は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく他の実施例に適用され得る。したがって、本発明は、ここに示された実施形態に限定されることを意図したものではないが、ここで開示された原則および新規の特徴と一致する最も広い範囲に一致するはずである。
以下に本願発明の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
出力と電源に選択的に結合されるインダクタ、および、
前記インダクタへ前記電源から流れる電流量が電流閾値より大きいまたは等しい場合に過電流イベントを検出し、
前記出力における電圧が基準電圧に等しいまたは小さい場合に低電圧イベントを検出し、および、
前記過電流イベントと前記低電圧イベントに応答して、前記インダクタによって格納された実質的に全てのエネルギーが無くなってしまうまで電流が前記インダクタへ前記電源から流れるのを防ぐ、
ように構成されたコントローラ、
を備える、デバイス。
［Ｃ２］
前記電源と前記インダクタの間に結合された第１のトランジスタ、および
前記インダクタと接地電圧の間および前記第１のトランジスタに結合された第２のトランジスタ、
をさらに備える、Ｃ１に記載のデバイス。
［Ｃ３］
前記出力における前記電圧と前記基準電圧とを比較し、および、前記比較を示す前記コントローラへの信号を送るように構成されたコンパレータをさらに備える、Ｃ１に記載のデバイス。
［Ｃ４］
前記第１のトランジスタを通る電流を前記第１のトランジスタに結合された第３のトランジスタと比較するように構成された第２のコンパレータをさらに備える、Ｃ３に記載のデバイス。
［Ｃ５］
前記コントローラは、前記インダクタへの前記電源からの前記電流量が前記電流閾値より大きいまたは等しいかどうかを検出するために前記第２のコンパレータの出力を受信するようにさらに構成される、Ｃ４に記載のデバイス。
［Ｃ６］
前記第２のトランジスタに結合され、および、前記第２のトランジスタを通って流れる電流量を検出するように構成された第３のコンパレータをさらに備える、Ｃ３に記載のデバイス。
［Ｃ７］
出力に結合された第１の端部、および、供給電圧と接地電圧のうちの少なくとも１つに選択的に結合された第２の端部を有するインダクタ、および、
前記出力における電圧が閾値電圧より小さいかどうかを検出し、
電流が閾値電流より大きいかどうかを検出するためにインダクタへ電源から流れる前記電流を監視し、および、
前記電圧が前記閾値電圧より小さいことと前記電流が前記閾値電流より大きいことに応答して、前記インダクタに格納された実質的に全てのエネルギーが無くなってしまうまで前記供給電圧から前記インダクタを電気的に絶縁する、
ように構成されたコントローラ、
を備える、電圧レギュレータ。
［Ｃ８］
前記出力と前記コントローラに結合され、および、
前記出力における前記電圧を前記閾値電圧と比較し、および、
前記出力における前記電圧と前記閾値電圧の前記比較を示す前記コントローラへの信号を送る、
ように構成されたコンパレータ、
をさらに備える、Ｃ７に記載の電圧レギュレータ。
［Ｃ９］
前記閾値電圧は実質的に０．２５ボルトの電圧を備える、Ｃ７に記載の電圧レギュレータ。
［Ｃ１０］
前記電源と前記インダクタの間に結合された第１のトランジスタ、および
前記インダクタと接地電圧の間および前記第１のトランジスタに結合された第２のトランジスタ、
をさらに備える、Ｃ７に記載の電圧レギュレータ。
［Ｃ１１］
前記インダクタへ前記電源から流れる前記電流を監視するように構成された電流センサをさらに備え、
前記電流センサは、
前記供給電圧と前記インダクタの間に結合された第１のトランジスタ、および、      前記供給電圧と接地電圧に結合された第２のトランジスタ、および、
前記第１および第２のトランジスタのそれぞれに結合され、および、前記第１のトランジスタを通って流れる電流と前記第２のトランジスタを通って流れる基準電流の間の関係を検出するように構成されたコンパレータ、
を備える、
Ｃ７に記載の電圧レギュレータ。
［Ｃ１２］
前記コントローラは、前記電圧が前記閾値電圧より大きいことと前記電流が前記閾値電流より大きいことに応答して、固定の持続期間、前記供給電圧から前記インダクタを電気的に絶縁するようにさらに構成される、Ｃ７に記載の電圧レギュレータ。
［Ｃ１３］
前記インダクタに格納されたエネルギー量を検出するように構成された電流センサをさらに備え、前記電流センサは、前記インダクタと前記接地電圧に結合された入力と前記コントローラに結合された出力を有するコンパレータを備える、Ｃ７に記載の電圧レギュレータ。
［Ｃ１４］
前記コントローラは、前記出力における前記電圧が前記閾値電圧より小さい場合、フォールドバックモードを有効にするように構成される、Ｃ７に記載の電圧レギュレータ。
［Ｃ１５］
前記コントローラは、前記インダクタへ前記電源から流れる前記電流が前記フォールドバックモードの最中に前記閾値電流より大きい場合、前記インダクタに格納された実質的に全てのエネルギーが無くなってしまうまで前記供給電圧から前記インダクタを電気的に絶縁するようにさらに構成される、Ｃ１４に記載の電圧レギュレータ。
［Ｃ１６］
電圧レギュレータの出力電圧を基準電圧と比較すること、
前記レギュレータのインダクタを通る電流を閾値電流と比較すること、および、
前記インダクタを通る前記電流が前記閾値電流に等しいまたはより大きい、ならびに、前記出力電圧が前記基準電圧に等しいまたはより小さい場合、前記インダクタによって格納された全てのエネルギーを無くすこと、
を備える、方法。
［Ｃ１７］
電流を比較することは、前記インダクタを通る前記電流と基準トランジスタを通って流れる前記閾値電流を比較することを備える、Ｃ１６に記載の方法。
［Ｃ１８］
無くすことは、前記インダクタを通る前記電流が実質的にゼロになるまで供給電圧から前記インダクタを電気的に絶縁することを備える、Ｃ１６に記載の方法。
［Ｃ１９］
出力電圧を比較することは、コンパレータを用いて前記出力電圧と前記基準電圧を比較することを備える、Ｃ１６に記載の方法。
［Ｃ２０］
前記基準電圧と比較した前記出力電圧の関係を示すコントローラへの前記コンパレータからの信号を送ることをさらに備える、Ｃ１９に記載の方法。
［Ｃ２１］
インダクタとハイサイドトランジスタを通って流れる電流を、前記電流と基準トランジスタを通って流れる基準電流とを比較することによって、監視すること、
出力電圧を基準電圧と比較すること、および
前記出力電圧が前記基準電圧に等しいまたはより小さい場合、前記インダクタを通る前記電流が実質的にゼロに下がるまで、導通状態で動作することをローサイドトランジスタに、および、非導通状態で動作することを前記ハイサイドトランジスタにさせること、  を備える、方法。
［Ｃ２２］
前記出力電圧が前記基準電圧より大きい場合、固定の時間持続期間、導通状態で動作することをローサイドトランジスタに、および、非導通状態で動作することをハイサイドトランジスタにさせることをさらに備える、Ｃ２１に記載の方法。
［Ｃ２３］
前記インダクタを通る電流量が実質的にゼロに下がったかどうかを判断するために、電流センサを用いて前記インダクタと前記ローサイドトランジスタを通る電流を監視することをさらに備える、Ｃ２１に記載の方法。
［Ｃ２４］
電圧レギュレータの出力電圧を基準電圧と比較するための手段、
前記レギュレータのインダクタを通る電流が閾値電流に等しいまたはより大きいかどうかを判断するための手段、および、
前記インダクタを通る前記電流が閾値電流に等しいまたはより大きい、および、前記出力電圧が前記基準電圧に等しいまたはより小さい場合、前記インダクタによって格納された全てのエネルギーを無くすための手段と、
を備える、デバイス。
［Ｃ２５］
電流を基準トランジスタを通って流れる基準電流と比較することによってインダクタとハイサイドトランジスタを通って流れる前記電流を監視するための手段、
出力電圧を基準電圧と比較するための手段、
前記出力電圧が前記基準電圧に等しいまたはより小さい場合、前記インダクタを通る前記電流が実質的にゼロに下がるまで、導通状態で動作することをローサイドトランジスタに、および、非導通状態で動作することを前記ハイサイドトランジスタにさせるための手段、
を備える、デバイス。
【図１】
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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８】
0006657071.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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