(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を受け取り、出力電圧を送るように構成されたオンオフ用のＮＭＯＳトランジスタを備えたスイッチングユニットと、
パルス幅変調器と、
前記スイッチングユニットの前記出力電圧を前記パルス幅変調器の第１の入力に直接的に結合するフィードバックパスと、
前記出力電圧と基準電圧に基づいて形成した訂正信号を前記パルス幅変調器の第２の入力に送るように構成された補償パスと
を備え、
ここにおいて、前記パルス幅変調器は、
前記フィードバックパスを介して前記スイッチングユニットの前記出力電圧と直接的に結合された前記第１の入力と、
前記基準電圧と前記第２の入力からの前記訂正信号を加算することによって得られる、変更された基準電圧を送るための第１加算器と、
ランプ電圧と前記変更された基準電圧を加算することによって得られるスケールされた、変更された基準電圧を送るための第２加算器と、
前記フィードバックパスを介して前記第１の入力に入力された前記スイッチングユニットの前記出力電圧と、前記スケールされた、変更された基準電圧を比較することによって得られる変調電圧を送るための比較器と、
前記変調電圧を前記パルス幅変調器の利得により割ることによって得られるデューティサイクルδを送るように構成されたディバイダと
を備え、前記デューティサイクルδは、前記スイッチングユニットの前記オンオフ用のＮＭＯＳトランジスタのゲートに送られ、
ここにおいて、前記補償パスは、
前記スイッチングユニットの前記出力電圧を受け取り、フィードバック信号を送るように構成されたセンサ利得と、
前記センサ利得から前記フィードバック信号を受け取り、前記フィードバック信号と前記基準電圧に基づいてエラー信号を出力するように構成されたオペアンプと、
前記オペアンプによって生成された前記エラー信号を受け取り、前記訂正信号を形成するように構成された補償器と
を備え、該形成された訂正信号は、前記パルス幅変調器の前記第２の入力に送られる、パワーコンバータ。
【請求項２】
前記補償パスの前記補償器は、前記訂正信号の周波数応答を制限するように構成されたフィルタを含む、請求項１に記載のパワーコンバータ。
【請求項３】
パルス幅変調器によって、制御ループの第１のパスを介してスイッチングパワーコンバータの出力電圧を受け取ることと、ここにおいて、前記制御ループの前記第１のパスは、前記パルス幅変調器の第１の入力に前記出力電圧を直接的に結合し、ここにおいて、前記スイッチングパワーコンバータは、入力電圧を受け取り、前記出力電圧を送るように構成されたオンオフ用のＮＭＯＳトランジスタを備え、
前記パルス幅変調器によって、前記制御ループの第２のパスを介して、前記スイッチングパワーコンバータの前記出力電圧と基準電圧に基づく訂正信号を第２の入力において受け取ることと、
ここにおいて、前記パルス幅変調器は、
前記第１のパスを介して前記スイッチングパワーコンバータの前記出力電圧と直接的に結合された前記第１の入力において前記出力電圧を受け取ることと、
前記基準電圧と、前記第２の入力において受け取った前記訂正信号を加算することによって得られる、変更された基準電圧を送ることと、
ランプ電圧と前記変更された基準電圧を加算することによって得られるスケールされた、変更された基準電圧を送ることと、
前記第１のパスを介して前記第１の入力において受け取った前記出力電圧と、前記スケールされた、変更された基準電圧を比較することによって得られる変調電圧を送ることと、
前記変調電圧を前記パルス幅変調器の利得により割ることによって得られるデューティサイクルδを送ることと、
前記デューティサイクルδに応じて、前記スイッチングパワーコンバータの前記オンオフ用のＮＭＯＳトランジスタを制御することと、
を備え、
ここにおいて、前記第２のパスは、
センサ利得によって前記スイッチングパワーコンバータの前記出力電圧を受け取り、フィードバック信号を送ることと、
オペアンプによって前記センサ利得から前記フィードバック信号を受け取り、前記フィードバック信号と前記基準電圧に基づいてエラー信号を出力することと、
補償器によって前記エラー信号を受け取り、前記訂正信号を形成することと
を備え、該形成された訂正信号は、前記パルス幅変調器の前記第２の入力に送られる、方法。
【請求項４】
パルス幅変調器によって、制御ループの第１のパスを介してスイッチングパワーコンバータの出力電圧を受け取るための手段と、ここにおいて、前記制御ループの前記第１のパスは、前記パルス幅変調器の第１の入力に前記出力電圧を直接的に結合し、ここにおいて、前記スイッチングパワーコンバータは、入力電圧を受け取り、前記出力電圧を送るように構成されたオンオフ用のＮＭＯＳトランジスタを備え、
前記パルス幅変調器によって、前記制御ループの第２のパスを介して、前記スイッチングパワーコンバータの前記出力電圧と基準電圧に基づく訂正信号を第２の入力において受け取るための手段と、
ここにおいて、前記パルス幅変調器は、
前記第１のパスを介して前記スイッチングパワーコンバータの前記出力電圧と直接的に結合された前記第１の入力において前記出力電圧を受け取るための手段と、
前記基準電圧と、前記第２の入力において受け取った前記訂正信号を加算することによって得られる、変更された基準電圧を送るための手段と、
ランプ電圧と前記変更された基準電圧を加算することによって得られるスケールされた、変更された基準電圧を送るための手段と、
前記第１のパスを介して前記第１の入力において受け取った前記出力電圧と、前記スケールされた、変更された基準電圧を比較することによって得られる変調電圧を送るための手段と、
前記変調電圧を前記パルス幅変調器の利得により割ることによって得られるデューティサイクルδを送るための手段と、
前記デューティサイクルδに応じて、前記スイッチングパワーコンバータの前記オンオフ用のＮＭＯＳトランジスタを制御するための手段と、
を備え、
ここにおいて、前記第２のパスは、
前記スイッチングパワーコンバータの前記出力電圧を受け取り、センサ利得によってフィードバック信号を送るための手段と、
前記フィードバック信号を受け取り、前記フィードバック信号と前記基準電圧に基づいてエラー信号を出力するための手段と、
前記エラー信号を受け取り、周波数応答を制限して、前記エラー信号の訂正信号を形成するための手段と、
該形成された訂正信号を前記パルス幅変調器の前記第２の入力に送るための手段と
を備える、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本願は、２０１３年３月６日に出願され、かつ「SWITCHING POWER CONVERTER」と題された米国非仮出願番号第１３／７８７３６０号に基づく優先権を主張し、以下の同時継続中の、これと同時に２０１３年３月６日に出願され、かつ「TRNASFER FUNCTION GENERATION BASED ON PULSE-WIDTH MODULATION INFORMATION」と題された米国特許出願第１３／７８７３３４号に関連し、これらは本出願人の譲受人に譲渡され、全体として本明細書に参照によって明示的に組み込まれている。
【技術分野】
【０００２】
[0002]本発明は、一般的には電圧調整(voltage regulation)に関する。より具体的には、本発明はスイッチングパワーコンバータの性能を改善するための実施形態に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]移動電話などの電子機器は入力電圧を電源から受け取り、負荷のための出力電圧を生成するパワーコンバータ（すなわち、電圧調整器(voltage regulator))を含むことができる。集積回路は、デジタルコンポーネント、アナログコンポーネント、および／または無線周波数（RF）コンポーネントなどのオンチップコンポーネントのための安定電圧基準(stable voltage reference)を提供するためのパワーコンバータを含むことができる。
【０００４】
[0004]パワーコンバータは、可変デューティサイクルと共に急速にパワートランジスタを飽和(すなわち、完全にオン）とカットオフ（すなわち、完全にオフ）とで切り替えるスイッチングパワーコンバータを備えることができる。結果として生じる矩形波形は、デューティサイクルの平均値と比例して、ほぼ一定の出力電圧を生成するためにローパスフィルタにかけられる。線形パワーコンバータに比べて、スイッチングパワーコンバータの一つの利点は、スイッチングトランジスタが飽和状態でもカットオフ状態でもごくわずかのパワーを熱として消散させるため、より効率が良いことである。
【０００５】
[0005]当業者により理解されるように、スイッチングパワーコンバータは、モニターへのフィードバックを含むことができ、また出力電圧の変動（variations）を取り除くことができる。しかし、以下により十分に説明されるように、フィードバックはレイテンシ（latency)、遅延、および／または減衰を含みうる様々なコンポーネントを含み得る。
【０００６】
[0006]強化型（enhanced）スイッチングパワーコンバータの必要性がある。より具体的には、エラー訂正(error correction)機能を提供している間に高速一時的応答のために構成されたスイッチングパワーコンバータに関する実施形態の必要性がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】センサ利得、オペアンプ、補償器を有するフィードバックパスを含んだパワーコンバータを例示する。
【図２】図１のパワーコンバータの他の例示である。
【図３】センサ利得、オペアンプ、補償器を有するフィードバックパスを含んだ他のパワーコンバータを例示する。
【図４】本発明の実例となる実施形態による、出力電圧と増幅器の入力を結合するために構成されたスイッチングユニットを含んだスイッチングパワーコンバータを例示する。
【図５】パワーコンバータのパルス幅変調器に送られうる三角波を示す。
【図６】本発明の実例となる実施形態による、出力電圧とパルス幅変調器の入力を結合するために構成されたスイッチングユニットを含んだ図４のスイッチングパワーコンバータのより具体的な例示である。
【図７】本発明の実例となる実施形態による、出力電圧とパルス幅変調器を直接結合するフィードバックパスと、エラー訂正を提供するために構成された補償パスを含んだ他のスイッチングパワーコンバータの例示である。
【図８】（ａ）本発明の実例となる実施形態による、スイッチングパワーコンバータのエラー電圧（error voltage)を示すプロットである。
【０００８】
（ｂ）本発明の実例となる実施形態による、スイッチングパワーコンバータの出力電圧とスイッチングパワーコンバータのパルス幅変調器に送られるであろう三角波を示すプロットである。
【図９】本発明の実例となる実施形態による、方法を例示したフローチャートである。
【図１０】本発明の実例となる実施形態による、スイッチングパワーコンバータを含んだシステムを例示する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0018]添付図面に関連して以下に記載される詳細な説明は、本発明の実例となる実施形態の説明として意図され、本発明が実現されうる唯一の実施形態を表すようには意図されない。本明細書の全体にわたって用いられる「実例となる（exemplary）」という用語は、「例、事例、または例示を提供する」を意味し、他の実例となる実施形態に対して、必ずしも好ましいまたは有利であるようには解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の実例となる実施形態の完全な理解を提供することを目的とした特定の詳細を含む。本発明の実例となる実施形態は、これらの特定の詳細なしで実現されうることが当業者に明らかになるであろう。いくつかの事例では、周知の構造およびデバイスが、ここに示される実例となる実施形態の新規性を曖昧にすることを避けるために、ブロック図形式で示される。
【００１０】
[0019]図１は、入力電圧Ｖｇを受け取り、出力電圧Ｖｏｕｔを送るように構成されたスイッチングパワーコンバータ１００を例示する。パワーコンバータ１００は、スイッチングユニット１０４、負荷１０６とフィードバックパス１０８を含む。スイッチングユニット１０４はトランジスタＭ、ダイオードＤ１、インダクタＬとキャパシタＣ１を含む。さらに、フィードバックパス１０８は、センサ利得１１０、オペアンプ１１２、補償器１１４、パルス幅変調器１１６とゲートドライバ１１８を含む。当業者によって理解されるように、センサ利得１１０は、出力電圧Ｖｏｕｔを受け取り、フィードバック信号Ｈｖをオペアンプ１１２に送るよう構成される。オペアンプ１１２は、フィードバック信号Ｈｖと基準信号Ｖｒｅｆを受け取り、訂正信号Ｖｃをパルス幅変調器１１６に送る補償器１１４に、エラー信号Ｖｅを出力するように構成される。訂正信号Ｖｃはここで「訂正電圧」または「エラー訂正電圧」としても称され得る。パルス幅変調器１１６は、パルス幅変調器１１６からの信号を受けて信号をトランジスタＭ１に送ることができる、ゲートドライバ１１８に信号を送るよう構成される。
【００１１】
[0020]図２は、パワーコンバータ１００のより詳細な例示である。図２に例示されるように、フィードバックパス１０８は、抵抗器Ｒ１とＲ２を含む電圧ディバイダ(voltage divider)、抵抗器Ｒ３とキャパシタＣ２を含むＲＣネットワーク、増幅器２１０と２１２、とゲートドライバ１１８を含む。理解されるように、電圧ディバイダ（すなわち、抵抗器Ｒ１とＲ２）は図１のセンサ利得１１０を備えることができ、増幅器２１０は図１のオペアンプ１１２と補償器１１４を備えることができ、訂正信号Ｖｃと三角波形Ｖｔｒｉａｎｇｌｅを受け取るよう構成された増幅器２１２は図１のパルス幅変調器１１６を備えることができる。図１を詳細に参照すると、当業者に理解されるように、センサ利得１１０、オペアンプ１１２と補償器１１４の各々はレイテンシ、遅延、および／または減衰を含みうる。その結果、負荷状態（load conditions）を変動することにより生じる出力電圧Ｖｏｕｔにおける変化に対する応答は遅延されうる。
【００１２】
[0021]図３は、入力電圧Ｖｇを受け取り、出力電圧Ｖｏｕｔを送るように構成された他のパワーコンバータ３００を例示する。パワーコンバータ３００は、スイッチングユニット１０４、負荷１０６とフィードバックパス３０８を含む。スイッチングユニット１０４は、トランジスタＭ、ダイオードＤ１、インダクタＬとキャパシタＣ１を含む。さらに、フィードバックパス３０８は、センサ利得１１０、オペアンプ１１２、補償器１１４、パルス幅変調器１１６とゲートドライバ１１８を含む。加えて、補償器１１４とパルス幅変調器１１６をバイパスするために、フィードバックパス３０８は閾値検出回路３１０とパルス幅変調オーバーライド３１２を含む。補償器１１４を巻き込む、レイテンシ、遅延、減衰の問題は補償器１１４をバイパスすることにより避けることができるが（すなわち、一時的応答は図１、図２のパワーコンバータ１００に対して改善されうる）、パワーコンバータ３００は、センサ利得１１０とオペアンプ１１２のために、依然としてレイテンシ、遅延、減衰の問題に遭遇し得る。従って、負荷状態を変動することにより生じる出力電圧Ｖｏｕｔにおける変化に対する応答は遅れうる。
【００１３】
[0022]ここで説明される実例となる実施形態は、スイッチングパワーコンバータの性能を改善するためのデバイス、システムと方法に関する。一つの実例となる実施形態によると、デバイスは入力電圧を受け取り、出力電圧を送るように構成されたスイッチングユニットを含むことができる。デバイスは、出力電圧と直接的に結合された入力を有し、またスイッチングユニットに信号を送るよう構成された、パルス幅変調器を含むこともできる。
【００１４】
[0023]他の実例となる実施形態によると、本発明はスイッチングパワーコンバータを動作させるための方法を含む。そのような方法の種々の実施形態は、第一パスを介して、スイッチングコンバータの出力電圧をパルス幅変調器に送ることを含むことができる。方法は、第２の異なるパスを介して、訂正信号をパルス幅変調器に送ることを含むこともできる。
【００１５】
[0024]種々の態様の特徴と利点と共に、本発明の他の態様は、後に続く説明、添付の図面と添付の請求項を考慮することにより、当業者に明らかになるであろう。
【００１６】
[0025]図4は、本発明の実例となる実施形態による、パワーコンバータ４００を示す。入力電圧Ｖｇを受け取り、出力電圧Ｖを送るように構成されたパワーコンバータ４００は、スイッチングコンバータユニット１０４、負荷１０６とフィードバックパス４０８を含む。スイッチングユニット４０４は、トランジスタＭ、ダイオードＤ１、インダクタＬとキャパシタＣ１を含む。さらに、フィードバックパス４０８は、以下に記載されるように、パルス幅変調器を備えることができる増幅器４１０を含む。図５に例示するように、増幅器４１０は、パワーコンバータ４００の出力電圧Ｖを受け取るように構成された一つの入力と、三角波形（Ｖｔｒｉａｎｇｌｅ）４１５を受け取るように構成されたその他の入力を含む。より具体的には、一例として、増幅器４１０の非反転入力は出力電圧Ｖを受け取るように構成されることができ、増幅器４１０の反転入力は三角波形４１５を受け取るように構成されることができる。フィードバックパス４０８はさらに増幅器４１０の出力を受け取るよう構成されたゲートドライバ１１８を含む。ゲートドライバ１１８はさらに信号をトランジスタＭ１のゲートへ送るよう構成される。
【００１７】
[0026]図５に示すように、三角波形４１５は、所望の出力電圧（すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆ）を中心とすることができることに留意されたい。所望の出力電圧を三角波形４１５の中心とすることは、連続的な（seamless)非線形動作が起こることを可能にすることができる。加えて、０％と１００％デューティサイクルは、三角波形４１５の上と下において自然に起こりうる。小振幅（small magnitude)の三角波形４１５を使用することにより、パワーコンバータ４００を高性能で動作可能にすることができる、非常に高い利得を提供することができる。例えば、三角波形４１５の振幅（magnitude)ＶＭは４０ミリボルト（ｍＶ）を備えることができる。
【００１８】
[0027]出力電圧Ｖを増幅器４１０に直接結合することは、高速一時的応答を可能にする。別の方法で述べると、レイテンシ、遅延、および／または減衰を引き起こしうるいかなる要素をも欠如したフィードバックパス４０８は、出力電圧Ｖと増幅器４１０を直接結合し、そのため、増幅器４１０に出力電圧Ｖの最大可視性(visibility)を提供する。それゆえ、増幅器４１０は迅速に出力電圧Ｖのいかなる変化をも検出し、応答することができる。さらに別の方法で述べると、出力電圧Ｖと増幅器４１０の直接的な接続（すなわち、レイテンシ、遅延、および／または減衰を引き起こしうる構成が存在しないこと）は、増幅器４１０が負荷状態の変動により生じる出力電圧Ｖの変化に即座に、また最適に応答することを可能にする。
【００１９】
[0028]図６は、図４の増幅器４１０がスイッチングユニット１０４の出力とゲートドライバ１１８の入力との間に結合されたパルス幅変調器４１０’として示されたパワーコンバータ４００の他の例示を示す。実例となる実施形態によると、パルス幅変調器４１０’は、基準入力Ｖｒｅｆ（すなわち、所望の出力電圧）として示された、第１信号を受け取り、ランプ電圧(ramp voltage)または、その一部（fraction)（例えば、１/２＊Ｖｒａｍｐ）を備えることができる、第２信号を受け取るように構成された加算器５１０を含む。ランプ電圧Ｖｒａｍｐは、三角波形４１５の高さに対応するＤＣ電圧を備えることができることに留意されたい。加算器５１０は、スケールされた基準電圧(scaled reference voltage)を送るように構成される。パルス幅変調器４１０’は、さらに、加算器５１０によって送られたスケールされた基準電圧と出力電圧Ｖを受け取るよう構成された比較器５１２を含む。比較器５１２は、デューティサイクルを生成するために、変調された信号（modulated signal）Ｖｍｏｄをランプ電圧Ｖｒａｍｐによって割ることができるディバイダ(divider)５１４に、変調された信号Ｖｍｏｄを送るようさらに構成される。ディバイダ５１４は、ゲートドライバ１１８に信号を送るようさらに構成されうる。パルス幅変調器５２０からの信号を受け取ると、ゲートドライバ１１８は、信号をトランジスタＭ１のゲートに送るよう構成される。一例として、基準電圧Ｖｒｅｆ＝１ボルトであれば、ランプ電圧Ｖｒａｍｐ＝０．０４０ボルトであり、出力電圧Ｖ（すなわち、Ｈｖ）＝１ボルトである。そして、変調電圧Ｖｍｏｄ＝１−１＋０．０２０＝０．０２０ボルトであり、デューティサイクルδ＝０．０２０/０．０４０であり、それは５０％デューティサイクルとなる。
【００２０】
[0029]上記のように、また図６に例示したように、スイッチングユニット１０４の出力は、パルス幅変調器４１０’の入力に直接結合され、そのため、フィードバックパス４０８は高速一時的応答が可能となる。別の方法で述べると、レイテンシ、遅延、および／または減衰を引き起こしうるいかなる要素をも欠如したフィードバックパス４０８は、パルス幅変調器４１０’に出力電圧Ｖを直接結合する。従って、パルス幅変調器４１０’に、出力電圧Ｖの最大可視性を提供し、その結果、出力電圧Ｖのいかなる変化をも迅速に検出し、応答することができる。さらに別の方法で述べると、出力電圧Ｖとパルス幅変調器４１０’の直接的な接続は、パルス幅変調器４１０’が負荷状態の変動により生じる出力電圧の変化に即座に、また最適に応答することを可能にする。
【００２１】
[0030]パルス幅変調器４１０’を、フィードバックパス４０８を介して出力電圧Ｖを直接受け取るよう構成することは、高速一時的応答を可能とするが、フィードバックパス４０８を介して提供された信号は訂正されず（すなわち、出力電圧Ｖは所望の電圧に対してエラーである）、また補償されない（すなわち、すべての状況において一定ではない可能性がある）。図７は、本発明の実例となる実施形態により、フィードバックパス４０８’と補償および訂正パス６０８を含んだ他のスイッチングパワーコンバータ６００を例示する。入力電圧Ｖｇを受け取り、出力電圧Ｖを送るように構成されたパワーコンバータ６００は、スイッチングユニット１０４と負荷１０６を含む。スイッチングユニット１０４は、トランジスタＭ、ダイオードＤ１、インダクタＬとキャパシタＣ１を含む。さらに、パワーコンバータ６００は、スイッチングユニット１０４の出力とゲートドライバ１１８の入力との間に結合されたパルス幅変調器６１０を含む。
【００２２】
[0031]実例となる実施形態によると、パルス幅変調器６１０は、基準入力Ｖｒｅｆ（すなわち、所望の出力電圧）として示された、第１信号を受け取り、補償器１１４によって送られた訂正信号Ｖｃとして示された、第２信号を受け取るように構成された加算器６２０を含む。パルス幅変調器６１０は、加算器６２０から出力された変更された基準電圧（modified reference voltage）Ｖｒｅｆ＿ｍｏｄと、ランプ電圧またはその一部（すなわち、１/２＊Ｖｒａｍｐ）を備えることができる他の信号を受け取るよう構成された加算器６２２をさらに含む。パルス幅変調器６１０は、スケールされた、変更された基準電圧Ｖｒｅｆ＿ｍｏｄ＿ｓｃａｌｅｄを備えることができる、加算器６２２の出力とスイッチングユニット１０４の出力（すなわち、出力電圧Ｖ）を受け取るよう構成された比較器６２４をさらに含む。比較器６２４は、パワーコンバータ６００の利得を提供するために、パルス幅変調器６１０の利得を備える、変調された信号Ｖｍｏｄをランプ電圧Ｖｒａｍｐによって割ることができるディバイダ６２６に変調された信号Ｖｍｏｄを送るようさらに構成される。ディバイダ６２６は、ゲートドライバ１１８に信号を送るようさらに構成されうる。パルス幅変調器６１０からの信号を受け取ると、ゲートドライバ１１８は、信号をトランジスタＭ１のゲートに送るよう構成される。
【００２３】
[0032]図7に例示したように、スイッチングユニット６０４の出力は、フィードバックパス４０８’を介して、パルス幅変調器６１０の少なくとも一つの入力に直接結合される。別の方法で述べると、パワーコンバータパワー４００と同様に（図４、図６参照）、パワーコンバータ６００は、パルス幅変調器６１０を介してスイッチングユニット１０４の出力をゲートドライバ１１８に結合し、レイテンシ、遅延、および／または減衰を引き起こしうるいかなる要素をも欠如した、少なくとも一つのパス（すなわち、フィードバックパス４０８’）を含む。
【００２４】
[0033]レイテンシ、遅延、および／または減衰を引き起こしうるいかなる要素をも欠如したパスに加えて、図７に例示した実例となる実施形態はエラー訂正と補償のために構成された、補償および訂正パス６０８を含む。より具体的には、図7に例示したように、補償パス６０８は、スイッチングユニット１０４の出力に結合したセンサ利得１１０と、センサ利得１１０と補償器１１４の間に結合されたオペアンプ１１２（すなわち、エラー増幅器）を含む。補償器１１４（すなわち、訂正電圧Ｖｃの周波数応答を制限するフィルタ）の出力はパルス幅変調器６１０に結合される。本発明の実例となる実施形態によると、補償パス６０８は、出力電圧Ｖを受け取り、それに応じて、変更された基準電圧Ｖｒｅｆ＿ｍｏｄを生成するために、加算器６２０によって基準電圧Ｖｒｅｆに加えられる、訂正電圧Ｖｃを生成するよう構成される。従って、加算器６２２に提供される基準電圧は変更され、その結果、基準電圧をほぼ中心とする三角波形が、出力電圧Ｖの変化に応じて変更される。
【００２５】
[0034]パワーコンバータ６００は、二つのパス、負荷状態の変化に応じて出力電圧Ｖを調整するための高速一時的応答を供給する一つの高速パス（fast path)（すなわち、フィードバックパス４０８’）と、エラー訂正のための一つの低速パス（slow path)（すなわち、補償パス６０８）を含む、単一のフィードバック制御ループを含むことに留意されたい。
【００２６】
[0035]当業者に理解されるように、図１から図３に示した、単一のフィードバックパス（すなわち、フィードバックパス１０８と３０８）におけるループ補償を含むパワーコンバータ１００と３００に比べ、図７に示したパワーコンバータ６００のループ補償は、三角波形を所望の出力電圧を中心とすることにより、三角波形に挿入される。別の方法で述べると、パワーコンバータ１００と３００に示すように、単一のフィードバックパスにおけるエラー訂正を提供する代わりに、パワーコンバータ６００は、基準電圧を変更し、また、パルス幅変調器６１０によって受け取った三角波形を変更することによりエラー訂正を提供する。さらに別の方法で述べると、基準電圧Ｖｒｅｆを訂正電圧Ｖｃとともに変更することにより、基準電圧Ｖｒｅｆを中心とした三角波形は、必要に応じて瞬間的に上方や下方に移動される。そのため、パルス幅変調器６１０の利得は、補償周波数で減少されうる（reduced at a compensation frequency）。従って、パルス幅変調器６１０は、変調器と低利得エラー増幅器（low gain error amplifier）の両方として動作することができる。エラー増幅器利得が低いため、いくつかのエラー調整がされる可能性があり、それは三角波形を上方または下方に動かすことにより、もう一度適応されうる。エラー訂正のために、三角波形は、５０％より低いデューティサイクルに対しては下方に動かされ、５０％より高いデューティサイクル（逆またはポジティブフィードバック）に対しては上方に動かされることに留意されたい。さらに、補償のために、三角波形は、パルス幅変調器６１０からのデューティサイクルの減少を引き起こす、出力電圧Ｖのネガティブ変化に対しては、下方に動かされる。三角波形は、出力電圧Ｖのポジティブ変化に対しては、上方に動かされる（同方向またはネガティブフィードバック）。この動きは、ある周波数制約に合うデューティサイクルの変化が検出されると、単に一時的に行われる。一例として、補償器１１４はバンドパスフィルタを含むことができる。
【００２７】
[0036]一つの実例となる実施形態によると、訂正電圧Ｖｃは以下のように定義することができる。
【００２８】
Ｖｃ=（Ｖｒａｍｐ/２）-Ｖｒａｍｐ*（１-duty cycle）            (1)
[0037]従って、一例において、Ｖｒａｍｐは４０ｍＶに等しく、デューティサイクルは１５％であるとき、訂正電圧Ｖｃは−１４ｍＶ調整が可能である。他の例において、Ｖｒａｍｐは４０ｍＶに等しく、デューティサイクルは７０％であるとき、訂正電圧Ｖｃは８ｍＶ調整が可能である。
【００２９】
[0038]パワーコンバータ６００の企図された(contemplated)動作について説明する。パワーコンバータ６００によって出力電圧Ｖが送られると、比較器６２４は出力電圧Ｖを受け取り、ディバイダ６２６に変調された信号Ｖｍｏｄを提供することができる。ディバイダ６２６は、デューティサイクルδを生成するために、パルス幅変調器６１０の利得により、変調された信号Ｖｍｏｄを割る。ディバイダ６２６は、信号をトランジスタＭ１に供給するゲートドライバ１１８に、信号を供給する。さらに、センサ利得１１０は出力電圧Ｖを受け取り、信号をオペアンプ１１２に送ることができる。オペアンプ１１２は、センサ利得から受け取った信号と基準電圧Ｖｒｅｆを比べ、パルス幅変調器６１０内の基準電圧を変更するために訂正信号Ｖｃをパルス幅変調器６１０の加算器６２０に送り、その結果、基準電圧を中心とする三角波を変更する補償器１１４にエラー信号Ｖeを出力することができる。
【００３０】
[0039]動作例を説明する。この例では、入力電圧Ｖｇ＝２ボルト、基準電圧Ｖｒｅｆ＝１ボルト、ランプ電圧Ｖｒａｍｐ＝０．０４０ボルト、そして出力電圧Ｖ＝１ボルトである。従って、変調電圧Ｖｍｏｄ＝１−１＋０．０２０＝０．０２０ボルトであり、デューティサイクルδ＝０．０２０/０．０４０、結果として５０％デューティサイクルとなる。さらに、適用負荷のため、出力電圧Ｖ＝０．９９０ボルトである場合、Ｖｍｏｄ＝０．９９０−１＋０．０２０＝０．０３０ボルトであり、デューティサイクルδ＝０．０３０/０．０４０であり、それは７５％デューティサイクルとなりうる。パワーコンバータ６００のデューティサイクルは出力電圧Ｖの降下（dip）に応じて５０％から７５％まで増加される。さらに、デューティサイクルの変化が補償器１１４の要件を満たす場合、デューティサイクルの変化率を遅くするため、いくつかのネガティブフィードバックが適用されうる。７５％デューティサイクルが比較的長時間要求される場合、エラー訂正は、７５％デューティサイクルが基準電圧Ｖｒｅｆで起こるように、適用されうる。変調電圧Ｖｍｏｄ＝Ｖｒｅｆ−Ｖ＋１/２＊Ｖｒａｍｐ＋Ｖｃ従って、変調電圧Ｖｍｏｄ＝１−１＋０．０２０＋０．０１０＝０．０２０ボルトであり、デューティサイクルδ＝０．０３０/０．０４０であり、それは７５％デューティサイクルとなりうる。
【００３１】
[0040]図８（ａ）は、パワーコンバータのエラー電圧（例えば、パワーコンバータ６００のエラー電圧Ｖe）を表す波形７０２を有するプロット７００を含む。さらに、図８（ｂ）は、パワーコンバータの出力電圧（例えば、パワーコンバータ６００の出力電圧Ｖ）を表す波形７１２を有するプロット７１０を含む。さらに、プロット７１０は、三角波形（例えば、図５の三角波形４１５）を表す波形７１４を含む。例えば、波形７１４は、パワーコンバータ６００のパルス幅変調器６１０により利用される基準電圧を中心とする三角波形４１５を表す。
【００３２】
[0041]プロット７００と７１０に例示されるように、波形７０２と波形７１２の電圧は、パワーコンバータに結合された負荷の変化のため、およそ１．０５ミリ秒において減少する。さらに、波形７１４により例示されるように、三角波形は、パワーコンバータのエラー電圧と出力電圧の変化に応じて、およそ１．０５ミリ秒において下方調整する。さらに、波形７０２と波形７１２の電圧が増加すると、波形７１４は上方調整する。
【００３３】
[0042]図９は、１つまたは複数の実例となる実施形態による、方法８００を例示するフローチャートである。方法８００は制御ループの第１パスを介してスイッチングパワーコンバータの出力電圧を受け取ることを含むことができる（番号８０２によって示される）。方法８００はまた、制御ループの第２の別のパスを介して、出力電圧に基づく訂正電圧を受け取ることを含むことができる（番号８０４によって示される）。方法８００はまた、出力電圧と訂正電圧の少なくとも一つに応じて、スイッチングパワーコンバータを制御することを含むことができる（番号８０６によって示される）。
【００３４】
[0043]図１０は、ワイヤレス通信デバイス９００のブロック図を示す。この実例となる設計において、ワイヤレス通信デバイス９００は、デジタルモジュール９０４、ＲＦモジュール９０６とパワー管理モジュール９０４を含む。デジタルモジュール２０４は、メモリーと一以上のプロセッサを備えることができる。無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）を備えることができるＲＦモジュール９０６は、送信機と受信機を含むトランシーバを含むことができ、アンテナ９０８を介した双方向ワイヤレス通信のために構成されうる。概して、ワイヤレス通信デバイス９００は、任意の数の通信システム、任意の数の周波数帯域、および任意の数のアンテナのために任意の数の送信機および任意の数の受信機を含むことができる。さらに、パワー管理モジュール９０４は、図４、図６および図７に例示したパワーコンバータ４００と６００のような一以上のパワーコンバータを含むことができる。ここに説明されたパワーコンバータ（すなわち、パワーコンバータ４００と６００）は、大きいデジタル回路（例えば、マイクロプロセッサやグラフィックスコア（graphicscores))において見出される負荷のような高速動的電流負荷（fastdynamiccurrentloads）の電圧調整（voltageregulation)を提供するよう構成されうることに留意されたい。
【００３５】
[0044]当業者は、情報および信号が様々な異なる技術ならびに技法のいずれかを使用して表されうることを理解するだろう。例えば、上記の説明全体にわたって参照されうるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁性粒子、光場または光粒子、あるいはそれらの任意の組み合わせによって表されうる。
【００３６】
[0045]当業者であれば、ここに開示された実例となる実施形態に関連して説明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は、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インプリメントされうることをさらに理解するであろう。ハードウェアおよびソフトウェアの互換性を明確に例示するために、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、概してそれらの機能の観点から上記に説明された。このような機能が、ハードウェアとしてインプリメントされるか、あるいはソフトウェアとしてインプリメントされるかは、特定のアプリケーションおよびシステム全体に課せられている設計制約に依存する。当業者は、各特定のアプリケーションに関して様々な方法で、説明された機能をインプリメントし得るが、そのようなインプリメンテーションの決定は、本発明の実例となる実施形態の範囲から逸脱を引き起こすとして解釈されるべきでない。
【００３７】
[0046]ここに開示された実例となる実施形態に関連して説明された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、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）またはその他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、あるいはここに説明された機能を実行するように設計されるこれらの任意の組み合わせで、インプリメントまたは実行されうる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサでありうるが、代替において、このプロセッサは、任意の従来のプロセッサ、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ン（statemachine）でありうる。プロセッサはまた、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携した１つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいはその他任意のこのような構成である、コンピューティングデバイスの組み合わせとしてインプリメントされうる。
【００３８】
[0047]１つまたは複数の実例となる実施形態では、説明された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組み合わせでインプリメントされうる。ソフトウェアでインプリメントされる場合、これら機能は、コンピュータ可読媒体上で、１つまたは複数の命令またはコードとして記憶または送信されうる。コンピュータ可読媒体は、１つの場所から別の場所への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とコンピュータ記憶媒体との両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされうる任意の利用可能な媒体でありうる。限定ではなく例として、このようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光ディスク記憶デバイス、磁気ディスク記憶デバイスまたはその他の磁気記憶デバイス、あるいは、データ構造または命令の形式で所望のプログラムコードを記憶または伝送するために使用可能であり、かつコンピュータによってアクセスされうるその他任意の媒体を備えうる。また、任意の接続は、コンピュータ可読媒体と厳密には称されうる。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、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または赤外線、電波、およびマイクロ波のようなワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、またはその他の遠隔ソースから送信される場合には、この同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、電波、およびマイクロ波のようなワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。ここで使用される場合、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）、光ディスク、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスクおよびブルーレイ（登録商標）ディスクを含み、ここでディスク（disks）は、通常磁気的にデータを再生し、一方ディスク（discs）は、レーザー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内に含まれるべきである。
【００３９】
[0048]開示された実例となる実施形態の上記説明は、いかなる当業者であっても、本発明の製造または使用を可能にするように提供される。これら実例となる実施形態への様々な変更は、当業者にとって容易に明らかであり、ここに定義された一般的な原理は、本発明の主旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態にも適用されうる。したがって、本発明は、ここに示された実例となる実施形態に限定されるようには意図されず、ここに開示される原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲を与えられることとなる。
以下に、本願出願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］
入力電圧を受け取り、出力電圧を送るよう構成されたスイッチングユニットと、
前記出力電圧と直接的に結合された入力を有し、前記スイッチングユニットに信号を送るよう構成されたパルス幅変調器を含むフィードバックパスを備える、パワーコンバータ。
［Ｃ２］
前記出力電圧を受け取り、訂正電圧を前記パルス幅変調器の他の入力に送るよう構成された補償および訂正パスをさらに備える、Ｃ１に記載のパワーコンバータ。
［Ｃ３］
前記補償および訂正パスは、前記出力電圧を受け取るよう構成されたセンサ利得、前記センサ利得から出力を受け取るよう構成されたオペアンプと、前記オペアンプによって生成されるエラー信号を受け取るよう構成された補償器を含む、Ｃ２に記載のパワーコンバータ。
［Ｃ４］
前記補償器は、前記パルス幅変調器によって利用される基準電圧を変更するために、前記訂正信号を前記パルス幅変調器に送るよう構成される、Ｃ３に記載のパワーコンバータ。
［Ｃ５］
Ｃ１に記載のパワーコンバータであって、前記パルス幅変調器は、
基準電圧と訂正電圧を受け取り、変更された基準電圧を送るための第１加算器と、スケールされたランプ電圧と前記変更された基準電圧を受け取り、スケールされた、変更された基準電圧を送るための第２加算器と、
前記出力電圧と、前記スケールされた、変更された基準電圧を受け取り、変調電圧を送るための比較器と、
前記変調電圧を受け取り、前記変調電圧を前記パルス幅変調器の利得により割り、出力を送るよう構成されたディバイダを備える。
［Ｃ６］
前記パルス幅変調器は前記スイッチングユニットのトランジスタに信号を送るよう構成される、Ｃ１に記載のパワーコンバータ。
［Ｃ７］
前記パルス幅変調器は、受け取った基準電圧を中心とする三角波形を受け取るよう構成される、Ｃ１に記載のパワーコンバータ。
［Ｃ８］
前記パルス幅変調器は、前記出力電圧の変化に応じて、前記三角波形を調整するよう構成される、Ｃ７に記載のパワーコンバータ。
［Ｃ９］
前記パルス幅変調器は、前記出力電圧の前記変化の方向と逆方向に、前記三角波を調整するよう構成される、Ｃ８に記載のパワーコンバータ。
［Ｃ１０］
エラー訂正を供給するための補償パスと前記フィードバックパスを含む単一の制御ループをさらに備える、Ｃ１に記載のパワーコンバータ。
［Ｃ１１］
前記フィードバックパスは、高速一時的応答を供給するよう構成される、Ｃ１に記載のパワーコンバータ。
［Ｃ１２］
制御ループの第１パスを介してスイッチングパワーコンバータの出力電圧を受け取ることと、
前記制御ループの第２の別のパスを介して、前記出力電圧に基づく訂正電圧を受け取ることと、
前記出力電圧と前記訂正電圧の少なくとも一つに応じて、前記スイッチングパワーコンバータを制御することを備える、方法。
［Ｃ１３］
出力電圧を受け取ることは、パルス幅変調器において前記出力電圧を直接受け取ることを備える、Ｃ１２に記載の方法。
［Ｃ１４］
出力電圧を受け取ることは、負荷状態を変動することにより生じる前記出力電圧の変化を検出することを備える、Ｃ１２に記載の方法。
［Ｃ１５］
前記訂正電圧を受け取ることに応じて、基準電圧を中心とする三角波を調整することをさらに備える、Ｃ１２に記載の方法。
［Ｃ１６］
前記三角波を調整することは、前記出力電圧の前記変化の方向と逆方向に、前記三角波を調整することを備える、Ｃ１５に記載の方法。
［Ｃ１７］
前記三角波を前記基準電圧を中心とすることをさらに備える、Ｃ１５に記載の方法。
［Ｃ１８］
前記訂正電圧を受け取ることに応じて、受け取った基準電圧を変更することをさらに備える、Ｃ１２に記載の方法。
［Ｃ１９］
制御ループの第１パスを介してスイッチングパワーコンバータの出力電圧を受け取るための手段と、
前記制御ループの第２の別のパスを介して、前記出力電圧に基づく訂正電圧を受け取るための手段と、
前記出力電圧と前記訂正電圧の少なくとも一つに応じて、前記スイッチングパワーコンバータを制御するための手段を備える、デバイス。
［Ｃ２０］
前記訂正電圧を受け取ることに応じて、基準電圧を中心とする三角波を調整するための手段をさらに備える、Ｃ１９に記載のデバイス。
【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】
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【図９】
0006377648.tif 000010
【図１０】
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