(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路であって、前記回路は下記を備える、
第１の入力ポートおよび少なくとも１つの第２の入力ポートと、
出力ポートと、
前記第１の入力ポートと、ハイサイドゲート駆動入力と、ローサイドゲート駆動入力と、出力とに接続された入力を有する第１のハーフブリッジ回路と、
前記少なくとも１つの第２の入力ポートと、ハイサイドゲート駆動入力と、ローサイドゲート駆動入力と、出力とに接続された入力を有する少なくとも１つの第２のハーフブリッジ回路と、
前記第１のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドゲート駆動入力と前記第２のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドゲート駆動入力との間に接続され、前記第１のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドゲート駆動入力と前記第２のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドゲート駆動入力とが電気的に接続されるオン状態と、前記第１のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドゲート駆動入力と前記第２のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドゲート駆動入力とが電気的に接続されないオフ状態とを有する、短絡スイッチと、
各ハーフブリッジ回路の前記出力に接続された１つの端部と、前記回路の前記出力に接続されたもう１つ端部とを有するインダクタと、
各ハーフブリッジ回路の前記ハイサイドゲート駆動入力と前記ローサイドゲート駆動入力とに接続されたスイッチング信号生成器、
ここにおいて、前記スイッチング信号生成器が降圧モード動作のための第１のスイッチング信号を生成し、前記スイッチング信号生成器が逆方向の昇圧モード動作のための第２のスイッチング信号を生成し、前記短絡スイッチが降圧モード動作中にはオフになり、前記短絡スイッチが逆方向の昇圧モード動作中には選択的にオンになる。
【請求項２】
前記短絡スイッチに接続され、前記短絡スイッチの前記オン／オフ状態を制御するためのスイッチ制御信号を有するコントローラをさらに備える、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
降圧モード動作に関して、前記ハーフブリッジ回路の１つの前記入力での電圧レベルが、前記回路の前記出力での調整された電圧レベルを生成するように降圧される、請求項１に記載の回路。
【請求項４】
逆方向の昇圧モード動作に関して、前記回路の前記出力での電圧レベルが、前記第１および第２のハーフブリッジ回路の両方の入力での調整された電圧レベルを生成するように昇圧される、請求項１に記載の回路。
【請求項５】
逆方向の昇圧モード動作に関して、前記スイッチング信号生成器が、フィードバックとして前記第１のハーフブリッジ回路の前記入力での電圧レベル、または前記第２のハーフブリッジ回路の前記入力での電圧レベルのいずれかを使用する、請求項１に記載の回路。
【請求項６】
各ハーフブリッジ回路が、ローサイドスイッチに接続されたハイサイドスイッチを備える、請求項１に記載の回路。
【請求項７】
各ハーフブリッジ回路の各ハイサイドスイッチが、同じローサイドスイッチに接続される、請求項６に記載の回路。
【請求項８】
前記回路の前記出力に接続されたキャパシタをさらに備える、請求項１に記載の回路。
【請求項９】
前記回路が順方向の降圧および逆方向の昇圧スイッチングレギュレータとして動作可能な昇降圧スイッチングレギュレータである、請求項１に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
[0001]本出願は、すべての目的のために、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１３年９月１１日に出願した米国出願第１４／０２４，３８３号の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]本明細書で別段に規定されていない限り、このセクションで説明する手法は、本出願の特許請求の範囲に対する従来技術ではなく、このセクションに包含することによって従来技術であるとは認められない。
【０００３】
[0003]現代の電子システムは、一般に、何らかの形態の電力変換を必要とする。ポータブル機器（たとえば、スマートフォン、ポータブルコンピュータなど）の流行は、電力を効率的に変換するための技術および要件を進展させてきた。スイッチングレギュレータと呼ばれる（しばしば単に「スイッチャ」と呼ばれる）ＤＣ−ＤＣコンバータは、特にポータブル電子デバイスに使用するのに適しており、ＤＣ電力を逓昇（昇圧）するか、または逓降（降圧）するかのいずれかを行うことができる。
【０００４】
[0004]ポータブル電子デバイスに使用されるスイッチングレギュレータとしては、「昇降圧」スイッチングレギュレータと呼ばれる、あるクラスのスイッチングレギュレータがある。ポータブル電子デバイスに使用されるこの種の昇降圧スイッチャは、一般に、順方向の降圧モードと逆方向の昇圧モードとにおいて動作する。順方向の降圧モードでは、入力ポートでの電圧は、出力ポートでの調整された電圧を生成するために降圧される。逆方向の昇圧モードでは、出力ポートでの電圧は、入力ポートでの調整された電圧を生成するために昇圧される。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]いくつかの実施形態では、スイッチングレギュレータ回路は、順方向の降圧モード動作に加えて逆方向の昇圧モード動作を提供する。逆方向の昇圧モードでは、本回路は、本回路の１つまたは複数の入力ポートでの調整された電圧を生成するために本回路の出力ポートにおける電圧（たとえば、ＶOUT）を変換する。本開示によれば、本回路は、入力ポートでの複数のパワーレール（power rail）を提供するための調整された電圧レベルで複数の入力ポートを駆動し得る。
【０００６】
[0006]いくつかの実施形態では、本回路は、少なくとも２つのハーフブリッジ回路を備え得る。逆方向の昇圧モード動作中に、ハーフブリッジ回路の両方は、本回路の入力ポートの各々での調整された出力電圧を生成するために、本回路の出力ポートでの提供された電圧レベルを昇圧するように切り替えられ得る。
【０００７】
[0007]以下の発明を実施するための形態および添付の図面は、本開示の性質と利点とのより良い理解を与える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】[0008]本開示によるスイッチングレギュレータのハイレベル回路図。
【図２Ａ】[0009]従来の降圧コンバータ回路を示す図。
【図２Ｂ】従来の昇圧コンバータ回路を示す図。
【図３】[0010]追加の入力ポートを有する、本開示による一実施形態を示す図。
【図４】[0011]図３の代替実施形態を示す図。
【図５】[0012]図３の追加の代替実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0013]以下の説明では、説明の目的で、本開示の完全な理解を与えるために多数の例および具体的な詳細を記載する。ただし、特許請求の範囲において表される本開示は、単独で、または以下で説明する他の特徴との組合せで、これらの例における特徴の一部またはすべてを含む場合があり、本明細書で説明する特徴と概念との変更形態と均等物とをさらに含む場合があることが当業者には明らかであろう。
【００１０】
[0014]図１は、本開示による昇降圧スイッチングレギュレータ（「回路」）１００を示す。スイッチングレギュレータが順方向昇圧モードまたは逆方向昇圧モードで操作され得る、昇圧のみのスイッチングレギュレータ（図示せず）にも本明細書に記載する原理が組み込まれ得ることを補足することを当業者なら後述の説明から諒解されよう。
【００１１】
[0015]いくつかの実施形態では、図１に示す回路１００は、いくつかの入力ポートを含み得る。一実施形態では、たとえば、入力ポートとしては、ＤＣ  ＩＮおよびＵＳＢ  ＩＮを含み得る。ＵＳＢ  ＩＮポートは、ＵＳＢ準拠のデバイスへの接続のために提供され得る。ＤＣ  ＩＮポートは、電源または何らかの他の外部デバイスへの接続のために提供され得る。
【００１２】
[0016]回路１００は、ハーフブリッジ回路１０２および１０４を含み、各々が各ハーフブリッジ回路１０２、１０４間の中間点１２２でインダクタＬに接続されている。一実施形態では、ＵＳＢ  ＩＮポートはハーフブリッジ回路１０２に給電する場合があり、ＤＣ  ＩＮポートはハーフブリッジ回路１０４に給電する場合がある。
【００１３】
[0017]システム出力ＶOUTは、中間点１２２から取得され得る。いくつかの実施形態では、回路１００は、システム出力ＶOUTに接続されたキャパシタＣoを含み得る。回路１００は、システム出力ＶOUTを介してポータブル電子デバイス（図示せず）を備えるシステム電子機器に、入力ポートＵＳＢ  ＩＮまたはＤＣ  ＩＮで供給された電力を提供するためにポータブル電子デバイスにおいて使用され得る。特定の使用事例では、システム電子機器は、バッテリーＢＡＴＴによって給電される場合があり、バッテリーは回路１００によって充電される。
【００１４】
[0018]ハーフブリッジ回路１０２は、ハイサイドスイッチＱH1とローサイドスイッチＱLとを備え得る。ハーフブリッジ回路１０４は、同様に、ハイサイドスイッチＱH2とローサイドスイッチＱLとを備え得る。たとえば、図１などに示す、いくつかの実施形態では、ハーフブリッジ回路１０２、１０４は、同じローサイドスイッチ、すなわちＱLを共有し得る。他の実施形態では、ハーフブリッジ回路１０２、１０４は、それら自体のそれぞれのローサイドスイッチ（図示せず）を有し得る。いくつかの実施形態では、デバイスＱL、ＱH1、およびＱH2は、パワーＦＥＴである。
【００１５】
[0019]回路１００は、ハーフブリッジ回路１０２を駆動するようにパルス幅変調されたゲート駆動信号１２４を生成するために、またはハーフブリッジ回路１０４を駆動するゲート駆動信号１２６を生成するために、操作され得るＰＷＭスイッチング回路１０６を含み得る。特に、駆動信号１２４、１２６は、パワーＦＥＴ、ＱL、ＱH1、およびＱH2のゲートを駆動する。ＰＷＭスイッチング回路１０６は、駆動信号１２４、１２６のデューティサイクルを制御するために内部エラー信号を生成し得る。いくつかの実施形態では、ＤＣ  ＩＮポートおよびＵＳＢ  ＩＮポートでのシステム出力ＶOUTまたは入力電圧からフィードバック１２８が提供され得る。本開示によれば、ＰＷＭスイッチング回路１０６は、順方向の降圧モードで動作する際にフィードバック１２８としてシステム出力ＶOUTを選択するためのセレクタ回路を含む場合があり、逆方向の昇圧モードでは、セレクタ回路は、フィードバックとしてＵＳＢ  ＩＮポートまたはＤＣ  ＩＮポートのいずれかにおける電圧を選択する場合がある。ＰＷＭスイッチング回路１０６は、内部エラー信号を生成するために、選択されたフィードバック１２８を基準電圧（たとえば、５Ｖ基準、図示せず）と比較し得る。いくつかの実施形態では、ＰＷＭスイッチング回路１０６は、選択すべきいくつかの基準電圧を含み得る。
【００１６】
[0020]本開示によれば、短絡スイッチＱSは、ハイサイドスイッチＱH1およびハイサイドスイッチＱH2のゲートにまたがって接続され得る。いくつかの実施形態では、短絡スイッチＱSは、非パワースイッチングＦＥＴであり得る。
【００１７】
[0021]コントローラ１０８は、たとえば、順方向の降圧モードまたは逆方向の昇圧モードで動作し、適切なフィードバック１２８を選択するために、ＰＷＭスイッチング回路１０６の動作を制御するための制御信号１３０を生成し得る。本開示によれば、コントローラ１０８は、オン状態またはオフ状態で短絡スイッチＱSを動作させるための制御信号１３２を生成し得る。制御信号１３０および１３２は、コントローラ１０８に給電する制御入力に応じて生成され得る。いくつかの実施形態では、たとえば、制御入力は、書き込まれ得る制御レジスタ（図示せず）内のビットであり得る。コントローラ１０８が、デジタル論理回路（たとえば、特定用途向けＩＣ、すなわちＡＳＩＣ）、ファームウェア、デジタル論理とファームウェアとの組合せなどの使用を含む、いくつかの方法のうちのいずれかにおいて実装され得ることが諒解されよう。
【００１８】
[0022]ここで、順方向の降圧モード動作と逆方向の昇圧モード動作とが論じられる。回路１００は、ＵＳＢ  ＩＮまたはＤＣＮ  ＩＮにおける入力電圧が比較的低い電圧レベルまで降圧されシステム出力ＶOUTにおける調整された電圧レベルとして提供される、「順方向の降圧」モードで動作し得る。
【００１９】
[0023]たとえば、ＤＣ  ＩＮポートでの提供された入力電圧に対する降圧モード動作を考慮されたい。短絡スイッチＱSはオフ（非導通）状態であり、ＰＷＭスイッチング回路１０６は、降圧レギュレータとして動作するようにハイサイドＦＥＴ  ＱH2およびローサイドＦＥＴ  ＱL（ハーフブリッジ１０４）を駆動する駆動信号１２６を生成するために操作される。一時的に図２Ａを参照すると、図は、従来の降圧コンバータ構成を示す。図２Ａの入力電圧ＶINは、ＤＣ  ＩＮポートにおける電圧に相当する。駆動信号１２６は、ＱLがオフであるときにＱH2がオンになるように、またはその逆になるようにパワーＦＥＴ  ＱH2およびＱLを動作させる、パルス幅変調されたパルスを備え得る。ハイサイドＦＥＴ  ＱH2のオン／オフスイッチングが、図２Ａに示す従来の降圧コンバータのスイッチング素子（ＳＷ）を構成することを当業者なら認識されよう。ローサイドＦＥＴ  ＱLは、デバイスのボディダイオード（図１、挿入図参照）により、オン状態ではダイオードを導通させる順方向として挙動し、オフ状態ではブロッキングダイオードとして動作するので、ダイオード素子（Ｄ）として機能する。システム出力ＶOUTは、図２ＡのＶOUTに相当する。回路１００は、同様に、ＵＳＢ  ＩＮポートでの提供された入力電圧に対する降圧モード動作のために操作され得る。
【００２０】
[0024]回路１００は、従来の「逆方向の昇圧」モードで動作し得、ここで、システム出力ＶOUTにおける電圧レベルが、昇圧されポートＵＳＢ  ＩＮまたはＤＣ  ＩＮのうちの１つでのより高い調整された電圧レベルで提供される電圧として機能する。たとえば、オンザゴー（ＯＴＧ）動作モードでは、バッテリーＢＡＴＴは、ＵＳＢ  ＩＮポートに接続された負荷（たとえば、サムドライブ）に電力を供給するための電源として機能し得る。
【００２１】
[0025]ＵＳＢ  ＩＮポートに対する逆方向の昇圧モード動作を考慮されたい。回路１００は、ＵＳＢ  ＩＮポートでの調整された出力電圧を提供するためにシステム出力ＶOUTで（たとえば、バッテリーＢＡＴＴから）提供された電圧を昇圧するように操作され得る。したがって、ＰＷＭスイッチング回路１０６は、昇圧レギュレータとして動作するようにハイサイドＦＥＴ  ＱH1およびローサイドＦＥＴ  ＱL（ハーフブリッジ１０２）を駆動する駆動信号１２４を生成するために操作され得る。一時的に図２Ｂを参照すると、図は、従来の昇圧コンバータ構成を示す。逆方向の昇圧モード動作では、システム出力ＶOUTで提供された（たとえば、バッテリーＢＡＴＴからの）電圧は、図２Ｂに示す入力電圧ＶINに相当する。駆動信号１２６は、ＱLがオフであるときにＱH1がオンになるように、またはその逆になるようにパワーＦＥＴ  ＱH1およびＱLを動作させる、パルス幅変調されたパルスを備え得る。ローサイドＦＥＴ  ＱLが、図２Ｂに示す従来の昇圧コンバータのスイッチング素子（ＳＷ）を構成することを当業者なら諒解されよう。ハイサイドＦＥＴ  ＱH1は、デバイスのボディダイオード（図１、挿入図参照）により、オン状態ではダイオードを導通させる順方向として挙動し、オフ状態ではブロッキングダイオードとして動作するので、ダイオード素子（Ｄ）として機能する。ＰＷＭスイッチング回路１０６は、駆動信号１２４のデューティサイクルを調整するためにフィードバック１２８としてＵＳＢ  ＩＮポートでの生成された出力電圧を使用し得る。逆方向の昇圧モード動作では、ＵＳＢ  ＩＮポートでの生成される調整された出力電圧は、図２ＢのＶOUTに相当する。
【００２２】
[0026]駆動信号１２６がＤＣ  ＩＮポートに対する逆方向の昇圧モード動作を提供するために同様に生成され得ることが諒解されよう。特に、ローサイドＦＥＴ  ＱLはスイッチング素子ＳＷを構成し、ハイサイドＦＥＴ  ＱH2は、ＤＣ  ＩＮポートでの調整された出力電圧を生成するための、図２Ｂに示すダイオード素子Ｄとして機能する。
【００２３】
[0027]逆方向の昇圧モード動作の上記の説明では、ＱS短絡スイッチは、オフ（非導通）状態であると仮定される。したがって、ＰＷＭスイッチング回路１０６が駆動信号１２４を生成するか、または駆動信号１２６を生成するかに応じて、ＵＳＢ  ＩＮポートのみで、またはＤＣ  ＩＮポートのみで出力電圧が生成される。しかしながら、本開示によれば、回路１００は、短絡スイッチＱSがオン状態である、逆方向の昇圧モードで動作し得る。たとえば、いくつかの実施形態では、コントローラ１０８は、短絡スイッチＱSをオンにするために制御信号１３２の電圧レベルをアサートし得る。
【００２４】
[0028]逆方向の昇圧モード中に短絡スイッチＱSがオン（導通）状態であるとき、ハーフブリッジ１０２（または１０４）の一方を駆動することが他方のハーフブリッジ１０４（または１０２）も駆動することが諒解できよう。たとえば、ＰＷＭスイッチング回路１０６がＱH1およびＱL（ハーフブリッジ１０２）を駆動するための駆動信号１２４を生成する場合、ＱH2も、短絡スイッチＱSによって提供される、ＱH1のゲートとＱH2のゲートとの間の短絡によって駆動される。さらにＱLがハーフブリッジ１０２および１０４に共通であるので、両方のハーフブリッジが駆動信号１２４によって駆動されるという結果になる。言い換えれば、逆方向の昇圧がＵＳＢ  ＩＮポートとＤＣ  ＩＮポートの両方で起こり、調整された出力電圧がＵＳＢ  ＩＮポートとＤＣ  ＩＮポートの両方で生成される。
【００２５】
[0029]同様に、ＱS短絡スイッチをオンにして、ＰＷＭスイッチング回路１０６がＱH2およびＱL（ハーフブリッジ１０４）を駆動するための駆動信号１２６を生成する場合、ＱH1も、短絡スイッチによって提供される、ＱH1のゲートとＱH2のゲートとの間の短絡によって駆動される。さらにＱLがハーフブリッジ１０２および１０４に共通であるので、両方のハーフブリッジが駆動信号１２６によって駆動され、その結果、調整された出力電圧がＤＣ  ＩＮポートとＵＳＢ  ＩＮポートの両方で生成される。
【００２６】
[0030]コントローラ１０８は、回路１００によって実行される逆方向の昇圧動作の特性を制御するために適切な制御信号１３０、１３２を生成し得る。たとえば、（たとえば、制御レジスタからの）制御入力は、入力ポートＵＳＢ  ＩＮまたはＤＣ  ＩＮの指定された一方に調整された出力電圧を提供するために逆方向の昇圧動作のための回路１００を構成するようにコントローラ１０８に通知し得る。したがって、制御信号１３２は、短絡スイッチＱSをオフにするようにデアサートされ（de-asserted）、制御信号１３０は、指定された入力ポートに対応する駆動信号１２４または１２６を生成するようにＰＷＭスイッチング回路１０６を制御するために生成される。
【００２７】
[0031]本開示によれば、制御入力は、両方の入力ポートＵＳＢ  ＩＮおよびＤＣ  ＩＮに調整された出力電圧を提供するように、両方のポートでのコントローラ１０８イネーブル逆方向昇圧動作に通知し得る。したがって、制御信号１３２は、短絡スイッチＱSをオンにするようにアサートされる。各ハーフブリッジのハイサイドＦＥＴのゲートが短絡スイッチＱSによって互いに短絡されるので、ＰＷＭスイッチング回路１０６は、駆動信号１２４または駆動信号１２６のいずれかをアサートし得る。
【００２８】
[0032]本開示によれば、制御入力は、両方のポートでの逆方向の昇圧動作が可能になる際にどちらの入力ポートが「優先権」を有するかを指定し得る。優先ポートは、たとえば、ＰＷＭスイッチング回路１０６が駆動信号１２４または１２６を生成するために使用するフィードバック１２８として優先ポートの出力電圧を使用することによって出力電圧が調整されるポート（たとえば、ＵＳＢ  ＩＮまたはＤＣ  ＩＮ）を指す。したがって、非優先ポートにおける出力電圧は、優先ポートの電圧に応じて調整される。特定の実装形態では、たとえば、ＰＷＭスイッチング回路１０６は、基準電圧と比較されるフィードバック１２８としてＵＳＢ  ＩＮポートまたはＤＣ  ＩＮポートの電圧を選択するためのセレクタを含み得る。
【００２９】
[0033]本開示によれば、回路１００の動作モードは、制御入力を変更することによって動的に変化し得る。たとえば、回路１００がＵＳＢ  ＩＮポートのみに逆方向の昇圧モードを提供するために動作している（すなわち、調整された出力電圧がＵＳＢ  ＩＮポートのみに提供される）と仮定されたい。制御入力は、その後、たとえば、短絡スイッチＱSをオンにするようにコントローラ１０８が制御信号１３２をアサートすることによって、ＵＳＢ  ＩＮポートとＤＣ  ＩＮポートの両方での逆方向の昇圧を可能にするように回路１００を構成するために変更され得る。さらに、制御入力は、適切なフィードバック１２８、すなわちＵＳＢ  ＩＮの電圧またはＤＣ  ＩＮの電圧のいずれかを選択するために、コントローラ１０８に、ＰＷＭスイッチング回路１０６への適切な制御信号１３０を生成させるように優先ポートを特定し得る。
【００３０】
[0034]逆に、回路１００がＵＳＢ  ＩＮポートとＤＣ  ＩＮポートの両方に逆方向の昇圧モードを提供するために動作していると仮定されたい。制御入力は、その後、入力ポートの１つのみにおいて逆方向の昇圧を可能にするように回路１００を構成するために変更され得る。それに応じて、コントローラ１０８は、短絡スイッチＱSをオフにするために制御信号１３２をデアサートし、適切なフィードバック１２８を選択することを含めて、指定された入力ポートに対応するハーフブリッジのみを駆動する駆動信号（１２４または１２６）を生成するようにＰＷＭスイッチング回路１０６を制御するために制御信号１３０をアサートし得る。
【００３１】
[0035]いくつかの実施形態では、回路１００は、追加の入力ポートを含み得る。図３を参照すると、回路３００は、追加の入力ポートＤＣ  ＩＮ１を含む。他の実施形態では、４つ以上の入力ポートを回路３００に提供するために追加の入力ポートの数が容易にスケーリングされ得ることが諒解されよう。回路３００は、ＤＣ  ＩＮ１ポートと中間点１２２とに接続されたハーフブリッジ３０２を含み得る。短絡スイッチＱS1およびＱS2が、ハイＦＥＴ  ＱH1、ＱH2、およびＱH3のゲートを短絡するために提供され得る。本開示に従って、調整された出力電圧を用いて３つすべての入力ポートを駆動するために、上記で説明したやり方で、ＱS1とＱS2の両方の短絡スイッチをオンにするように制御信号１３２が使用され得る。
【００３２】
[0036]いくつかの実施形態では、入力ポートの対において逆方向の昇圧モード動作が可能になるように、追加の回路および／または制御部が提供され得る。図４を参照すると、たとえば、一実施形態では、コントローラ１０８は、逆方向の昇圧モード動作が可能になる入力ポートを指定するために制御信号４３２ａおよび４３２ｂを提供し得る。たとえば、両方の制御信号４３２ａおよび４３２ｂがアサートされる場合、逆方向の昇圧モードが、３つすべての入力ポートについて可能になる。制御信号４３２ａのみがアサートされる場合、入力ポートＵＳＢ  ＩＮおよびＤＣ  ＩＮでは逆方向の昇圧モードが可能になるが、ＤＣ  ＩＮ１では可能にならない。制御信号４３２ｂのみがアサートされる場合、入力ポートＤＣ  ＩＮおよびＤＣ  ＩＮ１では逆方向の昇圧モードが可能になるが、ＵＳＢ  ＩＮでは可能にならない。
【００３３】
[0037]図５を参照すると、いくつかの実施形態では、短絡スイッチＱS1およびＱS2は、短絡マトリクス５０２と交換され得る。短絡マトリクス５０２は、ハイサイド駆動信号線５１２、５１４、５１６のうちのいずれか２つ、またはこれらの線の３つすべてを互いに短絡するように構成され得るスイッチのアレイを備え得る。たとえば、線５１２および５１４は、ＵＳＢ  ＩＮポートおよびＤＣ  ＩＮポートでの調整された出力電圧が生成され得るように互いに短絡される場合があり、線５１２および５１６は、ＵＳＢ  ＩＮポートおよびＤＣ  ＩＮ１ポートでの調整された出力電圧が生成され得るように互いに短絡される場合がある、など。コントローラ１０８は、短絡マトリクス５０２を制御するために適切な制御信号５０４を生成し得る。
利点および技術的効果
[0038]従来技術のレギュレータを上回る、本開示によるスイッチングレギュレータの利点は、チップ実装面積およびチップコストの大幅な低減を含む。逆方向の昇圧モードで動作する従来技術の昇圧レギュレータの入力側に追加のパワーレールを提供することは、通常、パワーＦＥＴを使用する複数のスイッチを用いて入力ポートのうちの１つまたは複数から「タッピング（tapping）」を必要とする。パワーＦＥＴは、通常、スイッチングＦＥＴと比較して物理的に大きいデバイスであり、したがって、著しい追加のチップ実装面積を消費する。スイッチは、互いに絶縁され、分岐された入力ポートから絶縁される必要がある。追加の絶縁回路は、従来のレギュレータの設計の全体的な複雑性を増大させる。
【００３４】
[0039]それと比較すると、本開示によるスイッチングレギュレータ（たとえば、昇降圧レギュレータ１００）は、上記で説明したように、既存のパワーＦＥＴを「再使用すること」によって追加の回路のコストを回避することができる。短絡スイッチＱS（図１）などの小さいスイッチングＦＥＴとコントローラ１０８内の何らかの追加の制御論理とだけを加えることによって、逆方向の昇圧モードのための追加のパワーレールが、チップのサイズおよび複雑性の大幅な増大と製造コストの実質的な増大とを有することなく実現され得る。
【００３５】
[0040]上記の説明では、特定の実施形態の態様がどのように実装され得るかの例とともに、本開示の様々な実施形態を示した。上記の例は、上記実施形態のみであると見なされるべきではなく、以下の特許請求の範囲によって定義された特定の実施形態のフレキシビリティと利点とを示すために提示された。上記の開示と以下の特許請求の範囲とに基づいて、特許請求の範囲によって定義された本開示の範囲から逸脱することなく、他の構成、実施形態、実装形態、および均等物が採用され得る。
【００３６】
[0041]我々は以下の項目を請求する。
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
回路であって、前記回路は下記を備える、
入力と、ハイサイドゲート駆動入力と、ローサイドゲート駆動入力と、出力とを有する第１のハーフブリッジ回路と、
入力と、ハイサイドゲート駆動入力と、ローサイドゲート駆動入力と、出力とを有する少なくとも１つの第２のハーフブリッジ回路と、
前記第１のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドゲート駆動入力と前記第２のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドゲート駆動入力との間に接続され、前記第１のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドゲート駆動入力と前記第２のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドゲート駆動入力とが電気的に接続されるオン状態と、前記第１のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドゲート駆動入力と前記第２のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドゲート駆動入力とが電気的に接続されないオフ状態とを有する、短絡スイッチと、
各ハーフブリッジ回路の前記出力に接続された１つの端部と、前記回路の出力に接続されたもう１つ端部とを有するインダクタと、
各ハーフブリッジ回路の前記ハイサイドゲート駆動入力と前記ローサイドゲート駆動入力とに接続されたスイッチング信号生成器。
［Ｃ２］
前記短絡スイッチに接続され、前記短絡スイッチの前記オン／オフ状態を制御するためのスイッチ制御信号を有するコントローラをさらに備える、Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ３］
前記スイッチング信号生成器が降圧モード動作のための第１のスイッチング信号を生成し、前記スイッチング信号生成器が昇圧モード動作のための第２のスイッチング信号を生成し、ここにおいて、前記短絡スイッチが降圧モード動作中にはオフになり、前記短絡スイッチが昇圧モード動作中には選択的にオンになる、Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ４］
降圧モード動作に関して、前記ハーフブリッジ回路の１つの前記入力での電圧レベルが、前記回路の前記出力での調整された電圧レベルを生成するように降圧される、Ｃ３に記載の回路。
［Ｃ５］
昇圧モード動作に関して、前記回路の前記出力での電圧レベルが、前記第１および第２のハーフブリッジ回路の両方の入力での調整された電圧レベルを生成するように昇圧される、Ｃ３に記載の回路。
［Ｃ６］
昇圧モード動作に関して、前記スイッチング信号生成器が、フィードバックとして前記第１のハーフブリッジ回路の前記入力での電圧レベル、または前記第２のハーフブリッジ回路の前記入力での電圧レベルのいずれかを使用する、Ｃ３に記載の回路。
［Ｃ７］
各ハーフブリッジ回路が、ローサイドスイッチに接続されたハイサイドスイッチを備える、Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ８］
各ハーフブリッジ回路の各ハイサイドスイッチが、同じローサイドスイッチに接続される、Ｃ７に記載の回路。
［Ｃ９］
前記回路の前記出力に接続されたキャパシタをさらに備える、Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ１０］
前記回路が昇降圧スイッチングレギュレータである、Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ１１］
回路であって、
第１の入力ポートおよび第２の入力ポートと、
出力ポートと、
前記第１の入力ポートおよび前記第２の入力ポートにそれぞれ接続された第１のハーフブリッジ回路および第２のハーフブリッジ回路、ここで、各ハーフブリッジ回路がハイサイドドライバ入力とローサイドドライバ入力とを備え、前記第１および第２のハーフブリッジ回路が共通の出力で接続される、と、
順方向の降圧モードまたは逆方向の昇圧モードにおいて前記回路を動作させるために前記第１および第２のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドドライバ入力および前記ローサイドドライバ入力に駆動信号を提供するように構成されたパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチング回路と、
前記第１および第２のハーフブリッジの前記共通出力と、前記出力ポートとの間に接続されたインダクタと
を備え、
前記ＰＷＭスイッチング回路が、前記ハーフブリッジ回路の１つの前記ハイサイドドライバ入力および前記ローサイドドライバ入力に提供される、順方向の降圧モード動作のための第１の駆動信号を生成するように構成され、ここにおいて、前記ハーフブリッジ回路の前記１つの前記入力ポートでの第１の電圧レベルが、降圧電圧レベルとして前記出力ポートに現れ、
前記ＰＷＭスイッチング回路が、逆方向の昇圧モード動作のための第２の駆動信号を生成するようにさらに構成され、
ここにおいて、前記第１および第２のハーフブリッジ回路が、それらのそれぞれのハイサイドドライバ入力およびローサイドドライバ入力で前記第２の駆動信号を実質的に同時に受け取るように構成され、ここにおいて、前記出力ポートでの提供された第２の電圧レベルが、前記第１の入力ポートと前記第２の入力ポートの両方における昇圧電圧レベルを生成するために昇圧される、
回路。
［Ｃ１２］
前記第１のハーフブリッジ回路と前記第２のハーフブリッジ回路との間に接続され、前記第１のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドドライバ入力と前記第２のハーフブリッジ回路の前記ハイサイドドライバ入力とに選択的に電気的に接続し、それらを切断するように動作可能な短絡スイッチをさらに備え、ここにおいて、前記順方向の降圧モード動作中に前記短絡スイッチがオフ状態になり、前記逆方向の昇圧モード動作中に前記短絡スイッチが選択的にオン状態になる、Ｃ１１に記載の回路。
［Ｃ１３］
前記ＰＷＭスイッチング回路の動作を制御し、前記第２の駆動信号が前記ハーフブリッジ回路のただ１つ、または前記ハーフブリッジ回路の両方を駆動するかを制御するためのコントローラをさらに備える、Ｃ１１に記載の回路。
［Ｃ１４］
前記ＰＷＭスイッチング回路が、フィードバックとして入力ポートの１つでの電圧レベルを選択し、前記選択されたフィードバックから逆方向の昇圧モード動作中にエラー信号を生成するようにさらに構成される、Ｃ１１に記載の回路。
［Ｃ１５］
第３の入力ポートと前記第３の入力ポートに接続された第３のハーフブリッジ回路とをさらに備え、ハイサイドドライバ入力とローサイドドライバ入力とを備え、ここにおいて、前記第１、第２、および第３のハーフブリッジ回路が、それらのそれぞれのハイサイドドライバ入力およびローサイドドライバ入力で前記第２の駆動信号を実質的に同時に受け取るように構成され、前記昇圧電圧レベルが、前記第１、第２、および第３の入力ポートで現れる、Ｃ１１に記載の回路。
［Ｃ１６］
スイッチングレギュレータ回路であって、前記スイッチングレギュレータ回路は下記を備える、
第１および第２の入力ポートと、
出力ポートと、
前記第１の入力ポートまたは前記出力ポートでの調整された電圧レベルを生成するために提供される駆動信号に応答して前記第１の入力ポートまたは前記出力ポートでの電圧を切り替えるための第１の手段と、
前記第２の入力ポートまたは前記出力ポートでび調整された電圧レベルを生成するために提供される駆動信号に応答して前記第２の入力ポートまたは前記出力ポートでの電圧を切り替えるための第２の手段と、
前記第１および第２の手段の両方に、または前記第１の手段もしくは前記第２の手段のいずれかに選択的に駆動信号を提供することを可能にするための第３の手段、ここにおいて、前記第３の手段が、前記第１および第２の入力ポートの両方での調整された電圧レベルを生成するために前記第１および第２の手段への駆動信号の提供を実質的に同時に可能にし得る。
［Ｃ１７］
駆動信号を生成するために前記第１および第２の手段に接続された第４の手段をさらに備える、Ｃ１６に記載の回路。
［Ｃ１８］
前記第４の手段が、前記第１および第２の入力ポートと前記出力ポートとに接続され、前記ポートの１つでの電圧が前記駆動信号のデューティサイクルを調整するために使用される、Ｃ１７に記載の回路。
［Ｃ１９］
前記第３の手段が、逆方向の昇圧モード動作中に前記第１および第２の手」段への駆動信号の前記提供を実質的に同時に可能にする、Ｃ１６に記載の回路。
［Ｃ２０］
前記回路が昇降圧スイッチングレギュレータである、Ｃ１６に記載の回路。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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