(57)【要約】      （修正有）【課題】可変出力電圧を有するDC/DCコンバータを制御するための改善されたコントローラおよび方法を提供する。【解決手段】DC/DCコンバータ２００は、入力DC電圧を出力DC電圧に変換し、電池２１０を充電する。DC/DCコンバータは、スイッチング回路を制御し、出力電圧レベルを調節するために出力電圧のための目標値および出力電圧レベルを示す第1の検出信号に従って駆動信号を生成するために使用可能なDC/DCコントローラ２０２と、出力電圧レベルを示す第1の検出信号および電池電圧レベルを示す第2の検出信号を受け取り、出力電圧のための目標値を調節するために第1の検出信号および第2の検出信号に従ってループ制御信号を生成するために使用可能である、DC/DCコントローラおよび電池に結合される電池充電コントローラ２１２とを含み、第1の検出信号と第2の検出信号との間の差は、電池充電電流の量を示す。【選択図】図２
2016101085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
DC入力電圧をDC出力電圧に変換し、電池を充電するために使用可能なDC/DCコンバータであって、前記DC/DCコンバータは、
スイッチング回路を制御し、前記出力電圧レベルを調節するために前記出力電圧のための目標値および前記出力電圧レベルを示す第1の検出信号に従って駆動信号を生成するために使用可能なDC/DCコントローラと、
前記出力電圧レベルを示す前記第1の検出信号および電池電圧レベルを示す第2の検出信号を受け取り、前記出力電圧のための前記目標値を調節するために前記第1の検出信号および前記第2の検出信号に従ってループ制御信号を生成するために使用可能である、前記DC/DCコントローラおよび前記電池に結合される電池充電コントローラとを備え、
前記第1の検出信号と前記第2の検出信号との間の差は、電池充電電流の量を示す、DC/DCコンバータ。
【請求項２】
前記電池充電コントローラは、
前記第1の検出信号と前記第2の検出信号との間の差および前記電池充電電流のための目標値を示す基準電流信号を比較するために使用可能な第1の誤差増幅器と、
前記第2の検出信号および前記電池電圧のための目標値を示す基準電圧信号を比較するために使用可能な第2の誤差増幅器と、
前記第1の誤差増幅器および前記第2の誤差増幅器の比較結果に従って前記ループ制御信号を調節し、こうして前記出力電圧のための前記目標値を調節するために使用可能である、前記第1の誤差増幅器および前記第2の誤差増幅器に結合されるバイアス電流源とを備える、請求項1に記載のDC/DCコンバータ。
【請求項３】
もし前記第2の検出信号が、前記基準電圧信号よりも小さいならば、その時前記DC/DCコンバータは、前記電池充電電流のための前記目標値に等しい電流値で前記電池を充電し、前記第1の誤差増幅器は、電流を吸い込み、前記第2の誤差増幅器は、電流を吸い込まず、前記バイアス電流源は、前記出力電圧および前記電池電圧がそれに応じて増加するように前記ループ制御信号を増加させ、
もし前記第2の検出信号が、前記基準電圧信号よりも小さくないならば、その時前記DC/DCコンバータは、前記電池電圧のための前記目標値に等しい電圧値で前記電池を充電し、前記第1の誤差増幅器は、電流を吸い込まず、前記第2の誤差増幅器は、電流を吸い込み、前記バイアス電流源は、前記出力電圧および前記電池電圧が実質的に不変のままであるように前記ループ制御信号を実質的に不変に維持する、請求項2に記載のDC/DCコンバータ。
【請求項４】
前記DC/DCコンバータが、前記定電圧で前記電池を充電するとき、前記電池充電電流は、前記電池充電電流のための前記目標値から所定の電流値まで徐々に減少する、請求項3に記載のDC/DCコンバータ。
【請求項５】
前記駆動信号は、パルス幅変調信号であり、前記DC/DCコントローラは、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルを調節することによって前記出力電圧を調節する、請求項1に記載のDC/DCコンバータ。
【請求項６】
前記パルス幅変調信号は、第1の状態および第2の状態を有し、
もし前記パルス幅変調信号が、前記第1の状態にあるならば、その時前記スイッチング回路は、スイッチオン状態に駆動され、前記DC/DCコンバータ中のインダクタを通って流れる電流は、増加し、
もし前記パルス幅変調信号が、前記第2の状態にあるならば、その時前記スイッチング回路は、スイッチオフ状態に駆動され、前記DC/DCコンバータ中の前記インダクタを通って流れる前記電流は、減少する、請求項5に記載のDC/DCコンバータ。
【請求項７】
DC/DCコンバータによる電池の充電を制御するために使用可能な電池充電コントローラであって、前記DC/DCコンバータは、DC入力電圧をDC出力電圧に変換し、前記電池充電コントローラは、
前記出力電圧を示す第1の検出信号と電池電圧を示す第2の検出信号との間の差および電池充電電流のための目標値を示す基準電流信号を比較するために使用可能な第1の誤差増幅器であって、前記第1の検出信号と前記第2の検出信号との間の前記差が、前記電池充電電流の量を示す、第1の誤差増幅器と、
前記第2の検出信号および前記電池電圧のための目標値を示す基準電圧信号を比較するために使用可能な第2の誤差増幅器と、
前記第1の誤差増幅器および前記第2の誤差増幅器の比較結果に従ってループ制御信号を調節し、こうして前記電池充電コントローラに結合されるDC/DCコントローラがそれに応じて前記出力電圧を調節するように前記出力電圧のための目標値を調節するために使用可能である、前記第1の誤差増幅器および前記第2の誤差増幅器に結合されるバイアス電流源とを備える、電池充電コントローラ。
【請求項８】
もし前記第2の検出信号が、前記基準電圧信号よりも小さいならば、その時前記DC/DCコンバータは、前記電池充電電流のための前記目標値に等しい電流値で前記電池を充電し、前記第1の誤差増幅器は、電流を吸い込み、前記第2の誤差増幅器は、電流を吸い込まず、前記バイアス電流源は、前記出力電圧および前記電池電圧がそれに応じて増加するように前記ループ制御信号を増加させ、
もし前記第2の検出信号が、前記基準電圧信号よりも小さくないならば、その時前記DC/DCコンバータは、前記電池電圧のための前記目標値に等しい電圧値で前記電池を充電し、前記第1の誤差増幅器は、電流を吸い込まず、前記第2の誤差増幅器は、電流を吸い込み、前記バイアス電流源は、前記出力電圧および前記電池電圧が実質的に不変のままであるように前記ループ制御信号を実質的に不変に維持する、請求項7に記載の電池充電コントローラ。
【請求項９】
前記DC/DCコンバータが、前記定電圧で前記電池を充電するとき、前記電池充電電流は、前記電池充電電流のための前記目標値から所定の電流値まで徐々に減少する、請求項8に記載の電池充電コントローラ。
【請求項１０】
前記DC/DCコントローラは、スイッチング回路を制御し、前記出力電圧を調節するために前記出力電圧のための前記目標値および前記第1の検出信号に従って駆動信号を生成するために使用可能である、請求項7に記載の電池充電コントローラ。
【請求項１１】
前記駆動信号は、パルス幅変調信号であり、前記DC/DCコントローラは、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルを調節することによって前記出力電圧を調節する、請求項10に記載の電池充電コントローラ。
【請求項１２】
前記パルス幅変調信号は、第1の状態および第2の状態を有し、
もし前記パルス幅変調信号が、前記第1の状態にあるならば、その時前記スイッチング回路は、スイッチオン状態に駆動され、前記DC/DCコンバータ中のインダクタを通って流れる電流は、増加し、
もし前記パルス幅変調信号が、前記第2の状態にあるならば、その時前記スイッチング回路は、スイッチオフ状態に駆動され、前記DC/DCコンバータ中の前記インダクタを通って流れる前記電流は、減少する、請求項11に記載の電池充電コントローラ。
【請求項１３】
第1の誤差増幅器によって、出力電圧のレベルを示す第1の検出信号と電池電圧のレベルを示す第2の検出信号との間の差および電池充電電流のための目標値を示す基準電流信号を比較するステップであって、前記出力電圧は、DC/DCコンバータによって入力電圧から変換され、前記第1の検出信号と前記第2の検出信号との間の前記差は、前記電池充電電流の量を示す、ステップと、
第2の誤差増幅器によって、前記第2の検出信号および前記電池電圧のための目標値を示す基準電圧信号を比較するステップと、
前記第1の誤差増幅器および前記第2の誤差増幅器に結合されるバイアス電流源によって、前記第1の誤差増幅器および前記第2の誤差増幅器の比較結果に従ってループ制御信号を調節し、こうして電池充電コントローラに結合されるDC/DCコントローラがそれに応じて前記出力電圧の前記レベルを調節するように前記出力電圧のための目標値を調節するステップとを含む、電池充電制御方法。
【請求項１４】
もし前記第2の検出信号が、前記基準電圧信号よりも小さいならば、その時前記DC/DCコンバータは、前記電池充電電流のための前記目標値に等しい電流値で前記電池を充電し、前記第1の誤差増幅器は、電流を吸い込み、前記第2の誤差増幅器は、電流を吸い込まず、前記バイアス電流源は、前記出力電圧および前記電池電圧がそれに応じて増加するように前記ループ制御信号を増加させ、
もし前記第2の検出信号が、前記基準電圧信号よりも小さくないならば、その時前記DC/DCコンバータは、前記電池電圧の前記目標値に等しい電圧値で前記電池を充電し、前記第1の誤差増幅器は、電流を吸い込まず、前記第2の誤差増幅器は、電流を吸い込み、前記バイアス電流源は、前記出力電圧および前記電池電圧が実質的に不変のままであるように前記ループ制御信号を実質的に不変に維持する、請求項13に記載の電池充電制御方法。
【請求項１５】
前記DC/DCコンバータが、前記定電圧で前記電池を充電するとき、前記電池充電電流は、前記電池充電電流の前記目標値から所定の電流値まで徐々に減少する、請求項14に記載の電池充電制御方法。
【請求項１６】
前記DC/DCコントローラは、スイッチング回路を制御し、前記出力電圧を調節するように前記出力電圧の前記目標値および前記第1の検出信号に従って駆動信号を生成するために使用可能である、請求項13に記載の電池充電制御方法。
【請求項１７】
前記駆動信号は、パルス幅変調信号であり、前記DC/DCコントローラは、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルを調節することによって前記出力電圧を調節する、請求項16に記載の電池充電制御方法。
【請求項１８】
前記パルス幅変調信号は、第1の状態および第2の状態を有し、
もし前記パルス幅変調信号が、前記第1の状態にあるならば、その時前記スイッチング回路は、スイッチオン状態に駆動され、前記DC/DCコンバータ中のインダクタを通って流れる電流は、増加し、
もし前記パルス幅変調信号が、前記第2の状態にあるならば、その時前記スイッチング回路は、スイッチオフ状態に駆動され、前記DC/DCコンバータ中の前記インダクタを通って流れる前記電流は、減少する、請求項17に記載の電池充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、DC/DCコンバータのためのコントローラに関し、特に可変出力電圧を有するDC/DCコンバータを制御するためのコントローラおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
DC/DCコンバータは、入力DC(直流)電圧を出力DC電圧に変換するために使用される。DC/DCコンバータは、入力DC電圧を降圧するまたは昇圧することができる。降圧コンバータの一種は、同期降圧コンバータである。この種のコンバータは典型的には、コントローラ、ドライバ、一対のスイッチ、およびその対のスイッチに結合されるLC(インダクタ-キャパシタ)フィルタを有する。コントローラは、制御信号(例えば、パルス幅変調信号)をドライバに提供し、それは次いで、その対のスイッチ、例えば高圧側スイッチおよび低圧側スイッチを駆動する。ドライバは、各スイッチを交互にオンおよびオフにし、それによってDC/DCコンバータのインダクタ電流および出力電圧を制御する。
【０００３】
一般に、もしパルス幅変調(PWM)信号が、ハイであるならば、高圧側スイッチは、オンであり、低圧側スイッチは、オフである。スイッチのこの状態は、本明細書では「スイッチオン」状態と呼ばれることになる。この状態では、インダクタは、入力電圧源に結合される。それに応じて、インダクタ電流は、一定の比率で上昇し始め、磁気エネルギーをインダクタに蓄える。もしPWM信号が、ローであるならば、高圧側スイッチは、オフであり、低圧側スイッチは、オンである。スイッチのこの状態は、「スイッチオフ」状態と呼ばれることになる。この状態では、インダクタに蓄えられた磁気ネルギーは、解放され始める。それに応じて、インダクタ電流は、一定の比率で降下し始める。PWM信号のデューティサイクルは、スイッチオン状態のための時間オンおよびスイッチオフ状態のための時間オフを決定する。デューティサイクルは、センス抵抗を介してインダクタ電流を監視することによってまたは出力電圧を基準電圧レベルと比較することによって調節することができる。
【０００４】
図1Aは、入力DC電圧VINを出力DC電圧VOUTに変換するために使用可能な既存のDC/DCコンバータ100を示す。例示されるDC/DCコンバータ100は、同期降圧コンバータであり、一般にDC/DCコントローラ102、コントローラ104、高圧側スイッチQ1および低圧側スイッチQ2を含む一対のスイッチ(スイッチング回路)106、ならびに低域通過フィルタ108を含む。低域通過フィルタ108は、インダクタLおよびキャパシタCを含む。低域通過フィルタ108はさらに、DC/DCコントローラ102の端子CSNおよびCSPに帰還電圧レベルを提供するために使用可能な、インダクタLに結合されるセンス抵抗R1を含み、それは、インダクタLを通って流れる電流量を示す。
【０００５】
DC/DCコントローラ102は、所望の出力電圧を設定することができる目標入力端子SLEWを有する。キャパシタCSLEWは、抵抗分圧器R2/R3中の抵抗の値および基準電圧REFの値に基づいて充電する。キャパシタCSLEW上のSLEW電圧は、ゼロからピーク値まで増加し、それは、抵抗分圧器R2/R3中の抵抗の値および基準電圧REFの値によって決定される。DC/DCコントローラ102の端子VFBは、出力電圧VOUTを示す検出信号を受け取る。ランプ電圧のピーク値(例えば、目標出力電圧)および端子VFBによって受け取る検出信号(出力電圧VOUTを示す)に基づいて、DC/DCコントローラ102は、PWM信号PWM1および低圧側スイッチイネーブル信号ENをコントローラ104に提供することができる。PWM信号PWM1および低圧側スイッチイネーブル信号ENに基づいて、コントローラ104は、高圧側スイッチQ1および低圧側スイッチQ2の状態を制御する。
【０００６】
図1Bは、様々なPWMおよびEN信号について図1Aでの高圧側スイッチQ1および低圧側スイッチQ2の様々なスイッチ状態の例を示す表120である。ブロック122においては、低圧側スイッチイネーブル信号ENは、デジタル1である。もしPWM信号PWM1が、デジタル1であるならば、高圧側スイッチQ1は、オンであり、低圧側スイッチQ2は、オフであり、その時スイッチング回路106は、スイッチオン状態にある。もしPWM信号PWM1が、デジタル0であるならば、高圧側スイッチQ1は、オフであり、低圧側スイッチは、オンであり、その時スイッチング回路106は、スイッチオフ状態にある。ブロック124においては、低圧側スイッチイネーブル信号ENは、デジタル0である。もしPWM信号PWM1が、デジタル1であるならば、高圧側スイッチQ1は、オンであり、低圧側スイッチQ2は、オフであり、その時スイッチング回路106は、スイッチオン状態にある。もしPWM信号PWM1が、デジタル0であるならば、高圧側スイッチQ1および低圧側スイッチQ2は、両方ともオフであり、その時スイッチング回路106は、スイッチ動作不能状態(スキップモード)にある。
【０００７】
動作中に、DC/DCコントローラ102の端子SLEWにおいて受け取るランプ電圧は、ゼロからピーク値まで上昇する。DC/DCコントローラ102は、出力電圧VOUTをピーク値によって設定される目標出力電圧に調節するために、ピーク値(目標出力電圧)および端子VFBにおいて受け取る検出信号(出力電圧VOUTを示す)に従って低圧側スイッチイネーブル信号ENおよびパルス幅変調信号PWM1のデューティサイクルを調節する。
【０００８】
しかしながら、DC/DCコントローラ102のランプ電圧のピーク値は、抵抗分圧器R2/R3中の抵抗の値および基準信号REFの値によって決定される一定値である。調節される出力電圧VOUTもまた、可変値よりもむしろ一定であり、それは、可変出力電圧(例えば、電池充電)のための適用要件を満たすことを困難にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明による実施形態は、可変出力電圧を有するDC/DCコンバータを制御するための改善されたコントローラおよび方法を提供することによって前述の欠点を解決する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
例示的実施形態では、DC/DCコンバータが、提供される。DC/DCコンバータは、入力DC電圧を出力DC電圧に変換し、電池を充電するために使用可能である。DC/DCコンバータは、スイッチング回路を制御し、出力電圧を調節するために出力電圧のための目標値および出力電圧のレベルを示す第1の検出信号に従って駆動信号を生成するために使用可能なDC/DCコントローラと、出力電圧のレベルを示す第1の検出信号および電池電圧のレベルを示す第2の検出信号を受け取り、出力電圧のための目標値を調節するために第1の検出信号および第2の検出信号に従ってループ制御信号を生成するために使用可能である、DC/DCコントローラおよび電池に結合される電池充電コントローラとを含み、第1の検出信号と第2の検出信号との間の差は、電池充電電流の量を示す。
【００１１】
別の例示的実施形態では、電池充電コントローラが、提供される。電池充電コントローラは、DC/DCコンバータによる電池の充電を制御するために使用可能である。DC/DCコンバータは、入力DC電圧を出力DC電圧に変換する。電池充電コントローラは、出力電圧のレベルを示す第1の検出信号と電池電圧のレベルを示す第2の検出信号との間の差および電池充電電流のための目標値を示す基準電流信号を比較するために使用可能な第1の誤差増幅器であって、第1の検出信号と第2の検出信号との間の差が、電池充電電流の量を示す、第1の誤差増幅器と、第2の検出信号および電池電圧のための目標値を示す基準電圧信号を比較するために使用可能な第2の誤差増幅器と、第1の誤差増幅器および第2の誤差増幅器の比較結果に従ってループ制御信号を調節し、こうして電池充電コントローラに結合されるDC/DCコントローラがそれに応じて出力電圧を調節するように出力電圧のための目標値を調節するために使用可能である、第1の誤差増幅器および第2の誤差増幅器に結合されるバイアス電流源とを含む。
【００１２】
なお別の例示的実施形態では、電池充電制御方法が、提供される。電池充電制御方法は、DC/DCコンバータによる電池の充電を制御するための電池充電コントローラを使用するために使用可能である。DC/DCコンバータは、入力DC電圧を出力DC電圧に変換する。電池充電制御方法は、第1の誤差増幅器によって、出力電圧のレベルを示す第1の検出信号と電池電圧のレベルを示す第2の検出信号との間の差および電池充電電流のための目標値を示す基準電流信号を比較するステップであって、第1の検出信号と第2の検出信号との間の差が、電池充電電流の量を示す、ステップと、第2の誤差増幅器によって、第2の検出信号および電池電圧のための目標値を示す基準電圧信号を比較するステップと、第1の誤差増幅器および第2の誤差増幅器に結合されるバイアス電流源によって、第1の誤差増幅器および第2の誤差増幅器の比較結果に従ってループ制御信号を調節し、こうして電池充電コントローラに結合されるDC/DCコントローラがそれに応じて出力電圧を調節するように出力電圧のための目標値を調節するステップとを含む。
【００１３】
実施形態は、以下の図を伴うとき次の説明を考慮するとより容易に理解されることになり、以下の図では、同様の参照数字は、同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】DC/DCコントローラを含む既存のDC/DCコンバータを示す図である。
【図１Ｂ】様々なパルス幅変調信号および低圧側スイッチイネーブル信号について図1Aでの高圧側スイッチおよび低圧側スイッチの様々なスイッチ状態を例示する図である。
【図２】本開示による実施形態における、DC/DCコントローラおよび電池充電コントローラを含むDC/DCコンバータを例示するブロック図である。
【図３】図2での電池充電コントローラの実施形態を例示するブロック図である。
【図４】本発明による実施形態における図2での電池充電コントローラと関連する信号の波形を示す図である。
【図５】本開示による実施形態における電池充電制御方法の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示による実施形態への詳細な言及が、今からなされることになり、その例は、添付の図面で示される。本開示は、実施形態と併せて述べられることになるが、それらは、本開示をこれらの実施形態に限定することを意図されていないことが理解されよう。それどころか、本開示は、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本開示の趣旨および範囲内に含まれてもよい、代替案、変更、および等価物を包含することを意図される。
【００１６】
さらに、本開示による実施形態の以下の詳細な説明では、多数の具体的詳細が、本開示の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、本開示は、これらの具体的詳細なしに実施されてもよいことが、当業者には認識されよう。他の例では、よく知られた方法、手続き、コンポーネント、および回路は、本開示による実施形態の態様を不必要に分かりにくくしないために詳細に述べられていない。
【００１７】
図2は、本開示による実施形態における、DC/DCコントローラ202および電池充電コントローラ212を含むDC/DCコンバータ200を例示するブロック図である。DC/DCコンバータ200は、入力DC電圧VINを出力DC電圧VOUTに変換し、電池(例えば、電池210)を充電するために使用可能である。図2に示されるように、DC/DCコンバータ200は、同期降圧コンバータであり、DC/DCコントローラ202、コントローラ204、高圧側スイッチQ1および低圧側スイッチQ2を含む一対のスイッチ(スイッチング回路)206、ならびに低域通過フィルタ208を含む。低域通過フィルタ208は、インダクタLおよびキャパシタCを含む。低域通過フィルタ208はさらに、インダクタLを通って流れる電流量を示す帰還電圧レベルをDC/DCコントローラ202の端子CSNおよびCSPに提供するために使用可能な、インダクタLに結合されるセンス抵抗R1を含む。図1のDC/DCコンバータ100とは異なり、図2に示されるDC/DCコンバータ200は、可変出力電圧を提供し、電池210を充電するために電池充電コントローラ212を利用することができる。
【００１８】
DC/DCコントローラ202は、端子VDDA、DRV、LDR_EN、SP、CSN、CSP、GND、VFBおよびSLEW1を含む。端子VDDAは、電力をDC/DCコントローラ202に供給する。端子DRVおよびLDR_ENはそれぞれ、パルス幅変調信号PWM1および低圧側スイッチイネーブル信号ENをコントローラ204に提供するために使用可能である。パルス幅変調信号PWM1および低圧側スイッチイネーブル信号ENに基づいて、コントローラ204は、高圧側スイッチQ1および低圧側スイッチQ2の状態を制御することができる。端子SPは、DC/DCコントローラ202のスキップモードを選択的に有効にするために使用可能であり、例えば、低域通過フィルタ中のインダクタLを通って流れる電流が、ゼロまで減少する(例えば、エネルギー蓄積要素が、完全に放電される)とき、端子SPにおけるSKIP信号は、高圧側スイッチQ1および低圧側スイッチQ2が両方ともオフ状態にあるように第1の状態(例えば、デジタル1)にある。新しいPWMサイクルは、負荷がエネルギー蓄積要素(例えば、キャパシタC)を放電するときに始まることになり、こうして高圧側スイッチQ1および低圧側スイッチQ2のスイッチング損失を減少させるので、スキップモードは、軽負荷条件に有用である。
【００１９】
端子CSNおよびCSPは、インダクタLを通って流れる電流量の値を示す第1の帰還電圧値および第2の帰還電圧値を受け取るために使用可能である。端子GNDは、接地に結合される。端子VFBは、出力電圧VOUTのレベルを示す検出信号を受け取るために使用可能である。
【００２０】
端子SLEW1は、所望の出力電圧のための目標値を設定するために使用可能である。図1Aに示される固定値とは異なり、図2の端子SLEW1は、電池充電コントローラ212の端子SLEW2からループ制御信号214を受け取る。DC/DCコントローラ202は、インダクタLを通って流れる平均電流を制御するために、端子SLEW1におけるループ制御信号214および端子VFBにおける出力電圧VOUTのレベルを示す検出信号に従って端子DRVにおけるパルス幅変調信号PWM1のデューティサイクルを調節する。そのようにして、出力電圧VOUTは、ループ制御信号214のための目標値に調節され、従ってループ制御性能(帯域幅および応答速度を含む)を改善し、可変出力電圧を提供する。
【００２１】
より具体的には、電池充電コントローラ212は、端子ISET、VSET、ICHP、ICHM、およびSLEW2を含む。DC/DCコンバータ200はさらに、電圧値VAおよびVBを電池充電コントローラ212の端子ICHPおよびICHMにそれぞれ提供するために使用可能なセンス抵抗R4を含む。図2に示されるように、電圧値VAは、出力電圧VOUTに等しく、電圧値VBは、電池210の電池電圧に等しい。従って、端子ICHPにおける電圧VAとICHMにおける電圧VBとの間の差は、センス抵抗R4を通って流れる電流量、すなわち電池210の電池充電電流を示すことができる。端子ISETは、電池充電電流のための目標値ITAR(図示されず)を示す基準電流信号IREFを受け取るために使用可能である。端子VSETは、電池電圧のための目標値VTAR(図示されず)を示す基準電圧信号VREFを受け取るために使用可能である。一実施形態では、基準電圧信号VREFは、電池電圧のための目標値VTARに等しい。別の実施形態では、基準電圧信号VREFは、電池電圧のための目標値VTARに比例するが、しかしながら本発明は、そのように限定されない。端子ISETにおける基準電流信号IREF、端子VSETにおける基準電圧信号VREF、ならびに端子ICHPおよびICHMにおける電圧VAおよびVB(例えば、実際の電池充電電流および電池電圧)に基づいて、電池充電コントローラ212は、端子SLEW2におけるループ制御信号214を調節し、それは次いで、DC/DCコントローラ202の端子SLEW1に出力される。DC/DCコントローラ202は、端子SLEW1におけるループ制御信号214に従って所望の出力電圧のための目標値を調節することができ、こうして出力電圧VOUTを調節する。そのようにして、本発明は、可変出力電圧VOUTを提供し、DC/DCコンバータ200のループ制御性能を改善し、より速い応答速度を獲得し、ループ制御の安定性を確保する。
【００２２】
図3は、図2での電池充電コントローラ212の実施形態を例示するブロック図である。図3に示されるように、電池充電コントローラ212は、誤差増幅器302、304、および306を含む。電池充電コントローラ212はさらに、バイアス電流源308を含む。
【００２３】
誤差増幅器302は、端子ICHPおよびICHMにおける電圧VAおよびVBを比較し、電圧VAとVBとの間の差(電池210の電池充電電流)を示す出力303を生成する。誤差増幅器304は、誤差増幅器302の出力303および端子ISETにおける基準電流信号IREF(電池充電電流のための目標値ITAR(図示されず)を示す)を比較する。誤差増幅器306は、端子ICHMにおける電圧VB(電池210の電池電圧)および端子VSETにおける基準電圧信号VREF(電池電圧のための目標値VTAR(図示されず)を示す)を比較する。誤差増幅器304、306およびバイアス電流源308の複合効果の下で、電池充電コントローラ212は、誤差増幅器304および306の比較結果に従って端子SLEW2におけるループ制御信号214を調節し、こうしてDC/DCコンバータ200の出力電圧、電池電圧、および電池充電電流を調節する。図3の例では、誤差増幅器304および306は、電流を吸い込むだけで、電流を送り出さないように特別に設計される。しかしながら、当業者は、上記の説明が、あらゆる点で例示的であり、制限するものでないと考えられるべきであることを理解するであろう。それどころか、他の適切な要素および構造がまた、本発明の技術的構想を実装するために利用されてもよい。
【００２４】
図4は、本発明による実施形態における図2での電池充電コントローラと関連する信号の波形を示す。図4は、図3と組み合わせ説明される。電池充電プロセスは一般に、定電流充電段階および定電圧充電段階とそれぞれ呼ばれる、2つの段階を含む。定電流充電段階中は、DC/DCコンバータ200は、所定の定充電電流(例えば、端子ISETにおける基準電流信号IREFによって決定される電池充電電流のための目標値ITAR)で電池210を充電し、一方電池電圧VBは、徐々に増加する。いったん電池電圧VBが、所定の定充電電圧(例えば、端子VSETにおける基準電圧信号VREFによって決定される電池電圧のための目標値VTAR)まで増加すると、電池充電プロセスは、定電流充電段階から定電圧充電段階に変化する。定電圧充電段階中は、DC/DCコンバータ200は、所定の定充電電圧(例えば、端子VSETにおける基準電圧信号VREFによって決定される電池電圧のための目標値VTAR)で電池2１0を充電し、一方電池充電電流は、所定の定充電電流(例えば、端子ISETにおける基準電流信号IREFによって決定される電池充電電流のための目標値ITAR)から別の所定の電流値(例えば、0)まで徐々に減少する。このようにして、電池充電プロセスは、完了する。
【００２５】
より具体的には、時間t0から時間t1まで、電池充電プロセスは、定電流充電段階にあり、DC/DCコンバータ200は、電池充電電流のための目標値ITARに等しい定充電電流で電池2１0を充電する。定電流充電段階(時間t0〜t1)中は、電池電圧VBは、電池電圧のための目標値VTAR(例えば、基準電圧信号VREF)よりも小さく、従って誤差増幅器304は、電流を吸い込み、誤差増幅器306は、電流を吸い込まない。バイアス電流源308は、ループ制御信号214の電圧が増加するように電流を端子SLEW2に送り出す。従って、DC/DCコントローラ202は、端子SLEW1において受け取るループ制御信号214に従って出力電圧VOUT(すなわち、VA)および電池電圧VBを増加させる(例えば、パルス幅変調信号PWM1のデューティサイクルを増加させることによって)。
【００２６】
時間t1において、電池電圧VBは、電池電圧のための目標値VTAR(例えば、基準電圧信号VREF)まで増加し、電池充電プロセスは、定電流充電段階から定電圧充電段階に変化する。時間t1から時間t2まで、電池充電プロセスは、定電圧充電段階にあり、すなわち、電池電圧は、電池電圧のための目標値VTAR(例えば、基準電圧信号VREF)に等しく、電池充電電流は、電池充電電流のための目標値ITARから所定の電流値(例えば、0)まで徐々に減少する。誤差増幅器304は、電流を吸い込むことを停止し、誤差増幅器306は、電流を吸い込み始める。誤差増幅器306が、誤差増幅器304に代わって電流を吸い込むので、端子SLEW1におけるループ制御信号214の電圧は、実質的に不変のままである。従って、DC/DCコントローラ202は、出力電圧VOUTおよび電池電圧VBをループ制御信号214に従って実質的に不変に維持する。
【００２７】
図4に示されるように、時間t1からt2の期間中は、出力電圧VOUTは、完全に不変のままではない。その理由は、電池電圧VBが、不変のままであり、電池充電電流が、徐々に減少し、その結果抵抗R4の2つの端部間の電圧降下にわずかな変化があることになるからである。出力電圧VOUTは、定電池電圧VBに抵抗R4の2つの端部間の電圧降下を加えたものに等しい。従って、出力電圧VOUTもまた、実質的に不変と考えるのに十分に小さい無視できる量だけ、わずかに減少することになる。本明細書では、用語「実質的に不変な」は、抵抗R4への影響が無視できると考えるのに十分に小さい限り、出力電圧VOUTが変化できることを意味する。
【００２８】
また、出力電圧VOUTおよびループ制御信号214も、同様の波形形状を有する。これらの2つの信号の数値は、同じかまたは異なることができる。
【００２９】
図5は、本開示による実施形態における電池充電制御方法500の例を示すフローチャートである。図5は、図2から図4との組み合わせで説明されるが、しかしながらそれは、それらの実施形態に限定されない。
【００３０】
ブロック502において、出力電圧のレベルを示す第1の検出信号および電池電圧のレベルを示す第2の検出信号が、センス抵抗から受け取られ、その場合第1の検出信号と第2の検出信号との間の差は、電池充電電流の量を示す。
【００３１】
例えば、電池充電コントローラ212の端子ICHPおよびICHMはそれぞれ、出力電圧のレベル(例えば、VOUT)を示す第1の検出信号(例えば、電圧値VA)および電池電圧のレベルを示す第2の検出電圧(例えば、電圧値VB)を受け取る。電圧VAとVBとの間の差は、センス抵抗R4を通って流れる電流量、すなわち電池210の電池充電電流を示すことができる。
【００３２】
ブロック504において、第1の誤差増幅器は、第1の検出信号と第2の検出信号との間の差および基準電流信号を比較し、第2の誤差増幅器は、第2の検出信号および基準電圧信号を比較する。
【００３３】
例えば、誤差増幅器302は、端子ICHPおよびICHMにおける電圧VAおよびVB(すなわち、第1の検出信号および第2の検出信号)を比較し、電圧VAとVBとの間の差(すなわち、電池210の電池充電電流)を示す出力303を生成する。誤差増幅器304(すなわち、第1の誤差増幅器)は、誤差増幅器302の出力303および端子ISETにおける基準電流信号IREF(電池充電電流のための目標値ITARを示す)を比較する。誤差増幅器306(すなわち、第2の誤差増幅器)は、端子ICHMにおける電圧VB(すなわち、第2の検出信号)および端子VSETにおける基準電圧信号VREF(電池電圧のための目標値VTARを示す)を比較する。
【００３４】
ブロック506において、第1の誤差増幅器、第2の誤差増幅器、およびバイアス電流源の複合効果の下で、電池充電コントローラは、第1の誤差増幅器および第2の誤差増幅器の比較結果に従ってループ制御信号を調節し、こうして出力電圧、電池電圧、および電池充電電流を調節する。
【００３５】
例えば、誤差増幅器304、306およびバイアス電流源308の複合効果の下で、電池充電コントローラ212は、誤差増幅器304および306の比較結果に従って端子SLEW2におけるループ制御信号214を調節し、こうしてDC/DCコンバータ200の出力電圧、電池電圧、および電池充電電流を調節する。一実施形態では、誤差増幅器304および306は、電流を吸い込むだけで、電流を送り出さないように特別に設計される。しかしながら、当業者は、上記の説明が、あらゆる点で例示的であり、制限するものでないと考えられるべきであることを理解するであろう。
【００３６】
より具体的には、電池充電プロセスは一般に、定電流充電段階および定電圧充電段階とそれぞれ呼ばれる、2つの段階を含む。図4の波形について、時間t0から時間t1まで、電池充電プロセスは、定電流充電段階にあり、DC/DCコンバータ200は、電池充電電流のための目標値ITARに等しい定充電電流で電池210を充電する。定電流充電段階(時間t0からt1)中は、電池電圧VBは、電池電圧のための目標値VTAR(例えば、基準電圧信号VREF)よりも小さく、従って誤差増幅器304は、電流を吸い込み、誤差増幅器306は、電流を吸い込まない。バイアス電流源308は、ループ制御信号214の電圧が増加するように電流を端子SLEW2に送り出す。従って、DC/DCコントローラ202は、端子SLEW1において受け取るループ制御信号214に従って出力電圧VOUT(すなわち、VA)および電池電圧VBを増加させる(例えば、パルス幅変調信号PWM1のデューティサイクルを増加させることによって)。
【００３７】
時間t1において、電池電圧VBは、電池電圧のための目標値VTAR(例えば、基準電圧信号VREF)まで増加し、電池充電プロセスは、定電流充電段階から定電圧充電段階に変化する。時間t1から時間t2まで、電池充電プロセスは、定電圧充電段階にあり、すなわち、電池電圧は、電池電圧のための目標値VTAR(例えば、基準電圧信号VREF)に等しく、電池充電電流は、電池充電電流のための目標値ITARから所定の電流値(例えば、0)まで徐々に減少する。誤差増幅器304は、電流を吸い込むことを停止し、誤差増幅器306は、電流を吸い込み始める。誤差増幅器306が、誤差増幅器304の代わりに電流を吸い込むので、端子SLEW1におけるループ制御信号214の電圧は、実質的に不変のままである。従って、DC/DCコントローラ202は、出力電圧VOUTおよび電池電圧VBをループ制御信号214に従って実質的に不変に維持する。
【００３８】
図4に示されるように、時間t1からt2の期間中は、出力電圧VOUTは、完全に不変のままではない。その理由は、電池電圧VBが、不変のままであり、電池充電電流が、徐々に減少し、その結果抵抗R4の2つの端部間の電圧降下にわずかな変化があることになるからである。出力電圧VOUTは、定電池電圧VBに抵抗R4の2つの端部間の電圧降下を加えたものに等しい。従って、出力電圧VOUTもまた、無視できる量だけわずかに減少することになり、それで実質的に不変であると考えられる。
【００３９】
有利には、本発明は、可変出力電圧を提供し、電池充電のための適用要件を満たすために電池充電コントローラとDC/DCコントローラとの間のループ制御を利用する。
【００４０】
前述の説明および図面は、本開示の実施形態を表すが、様々な追加、変更、および置換が、添付の特許請求の範囲において規定されるような本開示の原理の趣旨および範囲から逸脱することなくその中で行われてもよいと理解されよう。当業者は、本開示が、本開示の実施で使用される形態、構造、配置、割合、材料、要素、およびコンポーネントなどの多くの変更とともに使用されてもよく、それらは特に、本開示の原理から逸脱することなく特定の環境および動作要件に適合されることを認識するであろう。現在開示される実施形態は従って、あらゆる点で例示的であり、制約するものでないと考えられるべきであり、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的等価物によって示され、前述の説明に限定されない。
【符号の説明】
【００４１】
100  DC/DCコンバータ
102  DC/DCコントローラ
104  コントローラ
106  一対のスイッチ、スイッチング回路
108  低域通過フィルタ
120  表
200  DC/DCコンバータ
202  DC/DCコントローラ
204  コントローラ
206  一対のスイッチ、スイッチング回路
208  低域通過フィルタ
210  電池
212  電池充電コントローラ
214  ループ制御信号
302  誤差増幅器
303  出力
304  誤差増幅器
306  誤差増幅器
308  バイアス電流源
500  電池充電制御方法
C  キャパシタ
CSLEW  キャパシタ
EN  低圧側スイッチイネーブル信号
IREF  基準電流信号
ITAR  電池充電電流のための目標値
L  インダクタ
PWM1  PWM信号
Q1  高圧側スイッチ
Q2  低圧側スイッチ
R1  センス抵抗
R2/R3  抵抗分圧器
R4  センス抵抗
REF  基準電圧
VA  電圧値
VB  電圧値
VREF  基準電圧信号
VTAR  電池電圧のための目標値
VOUT  出力電圧
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2016101085.tif 000008
【外国語明細書】
2016101085000001.pdf