(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力ノードに調整された電圧出力を生成する不定周波数の切換調整器を同期させる方法であって、
入力ノードにおいてソース電圧を提供する工程と、
該出力ノードに結合された制御回路を提供する工程であって、該制御回路は、該切換調整器のデューティサイクルを制御する、工程と、
位相検出器回路を含む位相ロックループを提供する工程であって、該位相ロックループによって該切換調整器のパラメータを制御し、これにより、該切換調整器の切換周波数を一定にする、工程と、
を包含する、方法。
【請求項２】
不定周波数の切換調整器の切換周波数を調節する方法であって、
前記切換調整器中に単発タイマーを提供する工程であって、該単発タイマーは、該切換調整器のデューティサイクルを制御するためのＩＯＮおよびＶＯＮの入力ならびに出力を含む、工程と、
該単発タイマーのＩＯＮまたはＶＯＮの入力ならびに出力に接続された位相ロックループを提供する工程であって、該位相ロックループは、該単発タイマーのオン時間を制御して、該切換調整器の安定状態の切換周波数を一定にする、工程と、
を包含する、方法。
【請求項３】
出力ノードに調整された電圧出力を生成する不定周波数の切換調整器を同期させる方法であって、
入力ノードにおいてソース電圧を提供する工程と、
該出力ノードに結合された制御回路を提供する工程であって、該制御回路は、該切換調整器のデューティサイクルを制御する、工程と、
位相ロックループを提供する工程であって、該位相ロックループが、クロックシグナルを受け取るための入力および切換調整器のパラメータを制御するためのシグナルが生成される出力を有し、該位相ロックループが、該パラメータの制御によって該切換調整器の切換周波数を調節する、工程と、
を包含する、方法。
【請求項４】
不定周波数の切換調整器の切換周波数を調節する方法であって、
該切換調整器のデューティサイクルを制御するために該切換調整器中に単発タイマーを提供する工程と、
該単発タイマーのパラメータを制御するために、該単発タイマーに接続された位相ロックループを提供する工程であって、該パラメータの制御によって該切換調整器の切換周波数を調節する、工程と、
を包含する、方法。
【請求項５】
前記切換調整器は、同期型の切換調整器を含む、請求項１、２、３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記切換調整器は、非同期型の切換調整器を含む、請求項１、２、３または４に記載の方法。
【請求項７】
前記切換調整器はヒステリシス切換調整器を含み、該ヒステリシスは、前記位相ロックループによって調節される、請求項１、２、３または４に記載の方法。
【請求項８】
前記切換調整器は、一定のオン時間切換調整器を含み、該オン時間は、前記位相ロックループによって調節される、請求項１、２、３または４に記載の方法。
【請求項９】
前記切換調整器は、一定のオフ時間切換調整器を含み、該オフ時間は、前記位相ロックループによって調節される、請求項１、２、３または４に記載の方法。
【請求項１０】
前記切換調整器は、逓降切換調整器を含む、請求項１、２、３または４に記載の方法。
【請求項１１】
前記切換調整器は、逓昇切換調整器を含む、請求項１、２、３または４に記載の方法。
【請求項１２】
前記切換調整器は、バック−ブースト切換調整器を含む、請求項１、２、３または４に記載の方法。
【請求項１３】
前記切換調整器のデューティサイクルを、電流モード制御を用いて、制御する工程をさらに包含する、請求項１、２、３または４に記載の方法。
【請求項１４】
前記切換調整器のデューティサイクルを電圧モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する、請求項１、２、３または４に記載の方法。
【請求項１５】
前記切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御および電圧モード制御の混成回路を用いて制御する工程をさらに包含する、請求項１、２、３または４に記載の方法。
【請求項１６】
前記切換調整器は単発タイマーを含み、該単発タイマーは、前記切換調整器のデューティサイクルを制御するためのＩＯＮおよびＶＯＮの入力ならびに出力を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記位相検出器回路は、
立ち上がりエッジによってトリガされる第１のデータフリップフロップと、
立ち上がりエッジによってトリガされる第２のデータフリップフロップと、
該第１のデータフリップフロップと該第２のデータフリップフロップとの間に結合されるＡＮＤゲートと、
該第２のデータフリップフロップと前記切換調整器の単発タイマーとの間に結合された増幅器と、
該第２のデータフリップフロップからＤＣ値の平均値を抽出するループフィルタと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記位相ロックループは、
立ち上がりエッジによってトリガされる第１のデータフリップフロップと、
立ち上がりエッジによってトリガされる第２のデータフリップフロップと、
該第１のデータフリップフロップと該第２のデータフリップフロップとの間に結合されたＡＮＤゲートと、
該第２のデータフリップフロップと前記切換調整器の単発タイマーとの間に結合された増幅器と、
該第２のデータフリップフロップからＤＣ値の平均値を抽出するループフィルタと、
を含む、請求項２、３または４に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のデータフリップフロップは、基準クロックに結合されたクロック入力を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２のデータフリップフロップは、前記単発タイマーの出力に結合されたクロック入力を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記切換調整器が、該切換調整器のデューティサイクルを制御するために、単発タイマーを備える、請求項３に記載の方法。
【請求項２２】
複数の不定周波数の切換調整器を同期させる方法であって、
複数の入力ノードにおいてソース電圧を提供する工程と、
複数の出力ノードにおいて調整済み電圧を提供する工程と、
該複数の出力ノードに結合された制御回路を提供する工程であって、該制御回路は、該複数の切換調整器のデューティサイクルを制御する、工程と、
複数の位相ロックループを提供する工程であって、該複数の位相ロックループからの各位相ロックループは、該複数の切換調整器から選択された第１の切換調整器と第２の切換調整器との間に結合され、各位相ロックループは、該第１の切換調整器のオン時間を制御する位相検出器回路を含み、該位相検出器回路により、該第１の切換調整器および該第２の切換調整器の切換周波数は等しくなる、工程と、
を包含する、方法。
【請求項２３】
複数の不定周波数の切換調整器を同期させる方法であって、
複数の入力ノードにおいてソース電圧を提供する工程と、
複数の出力ノードにおいて調整済み電圧を提供する工程と、
該複数の出力ノードに結合された制御回路を提供する工程であって、該制御回路は、該複数の切換調整器のデューティサイクルを制御する、工程と、
位相ロックループを提供する工程であって、該位相ロックループが、該複数の切換調整器から選択される第１の切換調整器からのクロックシグナルを受け取るための入力、および第２の切換調整器のパラメータを制御するためのシグナルが生成される出力を有し、該位相ロックループが、該パラメータの制御によって、該第２の切換調整器の切換周波数を調節する工程と、
を包含する、方法。
【請求項２４】
前記複数の切換調整器は、同期型の切換調整器および非同期型の切換調整器を含む、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記複数の切換調整器は、１つ以上のヒステリシス切換調整器を含み、該ヒステリシスは、前記位相ロックループによって調節される、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記複数の切換調整器は、１つ以上の一定のオン時間切換調整器を含み、該オン時間は、前記位相ロックループによって調節される、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記複数の切換調整器は、１つ以上の一定のオフ時間切換調整器を含み、該オフ時間は、前記位相ロックループによって調節される、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記複数の切換調整器は、逓降切換調整器を１つ以上含む、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記複数の切換調整器は、逓昇切換調整器を１つ以上含む、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記複数の切換調整器は、バック−ブースト切換調整器を１つ以上含む、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記複数の切換調整器からの各切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記複数の切換調整器からの各切換調整器のデューティサイクルを電圧モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記複数の切換調整器からの各切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御および電圧モード制御の混成回路を用いて制御する工程をさらに包含する、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項３４】
前記複数の切換調整器からの各切換調整器は単発タイマーを含み、該単発タイマーは、該切換調整器のデューティサイクルを制御するためのＩＯＮおよびＶＯＮの入力ならびに出力を有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項３５】
前記位相検出器回路は、
立ち上がりエッジによってトリガされる第１のデータフリップフロップと、
立ち上がりエッジによってトリガされる第２のデータフリップフロップと、
該第１のデータフリップフロップと該第２のデータフリップフロップとの間に結合されたＡＮＤゲートと、
該第２のデータフリップフロップと前記第１の切換調整器の単発タイマーとの間に結合された増幅器と、
該第２のデータフリップフロップからＤＣ値の平均値を抽出するループフィルタと、
を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３６】
前記複数の切換調整器からの各切換調整器が、該切換調整器のデューティサイクルを制御するために、単発タイマーを備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項３７】
前記位相ロックループは、
立ち上がりエッジによってトリガされる第１のデータフリップフロップと、
立ち上がりエッジによってトリガされる第２のデータフリップフロップと、
該第１のデータフリップフロップと該第２のデータフリップフロップとの間に結合されたＡＮＤゲートと、
該第２のデータフリップフロップと前記第１の切換調整器の単発タイマーとの間に結合された増幅器と、
該第２のデータフリップフロップからＤＣ値の平均値を抽出するループフィルタと、
を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１のデータフリップフロップは、前記第１の切換調整器の単発タイマーの出力に結合されたクロック入力を含む、請求項３５または３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第２のデータフリップフロップは、前記第２の切換調整器の単発タイマーの出力に結合されたクロック入力を含む、請求項３５または３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記複数の切換調整器は、同期型の切換調整器を含む、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項４１】
前記複数の切換調整器は、非同期型の切換調整器を含む、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項４２】
不定周波数の切換調整器の切換周波数を調節する回路であって、該切換調整器は単発タイマーを有し、該単発タイマーは、該切換調整器のデューティサイクルを制御するためのＩＯＮおよびＶＯＮの入力ならびに出力を含み、入力電圧と調整済み出力電圧との間に結合され、
該単発タイマーのＩＯＮまたはＶＯＮの入力ならびに出力に接続され、該単発タイマーのオン時間を制御して、該切換調整器の安定状態の切換周波数を一定にさせる、位相ロックループを含む、回路。
【請求項４３】
不定周波数の切換調整器の切換周波数を調節する回路であって、該切換調整器は、該切換調整器のデューティサイクルを制御するための単発タイマーを有し、該単発タイマーは、入力電圧と調整済み出力電圧との間に結合され、
該単発タイマーのパラメータを制御するために該単発タイマーに接続され、該パラメータの制御によって該切換調整器の切換周波数を調節する、位相ロックループを含む、回路。
【請求項４４】
前記位相ロックループは、
立ち上がりエッジによってトリガされる第１のデータフリップフロップと、
立ち上がりエッジによってトリガされる第２のデータフリップフロップと、
該第１のデータフリップフロップと該第２のデータフリップフロップとの間に結合されたＡＮＤゲートと、
該第２のデータフリップフロップと該単発タイマーとの間に結合された増幅器と、
該第２のデータフリップフロップからＤＣ値の平均値を抽出するループフィルタと、
を含む、請求項４２または４３に記載の回路。
【請求項４５】
前記第１のデータフリップフロップは、基準クロックに結合されたクロック入力を含む、請求項４４に記載の回路。
【請求項４６】
前記第２のデータフリップフロップは、前記単発タイマーの出力に結合されたクロック入力を含む、請求項４４に記載の回路。
【請求項４７】
前記切換調整器は、同期型の切換調整器を含む、請求項４２または４３に記載の回路。
【請求項４８】
前記切換調整器は、非同期型の切換調整器を含む、請求項４２または４３に記載の回路。
【請求項４９】
前記切換調整器は、ヒステリシス切換調整器を含み、該ヒステリシスは、前記位相ロックループによって調節される、請求項４２または４３に記載の回路。
【請求項５０】
前記切換調整器は、一定のオン時間切換調整器を含み、該オン時間は、前記位相ロックループによって調節される、請求項４２または４３に記載の回路。
【請求項５１】
前記切換調整器は、一定のオフ時間切換調整器を含み、該オフ時間は、前記位相ロックループによって調節される、請求項４２または４３に記載の回路。
【請求項５２】
前記切換調整器は、逓降切換調整器を含む、請求項４２または４３に記載の回路。
【請求項５３】
前記切換調整器は、逓昇切換調整器を含む、請求項４２または４３に記載の回路。
【請求項５４】
前記切換調整器は、バック−ブースト切換調整器を含む、請求項４２または４３に記載の回路。
【請求項５５】
前記切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する、請求項４２または４３に記載の回路。
【請求項５６】
前記切換調整器のデューティサイクルを電圧モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する、請求項４２または４３に記載の回路。
【請求項５７】
前記切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御および電圧モード制御の混成回路を用いて制御する工程をさらに包含する、請求項４２または４３に記載の回路。
【請求項５８】
複数の不定周波数の切換調整器を同期させるための回路であって、該複数の切換調整器からの各切換調整器は単発タイマーを有し、該単発タイマーは、該切換調整器のデューティサイクルを制御するためのＩＯＮおよびＶＯＮの入力ならびに出力を含み、入力電圧と調整済みの出力電圧との間に結合され、
複数の位相ロックループであって、該複数の位相ロックループからの各位相ロックループは、第１の切換調整器の単発タイマーと、該複数の切換調整器から選択される第２の切換調整器の単発タイマーとの間に結合され、各位相ロックループは、該第１の切換調整器のオン時間を制御し、これにより、該第１の切換調整器および該第２の切換調整器の切換周波数が等しくなる、複数の位相ロックループを備える、回路。
【請求項５９】
複数の不定周波数の切換調整器を同期させるための回路であって、該複数の切換調整器からの各切換調整器は該切換調整器のデューティサイクルを制御するための単発タイマーを有し、該単発タイマーが、入力電圧と調整済みの出力電圧との間に結合され、
位相ロックループであって、第１の切換調整器の単発タイマーと該複数の切換調整器から選択された第２の切換調整器の単発タイマーとの間で結合され、該位相ロックループが、該第１の切換調整器の単発タイマーからのクロックシグナルを受け取り、該第２の切換調整器のパラメータを制御するための出力シグナルを生成し、該位相ロックループが、該パラメータの制御によって該第２の切換調整器の切換周波数を調節する、位相ロックループ、を備える、回路。
【請求項６０】
前記複数の切換調整器は、同期型の切換調整器および非同期型の切換調整器を含む、請求項５８または５９に記載の回路。
【請求項６１】
前記複数の切換調整器は、ヒステリシス切換調整器を１つ以上含み、該ヒステリシスは、前記位相ロックループによって調節される、請求項５８または５９に記載の回路。
【請求項６２】
前記複数の切換調整器は、１つ以上の一定のオン時間切換調整器を含み、該オン時間は、前記複数の位相ロックループによって調節される、請求項５８または５９に記載の回路。
【請求項６３】
前記複数の切換調整器は、１つ以上の一定のオフ時間切換調整器を含み、該オフ時間は、前記複数の位相ロックループによって調節される、請求項５８または５９に記載の回路。
【請求項６４】
前記複数の切換調整器は、１つ以上の逓降切換調整器を含む、請求項５８または５９に記載の回路。
【請求項６５】
前記複数の切換調整器は、１つ以上の逓昇切換調整器を含む、請求項５８または５９に記載の回路。
【請求項６６】
前記複数の切換調整器は、バック−ブースト切換調整器を１つ以上含む、請求項５８または５９に記載の回路。
【請求項６７】
前記複数の切換調整器からの各切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する、請求項５８または５９に記載の回路。
【請求項６８】
前記複数の切換調整器からの各切換調整器のデューティサイクルを電圧モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する、請求項５８または５９に記載の回路。
【請求項６９】
前記複数の切換調整器からの各切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御および電圧モード制御の混成回路を用いて制御する工程をさらに包含する、請求項５８または５９に記載の回路。
【請求項７０】
前記複数の位相ロックループからの各位相ロックループは、
立ち上がりエッジによってトリガされる第１のデータフリップフロップと、
立ち上がりエッジによってトリガされる第２のデータフリップフロップと、
該第１のデータフリップフロップと該第２のデータフリップフロップとの間に結合されたＡＮＤゲートと、
該第２のデータフリップフロップと前記第１の切換調整器の単発タイマーとの間に結合された増幅器と、
該第２のデータフリップフロップからＤＣ値の平均値を抽出するループフィルタと、
を含む、請求項５８または５９に記載の回路。
【請求項７１】
前記第１のデータフリップフロップは、前記第１の切換調整器の単発タイマーの出力に結合されたクロック入力を含む、請求項７０に記載の回路。
【請求項７２】
前記第２のデータフリップフロップは、前記第２の切換調整器の単発タイマーの出力に結合されたクロック入力を含む、請求項７０に記載の回路。
【請求項７３】
前記複数の切換調整器は、同期型の切換調整器を含む、請求項５８または５９に記載の回路。
【請求項７４】
前記複数の切換調整器は、非同期型の切換調整器を含む、請求項５８または５９に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は概して、電圧切換調整器に関する。より詳細には、本発明は、不定周波数の切換調整器を、位相ロックループを用いて同期させるための回路および方法を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
電圧調整器は、指定されたＤＣ電圧で動作する多くの電子デバイスに欠かせない構成要素である。電子デバイスは、通常、変動を伴うソース（ｓｏｕｒｃｅ）電圧によって電力が供給され（すなわち、壁のコンセントに接続された電源によって電力が供給され）るか、または、振幅が不適切なソース電圧によって電力が供給される（すなわち、バッテリによって電力が供給される）。電圧調整器の目的は、ソース電圧を電子デバイスの動作ＤＣ電圧に変換することである。
【０００３】
一般的に用いられる電圧調整器の１つとして、電圧切換調整器がある。電圧切換調整器では、１つ以上の切換素子と、インダクタ、変圧器、またはソースと負荷との間のエネルギー格納素子としてのキャパシタとが用いられる。この切換素子は、例えば、電力用金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）スイッチであり得る。切換調整器は、切換素子をＯＮおよびＯＦＦにするタイミングを変更して、電力を切換素子に通過させて、電力を別々の電流パルスの様態でエネルギー格納素子中に流入させることにより、負荷にかかる電圧を調整する。電流パルスは、単発（ｏｎｅ−ｓｈｏｔ）タイマーまたは他の回路によって生成することが可能である。その後、エネルギー格納素子は、これらの電流パルスを安定した負荷電流に変換して、負荷電圧を調整する。
【０００４】
切換調整器は、切換素子をＯＮおよびＯＦＦにするタイミングを制御する制御回路を含む。切換素子がＯＮである時間のパーセンテージを、その切換素子のデューティサイクルと呼ぶ。このデューティサイクルは、以下の３つの様式で変更することが可能である：すなわち、（１）パルスの周波数を固定して、各パルスをＯＮまたはＯＦＦにするタイミングを変化させる様式；（２）各パルスをＯＮまたはＯＦＦにするタイミングを固定して、パルスの周波数を変化させる様式；または（３）各パルスをＯＮにするタイミングおよびＯＦＦにするタイミングの両方を変化させて、パルスの周波数を変化させる様式（例えば、ヒステリシスモード制御）。従来技術の一定周波数の切換調整器の例として、ＣＡのＭｉｌｐｉｔａｓのＬｉｎｅａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって開発されたＬＴ１３０７、ＬＴＣ１６２５、およびＬＴ１０７４が挙げられる。従来技術による不定周波数の切換調整器の例として、Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ、ＣＡのＭａｘｉｍ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．によって開発されたＭＡＸ１７１０（一定のオン時間）と、Ｐｈｏｅｎｉｘ、ＡＺのＯＮＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒによって開発されたＣＳ５１２０（一定のオフ時間）と、Ｌｉｎｅａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＬＴ１５００、ＬＴＣ１１４８、およびＬＴＣ１７７８とが挙げられる。
【０００５】
一定周波数の切換調整器は、通常、ノイズによる影響を受けやすい領域を避けることができるように周波数を選択することが可能であるため、不定周波数の切換調整器に好適である。例えば、通信機器（例えば、無線デバイス）中に切換調整器を用いる場合、切換周波数を通信機器の通信周波数から離して保持することが望ましい。一定周波数で動作を行うと、出力側への送達電力レベルを高くしなければならない場合に、多数の電力変換器を同期させることが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一定周波数の切換調整器の場合、通常、設計が複雑であり、過渡応答が遅く、また、不定周波数の切換調整器のように、広範囲のデューティサイクルにわたって動作することはできない。切換調整器は、デューティサイクルが低い場合も効率的に広範囲の入力電圧および出力電圧にわたって動作して、現在の電子デバイスに必要な電圧を提供できなければならない。現在の電子デバイスに必要な電圧は、ソース電圧と比較して極めて低い電圧であり得る。今日のマイクロプロセッサには前世代のマイクロプロセッサよりもより高速の過渡応答およびより低い動作電圧が求められていることを鑑みると、過渡応答を向上させ、切換調整器のデューティサイクル範囲を広げ、なおかつコストに関する目標を満足するために、あらゆる努力が必要となっている。
【０００７】
現在、一定周波数での動作および不定周波数での動作の両方の利点を同時に提供する切換調整器は無い。一定周波数型調整器は、不定周波数型調整器と比較して過渡応答と動作デューティサイクルの範囲との点について劣る一方、不定周波数型調整器は、電子デバイスの影響を受け易い周波数部分を避け、出力側に高電力レベルを送達することができない。
【０００８】
現在の不定周波数型調整器（例えば、ＭＡＸ１７１０およびＬＴＣ１７７８）は、柔軟性に富んだ単発タイマーを用いて切換素子のＯＮ時間を制御することにより、ほぼ一定の周波数動作を達成することができる。単発タイマーを用いると、切換調整器が極めて低いデューティサイクルで動作し、高入力電圧を低出力電圧に変換することが可能となる。しかし、切換周波数はそれでも、切換調整器中に発生する２次的効果により、激しく変動し得る。
【０００９】
上記を鑑みて、不定周波数の電圧切換調整器を用いて一定周波数での動作を達成する回路および方法を提供することが望まれている。
【００１０】
切換調整器のデューティサイクルを制御する際に用いられる単発タイマーのＩONおよびＶONの入力を通じて、不定周波数の切換調整器の切換周波数を調節する回路および方法を提供することも望まれている。
【００１１】
多数の切換調整器を同期させてより高い電力レベルを出力側に送達させる回路および方法を提供することも望まれている。
【００１２】
上記を鑑みて、本発明の目的は、不定周波数の電圧切換調整器を用いて一定周波数動作を達成する回路および方法を提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、切換調整器のデューティサイクルを制御する際に用いられる単発タイマーのＩONおよびＶONの入力を通じて、不定周波数の切換調整器の切換周波数を調節する回路および方法を提供することである。
【００１４】
本発明の目的は、多数の切換調整器を同期させてより高い電力レベルを出力側に送達させる回路および方法を提供する。
【００１５】
本発明の上記および他の目的は、不定周波数の切換調整器を同期させる回路および方法を提供することによって達成される。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、出力ノードに調整された電圧出力を生成する不定周波数の切換調整器を同期させる方法であって、入力ノードにおいてソース電圧を提供する工程と、該出力ノードに結合された制御回路を提供する工程であって、該制御回路は、該切換調整器のデューティサイクルを制御する、工程と、位相検出器回路を含む位相ロックループを提供する工程であって、該位相ロックループによって該切換調整器のパラメータを制御し、これにより、該切換調整器の切換周波数を一定にする、工程と、を包含する。
【００１７】
前記切換調整器は、同期型の切換調整器を含む。
【００１８】
前記切換調整器は、非同期型の切換調整器を含む。
【００１９】
前記切換調整器はヒステリシス切換調整器を含み、該ヒステリシスは、前記位相ロックループによって調節される。
【００２０】
前記切換調整器は、一定のオン時間切換調整器を含み、該オン時間は、前記位相ロックループによって調節される。
【００２１】
前記切換調整器は、一定のオフ時間切換調整器を含み、該オフ時間は、前記位相ロックループによって調節される。
【００２２】
前記切換調整器は、逓降切換調整器を含む。
【００２３】
前記切換調整器は、逓昇切換調整器を含む。
【００２４】
前記切換調整器は、バック−ブースト切換調整器を含む。
【００２５】
前記切換調整器のデューティサイクルを、電流モード制御を用いて、制御する工程をさらに包含する。
【００２６】
前記切換調整器のデューティサイクルを電圧モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する。
【００２７】
前記切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御および電圧モード制御の混成回路を用いて制御する工程をさらに包含する。
【００２８】
前記切換調整器は単発タイマーを含み、該単発タイマーは、前記切換調整器のデューティサイクルを制御するためのＩONおよびＶONの入力ならびに出力を有する。
【００２９】
前記位相検出器回路は、立ち上がりエッジによってトリガされる第１のデータフリップフロップと、立ち上がりエッジによってトリガされる第２のデータフリップフロップと、該第１のデータフリップフロップと該第２のデータフリップフロップとの間に結合されるＡＮＤゲートと、該第２のデータフリップフロップと前記切換調整器の単発タイマーとの間に結合された増幅器と、該第２のデータフリップフロップからＤＣ値の平均値を抽出するループフィルタと、を含む。
【００３０】
本発明の方法は、複数の不定周波数の切換調整器を同期させる方法であって、複数の入力ノードにおいてソース電圧を提供する工程と、複数の出力ノードにおいて調整済み電圧を提供する工程と、該複数の出力ノードに結合された制御回路を提供する工程であって、該制御回路は、該複数の切換調整器のデューティサイクルを制御する、工程と、複数の位相ロックループを提供する工程であって、該複数の位相ロックループからの各位相ロックループは、該複数の切換調整器から選択された第１の切換調整器と第２の切換調整器との間に結合され、各位相ロックループは、該第１の切換調整器のオン時間を制御する位相検出器回路を含み、該位相検出器回路により、該第１の切換調整器および該第２の切換調整器の切換周波数は等しくなる、工程と、を包含する。
【００３１】
前記複数の切換調整器は、同期型の切換調整器および非同期型の切換調整器を含む。
【００３２】
前記複数の切換調整器は、１つ以上のヒステリシス切換調整器を含み、該ヒステリシスは、前記位相ロックループによって調節される。
【００３３】
前記複数の切換調整器は、１つ以上の一定のオン時間切換調整器を含み、該オン時間は、前記位相ロックループによって調節される。
【００３４】
前記複数の切換調整器は、１つ以上の一定のオフ時間切換調整器を含み、該オフ時間は、前記位相ロックループによって調節される。
【００３５】
前記複数の切換調整器は、逓降切換調整器を１つ以上含む。
【００３６】
前記複数の切換調整器は、逓昇切換調整器を１つ以上含む。
【００３７】
前記複数の切換調整器は、バック−ブースト切換調整器を１つ以上含む。
【００３８】
前記複数の切換調整器からの各切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する。
【００３９】
前記複数の切換調整器からの各切換調整器のデューティサイクルを電圧モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する。
【００４０】
前記複数の切換調整器からの各切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御および電圧モード制御の混成回路を用いて制御する工程をさらに包含する。
【００４１】
前記複数の切換調整器からの各切換調整器は単発タイマーを含み、該単発タイマーは、該切換調整器のデューティサイクルを制御するためのＩONおよびＶONの入力ならびに出力を有する。
【００４２】
前記位相検出器回路は、立ち上がりエッジによってトリガされる第１のデータフリップフロップと、立ち上がりエッジによってトリガされる第２のデータフリップフロップと、該第１のデータフリップフロップと該第２のデータフリップフロップとの間に結合されたＡＮＤゲートと、該第２のデータフリップフロップと前記第１の切換調整器の単発タイマーとの間に結合された増幅器と、該第２のデータフリップフロップからＤＣ値の平均値を抽出するループフィルタと、を含む。
【００４３】
前記第１のデータフリップフロップは、前記第１の切換調整器の単発タイマーの出力に結合されたクロック入力を含む。
【００４４】
前記第２のデータフリップフロップは、前記第２の切換調整器の単発タイマーの出力に結合されたクロック入力を含む。
【００４５】
本発明の方法は、不定周波数の切換調整器の切換周波数を調節する方法であって、前記切換調整器中に単発タイマーを提供する工程であって、該単発タイマーは、該切換調整器のデューティサイクルを制御するためのＩONおよびＶONの入力ならびに出力を含む、工程と、該単発タイマーのＩONまたはＶONの入力ならびに出力に接続された位相ロックループを提供する工程であって、該位相ロックループは、該単発タイマーのオン時間を制御して、該切換調整器の安定状態の切換周波数を一定にする、工程と、を包含する。
【００４６】
前記位相ロックループは、立ち上がりエッジによってトリガされる第１のデータフリップフロップと、立ち上がりエッジによってトリガされる第２のデータフリップフロップと、該第１のデータフリップフロップと該第２のデータフリップフロップとの間に結合されたＡＮＤゲートと、該第２のデータフリップフロップと前記第１の切換調整器の単発タイマーとの間に結合された増幅器と、該第２のデータフリップフロップからＤＣ値の平均値を抽出するループフィルタと、を含む。
【００４７】
前記第１のデータフリップフロップは、基準クロックに結合されたクロック入力を含む。
【００４８】
前記第２のデータフリップフロップは、前記単発タイマーの出力に結合されたクロック入力を含む。
【００４９】
前記切換調整器は、同期型の切換調整器を含む。
【００５０】
前記切換調整器は、非同期型の切換調整器を含む。
【００５１】
前記切換調整器は、ヒステリシス切換調整器を含み、該ヒステリシスは、前記位相ロックループによって調節される。
【００５２】
前記切換調整器は、一定のオン時間切換調整器を含み、該オン時間は、前記位相ロックループによって調節される。
【００５３】
前記切換調整器は、一定のオフ時間切換調整器を含み、該オフ時間は、前記位相ロックループによって調節される。
【００５４】
前記切換調整器は、逓降切換調整器を含む。
【００５５】
前記切換調整器は、逓昇切換調整器を含む。
【００５６】
前記切換調整器は、バック−ブースト切換調整器を含む。
【００５７】
前記切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する。
【００５８】
前記切換調整器のデューティサイクルを電圧モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する。
【００５９】
前記切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御および電圧モード制御の混成回路を用いて制御する工程をさらに包含する。
【００６０】
本発明の回路は、不定周波数の切換調整器の切換周波数を調節する回路であって、該切換調整器は単発タイマーを有し、該単発タイマーは、該切換調整器のデューティサイクルを制御するためのＩONおよびＶONの入力ならびに出力を含み、入力電圧と調整済み出力電圧との間に結合され、該単発タイマーのＩONまたはＶONの入力ならびに出力に接続され、該単発タイマーのオン時間を制御して、該切換調整器の安定状態の切換周波数を一定にさせる、位相ロックループを含む。
【００６１】
前記位相ロックループは、立ち上がりエッジによってトリガされる第１のデータフリップフロップと、立ち上がりエッジによってトリガされる第２のデータフリップフロップと、該第１のデータフリップフロップと該第２のデータフリップフロップとの間に結合されたＡＮＤゲートと、該第２のデータフリップフロップと該単発タイマーとの間に結合された増幅器と、該第２のデータフリップフロップからＤＣ値の平均値を抽出するループフィルタと、を含む。
【００６２】
前記第１のデータフリップフロップは、基準クロックに結合されたクロック入力を含む。
【００６３】
前記第２のデータフリップフロップは、前記単発タイマーの出力に結合されたクロック入力を含む。
【００６４】
前記切換調整器は、同期型の切換調整器を含む。
【００６５】
前記切換調整器は、非同期型の切換調整器を含む。
【００６６】
前記切換調整器は、ヒステリシス切換調整器を含み、該ヒステリシスは、前記位相ロックループによって調節される。
【００６７】
前記切換調整器は、一定のオン時間切換調整器を含み、該オン時間は、前記位相ロックループによって調節される。
【００６８】
前記切換調整器は、一定のオフ時間切換調整器を含み、該オフ時間は、前記位相ロックループによって調節される。
【００６９】
前記切換調整器は、逓降切換調整器を含む。
【００７０】
前記切換調整器は、逓昇切換調整器を含む。
【００７１】
前記切換調整器は、バック−ブースト切換調整器を含む。
【００７２】
前記切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する。
【００７３】
前記切換調整器のデューティサイクルを電圧モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する。
【００７４】
前記切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御および電圧モード制御の混成回路を用いて制御する工程をさらに包含する。
【００７５】
本発明の回路は、複数の不定周波数の切換調整器を同期させるための回路であって、該複数の切換調整器のからの各切換調整器は単発タイマーを有し、該単発タイマーは、該切換調整器のデューティサイクルを制御するためのＩONおよびＶONの入力ならびに出力を含み、入力電圧と調整済みの出力電圧との間に結合され、複数の位相ロックループであって、該複数の位相ロックループからの各位相ロックループは、第１の切換調整器の単発タイマーと、該複数の切換調整器から選択される第２の切換調整器の単発タイマーとの間に結合され、各位相ロックループは、該第１の切換調整器のオン時間を制御し、これにより、該第１の切換調整器および該第２の切換調整器の切換周波数が等しくなる。
【００７６】
前記複数の切換調整器は、同期型の切換調整器および非同期型の切換調整器を含む。
【００７７】
前記複数の切換調整器は、ヒステリシス切換調整器を１つ以上含み、該ヒステリシスは、前記位相ロックループによって調節される。
【００７８】
前記複数の切換調整器は、１つ以上の一定のオン時間切換調整器を含み、該オン時間は、前記複数の位相ロックループによって調節される。
【００７９】
前記複数の切換調整器は、一定のオフ時間切換調整器を１つ以上含み、該オフ時間は、前記複数の位相ロックループによって調節される。
【００８０】
前記複数の切換調整器は、１つ以上の逓降切換調整器を含む。
【００８１】
前記複数の切換調整器は、１つ以上の逓昇切換調整器を含む。
【００８２】
前記複数の切換調整器は、バック−ブースト切換調整器を１つ以上含む。
【００８３】
前記複数の切換調整器からの各切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する。
【００８４】
前記複数の切換調整器のからの各切換調整器のデューティサイクルを電圧モード制御を用いて制御する工程をさらに包含する。
【００８５】
前記複数の切換調整器からの各切換調整器のデューティサイクルを電流モード制御および電圧モード制御の混成回路を用いて制御する工程をさらに包含する。
【００８６】
前記複数の位相ロックループからの各位相ロックループは、立ち上がりエッジによってトリガされる第１のデータフリップフロップと、立ち上がりエッジによってトリガされる第２のデータフリップフロップと、該第１のデータフリップフロップと該第２のデータフリップフロップとの間に結合されたＡＮＤゲートと、該第２のデータフリップフロップと前記第１の切換調整器の単発タイマーとの間に結合された増幅器と、該第２のデータフリップフロップからＤＣ値の平均値を抽出するループフィルタと、を含む。
【００８７】
前記第１のデータフリップフロップは、前記第１の切換調整器の単発タイマーの出力に結合されたクロック入力を含む。
【００８８】
前記第２のデータフリップフロップは、前記第２の切換調整器の単発タイマーの出力に結合されたクロック入力を含む。
【００８９】
本発明の好適な実施形態において、不定周波数の切換調整器は、位相ロックループと同期させられる。この位相ロックループは、上記切換調整器において用いられる上記単発タイマーの上記ＩONおよびＶONの入力を調節することにより、上記切換調整器内のスイッチングトランジスタのデューティサイクルを制御する。本発明の回路および方法は、電流モード制御、電圧モード制御、または電流モード制御および電圧モード制御の混成回路を用いた同期型の切換調整器および非同期型の切換調整器のどちらにも適用可能である。その上、本発明の回路および方法を用いて、一定のオン時間制御、一定のオフ時間制御またはヒステリシスモード制御によって様々な切換調整器（例えば、ブースト（逓昇）、バック（逓降）またはバックブースト切換調整器）を同期させることも可能である。
【００９０】
有利なことに、本発明を用いれば、位相ロックループを用いて不定周波数の切換調整器を同期させて、一定周波数の動作を安定した状態で達成する一方、一定周波数の切換調整器の場合よりもより広いデューティサイクル範囲およびより高速な過渡応答を得ることが可能になる。
【００９１】
加えて、本発明を用いれば、多数の調整器を同期させるとともに並列に動作させて、より高い電力レベルを上記出力側に送達することも可能になる。
【００９２】
【発明の実施の形態】
本発明の上記および他の目的は、以下の詳細な説明を添付の図面ともに読めば明らかである。図面中、類似の参照符号は類似の部分を指す。
【００９３】
本発明は、不定周波数の切換調整器を位相ロックループと同期させる方法を提供する。本発明の背景について、例示的な不定周波数同期型の切換調整器および既知の不定周波数同期型の切換調整器の動作について説明する。次いで、このような既知の調整器と位相ロックループとを同期させる方法について説明する。
【００９４】
図１を参照して、電流モード制御を用いた、例示的な従来技術による逓降型で不定周波数同期型の電圧切換調整器の模式図について説明する。切換調整器１０は、通常、未調整の供給電圧ＶIN（例えば、バッテリ）にＤＣからＤＣへの変換を行って、負荷ＲLを駆動するために出力電圧ＶOUTの調整に用いられる。ＲLを単なる抵抗器として図示しているが、ＲLは、例えば、携帯可能な通信デバイスまたはコンピュータであり得る。逓降型で不定周波数同期型の切換調整器のうち、スイッチングトランジスタのデューティサイクルを制御するために単発タイマーを用いるものの例を挙げると、Ｍｉｌｐｉｔａｓ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＬｉｎｅａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより販売されているＬＴＣ１７７８、ＬＴＣ３７１１およびＬＴＣ３７１４と、Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＭａｘｉｍ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．により販売されているＭＡＸ１７１０とが挙げられる。ＬＴＣ１７７８、ＬＴＣ３７１１およびＬＴＣ３７１４では電流モード制御が用いられ、一方、ＭＡＸ１７１０では、電流モード制御および電圧モード制御の混成回路が用いられている。
【００９５】
切換調整器１０は、以下のようにして動作する。サイクルの始めにおいて、単発タイマー１１はパルスを生成し、このパルスにより、ドライバ１２は主要なスイッチングトランジスタ１３をＯＮにし、ドライバ１４は同期型のスイッチングトランジスタ１５をＯＦＦにする。その結果、インダクタ１６上におよそＶIN〜ＶOUTの電圧が発生し、これにより、このインダクタ中の電流が増加する。単発タイマーのパルスが終了すると、単発タイマー１１の出力は低くなり、その結果、ドライバ１２は主要なスイッチングトランジスタ１３をＯＦＦにし、ドライバ１４は同期型のスイッチングトランジスタ１５をＯＮにする。その結果、−ＶOUTの電圧がインダクタ１６に印加され、これにより、このインダクタ中の電流が低減する。
【００９６】
インダクタ電流が同期型のスイッチングトランジスタ１５を通過する間、インダクタ電流とスイッチングトランジスタ１５のＯＮ抵抗との積（ｐｒｏｄｕｃｔ）に等しい電圧が生成される。この電圧は、電流増幅器１７によって感知され、電流比較器１８に印加される。感知電圧が制御電圧Ｖcを下回ると、電流比較器１８の出力が高くなり、単発タイマー１１から他のパルスが開始され、これによってサイクルを繰り返す。同期型のスイッチングトランジスタ１５がオフである時間の間、ブランキング回路１９は、電流比較器１８の出力をディセーブルする。単発タイマー１１が動作する周波数のことを切換周波数と呼ぶ。インダクタ１６およびキャパシタ２４は、出力電圧ＶOUTから切換周波数の望ましくない高調波を除去するローパスフィルタを形成する。
【００９７】
制御電圧Ｖcは、インダクタ電流を電流モードループを通じて決定する。この電流モードループは、電流感知増幅器１７と、電流比較器１８と、単発タイマー１１と、スイッチングトランジスタ１３およびスイッチングトランジスタ１５を備えるドライバ１２およびドライバ１４とを含む。制御電圧は、電圧エラーループによって決定される。この電圧エラーループは、抵抗分割器２０と、エラー増幅器２１と、補償構成要素２２と、電流比較器１８とから構成される。この種類の電流モードにおいて調整を行う場合、制御電圧Ｖcは、インダクタ電流の谷部（ｖａｌｌｅｙ）に対応する。ＶOUTが低減すると、その結果、エラー増幅器２１の入力において電圧降下が発生し、その結果制御電圧Ｖcが増加して、補償構成要素２２上に現れる。その結果、インダクタ電流の平均値が上昇して、エラー増幅器２１への負の入力が基準値と整合するまでＶOUTが上昇し続ける。逆に言えば、ＶOUTが増加すると、制御電圧Ｖcが一時的に低減し、その結果、エラー増幅器２１への負の入力が再度基準値と整合するまでＶOUTが低下し続ける。このようにして、制御電圧Ｖcを継続的に調節して、出力電圧を一定に保つ。
【００９８】
単発タイマー１１を用いると、切換調整器１０を用いて主要なスイッチングトランジスタ１３をごく短時間だけオンにすることができる。スイッチオン時間が短時間かつ一定であると、切換調整器１０は、極めて低いデューティサイクルで動作して、高い入力電圧を低い出力電圧に変換することができる。しかし、オン時間が一定であると、入力電圧および出力電圧の変化ならびに負荷電流に合わせてオフ時間を変更することが必要となる。そのため、切換周波数も変化する。
【００９９】
この変化を最小にするために、単発タイマー１１はＶINおよびＶOUTを入力として受け取って、オン時間パルスを生成する。このオン時間パルスは、ＶOUTに正比例し、ＶINに反比例する。これにより、オン時間はＶINおよびＶOUTが変化すると共に変化するため、切換周波数を実質的に一定に維持する。しかし、様々な２次的効果（例えば、寄生抵抗による損失およびスイッチングによる損失）のために、特定の周波数に必要なオン時間が単発タイマー１１によって与えられるオン時間から逸脱する可能性が出てくる。その結果、切換周波数がやはり大幅に変化し得る。
【０１００】
ここで図２を参照して、図１の同期型の電圧切換調整器に従って用いられる例示的な従来技術による単発タイマーの模式図について説明する。図１の同期型の電圧切換調整器１０の入力電圧ＶINは単発タイマー１１のＩON入力に接続され、一方、図１の調整器１０の出力電圧ＶOUTは、ＶON入力に接続される。入力ＩONおよび入力ＶONに加えて、単発タイマー１１は、入力ＩＮおよび出力ＯＵＴを含む。
【０１０１】
単発タイマー１１は、以下のように動作する。先ず、トランジスタ２６から０．７Ｖを減算した入力電圧ＶINが、タイミング抵抗器２５（ＲON）上に現れる。次いで、電流ＩONが、抵抗器ＲONを通過して、電流ミラー２６〜２７および２８を通過してタイミングキャパシタ２９に移動する。単発タイマー１１への入力ＩＮが低い間、電流ＩONはリセットスイッチ３２を通じて流出し、その結果、比較器３１の出力は低くなる。
【０１０２】
単発タイマー１１への入力ＩＮが高くなると、ラッチ３３が設定され、そのＱ出力が高くなる。これにより、スイッチ３２はオフになり、出力ＯＵＴが高く設定される。スイッチ３２はＯＦＦになっているため、タイミングキャパシタ２９は、ＩON入力からのミラー電流によって荷電される。タイミングキャパシタ２９上の電圧RAMPが出力電圧ＶOUTに達すると、比較器３１の出力は高くなり、これにより、ラッチ３３がリセットされる。その結果、単発タイマー１１が出力パルスを生成する。この出力パルスは、ＶOUTに正比例し、ＶINにほぼ反比例する。
【０１０３】
ここで図３Ａを参照して、図３Ａは、図１の不定周波数同期型の電圧切換調整器の例示的な実施形態の模式図であり、図３Ａにおいて、電圧切換調整器が本発明の原理による位相ロックループと同期する様子について説明する。この回路において、図１の電圧切換調整器１０は、位相ロックループ３４と同期して単発タイマー１１のオン時間を制御し、これにより、切換周波数が基準クロックにロックされる。その結果、安定した状態の一定の切換周波数が得られる。
【０１０４】
位相ロックループ３４は、ＡＮＤゲート３７ならびにデータフリップフロップ３５および３６を含む。これらのフリップフロップが両方ともゼロを出力した場合、ＣＬＯＣＫからの立ち上がりエッジによりフリップフロップ３６が設定され、単発タイマー１１のＯＵＴ出力からの後続の立ち上がりエッジによりフリップフロップ３５が設定される。双方のフリップフロップが設定されると、ＡＮＤゲート３７は、フリップフロップ３５および３６両方をリセットさせる。フリップフロップ３６の出力は、クロックの立ち上がりエッジに対応する立ち上がりエッジを有する矩形波であり、その下降エッジは、単発タイマー１１のＯＵＴ出力からの立ち上がりエッジに対応する。抵抗器３８および３９ならびにキャパシタ４０を含むループフィルタによって、フリップフロップ３６の出力からのＤＣ値の平均値が得られる。
【０１０５】
単発タイマー１１のオン時間は、以下のように制御される。フリップフロップ３６のデューティサイクルが５０％未満である場合、フリップフロップ３６によって得られるＤＣ平均値はＶcc／２未満であるため、増幅器４１は、単発タイマー１１へのＶON入力を増加させる。切換調整器１０のオン時間は、上記にて図２に関連して説明したように増加する。オン時間が長くなると、ＣＬＯＣＫと単発タイマー１１のＯＵＴ出力との間の位相遅れが増加し、フリップフロップ３６のデューティサイクルも増加する。例えば、フリップフロップ３６のデューティサイクルが５０％を上回る場合、増幅器４１の出力は低減する。その結果、切換調整器１０のオン時間は低減する。基準クロックと単発タイマー１１のＯＵＴ出力との間の位相遅れも低減する。そのため、位相ロックループ３４は、単発タイマー１１のオン時間を継続的に調節して、フリップフロップ３６のデューティサイクルを５０％に維持する。これにより、切換調整器１０はクロックと同じ周波数で維持され、その位相遅れは１８０°となる。
【０１０６】
ここで図３Ｂを参照して、図３Ｂは、図１の不定周波数同期型の電圧切換調整器の別の実施形態の模式図であり、この電圧切換調整器が、本発明の原理による位相ロックループと同期する様子について説明する。図３Ｂの回路において、位相ロックループ３４は、（図３Ａ中の回路の場合のようなＶON入力ではなく）単発タイマー１１のＩON入力を制御する。増幅器４１への入力の極性も反転している。その結果、フリップフロップ３６のデューティサイクルが５０％未満になると、増幅器４１の出力は低減して、これにより、単発タイマー１１のＩON入力における電圧もそれに対応して低減する。これにより、切換調整器１０のオン時間は増加する。その結果、切換調整器１０はクロックと同じ周波数で保持され、その位相遅れは１８０°となる。
【０１０７】
図１の切換調整器１０を同期させるために位相ロックループ３４を用いているが、当業者であれば、位相ロックループ３４を用いて、他の種類の不定周波数の切換調整器回路（例えば、同期型の調整器および非同期型の調整器（例えば、ブースト（逓昇）切換調整器、バック（逓降）切換調整器、またはバック−ブースト切換調整器）を（一定のオン時間または一定のオフ時間および複数の他の制御技術のうち任意のものを用いて）同期させることも可能であることを理解する。これらの制御技術の例を挙げると、他の電流感知素子（例えば、感知抵抗器または電流感知変圧器）を様々に配置して行う電流モード制御、電圧モード制御、ならびに混成回路制御技術（例えば、出力キャパシタ電圧の変化に基づいた感知技術）が挙げられる。混成回路制御技術を用いた切換調整器の例を挙げると、Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＭａｘｉｍ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、Ｉｎｃ．によって販売されているＭＡＸ１７１０と、Ｐｈｏｅｎｉｘ、ＡＺ．のＯＮ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒによって販売されているＣＳ５１２０とが挙げられる。
【０１０８】
ここで図４を参照して、図４は、図１の２つの不定周波数の電圧切換調整器の模式図を示し、図４において、この電圧切換調整器が本発明の原理による位相ロックループと同期する様子について説明する。電圧切換調整器１０Ａおよび１０Ｂは互いに独立して動作し、並列接続され、フィードバックネットワーク４３、エラー増幅器４４および補償ネットワーク４５によって設定された共通入力キャパシタ２３、共通出力キャパシタ４２および共通電流制御電圧Ｖcを共有する。切換調整器１０Ｂの単発タイマー１１Ｂの出力ＯＵＴは、位相ロックループ４６へのＣＬＯＣＫ入力を形成する。位相ロックループ４６は、切換調整器１０Ａのオン時間の制御を図３Ａにて上述したような様式と同様の様式で行う。フリップフロップ３６のクロック入力は今や切換調整器１０Ｂから来るため、切換調整器１０Ａおよび切換調整器１０Ｂは、同じ一定の切換周波数で動作し、その位相遅れは１８０°となる。システムは、安定した状態になると、二相電圧切換調整器を形成し、この二相電圧切換調整器は、単一の電圧切換調整器と比較して、入力リップル電流および出力リップル電流が小さく、インダクタサイズおよびキャパシタンスも小さい。
【０１０９】
さらに、当業者であれば、位相ロックループ４６を用いて、他の種類の不定周波数の切換調整器回路（例えば、同期型の調整器および非同期型の調整器（例えば、ブースト（逓昇）切換調整器、バック（逓降）切換調整器またはバック−ブースト切換調整器）を（一定のオン時間、一定のオフ時間、またはヒステリシス制御で、複数の他の制御技術のうち任意のものを用いて）同期させることが可能であることも理解する。これらの制御技術の例を挙げると、他の電流感知素子（例えば、感知抵抗器または電流感知変圧器）を様々に配置して行う電流モード制御、電圧モード制御、ならびに混成回路制御技術（例えば、出力キャパシタ電圧の変化に基づいた感知技術）が挙げられる。
【０１１０】
加えて、当業者であれば、位相ロックループ４６を用いて複数の切換調整器回路を同期させて、２つ以上の位相と、多数の入力および単一の出力と、多数の出力および単一の入力とを有する多数の電力変換器を形成することが可能であることも理解する。
【０１１１】
上記にて本発明の特定の実施形態について詳細に説明してきたが、上記の記載は、ひとえに例示目的のためであることが理解される。本発明の特定の特徴をいくつかの図面に記載したり、記載していなかったりしているのも、ひとえに便宜上の理由のためであり、本発明による任意の特徴を他の特徴と組み合わせることが可能である。本明細書中に記載の工程の順序を変更または組み合わせることも可能であり、他の工程を設けることも可能である。当業者にとって、本明細書中の記載を読めばさらなる変更例は明らかであり、このような変更は、本明細書中の特許請求の範囲内に収まるものとして意図される。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明の方法は、入力ノードにおいてソース電圧を提供し、出力ノードに結合された制御回路を提供するとともに、その制御回路は、切換調整器のデューティサイクルを制御し、さらに、位相検出器回路を含む位相ロックループを提供するとともに、位相ロックループによって切換調整器のパラメータを制御すして、切換調整器の切換周波数を一定にすることにより、不定周波数の電圧切換調整器を用いた一定周波数動作が達成できる。
【０１１３】
不定周波数の切換調整器を位相ロックループを用いて同期させる方法は、不定周波数の切換調整器を位相ロックループと同期させて、一定周波数での動作を安定した状態で達成する一方、不定周波数動作による利点を保持して、過渡応答を向上させ、より広い範囲のデューティサイクルで動作することを可能にする。さらに、上記方法は、多数の不定周波数型調整器を同期させるとともに並列に動作させて、単一の切換調整器よりもより高い電力レベルを出力側に送達することも可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、電流モード制御を用いた例示的な従来技術の逓降型の不定周波数同期型の電圧切換調整器模式図である。
【図２】図２は、例示的な従来技術の単発タイマーの模式図であり、この単発タイマーは、図１の同期型の電圧切換調整器に従って用いられる。
【図３Ａ】図３Ａは、図１の不定周波数同期型の電圧切換調整器が本発明の原理に従って位相ロックループと同期させられる例示的実施形態の模式図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図１の不定周波数同期型の電圧切換調整器が本発明の原理に従って位相ロックループと同期させられる別の実施形態の模式図である。
【図４】図４は、図１の２つの不定周波数の電圧切換調整器が本発明の原理に従って位相ロックループと同期させられる様子の模式図である。
【符号の説明】
１０  切換調整器
１１  単発タイマー
３４  位相ロックループ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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