(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラ回路により制御される第１のスイッチングデバイスに接続される入力電圧源と、前記入力電圧源により供給される入力電圧より低い概ね一定の出力電圧を供給するための出力端子と、前記出力端子に接続されるコンデンサと、前記第１のスイッチングデバイスと前記出力端子との間に接続される誘導性エネルギーストレージ素子と、前記誘導性エネルギーストレージ素子に直列に接続される電流検出抵抗器と、グランドと前記第１のスイッチングデバイスとの間に接続される整流用デバイスとを有するタイプのステップダウンスイッチングレギュレータを制御するためのコントローラ回路であって、
第１のフィードバック信号を生成するために前記スイッチングレギュレータの出力電圧をモニタするための第１の回路手段と、
第２のフィードバック信号を生成するために前記誘導性エネルギーストレージ素子内を流れる電流をモニタするための第２の回路手段と、
前記第１のフィードバック信号に応じて第１の動作状態を開始するための第３の回路手段と、
前記第１のフィードバック信号に応じて第２の動作状態を開始するための第４の回路手段と、
前記第２のフィードバック信号に応じて第３の動作状態とするための第５の回路手段とを有し、
前記第１の動作状態では、前記誘導性エネルギーストレージ素子内を流れる電流が連続的に増加し、また前記第２の動作状態では、前記誘導性エネルギーストレージ素子内を流れる電流が連続的に減少し、さらに前記第３の動作状態では、前記誘導性エネルギーストレージ素子内を流れる電流が概ね０に等しくなり、前記第１の動作状態への変化が可能となることを特徴とするコントローラ回路。
【請求項２】
前記第１の動作状態の最小持続時間は、前記第２のフィードバック信号が第１の基準信号より大きくなるまでの時間に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載のコントローラ回路。
【請求項３】
前記第１の動作状態の最大持続時間は、前記第２のフィードバック信号が第２の基準信号より大きくなるまでの時間に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載のコントローラ回路。
【請求項４】
前記第１の動作状態の最小持続時間は、前記第２のフィードバック信号が第１の基準信号より大きくなるまでの時間に基づいて決定され、また前記第１の動作状態の最大持続時間は、前記第２のフィードバック信号が第２の基準信号より大きくなるまでの時間に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載のコントローラ回路。
【請求項５】
前記第１の動作状態の前記最小持続時間が、前記誘導性エネルギーストレージ素子を流れる最小ピーク電流を制限し、前記第１の動作状態の前記最大持続時間が、前記誘導性エネルギーストレージ素子を流れる最大ピーク電流を制限することを特徴とする請求項４に記載のコントローラ回路。
【請求項６】
前記第１のフィードバック信号に対して応答することにより、前記最大ピーク電流と前記最小ピーク電流との間にある前記誘導性エネルギーストレージ素子を流れる通常のピーク電流を連続的に変化させるために機能することを特徴とする請求項５に記載のコントローラ回路。
【請求項７】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項１に記載のコントローラ回路。
【請求項８】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項２に記載のコントローラ回路。
【請求項９】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項３に記載のコントローラ回路。
【請求項１０】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項４に記載のコントローラ回路。
【請求項１１】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項５に記載のコントローラ回路。
【請求項１２】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項６に記載のコントローラ回路。
【請求項１３】
コントローラ回路により制御される第１のスイッチングデバイスに接続される入力電圧源と、前記入力電圧源により供給される入力電圧より低い概ね一定の出力電圧を供給するための出力端子と、前記出力端子に接続されるコンデンサと、前記第１のスイッチングデバイスと前記出力端子との間に接続される誘導性エネルギーストレージ素子と、グランドと前記第１のスイッチングデバイスとの間に接続される整流用デバイスとを有するタイプのステップダウンスイッチングレギュレータを制御するためのコントローラ回路であって、
第１のフィードバック信号を生成するために前記スイッチングレギュレータの出力電圧をモニタするための第１の回路手段と、
第２のフィードバック信号を生成するために前記誘導性エネルギーストレージ素子間の差動電圧を積分するための第２の回路手段と、
前記第１のフィードバック信号に応じて第１の動作状態を開始するための第３の回路手段と、
前記第１のフィードバック信号に応じて第２の動作状態を開始するための第４の回路手段と、
前記第２のフィードバック信号に応じて第３の動作状態とするための第５の回路手段とを有し、
前記第１の動作状態では、前記誘導性エネルギーストレージ素子を流れる電流が連続的に増加し、前記第２の動作状態では、前記誘導性エネルギーストレージ素子内を流れる電流が連続的に減少し、また前記第３の動作状態では、前記誘導性エネルギーストレージ素子内を流れる電流が概ね０に等しくなり、前記第１の動作状態への変化が可能となり、さらに前記第２の回路手段は、前期誘導性エネルギーストレージ素子内を流れる電流が概ね０に等しくなったとき初期化されることを特徴とするコントローラ回路。
【請求項１４】
前記第２の回路手段がクロック付き積分器からなることを特徴とする請求項１３に記載のコントローラ回路。
【請求項１５】
前記第１の動作状態の最小持続時間は、前記第２のフィードバック信号が第１の基準信号より大きくなるまでの時間に基づいて決定されることを特徴とする請求項１３に記載のコントローラ回路。
【請求項１６】
前記第１の動作状態の最大持続時間は、前記第２のフィードバック信号が第２の基準信号より大きくなるまでの時間に基づいて決定されることを特徴とする請求項１３に記載のコントローラ回路。
【請求項１７】
前記第１の動作状態の最小持続時間は、前記第２のフィードバック信号が第１の基準信号より大きくなるまでの時間に基づいて決定され、また前記第１の動作状態の最大持続時間は、前記第２のフィードバック信号が第２の基準信号より大きくなるまでの時間に基づいて決定されることを特徴とする請求項１３に記載のコントローラ回路。
【請求項１８】
前記第１の動作状態の前記最小持続時間が、前記誘導性エネルギーストレージ素子を流れる最小ピーク電流を制限し、また前記第１の動作状態の前記最大持続時間が、前記誘導性エネルギーストレージ素子を流れる最大ピーク電流を制限することを特徴とする請求項１７に記載のコントローラ回路。
【請求項１９】
前記第１のフィードバック信号に対して応答することにより、前記最小ピーク電流と前記最大ピーク電流との間にある前記誘導性エネルギーストレージ素子を流れる通常のピーク電流を連続的に変化させるために機能することを特徴とする請求項１８に記載のコントローラ回路。
【請求項２０】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項１３に記載のコントローラ回路。
【請求項２１】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項１５に記載のコントローラ回路。
【請求項２２】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項１６に記載のコントローラ回路。
【請求項２３】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項１７に記載のコントローラ回路。
【請求項２４】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項１８に記載のコントローラ回路。
【請求項２５】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項１９に記載のコントローラ回路。
【請求項２６】
コントローラ回路により制御される第１のスイッチングデバイスに接続される入力電圧源と、前記入力電圧源により供給される入力電圧より小さい概ね一定の出力電圧を供給するための出力端子と、前記出力端子に接続されるコンデンサと、前記第１のスイッチングデバイスと前記出力端子との間に接続される誘導性エネルギーストレージ素子間と、グランドと前記第１のスイッチングデバイスとの間に接続される整流用デバイスとを有するタイプのステップダウンスイッチングレギュレータを制御するためのコントローラ回路であって、
第１のフィードバック信号を生成するために前記スイッチングレギュレータの出力電圧をモニタするための第１の回路手段と、
第２のフィードバック信号を生成するために前記誘導性エネルギーストレージ素子内を流れる電流を検出するための第２の回路手段と、
前記第１のフィードバック信号に応じて第１の動作状態を開始するための第３の回路手段と、
前記第１のフィードバック信号に応じて第２の動作状態を開始するための第４の回路手段と、
前記第２のフィードバック信号に応じて第３の動作状態とするための第５の回路手段とを有し、
前記第１の動作状態では、前記誘導性エネルギーストレージ素子内を流れる電流が連続的に増加し、前記第２の動作状態では、前記誘導性エネルギーストレージ素子内を流れる電流が連続的に減少し、また前記第３の動作状態では、前記誘導性エネルギーストレージ素子内を流れる電流が概ね０に等しくなり、前記第１の動作状態への変化が可能となることを特徴とするコントローラ回路。
【請求項２７】
前記第１の動作状態の最小持続時間は、前記第２のフィードバック信号が第１の基準信号より大きくなるまでの時間に基づいて決定されることを特徴とする請求項２６に記載のコントローラ回路。
【請求項２８】
前記第１の動作状態の最大持続時間は、前記第２のフィードバック信号が第２の基準信号より大きくなるまでの時間に基づいて決定されることを特徴とする請求項２６に記載のコントローラ回路。
【請求項２９】
前記第１の動作状態の最小持続時間は、前記第２のフィードバック信号が第１の基準信号より大きくなるまでの時間に基づいて決定され、また前記第１の動作状態の最大持続時間は、前記第２のフィードバック信号が第２の基準信号より大きくなるまでの時間に基づいて決定されることを特徴とする請求項２６に記載のコントローラ回路。
【請求項３０】
前記第１の動作状態の前記最小持続時間が、前記誘導性エネルギーストレージ素子を流れる最小ピーク電流を制限し、また前記第１の動作状態の前記最大持続時間が、前記誘導性エネルギーストレージ素子を流れる最大ピーク電流を制限することを特徴とする請求項２９に記載のコントローラ回路。
【請求項３１】
前記第１のフィードバック信号に対して応答することにより、前記最大ピーク電流と前記最小ピーク電流との間にある前記誘導性エネルギーストレージ素子を流れる通常のピーク電流を連続的に変化させるために機能することを特徴とする請求項３０に記載のコントローラ回路。
【請求項３２】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項２６に記載のコントローラ回路。
【請求項３３】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項２７に記載のコントローラ回路。
【請求項３４】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項２８に記載のコントローラ回路。
【請求項３５】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項２９に記載のコントローラ回路。
【請求項３６】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項３０に記載のコントローラ回路。
【請求項３７】
前記整流用デバイスが第２のスイッチングデバイスを備え、前記第４の回路手段が、前記第２の動作状態の間、前記第２のスイッチングデバイスをターンオンするために動作することを特徴とする請求項３１に記載コントローラ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に調整ステップダウン或いはバックパワーコンバータに関連し、詳細には、そのようなパワーコンバータにおいて用いられるステップダウンコントローラに関連するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステップダウンパワーコンバージョン及び調整パワーコンバージョンの両方を実行するための種々の方法が当技術分野において知られている。スイッチトモードオペレーションは通常用いられるパワーコンバージョン技術である。パワーコンバータにおいて、パワースイッチングデバイスのスイッチングを制御するために調整情報を用いるデバイスは、パワーコントローラとして知られている。
【０００３】
ステップダウンコンバータの主な目的は、比較的高い入力電圧源から低い電圧出力源まで効率的にエネルギーを変換することである。調整ステップダウンコンバータの場合、出力電圧を概ね一定に保持し、入力電圧及び負荷変動に対して影響を受けにくいように動作しなければならない。一般にステップダウンコンバータを実現するための２つの通常の技術は、当技術分野の線形コンバータ及びスイッチングコンバータにおいて用いられている。
【０００４】
線形ステップダウンコンバータは入力源と出力源との間に一定の電流を供給する。入力と出力との間の電圧差は、パスエレメント（例えばトランジスタ）間で解消される。線形ステップダウンレギュレータの主な問題点は、パスエレメントにおけて電力損失が生じ、入力電圧源と出力との間のエネルギー変換を比較的非効率にしてしまう傾向があるという点である。線形ステップダウンレギュレータの主な利点は、出力源においてリプル電圧が小さいことである。
【０００５】
典型的なスイッチングステップダウンコンバータは、誘導性パスエレメント（例えばコイル）及び１つ或いはそれ以上のスイッチングデバイスからなる。ステップダウンコントローラの目的は、定出力電圧を保持すると共に、入力源と出力源との間を流れる平均電流が、負荷の平均電流要件を満足するようにスイッチングデバイスを選択的にオン／オフするということである。誘導性素子及びスイッチングデバイスはほとんど電力を損失しないため、スイッチングコンバータは非常に効率的に入力から出力へのエネルギー変換をすることができる。スイッチングレギュレータの主な問題点は線形レギュレータに比べて比較的出力リプル電圧が大きくなるということである。
【０００６】
一般に誘導性パスエレメントを用いるステップダウンコンバータは２つの異なるモードにおいて動作することができる。連続伝導モード（ＣＣＭ）において動作するコンバータでは、誘導性パスエレメント内を流れる電流は連続的に変化し、平均ＤＣ電流はその電流のピーク−ピーク変動に比べて比較的大きくなる。そのようなＣＣＭコンバータでは、誘導性素子を流れる瞬時電流は一般に０より大きい値に保持される。このタイプのコンバータの利点は、比較的小さなピーク−ピーク電流を保持すると共に、高平均電流を達成できるという点である。この結果、典型的には出力リプル電圧は低くなるであろう。ＣＣＭコンバータの主な問題点は、比較的複雑で、安定させるのが難しい傾向があるという点である。
【０００７】
断続伝導モード（ＤＣＭ）において動作するコンバータでは、誘導性パスエレメント内を流れる電流は、典型的にはゼロ電流で開始し、あるピーク値まで上昇し、周期的に０に戻る。従って電流は離散的な電流パケットの状態で入力源と出力源との間を伝達され、電流パケットの平均電流は比較的予想可能である。断続的な性質のエネルギーが入力と出力との間を伝達されることにより、ステップダウンコンバータ制御構成は非常に簡単になる。このタイプのコンバータの問題点は、ＣＣＭモードにおいて動作するステップダウンコンバータに比べて出力リプル電圧が比較的高くなる傾向があるという点である。
【０００８】
図１Ｂは、ＤＣＭステップダウン技術を利用する図１Ａの従来のコントローラにおいて観測される典型的な瞬時コイル電流波形を示す。最大負荷条件下では、誘導性パスエレメントを流れる電流はゼロ電流と固定ピーク電流との間を連続的に往復する。中間の及び軽い負荷条件下では、電流はゼロ電流から同じ固定ピーク電流まで上昇し、ゼロ電流に戻され、その後一定期間コイル電流を０に保持する。中間の及び軽い負荷条件下では、平均コイル電流は減少するが、ピークコイル電流は一定のままである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
連続伝導モード（ＣＣＭ）において動作するコンバータに比べて、リプル電圧が大きくなる従来の断続伝導モード（ＤＣＭ）コンバータに対して、リプル電圧を低減すると共に、変換効率を改善する新規の断続伝導モード（ＣＤＭ）コンバータを提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
図２Ｂは、図２ＡのＤＣＭバックコンバータにおけるコイル電流波形を示す。最大負荷電流時には、本発明のバックコンバータにより観測される動作は従来の動作と同様である。しかしながら、中間的及び軽い負荷条件下では、動作は著しく異なる。中間負荷条件下では、コイル電流は、０とあるピーク値との間で電流の連続的な往復動作を保持する。しかしながら、従来のコントローラとは異なり、ピークコイル電流の値は、最大負荷時より小さい負荷条件下では、連続的に減少する。そのような制御方法を実現することにより、出力リプル電圧を低減し、コンバータ効率を改善することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図３において、本発明に従ったステップダウンコントローラ３００を用いる典型的な応用回路を示す。ステップダウンコントローラ３００は、入力電圧Ｖｉｎ及び電流負荷Ｉｏｕｔの変動に影響されずに、出力電圧Ｖｏｕｔを概ね一定に保持するように、周期的にスイッチ１０１を切り替えなければならない。ステップダウンコントローラ３００は、Ｖｏｕｔで与えられる瞬時電圧と、誘導性パスエレメント１０２を流れる瞬時電流とを入力として与えられる時、スイッチ１０１のための駆動信号を生成しなければならない。抵抗性素子１０３は、電流検出デバイスとして機能し、瞬時コイル電流に比例する差動電圧を生成する。コイル１０２を流れる所望の電流は、０の最小電流値と約２×Ｉｏｕｔの最大電流との間を変動なければならない。その結果生じるコイル１０２を流れる平均電流は電流負荷Ｉｏｕｔに等しくなるであろう。
【００１２】
ステップダウンコントローラ３００は３つの動作状態を有する。その状態はＯＮ状態、ＯＦＦ状態並びにＮＵＬＬ状態であり、それぞれ信号ＯＮ、ＯＦＦ並びにＮＵＬＬの送出に対応する。ＯＮ状態の間、トランジスタスイッチ１０１はＯＮし、コイル１０２を流れる電流は（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）に比例する割合で増加するであろう。ＯＦＦ状態の間、トランジスタ１０１はＯＦＦするであろう。コイル１０２を流れる電流は、０ではなく、（−Ｖｏｕｔ）に比例する割合で減少するであろう。ＮＵＬＬ状態の間、トランジスタ１０１はオフし、コイル１０２を流れる電流は概ね０になるであろう。
【００１３】
ステップダウンコントローラ３００がＮＵＬＬ状態にあり、かつつＶｏｕｔが初めに内部基準電圧４１０より大きい場合を仮定すると、出力電圧Ｖｏｕｔが内部基準電圧４１０より小さい値に降下するとすぐに、コンパレータ４０１の出力は送出状態から非送出状態に入れ替わるであろう。ＮＵＬＬ信号が送出され、コンパレータ４０１の出力が非送出状態場合、フリップフロップ４０６はセットされ、それによりＯＮ信号を送出するであろう。ＯＮ信号の送出により、ＮＵＬＬ信号は強制的に非送出状態になり、ＮＵＬＬ状態からＯＮ状態への状態が変化をする。ＯＮ状態の間、トランジスタ１０１はオンされ、コイル１０２を流れる電流は増加するであろう。トランジスタ１０１は、スイッチングコンバータ３００により検出される条件が、ＯＮ状態の終了を指示するまで、オンしたままである。
【００１４】
上記のように、ＯＮ信号は、Ｖｏｕｔが基準電圧４１０より小さい電圧に降下した時点で、即座に送出される。ＯＮ信号の開始時には、コイル１０２を流れる電流は０である。出力電流Ｉｏｕｔが０より大きい場合を仮定すると、出力電圧Ｖｏｕｔは徐々に降下するであろう。ＯＮ状態の持続時間全体を通して、コイル電流ＩLは連続的に増加するであろう。ある点では、電流ＩLは出力電流Ｉｏｕｔより大きくなるであろう。この点において、出力電圧Ｖｏｕｔは増加し始めることになる。コイル電流ＩLが増加し続ける時、Ｖｏｕｔも増加し続けるであろう。所定の時間間隔に渡るコンデンサ間の電圧変化はコンデンサ電流の時間積分値をコンデンサ値で割った値に等しくなるため、Ｖｏｕｔが上昇し、基準電圧４１０により生成される電圧に等しくなる時、ＯＮ状態の持続時間を通してコンデンサ１０４を流れる平均電流は０に等しくなければならないということが理解されよう。コンデンサ１０４を流れる平均電流が０であるため、コイル１０２を流れる平均電流は平均出力電流Ｉｏｕｔに等しくなければならないということも理解されよう。この点において、ＯＮ状態が終了されなければならない。出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧４１０により生成される電圧より大きい値まで上昇する時、コンパレータ４０１の出力が送出されることになる。コンパレータ４０１の出力を送出することにより、フリップフロップ４０５がセットされ、それによりＯＦＦ信号が送出され、ＯＮ状態が終了するであろう。
【００１５】
ステップダウンコントローラ３００のコンパレータ４０２は、コイル１０２を流れる電流パルスの最小値を制御するためのものである。ＯＮ状態が開始された後、コイル電流がコンパレータ４０２及び基準値Ｖａにより設定される最小閾値を超えるまでは終了されないであろう。電流パルスの最小サイズを制限することにより、軽い負荷条件下での効率が改善されるであろう。
【００１６】
ステップダウンコントローラ３００のコンパレータ４０３は、コイル１０２を流れる電流パルスの最大値を制御するためのものである。もしコイル１０２を流れる電流がコンパレータ４０３の状態を入れ替えるだけの十分な大きさになるなら、ＯＮ状態が終了され、出力電圧Ｖｏｕｔのレベルに関係なくＯＦＦ状態が開始されるであろう。
【００１７】
ＯＦＦ状態が開始され、ＯＮ状態は終了された後、スイッチ１０１はオフし、コイル１０２を流れる電流は減少し始めるであろう。コンパレータ４０４は、スイッチングコンバータが断続伝導モード（ＤＣＭ）において動作することを確保するために備えられる。コイル１０２を流れる電流が０に非常に近い閾値より大きい限り、ＯＦＦ状態が保持され、コイル１０２を流れる電流は減少し続けるであろう。コイル電流が０に非常に近い値まで降下した後、コンパレータ４０４は入れ替わり、それによりフリップフロップ４０５がリセットされ、ＯＦＦ状態が終了するであろう。ＯＮ信号及びＯＦＦ信号の何れもが送出されない場合、ＮＵＬＬ状態が送出され、上記の全プロセスが繰り返されるであろう。
【００１８】
図４においては、同期調整を用いる本発明の第２の実施例が示される。上記のように、本発明のステップダウンコントローラは３つの動作状態ＯＮ、ＯＦＦ並びにＮＵＬＬを用いる。ＯＦＦ動作状態の間、トランジスタ１０１はオフし、コイル１０２を流れる電流は０より大きくなる。上記の第１の実施例では、コイル電流ＩLはコイル１０２及び整流素子１０５を流れた。第２の実施例はＯＦＦ信号を用いて同期スイッチ１０６を駆動するという利点を有する。ステップダウンコントローラ３０１に駆動バッファ４０８が加わるという点は別にして、図３のコントローラ３００と違いはない。駆動バッファ４０８は十分に大きなターンオン及びターンオフ遅延を有し、トランジスタ１０１及び１０６が同時に導通するのを避けるようにしなければならない。
【００１９】
図５においては、本発明の第３の実施例が示されており、その中で図１Ａの外部電流検出抵抗１０３が削除されている。上記のように、ＯＮ状態の間、コイル１０２を流れる電流は入力電圧と出力電圧との間の差（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）に比例する割合で増加するであろう。ＯＦＦ状態の間、コイル１０２を流れる電流は（−Ｖｏｕｔ）に比例する割合で減少するであろう。ＮＵＬＬ状態の間、コイル１０２を流れる電流は概ね０になるであろう。
【００２０】
図１Ａの外部電流検出抵抗１０３を削除するのに加えて、図１Ａのスイッチングコントローラ３００の内部にある相互コンダクタンス増幅器４００及びゲイン抵抗器４０７も図５の実施例においては削除されている。積分増幅器４１１がスイッチングコントローラ３００内に設けられ、差動アナログ入力Ｖｄを積分し、アナログ出力ＶＩＬを生成する。スイッチ４１２の状態に依存して、積分増幅器４１１はＯＮ信号が送出されているときには、ＶｉｎとＶｏｕｔとの間の差を積分し、ＯＮ信号が送出されていないときには、グランドとＶｏｕｔとの間の差を積分するであろう。積分増幅器４１１に対するデジタル入力ＮＵＬＬは、積分増幅器をゼロ出力状態に初期化する。積分増幅器４１１の積分機能は、比較的簡単な線形或いはスイッチ技術を用いて容易に実現することができる。積分増幅器４１１の多くの実現可能な実施形態は、十分に当業者の技術範囲内にある。積分増幅器４１１は例えば、クロック付き積分器でもあり得る。
【００２１】
積分増幅器４１１は、特に外部電流検出抵抗を必要とすることなく、スイッチ４１２と共に、コイル１０２を流れる瞬時電流をミラー電流化するためのおよその方法を実現する。ＮＵＬＬ状態にあるとき、ＮＵＬＬ信号が送出され、コイル１０２を流れる電流は０になるであろう。ＮＵＬＬ信号が送出される場合、積分増幅器４１１の出力も０に初期化されるであろう。ＯＮ状態にスイッチングされるとき、ＯＮ信号が送出され、ＮＵＬＬ信号は非送出状態になるであろう。コイル１０２を流れる電流は、入力電圧Ｖｉｎで出力電圧Ｖｏｕｔとの間の差に比例する割合で増加するであろう。またＯＮ状態の間、積分増幅器４１１の出力ＶＩＬはＶｉｎとＶｏｕｔとの間の差に比例する割合で増加するであろう。ＯＮ状態からＯＦＦ状態にスイッチングされるとき、ＯＮ信号は送出をやめ、ＯＦＦ信号が送出されるであろう。コイル１０２を流れる電流は−Ｖｏｕｔに比例する割合で増加するであろう。またＯＦＦ状態の間、スイッチ４１２はグランドに入れ替えられ、積分増幅器４１１の出力は−Ｖｏｕｔに比例する割合で降下するであろう。ＮＵＬＬ状態に戻されるとき、積分増幅器４１１は初期化され、コイル１０２を流れる電流も０に戻されるであろう。
【００２２】
いくつかの実施例が、断続伝導モードにおいて動作するスイッチモードスッテップダウンコントローラ用のコントローラを実現するために上に記載されている。本発明は特定の実施例を参照にして記載されているが、その記載は例示しているに過ぎず、限定するものと見なされるべきではない。本発明の制御構成は、そこに記載される実施例に対する種々の変更例を用いても実現することができるということは、当業者には理解されよう。
【００２３】
【発明の効果】
上記のように本コントローラの新規のアプローチを用いることにより、従来のＤＣＭコンバータに比べて、効率及び出力リプル電圧が著しく改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ及びＢからなり、Ａは断続伝導モードにおいて動作する典型的な従来のステップダウンレギュレータの概略的なブロック図であり、Ｂは重い、中間並びに軽い負荷条件下における図１Ａのコイル１０２を流れる電流の典型的な波形を示す。
【図２】Ａ及びＢからなり、Ａは断続伝導モードにおいて動作し、本発明のステップダウンコントローラにより制御されるステップダウンレギュレータの概略的なブロック図であり、Ｂは重い、中間並びに軽い負荷条件下における図２Ａのコイル１０２を流れる電流の典型的な波形を示す。
【図３】本発明の第１の実施例に従ったステップダウンレギュレータ及びそれを制御するためのステップダウンコントローラの詳細な回路図を示す。
【図４】本発明の第２の実施例に従ったステップダウンレギュレータ及びそれを制御するためのステップダウンコントローラの詳細な回路図を示す。
【図５】本発明の第３の実施例に従ったステップダウンレギュレータ及びそれを制御するためのステップダウンコントローラの詳細な回路図を示す。
【符号の説明】
１００  従来のコントローラ
１０１  トランジスタスイッチ
１０２  誘導性パスエレメント（コイル）
１０３  抵抗性素子
１０４  コンデンサ
１０５  整流素子
１０６  同期スイッチ
２００  コントローラ
３００  ステップダウンコントローラ
３０１  ステップダウンコントローラ
３０２  ステップダウンコントローラ
４００  相互コンダクタンス増幅器
４０１  コンパレータ
４０２  コンパレータ
４０３  コンパレータ
４０４  コンパレータ
４０５  フリップフロップ
４０６  フリップフロップ
４０７  ゲイン抵抗器
４０８  駆動バッファ
４１０  内部基準電圧
４１１  積分増幅器
４１２  スイッチ
【図１】
0004226122.tif 000002
【図２】
0004226122.tif 000003
【図３】
0004226122.tif 000004
【図４】
0004226122.tif 000005
【図５】
0004226122.tif 000006