JP2010508005A - ソフトスタートによる供給電力制御 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電荷蓄積デバイス(例えばバッテリ又はスーパーキャパシタ)は、適宜充電する必要がある。電荷蓄積デバイス並びにそれを充電するのに用いられる供給装置を保護するための装置には、典型的には電力ループ制御回路が含まれる。電力ループ制御回路を実施する1つの手法は、充電電流が増大するときに急激に上昇する温度から回路を保護するための、ソフトスタート回路と組み合わせた温度センサを用いる。ソフトスタート回路は、制御された段階的な電流の増大及び調節を可能にする。この手法は、このような増分ステップの数及び分解能の選択を可能にすることが好ましい。本発明の種々の実施形態は、電力を制御するためのデバイス及び方法を含み、充電電流の段階的調節において温度を考慮に入れることができる。
【選択図】 図1
Description
206 電荷蓄積デバイス; 400 集積チップ(IC)ダイ;
402a〜h ダイ領域; 404 温度センサ; 406 ボンドワイヤ(入力側);
408 ボンドワイヤ(出力側);
500、600、800、900、1000 充電電力制御機構;
502、602、1002 充電電力制御デバイス;
504、604、632 供給装置; 506 電荷蓄積デバイス;
508、608、1008 電力ループ制御回路;
510、610、802 通過素子; 512 システム負荷;
612、712 温度センサ; 614、714 ソフトスタート・コントローラ;
616 ソフトスタート構成部品; 618 電流制限コントローラ;
620 電流制限検出器; 622、722 コンパレータ;
624、724 論理回路(カウンタ); 626、726 制御信号(制御ビット);
628 定電流源; 630 電流制限コンバータ; 804、902 演算増幅器;
1006 マイクロコントローラ; 1004 アナログ・デジタル(A/D)変換器;
1010 デジタル・アナログ(D/A)変換器。
Claims (47)
- 電力を制御するためのデバイスであって、
充電電流を導通するように適合された通過素子と、
ソフトスタート・コントローラ及びソフトスタート構成部品を含む電力ループ制御回路と、
を備え、
前記ソフトスタート・コントローラが、前記通過素子を通る前記充電電流の増分ステップに対応する制御信号を生成するように適合され、
前記ソフトスタート構成部品が、前記制御信号に従って前記充電電流の増大を電流制限値に至るまで増分ステップで管理するように適合され、
前記電流制限値が、前記通過素子にわたって消散される電力の予め設定された電力制限値に関連付けられる、
ことを特徴とするデバイス。 - 前記制御信号が1つ又はそれ以上の制御ビットを含む、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記1つ又はそれ以上の制御ビットの数が、前記増分ステップの数に関係付けられている、
請求項2に記載のデバイス。 - 前記1つ又はそれ以上の制御ビットの数が、前記ソフトスタート・コントローラにより前記充電電流が前記電流制限値に近付くことが可能になる予め設定された分解能に関係付けられている、
請求項2に記載のデバイス。 - 前記ソフトスタート・コントローラがコンパレータ及び論理回路を含み、前記コンパレータは、前記論理回路に前記増分ステップを増減するように促すための論理信号を生成するように適合され、
前記論理回路は、前記増分ステップを増減するときに前記制御信号を調整するように適合されている、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記論理回路がカウンタを含み、前記コンパレータが、前記カウンタにカウントアップ又はカウントダウンするように促すためのUP/DN信号を生成するように適合され、前記カウンタは、カウントアップ及びカウントダウンするときに前記制御信号を調整するように適合される、
請求項5に記載のデバイス。 - 前記ソフトスタート・コントローラが、前記コンパレータに動作可能に結合された定電流源を更に含む、
請求項6に記載のデバイス。 - 前記ソフトスタート・コントローラに動作可能に結合され、前記コンパレータが応答して論理信号を生成するセンサ信号を生成するように適合された温度センサを更に備える、
請求項5に記載のデバイス。 - ゼロ温度係数の電圧基準部を更に備え、
前記コンパレータが、前記温度センサ及び前記ゼロ温度係数電圧基準部に動作可能に接続され、これに応答して前記論理信号を生成するように適合される、
請求項8に記載のデバイス。 - 前記温度センサは、互いに直列に動作可能に結合された1つ又はそれ以上の温度感知素子を含む、
請求項8に記載のデバイス。 - 前記各温度感知素子が、その絶対温度に反比例する順電圧降下を有し、
前記温度感知素子が前記増分ステップ間で前記充電電流を調節することによって、全体的に予め設定された温度レベルを維持する、
請求項10に記載のデバイス。 - 前記温度感知素子が、バイポーラ接合ダイオード、サーミスタ、又はトランジスタ、或いはこれらの1つ又はそれ以上の組合せを含む、
請求項10に記載のデバイス。 - 前記温度センサが、全部又は部分的に電力ループ制御回路内に組み込まれる、
請求項8に記載のデバイス。 - 前記カウンタが、上限と下限の間でカウントアップ及びカウントダウンするように適合されている、
請求項6に記載のデバイス。 - 前記カウンタが前記上限に達した場合にカウントダウンのみを行い、前記下限に達した場合にはカウントアップのみを行うように更に適合される、
請求項14に記載のデバイス。 - 前記ソフトスタート構成部品が、前記制御信号に応答してターンオン及びオフするように適合された1つ又はそれ以上の電流スイッチを含む、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記1つ又はそれ以上の電流スイッチがトランジスタを含む、
請求項16に記載のデバイス。 - 前記通過素子に動作可能に結合され、前記電流制限値を検出して前記充電電流を前記電流制限値以下に制限することによって管理するように動作する電流制限検出器を有する電流制限コントローラを更に備える、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記ソフトスタート・コントローラ、前記ソフトスタート構成部品、又はその両方が、マイクロコントローラを用いて実施される、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記マイクロコントローラが、その入力においてアナログ・デジタル変換器(ADC)に動作可能に接続され、その出力においてデジタル・アナログ変換器(DAC)に動作可能に接続されるように更に実施される、
請求項19に記載のデバイス。 - 温度センサを更に備え、前記ADCが前記温度センサに動作可能に結合され、前記DACが前記通過素子に動作可能に結合される、
請求項20に記載のデバイス。 - 前記電力ループ制御回路が、前記充電電流が前記電流制限値又はその近傍に達すると、前記通過素子にわたって消散される電力が前記予め設定された電力制限値を超えないように前記充電電流を調節するよう適合されている、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記電力ループ制御回路が、電荷蓄積デバイス、システム負荷、又はその両方のための調節された前記充電電流を生成するように適合される、
請求項22に記載のデバイス。 - 前記通過素子が、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)、接合型電界効果トランジスタ(JFET)、金属酸化膜半導体FET(MOSFET)、及び絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ(IGBT)として構成された1つ又はそれ以上のトランジスタを含む、
請求項1に記載のデバイス。 - 集積回路(IC)又はICの機能ブロックにおいて具現化される請求項1に記載のデバイス。
- 前記ICはダイ領域に分割され、前記各ダイ領域が異なるスケールのデバイスに適合される、請求項25に記載のデバイス。
- 前記電力ループ制御回路に関連する温度センサが、前記通過素子を含む熱源が存在するダイ領域上に配置される、
請求項26に記載のデバイス。 - 電力を制御する方法であって、
ソフトスタート・コントローラにおいて制御信号を生成することによって、前記通過素子にわたって消散される電力の予め設定された電力制限値に関連する電流制限値まで通過素子を通る充電電流を増分ステップで増大させる段階と、
前記充電電流が前記電流制限値又はその近傍に達したときに電力ループ制御回路において前記充電電流を調節する段階と、
増大された後に調節された前記充電電流を電荷蓄積デバイス、システム負荷、又はその両方に出力する段階と、
を含む方法。 - 前記充電電流を増大させる段階が前記増分ステップの分解能に基づいており、前記制御信号が1つ又はそれ以上の制御ビットを含み、前記分解能が前記1つ又はそれ以上の制御ビットの数に関係付けられる、
ことを特徴とする請求項28に記載の方法。 - 前記充電電流を増分ステップで増大させる段階が、前記電力ループ制御回路の温度を感知して、前記増分ステップ間で前記充電電流を調節することによって前記電力ループ制御回路の予め設定された温度レベルを維持する段階を含む、
請求項28に記載の方法。 - 前記充電電流を増分ステップで増大させる段階が、前記生成された制御信号に応答して前記ソフトスタート・コントローラにより1つ又はそれ以上の電流スイッチをターンオン及びオフすることによって、前記充電電流を増大及び低減するステップを含む、
請求項28に記載の方法。 - 前記調節段階が、前記電流制限値を検出して、前記充電電流を前記電流制限値以下に維持するように制御する段階を含む、
請求項28に記載の方法。 - 電力を制御するためのデバイスであって、
電流を導通するよう適合された通過素子と、
ソフトスタート・コントローラ及びソフトスタート構成部品を含む電力ループ制御回路と、
を備え、
前記ソフトスタート・コントローラが、前記通過素子を通る前記電流の増分ステップに対応する調整可能な制御信号に関する出力を含み、前記ソフトスタート構成部品が、前記制御信号の調整に従って前記電流を電流制限値まで増分ステップで管理するよう適合され、前記電流制限値が、前記通過素子にわたって消散される電力の予め設定された電力制限値に関連付けられる、
ことを特徴とするデバイス。 - 前記制御信号が、前記増分ステップの数に関係するビット数の1つ又はそれ以上の制御ビットを含む、
請求項33に記載のデバイス。 - 前記制御信号が、前記ソフトスタート・コントローラにより前記電流が前記電流制限値に近付くことが可能になる予め設定された分解能にその数が関係する1つ又はそれ以上の制御ビットを含む、
請求項33に記載のデバイス。 - 前記ソフトスタート・コントローラが、前記調整可能な制御信号を前記出力において生成するように適合された論理回路を含む、
請求項33に記載のデバイス。 - 前記ソフトスタート・コントローラが、コンパレータと、前記コンパレータに動作可能に結合された定電流源とを更に含む、
請求項36に記載のデバイス。 - 前記ソフトスタート・コントローラに動作可能に結合され、前記コンパレータが前記制御信号を調整するためのUP/DN信号を応答して生成するセンサ信号を生成するように適合された温度センサを更に備える、
請求項36に記載のデバイス。 - 電圧基準部を更に備え、
前記コンパレータは、前記温度センサ及び前記電圧基準部に動作可能に接続され、前記UP/DN信号を生成するように適合される、
請求項38に記載のデバイス。 - 前記ソフトスタート構成部品は、前記制御信号に応答するターンオン及びオフ状態を有する1つ又はそれ以上の電流スイッチを含む、
請求項33に記載のデバイス。 - 前記1つ又はそれ以上の電流スイッチがトランジスタを含む、
請求項40に記載のデバイス。 - 電流制限検出器を有する電流制限コントローラを更に備え、前記電流制限検出器が、前記通過素子に動作可能に結合され、且つ前記電流制限値を検出して前記電流を前記電流制限値以下に制限することにより前記電流を管理するように動作する、
請求項33に記載のデバイス。 - 前記ソフトスタート・コントローラ、前記ソフトスタート構成部品、又はその両方が、マイクロコントローラを用いて実施される、
請求項33に記載のデバイス。 - 前記マイクロコントローラが、その入力においてアナログ・デジタル変換器(ADC)に動作可能に接続され、その出力においてデジタル・アナログ変換器(DAC)に動作可能に接続されるように更に実施される、
請求項43に記載のデバイス。 - 温度センサを更に備え、前記ADCが前記温度センサに動作可能に結合され、前記DACが前記通過素子に動作可能に結合される、
請求項44に記載のデバイス。 - 前記電力ループ制御回路が、前記電流が前記電流制限値又はその近傍に達すると、前記通過素子にわたって消散される電力が前記予め設定された電力制限値を超えないように前記電流を調節するよう適合される、
請求項33に記載のデバイス。 - 前記電流が充電電流であり、前記電力ループ制御回路が、電荷蓄積デバイス、システム負荷、又はその両方のための調節された電流を生成するように適合される、
請求項46に記載のデバイス。
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