JP3981110B2 - マルチ位相合成リプル電圧レギュレータの同期 - Google Patents

マルチ位相合成リプル電圧レギュレータの同期 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2002年9月6日に申請された同時係属米国特許出願第10/236,787号の一部継続である、2003年9月29日に申請された同時係属米国特許出願第10/673,684号の一部継続である。
本発明は、電源回路およびその関連部品に関し、特にマルチ位相DC-DC合成リプルレギュレータのスイッチング動作を制御するように人工或いは合成リプル波形を発生する複数の合成リプル発生器を同期する装置に関するものである。
集積回路用電力は典型的には、1つ以上の直流(DC)電力源によって供給される。多く用途では、回路が、利用可能な供給電圧(これは比較的低く、例えば数ボルト以下のオーダーになり得る、特にポータブルバッテリー電源素子のように低電流消費が望ましいとき)とは異なる多数の調整電圧を要求し得る。さらに、多くの用途では、負荷電流は数オーダーの大きさにわたって変動し得る。これらの要求を扱うには、ヒステリシスあるいは「バンバン」レギュレータのようなパルスまたはリプル発生器に基づいたレギュレータを使用するのが常套手段である。
そのようなリプル発生器に基づいたDC-DC電圧レギュレータは比較的単純な制御機構を使用し、負荷過渡に対する高速応答を提供する。リプルレギュレータのスイッチング周波数は非同期であり、スイッチングエッジの直接の制御が望ましい用途において利点となる。この目的のために、リプルレギュレータはヒステリシス比較器などを使用する。ヒステリシス比較器はゲートドライブ回路を制御する。ゲートドライブ回路はFETあるいはMOSFETなどのような一対の電子電力スイッチング素子の制御あるいはゲートドライブ入力に結合される。
ゲートドライブ回路は、当業者に知られるようなパルス幅変調(PWM)スイッチング波形に従って、スイッチング素子を制御可能にオン・オフする。
そのようなヒステリシスあるいは「バンバン」レギュレータでは、出力電圧が比較器の固有のヒステリシス電圧を引いた基準電圧以下に落ちるとき、ヒステリシス比較器により生成された出力PWM信号波形は第1の状態へ遷移し(例えば、高くなり)、出力電圧がヒステリシス電圧を加えた基準電圧を超過するとき、比較器のPWM出力は第2の状態へ遷移する(例えば、低くなる)。負荷の印加、あるいは増加は出力電圧を基準電圧以下に減少させ、それに応答して、比較器がゲートドライブをトリガーし上側スイッチング素子をオンにする。レギュレータが非同期なので、大抵の固定周波数PWM制御スキームに共通であるように、ゲートドライブ制御信号が同期クロックを待たない。
このタイプのリプルレギュレータに関する主な懸念は大きなリプル電圧、DC電圧精度およびスイッチング周波数を含む。ヒステリシス比較器がリプル電圧の大きさを直接設定するので、より小さなヒステリシス電圧の使用は、ヒステリシスがより小さくなりスイッチング周波数が増加するにつれ、電力変換効率を減少させる。リプル波形の関数であるDC出力電圧を制御するため、出力リプル電圧の山と谷は調整される。出力電圧のDC値はPWMデューティファクタの関数である。また、出力電圧波形は、インダクタを通る電流が不連続になるとき、比較的短い「スパイク」(スパイクの間に低電圧の比較的長い期間がある)を生成して軽負荷で変化する。リプル電圧波形が入力ラインおよび負荷条件とともに変動するので、厳格なDC調整を維持するのは困難である。
加えて、キャパシタ技術における改良によりリプル波形は変化する。特に、現状のセラミックキャパシタ技術によって、セラミックキャパシタの等価な直列抵抗あるいはESR(これは出力電圧波形の区分線形波形あるいは三角波形を生成する)を非常に低い値に減少することを可能にした。しかしながら、ESRの非常に低い値では、出力電圧のリプル形が、三角形から非線形(例えば、放物線および正弦波)に変化する。これにより出力電圧がヒステリシス閾値をオーバーシュートし、より高い山〜山のリプルが生じる。その結果、DC-DC変換器の出力電圧リプルを低下させる改良は、実際は、リプルレギュレータに使用する時、リプルを増加し得る。
第1の従来の合成リプルレギュレータは合成リプル電圧発生器を含む。この発生器は、出力インダクタを通るリプル電流を有効に複製する補助または「合成」リプル電圧を生成する。レギュレータは合成的に発生させたリプル電圧を使用してヒステリシス比較器のトグルを制御し、パルス幅変調(PWM)信号を発生してレギュレータのスイッチングを制御する。非限定実施例では、トランスコンダクタンス増幅器が、インダクタの位相ノード電圧をモニタし、合成リプル電圧を生成するリプルキャパシタにインダクタ電圧表示電流を供給する。リプル調整のためにそのような複製されたインダクタ電流を使用することにより、低出力リプル、入力電圧フィードフォワード、および単純補償が生じる。
第2の従来のマルチ位相リプル電圧レギュレータは上側および下側の電圧閾値に接続されたヒステリシス比較器を採用する。このヒステリシス比較器は、出力電圧と入力電圧または接地のうちのいずれかとの間の差に基づいた電流が供給されるキャパシタに発生するマスターリプル電圧波形をモニタする。ヒステリシス比較器の出力は、PWMラッチに逐次結合されるマスタークロック信号を発生する。PWMラッチの状態は合成リプル電圧のそれぞれの成分の持続時間を定める。それぞれのPWMラッチは、選択マスタークロック信号によって開始され、それぞれの位相合成電圧をモニタする連携した位相電圧比較器によって終了される第1の状態を有する。本発明は、マルチ位相リプル電圧レギュレータの改良および/または変更に関する。
発明の概要
本発明の実施例によるマルチ位相DC‐DCレギュレータ用のマルチ位相合成リプル電圧発生器は、マスタークロック信号を生成するマスタークロック回路、シーケンスロジックおよび各位相あるいはチャネル用リプルレギュレータを含む。マルチ位相DC‐DCレギュレータは、多数のスイッチング回路を含む。各スイッチング回路は、対応するパルス幅変調(PWM)信号に応答して、1つ以上の入力電圧をスイッチングし対応する位相ノードを経由させて対応する出力インダクタを通させ、出力ノードで出力電圧を集合的に発生する。シーケンスロジックは、各PWM信号をマスタークロック信号に基づいてシーケンス順序にセットする。各リプルレギュレータは、トランスコンダクタンス増幅器、リプルキャパシタおよび比較器を含む。トランスコンダクタンス増幅器は、対応する出力インダクタに結合する入力および対応するリプルキャパシタに結合された出力を有する。比較器は、リプルキャパシタに結合する第1の入力、誤差電圧を受信する第2の入力、および対応するPWM信号をリセットするようにシーケンスロジックに結合された出力を有する。
各位相のトランスコンダクタンス増幅器は、対応する位相ノードに結合する非反転入力および出力ノードまたは基準電圧のいずれかに結合する反転入力により設定され得る。リプルキャパシタは、トランスコンダクタンス増幅器の出力に結合された第1の端部および接地に結合された、あるいは出力ノードに結合する第2の端部を有する。リプル抵抗器をリプルキャパシタに結合してもよく、電圧源によりバイアスするかあるいは出力ノードを介して出力電圧に接続する。
一実施例では、単一入力電圧を使用し、マスタークロック回路がマスターリプルキャパシタ、マスタートランスコンダクタンス増幅器回路、およびヒステリシス比較器回路を含む。マスタートランスコンダクタンス増幅器回路は、マスターリプルキャパシタに結合された出力を有し、マスタークロック信号により制御された第1および第2の状態を有する。第1の状態は入力電圧と出力電圧との間の電圧差に基づいてマスターリプルキャパシタを充電するように提供され、第2の状態は出力電圧に基づいてマスターリプルキャパシタを放電するように提供される。ヒステリシス比較器回路は、マスターリプルキャパシタの電圧を誤差電圧とマスタークロック信号を提供する出力とに比較するように結合された入力を有する。
マスタートランスコンダクタンス増幅器回路は、第1および第2のトランスコンダクタンス増幅器およびスイッチ回路を含んでもよい。この場合、第1のマスタートランスコンダクタンス増幅器は、入力電圧を受信する第1の入力、出力電圧を受信する第2の入力および出力を有する。第2のマスタートランスコンダクタンス増幅器は、接地された第1の入力、出力電圧を受信する第2の入力および出力を有する。スイッチ回路は、第1のマスタートランスコンダクタンス増幅器の出力に結合された第1の端子、第2のマスタートランスコンダクタンス増幅器の出力に結合された第2の端子、マスターリプルキャパシタに結合された共通端子、および共通端子をスイッチ回路の第1および第2の端子のうちの選択された端子に結合するマスタークロック信号を示す信号を受信する制御入力を有する。
ヒステリシス比較器回路は、第1および第2の比較器、電圧源、およびセット/リセット素子を含む。電圧源は、誤差電圧に対するオフセット電圧を提供する。第1の比較器は、マスターリプルキャパシタに結合された第1の入力、誤差電圧を受信する第2の入力、および出力を有する。第2の比較器は、オフセット電圧を受信する第1の入力、マスターリプルキャパシタに結合された第2の入力、および出力を有する。セット/リセット素子は、第1の比較器の出力に結合された第1の入力、第2の比較器の出力に結合された第2の入力、およびマスタークロック信号を提供する出力を有する。
別の実施例では、マスタークロック回路は、マスターリプルキャパシタ、マスタートランスコンダクタンス増幅器、電圧源、比較器、ワンショット素子、およびスイッチを含む。マスタートランスコンダクタンス増幅器は、出力電圧または基準電圧のいずれかを受信する入力およびマスターリプルキャパシタに結合された出力を有する。電圧源は、誤差電圧に対するオフセット電圧を提供する。比較器は、マスターリプルキャパシタに結合された第1の入力、オフセット電圧を受信する第2の入力、および出力を有する。ワンショット素子は、比較器の出力に結合された入力、およびマスタークロック信号を提供する出力を有する。スイッチは、誤差電圧を受信するように結合された第1の端子、マスターリプルキャパシタに結合された第2の端子、およびマスタークロック信号を受信する制御入力を有する。
本発明の実施例によるマルチ位相合成リプルレギュレータは、多数のスイッチング回路、多数の出力インダクタ、誤差増幅器、ヒステリシス比較器クロック回路、シーケンスロジック、および各位相のリプル発生器を含む。各スイッチング回路は、対応する位相ノードを、対応するPWM信号に基づいて対応する入力電圧の反対の極性に交互に結合する。各出力インダクタは、対応する位相ノードと調整された出力電圧を発生する出力ノードとの間に結合される。誤差増幅器は、基準電圧に比較された調整出力電圧に基づいて誤差電圧を発生する。ヒステリシス比較器クロック回路は、出力電圧と誤差信号に応答してマスタークロック信号を発生する。シーケンスロジックは、マスタークロック信号に基づいてシーケンス順序で各PWM信号を開始する。各リプル発生器は、トランスコンダクタンス増幅器、リプルキャパシタ、および比較器を含む。トランスコンダクタンス増幅器は、対応する位相ノードに結合する入力と対応するリプルキャパシタに結合された出力を有する。比較器は、リプルキャパシタに結合された第1の入力、誤差電圧を受信する第2の入力、および対応するPWM信号を終了するようにシーケンスロジックに結合された出力を有する。
発明の詳細な説明
以下の記述は、当業者が特定の応用とその必要条件の脈略内で提供される本発明を製造して使用できるように提示される。しかしながら、好ましい実施例に対する種々の修正が当業者に明瞭であり、本明細書に定義した一般原理は他の実施の形態に適用され得る。それ故、本発明は、本明細書に示し記述した特定の実施例に限定するように意図されず、本明細書に開示した原理および新規な特徴と一致した最も広範囲を受けるべきである。
図1は、本発明の実施例によるマルチ位相合成リプル電圧レギュレータの単純化した概略ブロック図を示す。マルチ位相レギュレータ100は、パルス幅変調(PWM)コントローラまたはマルチ位相合成リプル電圧発生器101を含む。PWMコントローラまたはマルチ位相合成リプル電圧発生器101は、多数「N」個のPWM信号PWM1、PWM2、・・・、PWMNをレギュレータ100のN個のチャネルを形成するそれぞれのN個のゲートドライバGD1、GD2、・・・、GDNに提供する。個数Nは1より大きい任意の正の整数であり、2位相の場合のN=2を含む。第1のチャネルに対して、PWM1信号を第1のゲートドライバGD1に提供する。第1のゲートドライバGD1は1対の電子電力スイッチング素子あるいはスイッチQ11とQ12のターンオンおよびターンオフを制御する。特に、ゲートドライバGD1は上側(あるいは高い側)スイッチQ11の制御端子に提供される上側ゲートスイッチング信号UG1を発生し、下側(あるいは低い側)スイッチQ12の制御端子に提供される下側ゲートスイッチング信号LG1を発生する。図示した特定の構成では、スイッチQ11およびQ12を、1対の入力電源端子間に直列に結合されたドレイン‐ソース電流路を有するNチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)として示す。図示した特定の構成では、入力電源端子から接地された入力電圧VIN1が発生される。他のタイプの電子スイッチング素子は考えられる。スイッチQ12のドレインを位相ノードVphase1でスイッチQ11のソースに結合し、位相ノードVphase1を出力インダクタL1の一端に結合する。出力インダクタL1の他端を出力信号VOが発生される共通出力ノードVOに結合する。ノードおよびそこから発生する信号は、特に断らない限り本明細書では同一名称で呼ぶ。
レギュレータ100の残りのチャネル2−N個を第1のチャネルと実質同様に構成する。PWM2(或いはPWMN)信号をゲートドライバGD2(或いはGDN)に提供する。ゲートドライバGD2(或いはGDN)は、接地されたVIN2(またはVINN)のような入力電圧端子間の位相ノードVphase2(またはVphaseN)で一緒に結合されたスイッチQ21およびQ22(またはQN1およびQN2)を駆動するように信号UG2およびLG2(またはUGNおよびLGN)を提供する。一実施例では、入力電圧VIN1〜VINNは同一レベルにあり、代替実施例では1つ以上の位相が異なる入力電圧レベルを受信し得る。位相ノードVphase2(またはVphaseN)を、出力インダクタL2(またはLN)を介してVOに結合する。出力ノードVOを負荷貯蔵キャパシタ105と負荷107に結合する。負荷貯蔵キャパシタ105と負荷107は両方とも電源レール(例えばGND)に接続される。VIN信号およびVO信号をマルチ位相合成リプル電圧発生器101にフィードバックする。マルチ位相レギュレータ100の多数の位相或いはチャネルを並列に結合してVO信号を発生する。マルチ位相レギュレータ100では、各チャネルが個別の位相ノードと出力インダクタを含む。各チャネルの位相ノードVphase1〜VphaseNのそれぞれは、VINと接地或いは0V間を有効にスイッチングして大きい高速遷移を示すのに対し、VO信号を発生する出力ノードは比較的安定のままである。よって、各インダクタL1〜LNは動作中比較的大きい三角形状リプル電流信号を発生する。
図2は、本発明の実施例によるマルチ位相合成リプル電圧発生器200の単純化した概略図を示す。マルチ位相合成リプル電圧発生器200は、マルチ位相レギュレータ100を2位相レギュレータとして構成したマルチ位相合成リプル電圧発生器101として使用され得る。マルチ位相合成リプル電圧発生器101とそのリプル発生器のアーキテクチャおよび機能性は、必要に応じて任意の位相に容易に拡張し得る。2位相の実施例は、図面およびそれらの記述の複雑さを減少する目的のため、複雑さが減少されたマルチ位相例として示す。
マルチ位相合成リプル電圧発生器101は、上側および下側の閾値比較器210および220から形成された「マスター」ヒステリシス比較器を含む。上側および下側の閾値比較器210および220の出力はそれぞれ、SR(SET/RESET)フリップ・フロップ230のSET(S)およびRESET(R)の入力に結合される。比較器210の反転(−)入力211は上側閾値電圧Vupperを受信するように結合され、比較器220の非反転(+)入力221は下側閾値電圧Vlower(それは上側閾値電圧Vupperより低いある規定オフセットΔV/2である)を受信するように結合される。Vupperは、誤差増幅器103により発生した基準あるいは「誤差」信号である。誤差増幅器103はその非反転(+)入力で基準電圧VREFを、その反転(−)入力で出力信号VOを受信する。比較器210の非反転入力212および比較器220の反転(−)入力222は、制御されたスイッチ240の共通端子241と、接地されたリプルキャパシタ245とに結合される。スイッチ240は、フリップ・フロップ230の非反転Q出力によって制御される。
スイッチ240の第1の入力端子242は、トランスコンダクタンス増幅器250の出力に結合され、スイッチ240の第2の入力端子243がトランスコンダクタンス増幅器260の出力に結合される。トランスコンダクタンス増幅器250は入力電圧VINを受信するように結合された非反転(+)入力251を有し、その反転(−)入力252は出力電圧VOを受信するように結合される。入力電圧VIN1〜VINNはそれぞれVINとして示す同一電圧レベルにある。トランスコンダクタンス増幅器250は、その入力間の差に比例、即ちVIN−VOに比例した出力電流を発生する。トランスコンダクタンス増幅器260は接地された非反転(+)入力261を有し、その反転入力262が出力電圧VOを受信するように結合される。トランスコンダクタンス増幅器260は、その入力間の差に比例、即ち0−VOあるいは−VOに比例した出力電流を発生する。
フリップ・フロップ230の反転あるいはQBAR出力はシーケンスロジック回路270に結合される。シーケンスロジック回路270(それはカウンターとして実施され得る)は、発生される位相の数に対応したN個の出力を有する。この2位相の例において、シーケンスロジック回路270は、SET/RESETフリップ・フロップ280のSET入力に結合された第1の出力271、および、SET/RESETフリップ・フロップ290のSET入力に結合された第2の出力272を有する。この目的のため、シーケンスロジック270は、2位相の応用に対してフリップ・フロップ、あるいは2位相以上の応用に対してシフトレジスターとして実施され得る。フリップ・フロップ280のRESET入力は比較器300の出力に結合され、フリップ・フロップ290のRESET入力が比較器310の出力に結合される。
比較器300および310は、それぞれ上側閾値電圧Vupperを受信するように結合された非反転(+)入力301と311を有する。比較器300の反転(−)入力302は、位相1トランスコンダクタンス増幅器320の出力によってキャパシタ305に供給される電流の結果、リプルキャパシタ305に発生する位相1リプル電圧波形を受信するように結合される。比較器310の反転(−)入力312は、位相2トランスコンダクタンス増幅器330の出力によってキャパシタ315に供給される電流の結果、リプルキャパシタ315に発生する位相2リプル電圧信号を受信するように結合される。キャパシタ245、305および315は、「CRIP」として示した「リプル」キャパシタである。
位相1トランスコンダクタンス増幅器320は、位相1電圧Vphase1ノードに結合された非反転(+)入力、および出力電圧VOを受信するように結合された反転(−)入力を有する。位相1電圧Vphase1ノードは、出力フリップ・フロップ280の出力で提供されるPWM1信号に従って制御可能にゲート制御される電圧Vphase1を発生する。よって、トランスコンダクタンス増幅器320は、Vphase1−VOの積分に比例した電圧を有する位相1リプル信号を発生する。同様に、位相2トランスコンダクタンス増幅器330は、位相2電圧Vphase2ノードに結合された非反転(+)入力、および出力電圧VOを受信するように結合された反転(−)入力を有する。位相2電圧Vphase2ノードは、出力フリップ・フロップ290の出力で提供されるPWM2信号に従って制御可能にゲート制御された電圧Vphase2を発生する。よって、トランスコンダクタンス増幅器330はVphase2−VOの積分に比例した電圧を有する位相2リプル信号を発生する。
図3は、2位相システムのマルチ位相合成リプル電圧レギュレータ101を採用したマルチ位相レギュレータ100の動作のタイミング図である。図3の最上部分は、上側および下側の閾値VupperおよびVlowerに対するのこぎり歯形状を有するマスターリプル信号を示す。図3の中央部分は、上側閾値Vupperに対するのこぎり歯状挙動を各々示す、マスターリプル信号と同期された位相1リプル信号および位相2リプル信号を示す。Vupper閾値の2つの例は、位相1リプル信号と位相2リプル信号との関係をより明確に図示するように繰り返された同一電圧レベルの同一信号であることに注意されたい。図3の最下部分は、フリップ・フロップ230のQBAR出力で発生されるマスタークロック信号、および出力フリップ・フロップ280および290のQ出力でそれぞれ発生したPWM1信号およびPWM2信号を示す。
マスターリプル信号は、初期に時間t0で減少して下側閾値Vlowerと交差するように示す。t0までの間隔の間に、スイッチ240の共通端子241は入力端子243に接続され、接地(0V)−VO、あるいは単に−VOに比例した電流がキャパシタ245に印加される。即ち、マスターリプル信号は初期に減少している。マスターリプル信号が下側閾値Vlowerと交差するとき、比較器220が後続時間t1に始動し、フリップ・フロップ230をリセットする。時間t0とt1との間の待ち時間は、2次回路効果による。フリップ・フロップ230がリセットされるとき、そのQBAR出力によりマスタークロック信号が高にアサートされ、シーケンスロジック270の出力271がPWM1出力フリップ・フロップ280のSET入力まで高にアサートされる。フリップ・フロップ280は、PWM1が約時間t1に高にアサートされることにより応答する。
その間に、フリップ・フロップ230のQ出力が低になり、スイッチ240がその入力242を端子241に結合するようにスイッチし、トランスコンダクタンス増幅器250の出力がヒステリシス比較器210と220によってモニターされる。t1から始まる時間間隔の間に、トランスコンダクタンス増幅器250は、その入力間の差に比例、即ちVIN−VOに比例する出力電流を発生する。この電流はキャパシタ245を充電するように印加され、マスターリプル信号の増加が時間t1に始まる。最終的に、マスターリプル信号は上側閾値Vupperを超過して、後続時間t2に比較器210を始動しフリップ・フロップ230をセットする。時間t2に、フリップ・フロップ230のQBAR出力によりマスタークロック信号が低に引かれる。マスタークロック信号は、フリップ・フロップ230が比較器220により再度リセットされるまで低のままである。
フリップ・フロップ230をセットしたまま、そのQ出力により、スイッチ240がその共通端子241にその入力243を接続し、−VOに比例した負の電流がトランスコンダクタンス増幅器260によってキャパシタ245に再び供給され、キャパシタ245にかかるマスターリプル信号の減少が時間t2に始まる。最終的に、後続時間t4に、マスターリプル信号は再び下側閾値Vlowerと交差し、比較器220が再び始動し、フリップ・フロップ230をリセットする。
動作はマスターリプル信号をのこぎり歯波形として発生するようにこのように繰り返す。
マスターリプル信号とマスタークロック信号の周波数は、入力電圧VINおよび出力電圧VOとVupperおよびVlowerの相対電圧とにより制御される。入力電圧VINを増加することにより、トランスコンダクタンス増幅器250によりキャパシタ245に供給された電流の大きさ(VIN−VO)を増加させて、それによりキャパシタ245にかかるマスターリプル信号が上側閾値電圧Vupperに達するのに必要な時間を減少する。反対に、出力電圧VOを減少することにより、トランスコンダクタンス増幅器250によって供給された電流の大きさ(VIN−VO)を増加するのみならず、トランスコンダクタンス増幅器260によって供給された負の電流の大きさを減少する。後者は、マスターリプル信号が下側閾値電圧Vlowerに達するのに必要な時間を増加するのに有効である。
位相1リプル信号は初期に時間t0に、PWM1信号が高にアサートされる時間t1まで減少している。PWM1信号が高くなると、ゲートドライバGD1の作動によりVphase1信号が高くなり、トランスコンダクタンス増幅器320がVphase1−VOに比例した電流によりキャパシタ305を充電し始め、それによって、位相1リプル信号の増加が約時間t2に始まる。最終的に、位相1リプル信号はVupperを超過して、比較器300が始動し、フリップ・フロップ280をリセットし、PWM1信号が時間t3に低に引かれる。マスタークロック信号に応答してシーケンスロジック270によりフリップ・フロップ280が後続時間t7に再びセットされるまで、PWM1信号は低いままである。t3からt7までの間隔の間に、トランスコンダクタンス増幅器320がキャパシタ305に(−VOの入力に基づいた)負の電流を印加し、時間t7にPWM1信号の次のサイクルまで位相1リプル信号(ランプ波)は線形減少する。
位相2リプル信号は、2つの信号が互いに対して180度位相がずれていること以外は、位相1リプル信号と同様にトランスコンダクタンス増幅器330とキャパシタ315によって発生される。図示するように、例えば、マスタークロック信号は時間t1、t4、t7などに高になる。ここで、PWM1信号が時間t1およびt7とその後のマスタークロック信号の1パルス置きに高になり、一方PWM2信号が時間t4とその後のマスタークロック信号の1パルス置きに高になる。位相1リプル信号は、Vupperに達するまでPWM1信号のアサーションに応答してVphase1−VOに基づいて線形増加し、比較器300が始動し、フリップ・フロップ280をリセットし、PWM1信号をネゲートし、それから位相1リプル信号は−VOに基づいて線形減少し、PWM1は再び高になるまで低である。同様に、位相2リプル信号は、Vupperに達するまでPWM2信号のアサーションに応答してVphase2−VOに基づいて線形増加し、比較器310が始動し、フリップ・フロップ290をリセットし、PWM2信号をネゲートし、それから位相2リプル信号は−VOに基づいて線形減少し、PWM2は再び高になるまで低である。
シーケンスロジック270は、2位相の場合のマスタークロック信号の連続サイクルでその出力のアサーションをトグルする。当業者は理解するように、追加或いはN位相では、シーケンスロジック270は、マスタークロック信号の連続サイクルでラウンドロビンに1つずつ全位相を介してサイクルする。
図4は、本発明の他の実施例によるマルチ位相合成リプル電圧発生器400の単純化した概略図を示す。マルチ位相合成リプル電圧発生器400は、マルチ位相レギュレータ100を2位相レギュレータとして構成したマルチ位相合成リプル電圧発生器101として使用され得る。マルチ位相合成リプル電圧発生器400は、マルチ位相合成リプル電圧発生器200にほぼ同様である。ここで、同様の部品は同一参照番号で示すと仮定する。しかし、この場合、リプルキャパシタ245、305および315は接地されるのではなく、出力電圧VOに接続される。マルチ位相合成リプル電圧発生器400は、リプルキャパシタを介してVOへの別のフィードバック接続を含むことにより、VOの変化に、より高速のループ応答ができる。より高速のループ応答は、マルチ位相レギュレータ100の安定性減少を犠牲にして得られる。2位相の場合のみ示すが、任意の位相が考えられる。
図5は、本発明の他の実施例によるマルチ位相合成リプル電圧発生器500の単純化した概略図を示す。マルチ位相合成リプル電圧発生器500は、マルチ位相レギュレータ100を2位相レギュレータとして構成したマルチ位相合成リプル電圧発生器101として使用され得る。マルチ位相合成リプル電圧発生器500は、マルチ位相合成リプル電圧発生器200にほぼ同様である。ここで、同様の部品は同一参照番号で示すと仮定する。しかし、この場合、トランスコンダクタンス増幅器320と330の反転入力は出力電圧VOに接続されるのではなく、VREFに接続される。マルチ位相合成リプル電圧発生器200のVOへの接続により、VOの変化に比較的高速フィードバック応答できる。比較的高速フィードバック応答は、ある構成のループ安定性減少を犠牲にして得られる。VREFは一定で変化せず、トランスコンダクタンス増幅器320と330の反転入力でのVOフィードバック応答特性は除去される。
図6は、本発明の他の実施例によるマルチ位相合成リプル電圧発生器600の単純化した概略図を示す。マルチ位相合成リプル電圧発生器600は、マルチ位相レギュレータ100を2位相レギュレータとして構成したマルチ位相合成リプル電圧発生器101として使用され得る。マルチ位相合成リプル電圧発生器600は、マルチ位相合成リプル電圧発生器200にほぼ同様である。ここで、同様の部品は同一参照番号で示すと仮定する。しかし、この場合、第1のリプル抵抗器RRIP1は、トランスコンダクタンス増幅器320の出力に接続された一端部と、電圧源601の正端子に接続された他端部を有する。電圧源601の負端子は接地される。電圧源601は、マルチ位相合成リプル電圧発生器101の電圧供給にほぼ基づいた電圧レベルを有する中間供給電圧VMIDを発生する。マルチ位相合成リプル電圧発生器101の電圧供給が5Vである一実施例では、VMIDは約1.5Vである。また、第2のリプル抵抗器RRIP2は、トランスコンダクタンス増幅器330の出力に接続された一端部と、電圧源603の正端子に接続された他端部を有する。電圧源603の負端子は接地される。電圧源603もまた中間供給電圧VMIDを発生する。
出力インダクタL1〜LNのそれぞれにかかる電圧は、少なくとも部分的にそれらに固有のDCRによるDC電圧レベルを含む。さもなければ、DC電圧レベルは絶えず対応するリプルキャパシタを充電し、各リプルキャパシタの電圧は時間の経過とともに上昇する傾向がある。2位相の場合、リプル抵抗器RRIP1とRRIP2はそれぞれ、適当な速度でリプルキャパシタ305および315を放電し、電荷蓄積を補償或いは防止する。また、ある実施例では、キャパシタ305および315のDC電圧が高くあるいは低くなり過ぎると、それは比較的大きな抵抗器RRIP1/RRIP2を介して中間供給電圧VMIDに接続される。同様のリプル抵抗器と電圧源は各チャネルに設けられ、同様に結合される。各チャネルのリプルキャパシタおよびリプル抵抗器のRC時間定数は、そのチャネルのマルチ位相レギュレータ100の伝達関数に「ゼロ」を生成する。特定の部品値を選択して各調整ループを安定にするときゼロの効果を考慮する。
図7は、本発明の他の実施例によるマルチ位相合成リプル電圧発生器700の単純化した概略図を示す。マルチ位相合成リプル電圧発生器700は、マルチ位相レギュレータ100を2位相レギュレータとして構成したマルチ位相合成リプル電圧発生器101として使用され得る。マルチ位相合成リプル電圧発生器700は、マルチ位相合成リプル電圧発生器600にほぼ同様である。ここで、同様の部品は同一参照番号で示すと仮定する。この場合、リプル抵抗器RRIP1とRRIP2はVMIDに接続されるのではなく、出力信号VOに接続される。この実施例は、VMIDの別個の電圧供給の必要を除去し、種々の設定でVOの変動により良い補償を提供する。
図8は、マルチ位相合成リプル電圧発生器800の単純化した概略図を示す。図8は、マルチ位相合成リプル電圧発生器200と300〜700の任意の1つ以上の変形例を任意の組み合わせにおいて応用できることを示す。同様の部品は同一参照番号で示すと仮定する。図示するように、トランスコンダクタンス増幅器320と330の反転入力はVREFまたはVOのいずれかに接続され、リプルキャパシタ305および315はVOまたはGNDのいずれかに接続され、リプル抵抗器RRIP1/RRIP2はオプションで含まれ、VMID、VREFまたはVOを含む任意の選択された電圧レベルに接続される。よって、記述した変形例の任意の組み合わせが考えられる。
図9は、キャパシタ245にかかるマスターリプルおよびマスタークロック信号を発生する代替方法を示すマスタークロック回路の概略図を示す。トランスコンダクタンス増幅器901は、VREFまたはVOの選択された1つを受信するように接続された非反転入力と、接地された反転入力を有する。トランスコンダクタンス増幅器901の出力は、接地された(またはVOに接続された)キャパシタ245、比較器80の反転入力、および通常開いた単一ポール単一スロー(SPST)スイッチSWの一端子に接続される。スイッチSWの他端子はVupper信号を受信する。比較器80の非反転入力はVlower信号を受信し、その出力はワンショット82の入力に接続される。ンショット82の出力はマスタークロック信号を発生し、マスタークロック信号はスイッチSWの制御端子に提供される。
動作では、スイッチSWは初期に開いてキャパシタ245をVupperから切り離す。キャパシタ245はVREFまたはVOのいずれかに比例した電流により連続的に放電される。キャパシタ245にかかる電圧が下側閾値Vlower以下に降下あるいは閾値Vlowerと交差するとき、比較器80の出力は高になりワンショット82を発動しマスタークロック信号のパルスを発生する。マスタークロック信号が高になりスイッチSWを閉じ、キャパシタ245にかかる電圧がVupperの値に迅速にリセットされる。ワンショット82は比較的短時間後にマスタークロック信号を低にリセットし、スイッチSWがもう一度開き、トランスコンダクタンス増幅器901にキャパシタ245を放電させる。
本発明を好ましい実施例について詳細に説明したが、他の変更および修正が可能であり考えられる。当業者は、開示した概念および特定の実施例を容易に使用して、発明の請求の範囲から逸脱することなく、本発明の同一目的を提供する他の構成を設計あるいは修正できることを認識する。
図1は、本発明の実施例によるマルチ位相合成リプル電圧レギュレータの単純化した概略ブロック図を示す。 図2は、2位相レギュレータに対して図1のマルチ位相レギュレータのマルチ位相合成リプル電圧発生器として使用され得る本発明の実施例によるマルチ位相合成リプル電圧発生器の単純化した概略図を示す。 図3は、2位相システムに対して図2のマルチ位相合成リプル電圧レギュレータを採用した図1のマルチ位相レギュレータの動作を示すタイミング図である。 図4は、2位相レギュレータに対して図1のマルチ位相レギュレータのマルチ位相合成リプル電圧発生器として使用され得る本発明の他の実施例によるマルチ位相合成リプル電圧発生器の単純化した概略図を示す。ここで、リプルキャパシタが出力電圧に接続される。 図5は、2位相レギュレータに対して図1のマルチ位相レギュレータのマルチ位相合成リプル電圧発生器として使用され得る本発明の他の実施例によるマルチ位相合成リプル電圧発生器の単純化した概略図を示す。ここで、各位相のトランスコンダクタンス増幅器が基準電圧を受信する。 図6は、電圧源でバイアスされたリプル抵抗器を含む2位相レギュレータに対して図1のマルチ位相レギュレータのマルチ位相合成リプル電圧発生器として使用され得る本発明の他の実施例によるマルチ位相合成リプル電圧発生器の単純化した概略図を示す。 図7は、出力電圧に接続されたリプル抵抗器を含む2位相レギュレータに対して図1のマルチ位相レギュレータのマルチ位相合成リプル電圧発生器として使用され得る本発明の他の実施例によるマルチ位相合成リプル電圧発生器の単純化した概略図を示す。 図8は、図2と図3〜7のマルチ位相合成リプル電圧発生器の任意の1つ以上の変形例を任意の組み合わせにおいて応用できることを示す、マルチ位相合成リプル電圧発生器の単純化した概略図を示す。 図9は、リプルキャパシタにかかるマスターリプルおよびマスタークロック信号を発生する代替方法を示すマスタークロック回路の概略図を示す。

Claims (20)

  1. マルチ位相DC‐DCレギュレータ用のマルチ位相合成リプル電圧発生器
    であって、前記レギュレータが複数のスイッチング回路を含み、各スイッチング回路が、複数のパルス幅変調(PWM)信号のうちの対応する1つに応答して、少なくとも1つの入力電圧をスイッチングし複数の位相ノードのうちの対応する1つを経由させて複数の出力インダクタのうちの対応する1つに通させ、出力ノードで出力電圧を発生する前記マルチ位相合成リプル電圧発生器において、
    マスタークロック信号を発生するマスタークロック回路、
    前記マスタークロック信号に基づいてシーケンス順序で前記複数のPWM信号の各々を設定するシーケンスロジック、および
    複数のリプル発生器を含み、各リプル発生器が
    前記複数の出力インダクタのうちの対応する1つに結合する入力および出力を有するトランスコンダクタンス増幅器、
    前記トランスコンダクタンス増幅器の前記出力に結合されたリプルキャパシタ、および
    前記リプルキャパシタに結合された第1の入力、誤差電圧を受信するように結合された第2の入力、および前記複数のPWM信号のうちの対応する1つをリセットするように前記シーケンスロジックに結合された出力を有する比較器を含むことを特徴とするマルチ位相合成リプル電圧発生器。
  2. 前記トランスコンダクタンス増幅器回路は、前記複数の位相ノードのうちの対応する1つに結合する非反転入力および前記出力ノードに結合する反転入力を有することを特徴とする請求項1に記載のマルチ位相合成リプル電圧発生器。
  3. 前記トランスコンダクタンス増幅器回路は、前記複数の位相ノードのうちの対応する1つに結合する非反転入力および基準電圧に結合する反転入力を有することを特徴とする請求項1に記載のマルチ位相合成リプル電圧発生器。
  4. 前記リプルキャパシタは、前記トランスコンダクタンス増幅器の前記出力に結合された第1の端部、および前記出力ノードに結合する第2の端部を有することを特徴とする請求項1に記載のマルチ位相合成リプル電圧発生器。
  5. 前記リプルキャパシタは、前記トランスコンダクタンス増幅器の前記出力に結合された第1の端部、および接地に結合された第2の端部を有することを特徴とする請求項1に記載のマルチ位相合成リプル電圧発生器。
  6. 各前記リプル発生器は、前記リプルキャパシタに結合されたリプル抵抗器を更に含むことを特徴とする請求項1に記載のマルチ位相合成リプル電圧発生器。
  7. 前記リプル抵抗器は、前記リプルキャパシタに結合された第1の端部と、前記出力ノードに結合する第2の端部を有することを特徴とする請求項6に記載のマルチ位相合成リプル電圧発生器。
  8. 各前記リプル発生器は、
    接地に結合された電圧源、および
    前記リプルキャパシタに結合された第1の端部と、前記電圧源に結合された第2の端部を有する前記リプル抵抗器を更に含むことを特徴とする請求項6に記載のマルチ位相合成リプル電圧発生器。
  9. 前記少なくとも1つの入力電圧の各々は単一入力電圧を含み、前記マスタークロック回路が、
    マスターリプルキャパシタ、
    前記マスターリプルキャパシタに結合された出力を有し、かつ前記マスタークロック信号により制御された第1および第2の状態を有するマスタートランスコンダクタンス増幅器回路であって、前記入力電圧と前記出力電圧との間の電圧差に基づいて前記マスターリプルキャパシタを充電する前記第1の状態および前記出力電圧に基づいて前記マスターリプルキャパシタを放電する前記第2の状態を有する前記マスタートランスコンダクタンス増幅器回路、および
    前記マスターリプルキャパシタの電圧を前記誤差電圧と前記マスタークロック信号を提供する出力とに比較するように結合された入力を有するヒステリシス比較器回路を含むことを特徴とする請求項1に記載のマルチ位相合成リプル電圧発生器。
  10. 前記マスタートランスコンダクタンス増幅器回路は、
    前記入力電圧を受信する第1の入力、前記出力電圧を受信する第2の入力および出力を有する第1のマスタートランスコンダクタンス増幅器、
    接地された第1の入力、前記出力電圧を受信する第2の入力および出力を有する第2のマスタートランスコンダクタンス増幅器、および
    前記第1のマスタートランスコンダクタンス増幅器の前記出力に結合された第1の端子、前記第2のマスタートランスコンダクタンス増幅器の前記出力に結合された第2の端子、前記マスターリプルキャパシタに結合された共通端子、および前記共通端子を前記第1および第2の端子のうちの選択された端子に結合する前記マスタークロック信号を示す信号を受信する制御入力を有するスイッチ回路を含むことを特徴とする請求項9に記載のマルチ位相合成リプル電圧発生器。
  11. 前記ヒステリシス比較器回路は、
    前記マスターリプルキャパシタに結合された第1の入力、前記誤差電圧を受信する第2の入力、および出力を有する第1の比較器、
    前記誤差電圧に対するオフセット電圧を提供する電圧源、
    前記オフセット電圧を受信する第1の入力、前記マスターリプルキャパシタに結合された第2の入力、および出力を有する第2の比較器、および
    前記第1の比較器の前記出力に結合されたセット入力、前記第2の比較器の前記出力に結合されたリセット入力、および前記マスタークロック信号を提供する出力を有するセット/リセット素子を含むことを特徴とする請求項9に記載のマルチ位相合成リプル電圧発生器。
  12. 前記マスタークロック回路は、
    マスターリプルキャパシタ、
    前記出力電圧を受信する入力および前記マスターリプルキャパシタに結合された出力を有するマスタートランスコンダクタンス増幅器、
    前記誤差電圧に対するオフセット電圧を提供する電圧源、
    前記マスターリプルキャパシタに結合された第1の入力、前記オフセット電圧を受信する第2の入力、および出力を有する比較器、
    前記比較器の前記出力に結合された入力、および前記マスタークロック信号を提供する出力を有するワンショット素子、および
    前記誤差電圧を受信するように結合された第1の端子、前記マスターリプルキャパシタに結合された第2の端子、および前記マスタークロック信号を受信する制御入力を有するスイッチを含むことを特徴とする請求項1に記載のマルチ位相合成リプル電圧発生器。
  13. 前記マスタークロック回路は、
    マスターリプルキャパシタ、
    前記基準電圧を受信する入力および前記マスターリプルキャパシタに結合された出力を有するマスタートランスコンダクタンス増幅器、
    前記誤差電圧に対するオフセット電圧を提供する電圧源、
    前記マスターリプルキャパシタに結合された第1の入力、前記オフセット電圧を受信する第2の入力、および出力を有する比較器、
    前記比較器の前記出力に結合された入力、および前記マスタークロック信号を提供する出力を有するワンショット素子、および
    前記誤差電圧を受信するように結合された第1の端子、前記マスターリプルキャパシタに結合された第2の端子、および前記マスタークロック信号を受信する制御入力を有するスイッチを含むことを特徴とする請求項1に記載のマルチ位相合成リプル電圧発生器。
  14. 多数の合成リプル電圧を生成してマルチ位相DC‐DCレギュレータの位相を制御する方法であって、複数のスイッチング回路を含み、各スイッチング回路が、複数のパルス幅変調(PWM)信号のうちの対応する1つに応答して、入力電圧をスイッチングし複数の位相ノードのうちの対応する1つを経由させて複数の出力インダクタのうちの対応する1つに通させ、出力ノードで出力電圧を発生する前記マルチ位相DC‐DCレギュレータの位相を制御する方法において、
    出力電圧を基準電圧と比較して誤差電圧を提供する工程、
    前記出力電圧のレベルを設定するために使用された前記出力電圧と前記基準電圧のうちの選択された1つに基づいてランプ波電圧を発生する工程、
    前記誤差電圧と前記ランプ波電圧との比較に基づいてマスタークロック信号を発生する工程、
    前記マスタークロック信号に基づいてシーケンス順序で前記複数のPWM信号の各々を開始する工程、
    各々が前記出力インダクタのうちの対応する1つを通る電流を示す複数のリプル電圧を発生する工程、および
    前記誤差電圧と比較された対応するリプル電圧に基づいて各PWM信号をリセットする工程を含むことを特徴とするマルチ位相DC‐DCレギュレータの位相を制御する方法。
  15. 前記複数のリプル電圧を発生する工程は、
    各出力インダクタに印加された電圧をセンスする工程、
    センスした各電圧をセンス電流に変換する工程、および
    対応する容量素子を対応するセンス電流で充電する工程を含むことを特徴とする請求項14に記載のマルチ位相DC‐DCレギュレータの位相を制御する方法。
  16. 前記各出力インダクタに印加された電圧をセンスする工程は、対応する位相ノードと前記基準電圧との間の電圧をセンスすることを含むことを特徴とする請求項15に記載のマルチ位相DC‐DCレギュレータの位相を制御する方法。
  17. 前記対応する容量素子を対応するセンス電流で充電する工程は、前記対応する容量素子を前記出力電圧に接続することを含むことを特徴とする請求項15に記載のマルチ位相DC‐DCレギュレータの位相を制御する方法。
  18. 対応するリプル抵抗素子を前記対応する容量素子に結合することを更に含むことを特徴とする請求項15に記載のマルチ位相DC‐DCレギュレータの位相を制御する方法。
  19. 前記対応するリプル抵抗素子を、前記出力電圧、前記基準電圧および中点電圧源の選択された1つでバイアスすることを更に含むことを特徴とする請求項18に記載のマルチ位相DC‐DCレギュレータの位相を制御する方法。
  20. 前記ランプ波電圧を発生する工程は、
    前記出力電圧と前記基準電圧のうちの選択された1つを電流に変換する工程、および
    前記マスタークロック信号を発生する工程は、
    容量素子を前記電流で放電する工程、
    前記誤差電圧に対するオフセット電圧を提供する工程、
    前記容量素子の電圧を前記オフセット電圧と比較する工程、
    前記容量素子の電圧が前記オフセット電圧のレベルに下降するとき、前記マスタークロック信号を第1のロジックレベルへ遷移させる工程、
    前記マスタークロック信号が前記第1のロジックレベルへ遷移するとき、前記容量素子を前記誤差電圧に結合して前記容量素子を前記誤差電圧のレベルに充電する工程、
    前記容量素子の電圧が前記誤差電圧のレベルに達するとき、前記マスタークロック信号を第2のロジックレベルへ遷移させる工程、および
    前記マスタークロック信号が前記第2のロジックレベルへ遷移するとき、前記容量素子を前記誤差電圧から切り離す工程を含むことを特徴とする請求項14に記載のマルチ位相DC‐DCレギュレータの位相を制御する方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009059069A2 (en) * 2007-10-30 2009-05-07 Volterra Semiconductor Corporation Magnetic components with m-phase coupling, and related inductor structures
US8299885B2 (en) 2002-12-13 2012-10-30 Volterra Semiconductor Corporation Method for making magnetic components with M-phase coupling, and related inductor structures
US7965165B2 (en) 2002-12-13 2011-06-21 Volterra Semiconductor Corporation Method for making magnetic components with M-phase coupling, and related inductor structures
US7352269B2 (en) 2002-12-13 2008-04-01 Volterra Semiconductor Corporation Method for making magnetic components with N-phase coupling, and related inductor structures
US7898379B1 (en) 2002-12-13 2011-03-01 Volterra Semiconductor Corporation Method for making magnetic components with N-phase coupling, and related inductor structures
US7498920B2 (en) 2002-12-13 2009-03-03 Volterra Semiconductor Corporation Method for making magnetic components with N-phase coupling, and related inductor structures
JP2005086931A (ja) * 2003-09-10 2005-03-31 Renesas Technology Corp スイッチング電源装置とそれに用いられる半導体集積回路
US7248024B2 (en) * 2004-07-15 2007-07-24 Intersil Americas Inc. Apparatus and method for state-variable synthesis in a switching power supply
US7161332B1 (en) * 2004-11-03 2007-01-09 Intersil Americas, Inc. Removing a phase in multiphase DC/DC converter without disturbing the output voltage
CN100466434C (zh) * 2005-02-10 2009-03-04 英特赛尔美国股份有限公司 具有利用双斜坡的双边沿调制的脉冲宽度调制控制器
US7380146B2 (en) 2005-04-22 2008-05-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Power management system
TWI316794B (en) * 2006-06-15 2009-11-01 Mstar Semiconductor Inc Digital-to-analog converter and related method
US7816901B2 (en) * 2006-10-20 2010-10-19 International Rectifier Corporation PWM modulator for scalable converters
JP4886487B2 (ja) * 2006-12-01 2012-02-29 本田技研工業株式会社 多入出力電力変換器及び燃料電池車
FR2914511B1 (fr) * 2007-03-26 2009-06-12 Airbus France Sas Dispositif d'equilibrage de puissance fournie par des generateurs electriques.
US8618788B2 (en) * 2007-03-30 2013-12-31 Malay Trivedi Dynamically adjusted multi-phase regulator
US8427113B2 (en) 2007-08-01 2013-04-23 Intersil Americas LLC Voltage converter with combined buck converter and capacitive voltage divider
US20090033293A1 (en) * 2007-08-01 2009-02-05 Intersil Americas Inc. Voltage converter with combined capacitive voltage divider, buck converter and battery charger
US8085011B1 (en) 2007-08-24 2011-12-27 Intersil Americas Inc. Boost regulator using synthetic ripple regulation
US8174250B2 (en) * 2007-10-04 2012-05-08 International Rectifier Corporation Fixed frequency ripple regulator
US8148967B2 (en) * 2008-08-05 2012-04-03 Intersil Americas Inc. PWM clock generation system and method to improve transient response of a voltage regulator
TWI375872B (en) * 2008-08-11 2012-11-01 Asustek Comp Inc Multi-phase voltage regulator module and method controlling the same
US8138739B1 (en) 2008-10-03 2012-03-20 Fairchild Semiconductor Corporation Circuits and methods for improving transient response of hysteretic DC-DC converters
EP2453514B1 (en) * 2009-07-08 2017-11-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Secondary-battery temperature-raising apparatus and vehicle having same
US8248040B2 (en) * 2009-11-12 2012-08-21 Polar Semiconductor Inc. Time-limiting mode (TLM) for an interleaved power factor correction (PFC) converter
US8248041B2 (en) * 2009-11-12 2012-08-21 Polar Semiconductor Inc. Frequency compression for an interleaved power factor correction (PFC) converter
US8476879B2 (en) * 2009-11-12 2013-07-02 Polar Semiconductor, Inc. Saving energy mode (SEM) for an interleaved power factor correction (PFC) converter
US8405368B2 (en) * 2010-03-26 2013-03-26 Intersil Americas Inc. Multiple phase switching regulator with phase current sharing
TWI420791B (zh) * 2010-09-21 2013-12-21 Green Solution Tech Co Ltd 多相控制系統及控制單元
US8786270B2 (en) 2010-11-08 2014-07-22 Intersil Americas Inc. Synthetic ripple regulator with frequency control
US9071134B2 (en) 2011-01-31 2015-06-30 Semiconductor Components Industries, Llc Power supply controller having selectable PWM and RPM modes and method therefor
TWI411213B (zh) * 2011-02-24 2013-10-01 Richtek Technology Corp 漣波調節器的控制電路及方法
EP2538533B1 (en) * 2011-06-22 2016-08-10 Nxp B.V. Switched mode power supply
US9030179B2 (en) * 2011-07-26 2015-05-12 Qualcomm, Incorporated Switching regulator with variable compensation
KR102013470B1 (ko) 2011-10-26 2019-10-21 마이크로세미 코포레이션 스텝-다운 dc/dc 컨버터를 위한 히스테리시스 제어부
ITMI20112268A1 (it) * 2011-12-15 2013-06-16 St Microelectronics Des & Appl Circuito di sensing tensione-corrente e relativo convertitore dc-dc
TW201328144A (zh) * 2011-12-29 2013-07-01 Green Solution Tech Co Ltd 多相直流對直流轉換控制器及其控制方法
JP5643777B2 (ja) * 2012-02-21 2014-12-17 株式会社東芝 マルチフェーズ・スイッチング電源回路
TWI469483B (zh) * 2012-04-10 2015-01-11 Richtek Technology Corp 切換式電源供應器及其控制電路與控制方法
ITMI20120697A1 (it) * 2012-04-27 2013-10-28 Dora Spa Circuito di controllo con isteresi di un regolatore di tensione a commutazione
TWM443878U (en) * 2012-07-23 2012-12-21 Richtek Technology Corp Multi-phase switching regulator and droop circuit therefor
KR101434056B1 (ko) * 2012-12-21 2014-08-27 삼성전기주식회사 위상 변환 회로 및 그를 포함하는 역률 보상 회로
TWI483529B (zh) 2012-12-24 2015-05-01 Upi Semiconductor Corp 多相直流對直流電源轉換器
US9086710B1 (en) * 2013-02-05 2015-07-21 Maxim Integrated Products, Inc. Zero-pole compensator circuits with impedance reduction multipliers
US9119162B2 (en) * 2013-02-19 2015-08-25 Qualcomm Incorporated Parallel arrangement of asynchronous buck converters for advanced power capability
TW201445858A (zh) 2013-05-16 2014-12-01 Upi Semiconductor Corp 用於電源轉換器的時間產生器及時間信號產生方法
US9276430B2 (en) * 2013-05-24 2016-03-01 Qualcomm, Incorporated Master-slave multi-phase charging
US9214866B2 (en) * 2013-06-21 2015-12-15 Micrel, Inc. Current sharing method for COT buck converter
TWI506909B (zh) * 2013-11-22 2015-11-01 Accton Technology Corp 電源共享裝置及方法
US10013007B2 (en) * 2014-04-01 2018-07-03 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Hybrid interleaving structure with adaptive phase locked loop for variable frequency controlled switching converter
CN104485816B (zh) 2014-12-15 2017-05-24 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种交错并联式开关电源及其控制方法
CA2983233C (en) * 2015-04-28 2020-09-01 Universitat Autonoma De Barcelona A thermoelectric power generating system
WO2017100788A1 (en) 2015-12-11 2017-06-15 Endura Technologies LLC Boost dc-dc converter having digital control and reference pwm generators
US10205385B2 (en) * 2016-05-10 2019-02-12 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Circuit and method of a switching converter with adaptive pulse insertion
US10627852B2 (en) 2017-02-17 2020-04-21 Dell Products, L.P. Synchronized switching of voltage regulators in an information handling system
US10978944B2 (en) * 2017-07-20 2021-04-13 Texas Instruments Incorporated Multi-switch voltage regulator
US10673329B2 (en) * 2018-03-16 2020-06-02 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Multiphase voltage regulator
CN110333767B (zh) 2019-06-27 2023-04-07 南京矽力微电子技术有限公司 多相功率变换器
US11863073B2 (en) * 2020-10-07 2024-01-02 Texas Instruments Incorporated DC-DC converter with adaptive zero tracking
US11303204B1 (en) * 2021-01-07 2022-04-12 Monolithic Power Systems, Inc. Control circuit for multi-phase voltage regulator and associated control method
US11929129B2 (en) * 2022-01-26 2024-03-12 Arm Limited Control circuitry and methods for converters

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL57186A (en) 1979-04-30 1982-03-31 Mg Electronics Ltd Dc/dc converter power supply
US4521726A (en) 1981-11-17 1985-06-04 Motorola, Inc. Control circuitry for a pulse-width-modulated switching power supply
JPH0655030B2 (ja) 1982-12-08 1994-07-20 富士電機株式会社 負荷電流の瞬時値制御方法
US4658204A (en) 1986-02-07 1987-04-14 Prime Computer, Inc. Anticipatory power failure detection apparatus and method
FR2610149B1 (fr) 1987-01-22 1989-04-07 Telecommunications Sa Convertisseur continu-continu a rendement eleve a faible charge
DE4206478A1 (de) 1992-03-02 1993-09-09 Thomson Brandt Gmbh Schaltung zum erzeugen einer stabilisierten betriebsspannung mit einer integrierten schaltung
US5481178A (en) * 1993-03-23 1996-01-02 Linear Technology Corporation Control circuit and method for maintaining high efficiency over broad current ranges in a switching regulator circuit
US5502632A (en) 1993-05-07 1996-03-26 Philips Electronics North America Corporation High voltage integrated circuit driver for half-bridge circuit employing a bootstrap diode emulator
US5666280A (en) 1993-05-07 1997-09-09 Philips Electronics North America Corporation High voltage integrated circuit driver for half-bridge circuit employing a jet to emulate a bootstrap diode
JP2596314B2 (ja) 1993-05-31 1997-04-02 日本電気株式会社 スイッチング電源回路
IT1268474B1 (it) 1993-10-22 1997-03-04 St Microelectronics Srl Convertitore statico dc-dc funzionante in modo discontinuo
US5747977A (en) * 1995-03-30 1998-05-05 Micro Linear Corporation Switching regulator having low power mode responsive to load power consumption
US5705919A (en) * 1996-09-30 1998-01-06 Linear Technology Corporation Low drop-out switching regulator architecture
FR2764450B1 (fr) 1997-06-04 1999-08-27 Sgs Thomson Microelectronics Systeme de fourniture d'une tension regulee
US6147526A (en) * 1997-12-23 2000-11-14 Texas Instruments Incorporated Ripple regulator with improved initial accuracy and noise immunity
JP3389524B2 (ja) * 1999-02-23 2003-03-24 松下電器産業株式会社 スイッチングレギュレータ、dc/dc変換器、およびスイッチングレギュレータを備えたlsiシステム
JP3425900B2 (ja) 1999-07-26 2003-07-14 エヌイーシーマイクロシステム株式会社 スイッチングレギュレータ
US6147478A (en) 1999-09-17 2000-11-14 Texas Instruments Incorporated Hysteretic regulator and control method having switching frequency independent from output filter
DE10001394A1 (de) * 2000-01-14 2001-07-26 Infineon Technologies Ag Schaltungsanordnung zum Anlegen einer Versorgungsspannung an eine Last
US6271650B1 (en) * 2000-04-13 2001-08-07 Intel Corporation Method and apparatus to provide a DC-DC converter with ripple regulation and multiphase current sharing
US6433525B2 (en) 2000-05-03 2002-08-13 Intersil Americas Inc. Dc to DC converter method and circuitry
US6246222B1 (en) * 2000-08-30 2001-06-12 National Semiconductor Corporation Switching DC-to-DC converter and conversion method with rotation of control signal channels relative to paralleled power channels
US6495995B2 (en) 2001-03-09 2002-12-17 Semtech Corporation Self-clocking multiphase power supply controller
US6583610B2 (en) 2001-03-12 2003-06-24 Semtech Corporation Virtual ripple generation in switch-mode power supplies
JP4705264B2 (ja) * 2001-04-18 2011-06-22 ローム株式会社 スイッチングレギュレータ
US6456050B1 (en) * 2001-11-05 2002-09-24 Dan Agiman Virtual frequency-controlled switching voltage regulator
US6791306B2 (en) * 2002-01-29 2004-09-14 Intersil Americas Inc. Synthetic ripple regulator

Also Published As

Publication number Publication date
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