JP7221221B2 - チップ埋め込み型電力変換器 - Google Patents

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Description

［関連出願の相互参照］
この出願は、２０１７年２月８日に出願された米国特許出願番号第１５／４２８、０１９号（米国特許第９、７２９、０５９号として発行）の一部継続である、２０１７年８月４日に出願された米国特許出願番号第１５／６６９、８３８の継続である。これらの出願の全内容を全ての目的のために本願に参照により援用する。
［技術分野］
本開示は、電子システム、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）変換器、電子デバイス設計、および電子デバイス製造技術に関する。
種々のＤＣ－ＤＣ変換器が知られているが、これらのＤＣ－ＤＣ変換器は、寄生損失および非効率性の影響を受ける非理想的な構成要素および／または構造からなる。改善された電力変換器に対する必要性がある。
いくつかの実施形態は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器について開示されており、この直流－直流電力変換器は、下面および上面を有する下部プリント基板（ＰＣＢ）部分と、下面および上面を有する上部プリント基板（ＰＣＢ）部分と、前記下部ＰＣＢ部分の前記上面と前記上部ＰＣＢ部分の前記下面との間の埋め込み型回路とを備え、前記埋め込み型回路は、パルス幅変調器と、少なくとも１つのスイッチとを備え、前記上部ＰＣＢ部分を通って延びる１つまたは複数のビアと、前記上部ＰＣＢ部分の前記上面に位置決めされたインダクタとを備え、前記１つまたは複数のビアは、前記インダクタおよび前記埋め込み型回路と電気的に連結されている。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記埋め込み型回路は集積回路（ＩＣ）を備える。
・前記インダクタのフットプリントは前記集積回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なる。
・ワイヤボンドが前記インダクタと前記埋め込み型回路とを電気的に相互接続しない、
・前記回路は少なくとも１ＭＨｚの切替速度を有する。
・前記回路は少なくとも３ＭＨｚの切替速度を有する。
・前記回路は少なくとも５ＭＨｚの切替速度を有する。
・前記回路は最大７ＭＨｚの切替速度を有する。
・前記少なくとも１つのスイッチはエンハンスト窒化ガリウム電界効果トランジスタ（enhanced gallium nitride fieldeffect transistor、ｅＧａＮＦＥＴ）を備える。
・前記上部ＰＣＢ部分の前記上面に設けられた１つまたは複数のキャパシタをさらに備える。
・前記下部ＰＣＢ部分の前記上面と前記上部ＰＣＢ部分の前記下面との間に設けられたコアをさらに備え、前記コアはその内部に形成された１つまたは複数のポケットを備え、前記埋め込み型回路は前記１つまたは複数のポケットに設けられている。
・前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器は２５ｍｍ２未満のフットプリントを有する。
・前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器は１０ｍｍ２未満のフットプリントを有し、
・前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器は５ｍｍ２未満のフットプリントを有し、
・前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器が２ｍｍ２のように小さいフットプリントを有する。
・前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器は電流のアンペア数当たり０．５ｍｍ２～１０ｍｍ２であるフットプリント領域を有する。
いくつかの実施形態は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器パッケージについて開示されており、この直流－直流電力変換器パッケージは、少なくとも１つのプリント基板（ＰＣＢ）に埋め込まれた集積回路（ＩＣ）チップであって、ドライバを備えるＩＣチップと、と、前記チップ埋め込みパッケージの外部に位置決めされ、前記チップ埋め込みパッケージの表面に連結されたインダクタと、前記インダクタを前記ＩＣチップに電気的に連結するビアとを備え、前記インダクタのフットプリントは、前記ＩＣチップのフットプリントに少なくとも部分的に重なる。本実施形態は、以下のいずれかを特徴とし得る。すなわち、トランジスタは前記少なくとも１つのＰＣＢに埋め込みされる、前記インダクタは前記トランジスタと電気的に連結される、前記ＩＣチップは、前記ドライバに連結されたパルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラと、前記ドライバの出力部と連結されたスイッチングトランジスタとを備える、エンハンスト窒化ガリウム（ｅＧａＮ）を含むスイッチをさらに備える、前記スイッチは４ＭＨｚ以上で切り替わるように構成されている、前記スイッチは５ＭＨｚ以上で切り替わるように構成されている、シリコンまたはヒ化ガリウムの少なくとも１つを含むスイッチをさらに備える。
いくつかの実施形態は、単一のパッケージにおける直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器について開示されており、この直流－直流電力変換器は、実装基板の内側に、少なくとも部分的に、埋め込まれたエンハンスト窒化ガリウム（ｅＧａＮ）構成要素と、前記実装基板の外側に搭載されたインダクタと、前記ｅＧａＮ構成要素に前記インダクタを連結するビアとを備え、前記インダクタのフットプリントは、前記ｅＧａＮ構成要素のフットプリントに少なくとも部分的に重なる。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記実装基板は多層ＰＣＢである。
・前記ｅＧａＮ構成要素はｅＧａＮを含むスイッチであり、前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器は前記スイッチを駆動するドライバ回路をさらに備える。
・前記ドライバおよび前記スイッチは、ＩＣチップの一部である。
・前記ＩＣチップは、パルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラをさらに備える。
いくつかの実施形態は、チップ埋め込みパッケージを利用する直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器について開示されており、このＤＣ－ＤＣ変換器は、プリント基板（ＰＣＢ）の内側におけるエンハンスト窒化ガリウム（ｅＧａＮ）スイッチと、パルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラと、前記ＰＣＢの内部に埋め込まれたドライバとを備え、前記ＰＷＭコントローラおよび前記ドライバは、１ＭＨｚ以上の周波数で前記ｅＧａＮスイッチを駆動するように構成され、そして、このＤＣ－ＤＣ変換器は、前記チップ埋め込みパッケージの外部に配置され、前記ＰＣＢの表面に連結されたインダクタと、前記インダクタを前記ｅＧａＮスイッチに電気的に連結するビアとを備える。これらの実施形態は、前記ドライバが前記ｅＧａＮスイッチを５ＭＨｚ以上の周波数で駆動するように構成されていることを特徴とし得る。
いくつかの実施形態は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器について開示されており、この直流－直流電力変換器は、プリント基板と、前記プリント基板の内側の集積回路とを備え、前記集積回路はドライバを備える。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記プリント基板を通って延びる１つまたは複数のビアにより前記集積回路と電気的に連結されたインダクタをさらに備える。
・前記インダクタは、前記集積回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なるフットプリントを有する。
いくつかの実施形態は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器について開示されており、この直流－直流電力変換器は、ドライバを備える集積回路と、前記インダクタのフットプリントが前記集積回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なるように、前記集積回路に垂直に積層されたインダクタとを備え、前記インダクタは、前記集積回路と電気的に連結されている。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有するプリント基板（ＰＣＢ）をさらに備え、前記集積回路は、前記ＰＣＢの前記第１面に実装され、前記インダクタは、前記ＰＣＢの前記第２側に実装される。
・前記インダクタは、前記プリント基板を通って延びる１つまたは複数のビアにより前記集積回路と電気的に連結されている。
いくつかの実施形態は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）バックコンバータについて開示されており、この直流－直流電力変換器は、１つまたは複数のスイッチと、前記１つまたは複数のスイッチを駆動するドライバと、前記スイッチと電気的に連結されたインダクタとを備え、前記ＤＣ－ＤＣバックコンバータの前記フットプリントは、６５ｍｍ２未満であり、前記ＤＣ－ＤＣバックコンバータは、少なくとも２０アンペアの電流を受信するように構成され、前記ＤＣ－ＤＣバックコンバータは、少なくとも２０アンペアの電流を出力するように構成されている。
いくつかの実施形態は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器について開示されており、この直流－直流電力変換器は、１つまたは複数のスイッチと、前記１つまたは複数のスイッチを１ＭＨｚ以上５ＭＨｚ以下の周波数で駆動するように構成されたドライバと、前記１つまたは複数のスイッチと電気的に連結されたインダクタとを備え、前記ＤＣ－ＤＣ変換器の前記フットプリントは、１０ｍｍ２以下であり、前記ＤＣ－ＤＣ変換器は少なくとも５アンペアの電流を受信するように構成されており、前記ＤＣ－ＤＣ変換器は少なくとも５アンペアの電流を出力するように構成されている。
いくつかの実施形態は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器について開示されており、この直流－直流電力変換器は、第１インダクタと連結された第１スイッチと、第２インダクタと連結された第２スイッチと、プリント基板に埋め込まれた集積回路チップとを備え、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、変調器と連結され、前記第１インダクタおよび前記第２インダクタは、電圧出力ノードと連結されている。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記変調器は、前記集積回路チップに含まれる。
・前記変調器は、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチに同期期間で位相を出力するように動作させるように構成されている。
・前記出力ノードにおける出力信号は、第１インダクタを介した第１信号および第２インダクタを介した第２信号に重畳される。
いくつかの実施形態は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器について開示されており、この直流－直流電力変換器は、プリント基板に埋め込まれた集積回路チップであって、ドライバを備える集積回路チップと、前記ドライバと連結された第１スイッチと、前記第１スイッチと連結されたインダクタと、出力ノードから変調回路へのフィードバック経路とを備える。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記変調回路は、電圧モード変調回路である。
・前記変調回路は、常時オン時間または常時オフ時間変調回路である。
・前記変調回路は、前記集積回路チップに含まれる。
・前記変調回路および前記インダクタは、前記集積回路チップと共にパッケージに含まれている。
いくつかの実施形態は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器について開示されており、この直流－直流電力変換器は、プリント基板に埋め込まれた集積回路チップであって、ドライバを備える集積回路チップと、前記ドライバと連結された第１スイッチと、前記第１スイッチと連結されたインダクタと、出力ノードから変調回路へのフィードバック経路と、ランプ波発生器とを備える。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記フィードバック経路と、前記ランプ波発生器からの出力とが比較器に連結される。
・前記比較器と連結された基準電圧源をさらに備える。
・前記ランプ波発生器は、前記インダクタを通るリップル電流をエミュレートするように構成される。
・前記ランプ波発生器は、第１電流源と、第２電流源と、キャパシタとを備える。
・前記第１電流源および前記第２電流源は、少なくとも一部が前記インダクタのインダクタンスに基づいてトリムされるように構成される。
・前記ランプ波発生器および前記インダクタは、同じＤＣ－ＤＣ電力変換器パッケージに含まれる。
・前記ランプ波発生器は、前記インダクタに連結された出力キャパシタにより影響を受けない出力信号を生成するように構成されている。
・前記ランプ波発生器は、前記インダクタに連結された出力キャパシタの等価直列抵抗（ＥＳＲ）から独立した出力信号を生成するように構成されている。
・前記出力キャパシタのリップル電圧が小さすぎて変調回路へ確実に提供されないように、十分に低いＥＳＲを有する出力キャパシタをさらに備える。
いくつかの実施形態は、以下を備えるランプ波発生器について開示されている。すなわち、供給電圧に連結された第１電流源と、アースに連結された第２電流源と、前記第１電流源と前記第２電流源との間に連結されたキャパシタとを備える。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記ランプ波発生器は、ＤＣ－ＤＣ変換器においてインダクタを通るリップル電流をエミュレートするように構成される。
・前記第１電流源の前記出力は、ＤＣ－ＤＣ変換器に対する入力電圧少なくとも一部が基づいている。
・前記第１電流源の前記出力は、ＤＣ－ＤＣ変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいている。
・前記第２電流源の前記出力は、ＤＣ－ＤＣ変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいている。
・前記第２電流源の前記出力は、ＤＣ－ＤＣ変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいている。
・前記第１電流源は、ＤＣ－ＤＣ変換器に置けるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいてトリムされるように構成されている。
・前記第２電流源は、ＤＣ－ＤＣ変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいてトリムされるように構成されている。
いくつかの実施形態は、チップ埋め込み型直流－直流変換器の作成のための、以下を含む方法について開示されている。すなわち、プリント基板に集積回路チップを埋め込み、前記プリント基板に第１インダクタを連結し、前記プリント基板に第２インダクタを連結し、前記第１インダクタおよび前記第２インダクタの双方は出力ノードに連結されていることを含む。
いくつかの実施形態は、第１直流電圧を第２直流電圧に変換する、以下を含む方法について開示されている。すなわち、第１インダクタと連結された第１スイッチを駆動し、第２インダクタと連結された第２スイッチを駆動し、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、出力ノードに連結され、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを位相をずらして変調し、ドライバまたは変調器の少なくとも１つのがプリント基板に埋め込まれたチップに含まれる。
いくつかの実施形態は、チップ埋め込み型直流－直流変換器の作成のための、以下を含む方法について開示されている。すなわち、プリント基板に集積回路チップを埋め込み、前記集積回路チップと出力ノードとの間にインダクタを連結し、前記出力ノードから変調回路へのフィードバック経路を提供し、前記変調回路がランプ波発生器を含む。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記変調回路は、前記プリント基板に含まれる。
・前記変調回路は、常時オン時間または常時オフ時間変調回路である。
・前記ランプ波発生器は、前記集積回路に含まれる。
・前記ランプ波発生器を少なくとも一部は前記インダクタの特性に基づいてトリムすることをさらに備える。
・前記ランプ波発生器は、いずれかの上記実施形態のランプ波発生器である。
いくつかの実施形態は、直流－直流変換器の使用のための、以下を含む方法について開示されている。すなわち、入力ノードにおいて入力電力を受信し、インダクタへスイッチを通して電力を提供し、出力電圧が出力キャパシタ両端に生じるように出力キャパシタにエネルギーを格納し、前記出力電圧で出力電力を出力ノードへ提供し、前記出力電圧を変調回路へ提供し、出力キャパシタとは独立したリップル電圧を生成し、前記リップル電圧を前記変調回路へ提供し、前記スイッチを、前記変調回路の出力に少なくとも一部は基づいて変調する。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記リップル電圧、基準電圧、および前記出力電圧のうち少なくとも２つを比較することをさらに含む。
・電流源を、少なくとも一部は、前記インダクタのインダクタンスに基づいてトリムすることをさらに備える。
・前記リップル電圧は、前記インダクタを通る電流をエミュレートするように構成されたランプ波発生器により生成される。
いくつかの実施形態は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器パッケージについて開示されており、この直流－直流電力変換器パッケージは、少なくとも１つのプリント基板（ＰＣＢ）に埋め込まれた集積回路（ＩＣ）チップであって、ドライバを備えるＩＣチップと、前記チップ埋め込みパッケージの外部に位置決めされ、前記チップ埋め込みパッケージの表面に連結されたインダクタと、前記インダクタへ提供される電流が限界を超えた場合を検出するように構成された過電流保護回路とを備える。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを特徴とし得る。すなわち、
・前記過電流保護回路は、少なくとも一部が集積回路間または電源管理バスコマンドに基づいて調整またはトリムされるように構成された電流源を備える。
・前記インダクタの飽和インダクタンスが前記限界を超え、かつ、前記限界を５０％未満超える。
・前記限界は、最大規定ＤＣ電流仕様プラス最大交流電流リップル仕様を５０％未満超過する。
ここに開示されたいくつかの実施形態は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器パッケージに関し、この直流－直流電力変換器パッケージは、少なくとも１つのプリント基板（ＰＣＢ）に埋め込まれた集積回路（ＩＣ）チップであって、ドライバを備える前記ＩＣチップと、前記チップ埋め込みパッケージの外部に位置決めされ、前記チップ埋め込みパッケージの表面に連結されたインダクタと、集積回路間または電源管理バスとを備える。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを有し得る。すなわち、
・前記集積回路間または電源管理バスは少なくとも１つの電流源に連結され、プロトコルコマンドを提供して前記電流源を調節またはトリムするように構成されている。
・前記集積回路間または電源管理バスは少なくとも１つの電流源に連結され、プロトコルコマンドを提供して比較器へ提供される基準値を設定または調節するように構成されている。
・前記集積回路間または電源管理バスは、前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器パッケージのオンまたはオフ、前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器パッケージの低電力またはスリープモードの変更、前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器パッケージの電流設定についての情報の読み出し、前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器パッケージについて診断および／または技術情報の読み出し、前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器パッケージにより提供される出力電圧の設定または変更、の少なくとも１つを実施するための指示を含むプロトコルを通信するように構成されている。
・集積回路間実装品の上に配線層として電源管理プロトコルを実施する。
ここに開示されたいくつかの実施形態は、以下を備える電力変換器を特徴とする。すなわち、プリント基板（ＰＣＢ）（前記プリント基板は、下面および上面を有する下部プリント基板（ＰＣＢ）部分と、下面および上面を有する上部プリント基板（ＰＣＢ）部分とを備える）と、前記下部ＰＣＢ部分の前記上面と前記上部ＰＣＢ部分の前記下面との間の埋め込み型回路（１つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されたドライバと、前記１つまたは複数のドライバ信号により駆動されるように構成された１つまたは複数のスイッチとを備える前記埋め込み型回路）と、前記上部ＰＣＢ部分を通って延びる１つまたは複数のビアと、前記上部ＰＣＢ部分の前記上面に位置決めされたインダクタとを備え、前記１つまたは複数のビアは、前記インダクタおよび前記埋め込み型回路と電気的に連結され、前記インダクタのフットプリントが前記埋め込み型回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なる。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを有し得る。すなわち、
・前記電力変換器は、前記電力変換器の入力部と出力部との間の直接的な電気的接続を絶縁するように構成された絶縁トポロジで構成される。
・前記絶縁トポロジは、フライバックトポロジ、順方向変換器トポロジ、２トランジスタ順方向、ＬＬＣ共振変換器、プッシュプルトポロジ、フルブリッジ、ハイブリッド、ＰＷＭ共振変換器、およびハーフブリッジトポロジの少なくとも１つを備える。
・前記第１インダクタを通る変更電流が前記第２インダクタにおける変更電流を誘発するように構成された前記第１インダクタおよび前記第２インダクタを含む変圧器をさらに備える。
・前記埋め込み型回路と同じパッケージにおける無線通信システムをさらに備える。
・前記電力変換器の出力は、前記無線信号システムにより受信される無線信号に応じて調整されるように構成される。前記インダクタを通る電流リップルをエミュレートする信号を生成するように構成されたランプ波発生器を有するフィードバックシステムをさらに備え、前記フィードバックシステムは、前記無線通信システムにより受信される無線信号に応じてトリムまたは調整されるように構成された電流源を備える。
・前記埋め込み型回路は前記無線通信システムを備える。
・前記電力変換器の出力を調整するための制御信号を受信するように構成された通信インターフェースをさらに備える。
・前記通信インターフェースは電源管理バス（ＰＭＢＵＳ）を備える。
・前記通信インターフェースは、集積回路間（Ｉ２Ｃ）プロトコルを実施するように構成されている。
・前記インダクタを通る電流リップルをエミュレートする信号を生成するように構成されたランプ波発生器を有するフィードバックシステムをさらに備え、前記フィードバックシステムは、前記通信インターフェースを介して受信されるコマンドに応じて前記ランプ波発生器をトリムするように構成されている。
・前記埋め込み型回路は、１つまたは複数のＰＷＭ信号を生成するように構成されたパルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラを備え、前記ＰＷＭコントローラは、前記ドライバと連結され、前記ドライバは、少なくとも一部は前記ＰＷＭ信号に基づいて１つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成される。
・前記インダクタは、定格電流を有し、前記インダクタは、飽和定格を有し、前記飽和定格は、前記定格電流よりも５０％未満高い。
・前記インダクタは、定格電流を有し、前記インダクタは、飽和定格を有し、前記飽和定格は、前記定格電流よりも２０％未満高い。
・前記インダクタを通る電流が前記飽和定格を上回るのを防止するように構成された過電流保護回路をさらに備える。
・過電流条件の検出に応じて前記１つまたは複数のスイッチの少なくとも１つを開くように構成された過電流保護回路さらに備える。
・前記電力変換器は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器である。
・前記電力変換器は、交流－直流（ＡＣ－ＤＣ）電力変換器である。
・電流源を有するフィードバックシステムをさらに備え、前記電流源は、前記無線通信システムにより受信される無線信号に少なくとも一部が基づいてトリムまたは調整されるように構成されている。
・前記インダクタを通る電流の指標を提供するように構成された過電流保護システムをさらに備え、前記過電流システムは電流源を備え、前記電流源は、前記無線通信システムにより受信される無線信号に少なくとも一部が基づいてトリムまたは調整されるように構成されている。
ここに開示されたいくつかの実施形態は、以下を備える品目を特徴とし、すなわち、前記パラグラフの前記電力変換器と、電力を用いる物理作用を実施するように構成された第１システムと、前記第１システムを制御するように構成された電気システムとを備え、前記電力変換器は、前記第１システムおよび前記電気システムの一方または双方に電力を提供するように構成され、前記電気システムは、前記電力変換器の前記埋め込み型回路と同じパッケージにある前記無線通信システムにより受信される無線信号に少なくとも一部は基づいて前記第１システムを制御するように構成されている。いくつかの実施形態において、前記品目はインターネット・オブ・シングス装置である。いくつかの実施形態は、以下を備える電力供給システムを特徴とする。すなわち、複数の電力変換器であって、前記パラグラフの電力変換器にそれぞれ応じた電力変換器と、複数のＰＷＭ信号を生成するように構成された共用パルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラとを備え、前記ＰＷＭコントローラは、前記複数の電力変換器の前記ドライバと連結されて、前記複数のＰＷＭ信号を前記電力変換器の前記対応するドライバへ送り、前記ドライバは、少なくとも一部は前記ＰＷＭ信号に基づいて前記１つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されている。いくつかの実施形態は、電力供給システムを特徴とし、この電力供給システムは、請求項１の電力変換器に係る第１電力変換器と、前記第１電力変換器と並列に連結された第２電力変換器とを備える。前記電力供給システムは、電流平衡のために前記第１電力変換器の出力と前記第２電力変換器の出力とを調節するように構成された制御システムを特徴とし得る。
ここに開示されたいくつかの実施形態は、以下を備える電力変換器を特徴とする。すなわち、下面および上面を有する下部プリント基板（ＰＣＢ）部分と、下面および上面を有する上部プリント基板（ＰＣＢ）部分とを有するプリント基板（ＰＣＢ）と、入力電圧を受信するように構成された入力ポートと、前記入力電圧とは異なる出力電圧を提供するように構成された出力ポートと、前記下部ＰＣＢ部分の前記上面と前記上部ＰＣＢ部分の前記下面との間の埋め込み型回路であって、前記入力ポートに連結され、前記入力電圧を変化させるように構成された埋め込み型回路と、前記上部ＰＣＢ部分を通って延びるビアと、前記上部ＰＣＢ部分の前記上面に位置決めされたインダクタまたはキャパシタとを備え、前記１つまたは複数のビアは、前記インダクタまたはキャパシタおよび前記埋め込み型回路と電気的に連結され、前記インダクタまたはキャパシタのフットプリントが前記埋め込み型回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なる。本実施形態は、以下の任意の組み合わせを有し得る。すなわち、
・前記インダクタは、前記上部ＰＣＢ部分の前記上面に位置決めされ、前記１つまたは複数のビアは、前記インダクタおよび前記埋め込み型回路と電気的に連結され、発生器前記インダクタのフットプリントが前記埋め込み型回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なり、前記埋め込み型回路は、１つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されたドライバと、前記１つまたは複数のドライバ信号により駆動されるように構成された１つまたは複数のスイッチとを備える。
・前記電力変換器は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）変換装置である。
・前記電力変換器は、交流－直流（ＡＣ－ＤＣ）変換装置である。
・前記第１インダクタを通る変更電流が前記第２インダクタにおける変更電流を誘発するように構成された前記第１インダクタおよび前記第２インダクタを含む変圧器をさらに備える。
・前記埋め込み型回路は、交流電流（ＡＣ）入力電圧をパルスＤＣ電圧に変更するように構成された整流回路を備える。
・前記パルスＤＣ電圧をより安定したＤＣ電圧に平滑化するように構成された平滑回路を備え、前記平滑回路は、前記上部ＰＣＢ部分の上側の上部に位置決めされたキャパシタまたは前記インダクタを備える。
・前記整流回路は、１つまたは複数のスイッチを備える。
・前記整流回路は、ダイオードブリッジを備える。
ここに開示されたいくつかの実施形態は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器を特徴とし、この直流－直流電力変換器は、下面および上面を有する下部プリント基板（ＰＣＢ）部分と、下面および上面を有する上部プリント基板（ＰＣＢ）部分と、前記下部ＰＣＢ部分の前記上面と前記上部ＰＣＢ部分の前記下面との間の埋め込み型回路とを備え、前記埋め込み型回路は、ＰＷＭ信号を生成するように構成されたパルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラと、前記ＰＷＭ信号を受信するように構成され、１つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されたドライバと、前記１つまたは複数のドライバ信号の少なくとも１つにより駆動されるように構成された第１スイッチと、前記１つまたは複数のドライバ信号の少なくとも１つにより駆動されるように構成された第２スイッチと、前記上部ＰＣＢ部分を通って延びる１つまたは複数のビアと、前記上部ＰＣＢ部分の前記上面に位置決めされたインダクタとを備え、前記１つまたは複数のビアは、前記インダクタおよび前記埋め込み型回路と電気的に連結され、発生器前記インダクタのフットプリントが前記埋め込み型回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なり、前記埋め込み型回路と同じパッケージにおける無線通信システムと、前記無線通信は、前記ＰＷＭコントローラ、または、前記第１スイッチの少なくとも１つへ信号を提供して前記ＤＣ－ＤＣ変換器の出力に影響を及ぼすように構成されている。
ここに開示されたいくつかの実施形態は、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力を特徴とし、この直流－直流電力は、プリント基板（ＰＣＢ）の内側に位置決めされた集積回路を備え、前記集積回路は、ドライバからの第１信号により駆動されるように構成された第１窒化ガリウム（ＧａＮ）スイッチと、前記ドライバからの第２信号により駆動されるように構成された第２ＧａＮスイッチと、前記集積回路のフットプリントと少なくとも部分的に重なるフットプリントを有するように前記集積回路に位置決めされたインダクタと、前記インダクタを前記ＧａＮスイッチに電気的に連結するビアとを備える。いくつかの実施形態は以下を含んでいてもよく、すなわち、前記第１ＧａＮスイッチが第１エンハンスト窒化ガリウム（ｅＧａＮ）スイッチであり、前記第２ＧａＮスイッチが第２ｅＧａＮスイッチである。
図１は、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージの例示的回路レベルの回路図を示す。 図２は、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージの例示的実施形態のパッケージレベルの回路図を示す。 図３は、例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の断面図を示す。 図４Ａは、積層型インダクタを有する例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の斜視図を示す。 図４Ｂは、積層型インダクタを有する例示的なレンダリングされたチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の逆斜視図を示す。 図４Ｃは、埋め込み積層型インダクタを有する例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の側面図を示す。 図４Ｄは、埋め込み型インダクタを有する例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の側面図を示す。 図５は、例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の透過斜視図５００を示す。 図６は、例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の底面図を示す。 図７Ａは、記憶装置において使用されるＤＣ－ＤＣ変換器の一例を示す。 図７Ｂは、記憶装置において使用されるチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の一例を示す。 図８Ａは、回路基板におけるＤＣ－ＤＣ変換器の例示的適用を示す。 図８Ｂは、回路基板におけるチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の例示的適用を示す。 図９は、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を作成し使用するための例示的方法のフローチャートを示す。 図１０は、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を使用するデュアルバックコンバータ用の例示的デュアルインダクタ設計を示す。 図１１Ａは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用の第１例示的レイアウト設計を示す。 図１１Ｂは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用第２例示的レイアウト設計を示す。 図１１Ｃは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用第３例示的レイアウト設計を示す。 図１１Ｄは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用第４例示的レイアウト設計を示す。 図１２は、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を含むデュアルバックコンバータの例示的回路レベル回路図を示す。 図１３Ａは、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を含むＤＣ－ＤＣ変換器の例示的回路レベルの回路図を示す。 図１３Ｂは、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を含むＤＣ－ＤＣ変換器の例示的回路レベルの回路図を示す。 図１４は、外部リップル電圧フィードバック回路を有する例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を示す。 図１５は、時間に対するインダクタ電流ＩＬおよび時間に対する等価直列抵抗電圧ＶＥＳＲ（リップル電圧とも称する）の例示的グラフを示す。 図１６は、外部リップル電圧フィードバック回路を有する例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を示す。 図１７は、内部リップル電圧フィードバック回路を有する例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を示す。 図１８は、ランプ波発生器の例示的回路レベルの回路図を示す。 図１９は、ＤＣ－ＤＣ変換器を作成し使用するための例示的方法を示す。 図２０は、絶縁型トポロジを有するチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージの例示的回路レベルの回路図を示す。 図２１Ａは、パッケージにおける無線通信システムを有する例示的ＤＣ－ＤＣ変換器を示す。 図２１Ｂは、パッケージにおける無線通信システムを有する例示的ＤＣ－ＤＣ変換器を示す。 図２１Ｃは、無線通信システムと２つのＤＣ－ＤＣ変換器とを備える例示的パッケージを示す。 図２１Ｄは、外部無線装置と通信するように構成された例示的な無線利用可能電源を示す。 図２１Ｅは、パッケージにおける無線通信システムを有する例示的ＤＣ－ＤＣ変換器を示す。 図２２は、例示的インターネット・オブ・シングス（ＩｏＴ）装置を示す。 図２３Ａは、多重ＤＣ－ＤＣ変換器を含む例示的ＤＣ－ＤＣ変換器システムを示す。 図２３Ｂは、多重ＤＣ－ＤＣ変換器を含む例示的ＤＣ－ＤＣ変換器システムを示す。 図２４Ａは、多重電力段を有するＤＣ－ＤＣ変換器を示す。 図２４Ｂは、ＤＣ－ＤＣ変換器におけるインダクタの例示的レイアウトを示す。 図２５は、ＤＣ－ＤＣ変換器の例示的側面図を示す。 図２６Ａは、ＡＣ－ＤＣ変換器の例示的ブロック図を示す。 図２６Ｂは、例示的ＡＣ－ＤＣ変換器を示す。 図２６Ｃは、例示的ＡＣ－ＤＣ変換器を示す。
序論
直流（ＤＣ）－直流（ＤＣ－ＤＣ）変換器は、電子回路の一種である。ＤＣ－ＤＣ変換器は、第１電圧の入力電力を受信することができ、かつ、第２電圧の出力電力を提供することができる。ＤＣ－ＤＣ変換器としては、例えば、ブーストコンバータ（入力電圧よりも高い出力電圧を有することができる）、バックコンバータ（入力電圧よりも低い出力電圧を有することができる）、バック－ブーストコンバータ、および種々のその他のトポロジが挙げられる。
ＤＣ－ＤＣ変換器は、非理想的な構成要素特性により影響を受けるものものある。これらは、ワイヤボンドおよびクワッド・フラット・リード端子なし（ＱＦＮ）パッケージ、パワークワッド・フラット・リード端子なし（ＰＱＦＮ）パッケージ、デュアルフラット・リードなし（ＤＦＮ）パッケージ、マイクロリードフレーム（ＭＬＦ）パッケージなどのリードフレームパッケージなどの構成要素により引き起こされる寄生インダクタンス、寄生容量、および／または寄生抵抗を含み得る。さらに、ＤＣ－ＤＣ変換器の内部構成要素間の、例えば、ドライバからスイッチへの相互接続も寄生効果に寄与し得る。これらの寄生効果は、ＤＣ－ＤＣ変換器の効率および／または切替速度を制限し得る。パッケージは、ＤＣ－ＤＣ変換器レベルパッケージのことであってもよい。パッケージは、ＤＣ－ＤＣ変換器に含まれる１つまたは複数のＩＣを封止してもよい。パッケージは、ＤＣ－ＤＣ変換器における構成要素のための支持および保護を提供してもよく、パッケージは、ＤＣ－ＤＣ変換器に接続するための電気接触部を提供してもよい。種々の実施形態において、パッケージは、パッケージ内に備えられた、および／または、外部からパッケージと連結された１つまたは複数のインダクタおよび／またはキャパシタを備えていてもよい。
この開示は、高集積ソリューションの例を含み、高集積ソリューションでは、ＤＣ－ＤＣ変換器は、より効率的に切替可能であり、比較的高い周波数で切替可能であり、および／または低減されたパッケージフットプリントを有する向上した性能を提供する。パルス幅変調器コントローラ、ドライバ、および／または１つまたは複数のエンハンストヒ化ガリウムスイッチ（エンハンスメントモードヒ化ガリウムスイッチおよびｅＧａＮ（登録商標）ＦＥＴとしても知られている）などの多くのＤＣ－ＤＣ構成要素を集積する集積回路チップがパッケージに含まれていてもよい。集積回路は、プリント基板に埋め込みされていてもよく、または、プリント基板間に埋め込みされていてもよい。パッケージは、パッケージフットプリントを低減するために垂直設計のインダクタおよび／またはキャパシタを含んでいてもよい。ある種の特徴は、比較的高い切替速度および／または比較的高い効率を達成することを阻止してしまう寄生効果を低減することができる。比較的高い切替速度を効率的に達成することにより、インダクタサイズは低減され得る。ＤＣ－ＤＣ変換器は、比較的高い周波数で動作することができ、より良好な過渡性能を提供することができ、比較的低いリップルを有すことができ、より少数のキャパシタを使用することができ、および／または全体のフットプリントを低減することができる。
序論を提供するために、ある種の態様、利点、および新規の特徴を紹介した。必ずしも序論のこのような態様、利点、および新規の特徴の全てが任意の特定の実施形態に基づいて達成されるわけではないことが理解される。したがって、１つまたは複数の態様、利点、および新規の特徴は、ここに記載のその他の態様、利点、新規の特徴を必ずしも達成せずに達成されてもよい。全ての態様、利点、および新規の特徴が序論において開示されているわけではないことが分かる。
例示的な概略図
図１は、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージ１００の例示的回路レベルの回路図を示す。回路図は、電力入力ポート１０１と、電源１０３と、入力キャパシタ１０５と、アースポート１０６と、アース１０７と、電圧出力ポート１０９と、出力キャパシタ１１１と、集積回路（ＩＣ）チップ１１３Ａと、代替ＩＣ１１３Ｂと、ドライバ１１７と、パルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラ１１９と、第１電気経路１２１と、第１スイッチ（例えば、第１エンハンスト窒化ガリウム（ｅＧａＮ）スイッチ）１２３と、第２電気経路１２５と、第２スイッチ（例えば、第２ｅＧａＮスイッチ）１２７と、第３電気経路１２９と、インダクタ１３１と、ＡＣバイパスキャパシタ１３３とを示す。破線１３５は、スイッチ１２３、１２７の代替の別個のパッケージングを示す。スイッチ１２３、１２７は、電力スイッチ、スイッチングＦＥＴ、および／またはスイッチングトランジスタとも称される。この回路図は、電流源１３７、比較器１３９、故障論理および／または過電流保護回路１４１も示す。
チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージ１００は、電力入力ポート１０１を介して電源１０３と連結されてもよく、かつ、入力キャパシタ１０５を介してアース１０７とも連結されていてもよい。チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージ１００は、入力キャパシタ１１１を介してアース１０７と連結されていてもよい電力入力ポート１０９も備えていてもよい。チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージ１００は、アース１０７と連結されたアース基準ポート１０６も備えていてもよい。
チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージ１００は、埋め込み型集積回路（ＩＣ）チップ１１３Ａまたは１１３Ｂを含むプリント基板（ＰＣＢ）を備えていてもよい。ＩＣは、ドライバ１１７および／またはパルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラ１１９を備えていてもよい。例えば、第１電気経路１２１は、ＩＣを第１ｅＧａＮスイッチ１２３のゲートに連結する。第２電気経路１２５は、ＩＣを第２ｅＧａＮスイッチ１２７のゲートに連結する。第３電気経路１２９は、ＩＣを第１ｅＧａＮスイッチ１２３のソース、第２ｅＧａＮスイッチ１２７のドレイン、およびインダクタ１３１に連結する。インダクタ１３１は、電圧出力ポート１０９と連結されていてもよい。ＡＣバイパスキャパシタ１３３は、第１ｅＧａＮスイッチ１２３のドレインから第２ｅＧａＮスイッチ１２７のソースへ連結されてＡＣ信号をアース１０７に短絡してもよい。
図１は、ドライバ１１７およびＰＷＭコントローラ１１９を、ＩＣ１１３Ａの一部として示すが、種々の実施形態において、ＩＣは、ＰＷＭコントローラ１１９またはドライバ１１７の一方を含んでいてもよく、一方、ＰＷＭコントローラ１１９およびドライバ１１７の他方は、個別にＩＣ１１３Ａに連結されている。いくつかの実施形態において、ｅＧａＮスイッチ１２３、１２７または一対のｅＧａＮスイッチ１２３、１２７の１つは、各電気経路１２１、１２５、および／または１２９と共にＩＣ１１３Ａに集積されてもよい。ＩＣ１１３Ａは、半導体であってもよい。ＩＣ１１３Ａは、シリコン、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、ｅＧａＮ、または他のＩＩＩ－Ｖ族半導体であってもよい。したがって、任意の集積された構成要素も、ＩＣ１１３Ａと同じまたは同様の材料で形成されていてもよい。スイッチ１２３、１２７、電気経路１２１、１２９、１２５、ドライバ、１１７、およびＰＷＭコントローラ１１９も、ＩＣ１１３Ａと同じまたは同様の材料で形成されていてもよい。
一対のスイッチ１２３、１２７は、モノリシックのｅＧａＮ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であってもよい。いくつかの実施形態において、一対のスイッチ１２３、１２７は、個別の装置であってもよく、２つの独立型ｅＧａＮＦＥＴを含む。いくつかの実施形態において、スイッチ１２３、１２７は、金属酸化物電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。種々の他の複数のまたは種類のスイッチは、種々の他の実施形態において使用されてもよい。複数の実施形態はスイッチ１２３、１２７をｅＧａＮスイッチとして説明しているが、他の適切な材料を、ｅＧａＮの代替としてまたはｅＧａＮに加えて使用してもよい。
いくつかの実施形態において、電気経路１２１、１２９、１２５は、銅ピラーなどのビア、配線、および／または低い寄生効果（例えば、低い寄生インダクタンス、低い寄生抵抗、および／または低い寄生容量）を有する他の電気経路によって実施されてもよい。ワイヤボンドは、比較的高い寄生効果（例えば、比較的高い寄生インダクタンス、比較的高い寄生抵抗、および／または比較的高い寄生容量）を有していてもよい。
電力入力ポート１０１、アースポート１０６、および電圧出力ポート１０９を含むポートは、低い寄生効果（例えば、低い寄生インダクタンス、低い寄生抵抗、および／または低い寄生容量）を有するパッド、ピン、または他の電気導体として実施されていてもよい。ポートは、マザーボード、ＰＣＢ、などの別の装置における配線と連結されるように設計されていてもよい。
多くの変形例が可能である。いくつかの実施形態において、バイパスキャパシタ１３３は省略されていてもよい。いくつかの実施形態は、異なるインダクタ、キャパシタ、磁石、および／または共振構造を特徴としてもよい。図１の例示的な回路図に示す種々の構成要素は、ＤＣ－ＤＣ変換器を形成するが、ＤＣ－ＤＣ変換器は、他の変形例を有していてもよい。ここに開示される教示は、他の変形例のＤＣ－ＤＣ変換器に拡大し得ることが分かる。
例えば、ＤＣ－ＤＣ変換器１１０は、電力信号を電力入力ポート１０１を介して電源１０３から受信し得る。電力信号は、ノイズの在る交流電流（ＡＣ）信号構成要素をフィルタするために減結合キャパシタとして作用し得るシャント入力キャパシタ１０５を通してフィルタリングされ得る。電力信号は、一対のスイッチ１２３、１２７の第１スイッチ１２３のドレインに提供される。
ドライバ１１７は、電気経路１２１を介して第１制御信号を第１スイッチ（例えば、ｅＧａＮスイッチ）１２３のゲートへ提供する。また、ドライバは、電気経路１２５を介して第２制御信号を第２スイッチ（例えば、ｅＧａＮスイッチ）１２７のゲートへ提供する。制御信号を用いて、ドライバは、スイッチ１２３、１２７を交互にオンおよびオフすることができる。ドライバは、第１スイッチ１２３のオン／オフ状態は第２スイッチ１２７のオン／オフ状態の逆であるように信号を制御してもよい。制御信号のオン／オフデューティサイクルは、ＰＷＭコントローラ１１９によって設定されてもよい。ＰＷＭコントローラ１１９は、ドライバに提供されるＰＷＭ信号を介してパルス幅または周期を制御してもよい。
スイッチ１２３、１２７、ＩＣ１１３Ａ（例えば、ＰＷＭコントローラ１１９および／またはドライバ１１７を含む）、および、インダクタ１３１は、非絶縁同期電力変換器または電力段の一部を形成するように配置されてもよい。ドライバ１１７が第１スイッチ１２３を駆動してオンにし、第２スイッチ１２７を駆動してオフにする場合、電力は、電源１０３からインダクタ１３１および／またはキャパシタ１１１などのエネルギー蓄積回路に提供されてもよく、電圧出力ポート１０９におけるＤＣ出力電圧を上昇させる。ドライバ１１７が第１スイッチ１２３を駆動してオフし、第２スイッチ１２７を駆動してオンする一方で、エネルギー蓄積回路からの電力は、第２スイッチ１２７を通ってアース１０７へ流れてもよく、電圧出力ポート１０９におけるＤＣ出力電圧を低減させる。したがって、スイッチ１２３、１２７のペア１２３は、迅速に切り替えされて電圧出力ポート１０９におけるＤＣ出力電圧を制御する。インダクタ１３１およびキャパシタ１１１も、ＤＣ電圧を制御することを補助する共振フィルタとして作用する。
比較器１３９は、第２スイッチ１２７のドレインに連結された第１入力部を有する。比較器１３９は、第２スイッチ１２７のソースに連結された第２入力部を有する。したがって、比較器１３９は、第２スイッチ１２７の両端に連結されてもよい。いくつかの実施形態において、比較器１３９は、第１入力部としての反転端子を有していてもよい。比較器１３９の第１入力部は、電流源１３７とも連結されていてもよい。Ｉ２Ｃおよび／またはＰＭＢＵＳ（図２に関連してさらに説明される）は、電流源１３７の出力電流をトリムおよび／または調節するために使用されてもよい。したがって、過電流限度は、設定および／または調節され得る。比較器１３９の出力は、故障論理および過電流保護（ＯＣＰ）回路１４１に提供されてもよい。
故障論理およびОＣＰ回路１４１と共に比較器１３９は、スイッチ１２７がオンである場合にドレインソース抵抗Ｒｄｓを検知するように構成されている。Ｒｄｓにより引き起こされるスイッチ１２７の両端の電圧降下は、電流源１３７をトリムまたは調節することにより調節され得る基準値と比較される。比較器１３９の出力は、過電流条件が生じるとトリップする可能性がある。過電流保護回路１４１は、過電流条件が検出され故障モードになると、スイッチ１２３、１２７および／またはドライバをオフしてもよい。種々の実施形態において、ОＣＰ回路は、スイッチ１２３、１２７のゲートに直接連結されて、スイッチをオフしてもよく、１つまたは複数の代替のエネルギー経路（図示せず）を短絡してエネルギーを放出してもよく、過電流条件に応答してＰＷＭコントローラ１１９の出力に影響を及ぼし、および／または、過電流条件に応答してドライバ１１７の出力に影響を及ぼしてもよい。故障モードにおいて、システムは、スイッチ１２３、１２７および／またはドライバを短期間オンにすることにより回復を周期的に試みてもよく、過電流条件の検出を試みてもよく、過電流条件が依然として継続するならば、スイッチ１２３、１２７および／またはドライバ１１７をオフし、回復を再び試みる前に一定の期間待機する。
過電流条件は、インダクタ飽和の結果として起こり得る場合もある。インダクタ１３１などのインダクタは、長すぎる期間に多すぎる電流がインダクタへ提供されると、飽和し、その磁気特性を失う可能性がある。このような場合、インダクタのインダクタンスは、１０％、３０％、またはそれ以上低下する。完全に飽和したインダクタは、配線として効果的に作用することができ、回路において潜在的な短絡を作成する。飽和中にインダクタの実行抵抗は、降下する可能性があり、出力電流を仕様を上回って潜在的に危険なレベルまで上昇させる。回路のＬＣ共振は、インダクタがエネルギーを効果的に格納しなくなる場合も影響される可能性があり、そのため、過電圧および／または電圧条件が起こり得る。
インダクタ１３１は、ＡＣリップルと同様に負荷電流（ＤＣ出力電流）を許容するように選択されてもよい。したがって、インダクタ１３１の飽和電流限度は、特定のＤＣ出力電流プラス最大ＡＣリップルを超過するように選択されてもよい。例えば、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器が１０ＡのＤＣ電流と＋／－５Ａのリップルとを生成する場合、最大合計電流は１５Ａであり、インダクタ飽和限度は、１５Ａを上回ることになる．比較的高いインダクタンスを有するインダクタは、比較的高い飽和限度を有していてもよく、サイズが比較的大きくてもよい。
いくつかの設計では、過電流保護限度の決定およびインダクタサイズの決定が互いに独立して行われることがあり、一方または他方がオーバースペックになっている可能性がある。これは、例えば、製造者により作成されたＤＣ－ＤＣ変換器に対して、第２者がインダクタを選択し連結する場合に起こり得る。いくつかの場合には、第２者は、十分な注意の範囲外でインダクタをオーバースペックにしてしまうことがあり、例えば、５ＡのＡＣ電流、１０ＡのＤＣ電流、および１００％のＤＣ過電流を許容することで、このようなインダクタは、２５Ａ以上の飽和限度を有するように選択される。いくつかの場合には、第２者は、ＯＣＰ限度を知ら無いことがあり、そのため、インダクタが飽和しないように、インダクタンスおよびサイズを比較的大きくするためにインダクタをオーバースペックにすることに頼る場合がある。または、いくつかの場合には、第２ユーザーは、高すぎる過電流保護限度に比較的小さいインダクタを使用することがあり、そのため、最小サイズと必要以上に大きいインダクタンスとを有するインダクタを使用する。いくつかの場合には、製造者は高すぎるまたは低すぎる過電流限度を設定することがある。ここに開示されたＤＣ－ＤＣ変換器のいくつかの実施形態は、調整可能な過電流限度を有していてもよい。ここに開示されたＤＣ－ＤＣ変換器のいくつかの実施形態は、過電流保護回路とインダクタとの双方を含んでいてもよく、過電流限度は、インダクタの少なくともサイズに基づいて決定され、過電流限度は、インダクタの飽和限度と等しい、および／または、飽和限度よりも低いように設定されてもよい。ここに開示されたＤＣ－ＤＣ変換器のいくつかの実施形態は、過電流保護回路とインダクタとの双方を含んでいてもよく、インダクタのサイズは、少なくとも一部は過電流限度に基づいて、インダクタの飽和限度が過電流限度に等しいか、または、過電流限度を、５０％以下、４０％以下、３０％以下、２０％以下、１０％以下、またはそれらの間の任意の値または、これらの値のいずれかにより規定される範囲等の狭い幅だけ上回るように選択される。ここに開示されたＤＣ－ＤＣ変換器のいくつかの実施形態は、９０％以下のＤＣ過電流、７５％以下のＤＣ過電流、５０％以下のＤＣ過電流、５０％以下のＤＣ過電流、４０％以下のＤＣ過電流、３０％以下のＤＣ過電流、２０％以下のＤＣ過電流、１０％以下のＤＣ過電流、またはこれらの間の任意の値、または、これらの値の何れかにより規定される範囲など、予測される最大ＡＣ電流プラス予測されるＤＣ電流の２倍よりも少ないように設定された過電流限度を有していてもよい。いくつかの実施形態において、単独の設計者が、構成要素を提供でき、インダクタおよびその飽和限度と同様に、ＯＣＰ回路および限度の双方のために値を選択してもよい。したがって、いくつかの実施形態において、ＤＣ－ＤＣ変換器は、比較的低いフットプリント、比較的低いインダクタ直流抵抗、および上昇された効率を有しつつ、インダクタが飽和に達することなく動作し得る。
パッケージング
図２は、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージ１００の実施形態のパッケージレベルの回路図を示す。チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージは、入力ポート１０１、アースポート１０６、および出力ポート１０９を備えていてもよい。図１に関連して説明したように、電力入力ポート１０１は、電源１０３と、アースに連結された入力キャパシタ１０５などにより連結されていてもよい。電圧出力ポート１０９は、ＤＣ出力電圧をノード２０１に連結された負荷へ、アース１０７と連結された出力キャパシタ１１１などによって供給してもよい。イネーブルポート２０５は、信号を受信してＤＣ－ＤＣ変換器をイネーブルするように構成されていてもよい。テストポート２０３は、装置の状態を確認するために使用されてもよい。いくつかの実施形態において、集積回路間（Ｉ２Ｃ）および／または電源管理バス（ＰＭＢＵＳ）は、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージ１００へ／からの通信経路を提供する。
パッケージ１００のフットプリントは、ＤＣ－ＤＣ変換器の全ての構成要素を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、パッケージ１００のフットプリントは、ＩＣ１１３Ａまたは１１３Ｂおよびインダクタ１３１を、例えば、外部インダクタを追加せずにパッケージがＤＣ－ＤＣ変換器として動作し得るように備える。いくつかの実施形態において、例えば、外部キャパシタを追加せずにこのようなパッケージがＤＣ－ＤＣ変換器として動作し得るように、キャパシタ１０５、１１１、および／または１３３の少なくとも１つまたは複数もパッケージフットプリント内に含まれていてもよい。
いくつかの実施形態において、Ｉ２Ｃおよび／またはＰＭＢＵＳは、Ｉ２Ｃおよび／またはＰＭＢＵＳプロトコル通信を受信するために使用されて、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージ１００のオンまたはオフし、前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器パッケージ１００の低電力またはスリープモードの変更、前記ＤＣ－ＤＣ変換装置パッケージ１００の電流設定についての情報の読み出し、前記ＤＣ－ＤＣ変換装置パッケージ１００について診断および／または技術情報の読み出し、ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージ１００により提供される出力電圧の（例えば、図１６および図１７に関連して説明されるデジタル－アナログコントローラ「ＤＡＣ」へ提供されるデジタル信号を変更することによる）変更または設定、ランプ波発生器（例えば、図１７のランプ波発生器）の振幅または周波数などの特性のトリム、１つまたは複数の電流源（例えば、図１８の電流源）のトリム、その他の機能、の１つまたは複数を行ってもよい。いくつかの実施形態において、ＰＭＢＵＳプロトコルは、Ｉ２Ｃ実装品の上に配線層として実施されている。
集積およびチップ埋め込み型設計
ＤＣ－ＤＣ変換器は、比較的高く集積されていてもよく、比較的高い周波数で切り替わってもよく、他のＤＣ－ＤＣ変換器と比べて改善された性能を提供することができる。いくつかの設計では、寄生効果防止は、仮にあったとしても、ＤＣ－ＤＣ変換器が比較的高い周波数（比較的高い切替速度）で効率的に動作することを防止することができる。ＤＣ－ＤＣ変換器の複数の設計は、寄生効果が低下された追加の設計と共にここで開示されている。
いくつかのＤＣ－ＤＣ変換器パッケージは、ワイヤボンドおよび／またはリードフレームパッケージを備える。一例１ｍｉｌ、１ｍｍの長さのボンドワイヤは、０．７ｎＨの寄生インダクタンス、０．０８ｐＦの寄生容量、および１４０ｍΩの寄生抵抗を有していてもよい。同様のまたはより高い寄生抵抗は、ワイヤボンドおよびクワッド・フラット・リード端子なし（ＱＦＮ）パッケージ、パワークワッド・フラット・リード端子なし（ＰＱＦＮ）パッケージ、デュアルフラット・リードなし（ＤＦＮ）パッケージ、マイクロリードフレーム（ＭＬＦ）パッケージなどのリードフレームパッケージから生じ得る。ここに開示されるＤＣ－ＤＣ変換器のいくつかの実施形態は、寄生効果を低減するために、ワイヤボンドおよび／またはリードフレームの使用をまとめて制限または回避することができる。ビア、配線、バンプ、および／またはバンプパッドは、代替として、パッケージの内側に使用されてもよい。
いくつかのＤＣ－ＤＣ変換器パッケージは、インダクタもキャパシタも備えていない。このようなパッケージは、ユーザーにキャパシタおよびインダクタのための特定値の選択の柔軟性を提供し、これらの構成要素の品質を制御する。ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージ、インダクタ、およびキャパシタは、マザーボードまたは別個のＰＣＢに表面実装されていてもよく、マザーボードまたは別個のＰＣＢに亘るワイヤボンドまたは長い配線と一緒に（例えば、図７Ａに示すように）連結されている。しかしながら、ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージを外部インダクタまたはキャパシタと連結することは寄生効果を導入し得る。寄生効果は、インダクタと負荷との間に同様に導入される可能性がある。ここに開示されるＤＣ－ＤＣ変換器のいくつかの実施形態は、インダクタまたはキャパシタをＤＣ－ＤＣ変換器の他の構成要素と同じパッケージに集積することにより、インダクタまたはキャパシタに対する連結の寄生効果を低減することができる。ここに開示されたいくつかの実施形態において、インダクタまたはキャパシタを連結する電気経路は、ワイヤボンドの代わりにビアおよび／または配線と共に実施されてもよい。ここに開示されたいくつかの実施形態において、１つまたは複数のインダクタまたはキャパシタを連結する電気経路は、マザーボードまたは別個のＰＣＢ（例えば、図３および図７Ｂに示すように）における配線を含む代わりに、ＤＣ－ＤＣ変換器のＰＣＢに位置するビアおよび／または配線を含んでいてもよい。ここに開示されたいくつかの実施形態において、ＰＷＭコントローラ、ドライバ、１つまたは複数ののインダクタ、１つまたは複数のキャパシタ、および／または１つまたは複数のスイッチの任意の組み合わせは、同じパッケージに含まれていてもよい。
いくつかの設計では、寄生効果は、構成要素の相互接続の結果として生じ得る。例えば、図１に関して、１つの集積回路１１３Ａにおけるドライバ１１７は、スイッチ１２３、１２７を含む別個の構成要素電子１３５と連結し得る。集積回路１１３Ａおよび別個の構成要素電子１３５は、ＰＣＢに含まれていてもよい。ドライバとスイッチ１２３、１２７との間の電気経路１２１、１２９、１２５は、ＰＣＢ上の配線を用いて実施されてもよいが、ＰＣＢ上の配線は、集積回路内の電気経路よりも高い寄生効果を有し得る。ここに開示されるＤＣ－ＤＣ変換器のいくつかの実施形態は、スイッチ１２３、１２７、およびドライバ１１７をそれらの相互接続と共に同じＩＣ１１３Ｂに集積することによって、ドライバとスイッチとの間の相互接続の寄生効果を低減し得る。ここに開示されたいくつかの実施形態において、ＰＷＭコントローラ、ドライバ、およびスイッチは、同じＩＣ１１３Ｂに全て含まれている。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のキャパシタも、同じＩＣ１１３Ｂに含まれていてもよい。
いくつかの設計では、ＭＯＳＦＥＴスイッチを使用することができる。しかしながら、ＭＯＳＦＥＴスイッチは、比較的高い切替速度ではあまり効率的でないこともある。ここに開示されたいくつかの実施形態において、スイッチ１２３、１２７は、ｅＧａＮスイッチであってもよい。ｅＧａＮスイッチは、ＭＯＳＦＥＴスイッチと比べてより効率的かつより高い速度で切替可能である。
ここに記載の技術の相乗効果が考えられる。寄生容量および／またはインダクタンス効果は、ＤＣ－ＤＣ変換器における最大切替速度を制限し得る。その理由は、寄生効果は、格納されることになる不都合なエネルギーを引き起こす可能性があり、エネルギーの充電および放電に影響し、それにより、ＤＣ電圧規制に影響するためである。寄生効果は、スイッチをゆっくりとオンまたはオフにすることもあり得る。いくつかの実施形態において、ここに記載の技術の組み合わせは、ＤＣ－ＤＣ変換器性能における十分な程度の改善により低減されることになる寄生効果を引き起こし得る。ＤＣ－ＤＣ変換器の構造、サイズ、性能に関連する追加の相乗効果は、詳細な開示の後の部分においても検討される。
いくつかの他のＤＣ－ＤＣ変換器と比べ、ここに開示されたいくつかの実施形態は、約４０本のボンドワイヤを除去し、このことは、約２０ｍΩ分の寄生効果を低減することができ、１０ｎＨ以上分のパッケージ漏れインダクタンス（寄生インダクタンス）も低減することができる。これらの寄生効果の除去は、高速切替（例えば、ｅＧａＮスイッチ）の利益を実現することを補助し得る。
電力スイッチについての性能指数は、数式１に基づいて決定され得る。
Figure 0007221221000001
ただし、ＦＯＭは性能指数、ＲＤＳ（ＯＮ）は、スイッチのオン抵抗、およびＱＧはスイッチのゲート電荷である。ゲート電荷ＱＧは、寄生インダクタンスによって影響され得る。寄生インダクタンスを低減することは、比較的低いＦＯＭ、通常は達成することが困難な設計改善という結果になり得る。
全体の利点の全てではないがいくつかは、十分な寄生効果低減と構成要素選択の同時の組み合わせによってのみ実現され得ることがさらに分かる。例えば、寄生効果を低減することのいくつかの利点は、ＭＯＳＦＥＴを使用する場合、いくつかの条件下では実現されない場合もある。これは、切替速度をより高くできるように十分なレベルまで寄生効果を低減できるかもしれないが、ＭＯＳＦＥＴ設計がより高い速度での効率的な切替を許容しない場合もあるためである。同様に、ＤＣ－ＤＣ変換器におけるｅＧａＮスイッチ（または他のより高速かつ典型的にはより高コストのスイッチ）の完全な切替性能が寄生効果によって制限される可能性がある。完全な切替性能は、１ＭＨｚ以上、３ＭＨｚ以上、４ＭＨｚ以上、５ＭＨｚ以上、７ＭＨｚ以上、１０ＭＨｚ以上などのメガヘルツ範囲における比較的高い周波数でより効率的に切り替えることを含んでいてもよい。いくつかの例では、１５ＭＨｚまでの切替速度を達成でき、これらの特定された範囲外の切替速度は、いくつかの実施において使用され得る。
したがって、寄生効果を低減するために限定された技術をテストするエンジニアは、インパクトのあるレベルへ寄生効果を低下させない可能性がある。寄生低減技術の組み合わせをテストするエンジニアは、切替速度がＭＯＳＦＥＴにより限定される場合、より顕著なゲインを達成しない場合がある。ＤＣ－ＤＣ変換器における寄生効果に最初に気付かず、対処せずにｅＧａＮスイッチをテストするエンジニアは、ｅＧａＮスイッチを使用する切替速度利点に気付かない場合があり、特に、ｅＧａＮスイッチはＭＯＳＦＥＴスイッチよりもコストがかかるからである。さらに、切替速度を、他の変数に応じて、特に、１、２、３、５、７または１０ＭＨｚ以上に上昇することは、効率がより高い切替速度で低減する傾向があるという従来の知識に反する。
詳細な開示の集積およびチップ埋め込み型設計の項目は、寄生効果を低減および／または比較的高速の切替速度の達成のための種々の実施形態を検討する。いくつかの実施形態は、特徴の組み合わせを含むが、全ての特徴よりも少ない特徴を有する実施形態は、それ自体の権利において理解される。
物理的構造図
図３は、例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の断面図３００を示す。図３００は、絶縁体３０１、コンダクタ（例えば、金属）３０３、バンプまたはパッド３０４、コンダクタマイクロビア３０５、第１ＰＣＢ層３０７、導電性メッキ３０９、ＰＣＢコア３１１、配線３１３、埋め込み型ＩＣチップ３１５、第２ＰＣＢ層３１７、インダクタ３２１、およびキャパシタ３２３を備える。
埋め込み型ＩＣチップ３１５は、ＰＣＢコア３１１に埋め込みされていてもよい。種々の実施形態において、ＩＣチップ３１５はＰＣＢの一層、または、ＰＣＢの２以上の層の間、または、下部ＰＣＢと上部ＰＣＢとの間に埋め込みされていてもよい。埋め込み型ＩＣチップ３１５は、例えば図１に関連してここで検討したように、ＰＷＭコントローラ、ドライバ、および／または１つまたは複数のスイッチ（例えば、ｅＧａＮスイッチ）を備えていてもよい。埋め込み型ＩＣチップ３１５は、ＤＣ－ＤＣ変換器構造において、複数のビア３０５および／または配線３１３を介してインダクタ３２１およびキャパシタ３２３と連結されていてもよい。
絶縁体３０１は、例えば、半田マスク、モールド、アンダーフィルなどを備えていてもよい。ＰＣＢの層３０７、３１７は、ＰＣＢ基板、積層、樹脂、エポキシ、絶縁体などであってもよい。図３に示す図３００において、ＰＣＢコア３１１はフィラー、積層、絶縁モールド化合物、または基板などであってもよい。導体（例えば、金属）３０３、ビア３０５、および配線３１３は、銅、アルミニウム、金などの様々な種類の金属または導電性材料であってもよい。ビアは、メッキされたビアとして示されているが、いくつかの実施形態は、ピラーまたは他のピラーを使用してもよい。種々の実施形態は、金属の種類および層を増減して使用し得る。
いくつかの実施形態において、ＩＣチップ３１５は、フリップチップ実装されていてもよい。種々の実施形態において、ＩＣチップ３１５は、ＩＣチップ３１５上の接続がインダクタ３２１および／またはキャパシタ３２３に対向し得るように、または、インダクタ３２１および／またはキャパシタ３２３の反対側を向くように、フェイスアップまたはフェイスダウンであってもよい。ＩＣチップ３１５上の接続が、インダクタ３２１および／またはキャパシタ３２３の反対側を向く場合、インダクタ３２１および／またはキャパシタ３２３は、ビア３０５および／または配線３１３によってＩＣチップ３１５の遠位端と連結されてもよい。
図３は、ドライバおよびスイッチを含み得る単一のＩＣチップ３１５を示すが、いくつかの実施形態において、スイッチ（例えば、モノリシックのｅＧａＮスイッチ）はＩＣチップ３１５とは別個のＰＣＢにチップ埋め込まれたチップであってもよく、チップ埋め込み型ＩＣチップ３１５におけるドライバによって相互接続されていてもよい。ビア、パッド、および／または配線は、ＤＣ－ＤＣ変換器の種々の構成要素を連結することができ、２つのダイはフェイスダウンまたはフェイスアップであってもよい。インダクタまたは他の磁気は、最上層内または最上層上に配置されてもよく、バックコンバータにおける完全なハーフブリッジ組み合わせ、または、ハーフブリッジ回路図を用いる任意の他の構成を作成してもよい。
ＩＣチップ３１５は、ビア３０５および配線３１３の双方によってインダクタ３２１と連結されたものを示したが、いくつかの実施形態において、ＩＣチップ３１５は、ビア３０５または配線３１３のどちらかでインダクタ３２１および／またはキャパシタ３２３と連結されていてもよい。種々の実施形態において、ＰＣＢ組立品は、図３に示すよりも多くの、または、よりも少ないＰＣＢ層を有していてもよく、ＩＣチップ３１５は、単一層に、または、複数層のＰＣＢ間に埋め込みされていてもよい。種々の実施形態において、層３０７、３１７は、１つのＰＣＢまたは別個の複数のＰＣＢの複数の層であってもよい。ＰＣＢの底に露出した金属３０３は、入力電源、アース、および／または負荷と連結するための入力／出力パッドを提供し得る。
インダクタ３２１および／またはキャパシタ３２３の一部は、ＩＣチップ３１５に積層されていてもよい。いくつかの実施形態において、インダクタ３２１および／またはキャパシタ３２３は、ＩＣチップ３１５に全体的に積層されていてもよい。インダクタ３２１およびＩＣチップ３１５は、ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージにおいて大きい方の構成要素になる傾向がある。いくつかの実施形態において、インダクタ３２１またはＩＣチップ３１５の小さい方は、インダクタ３２１またはＩＣチップ３１５の大きい方のフットプリント範囲内に積層されてもよい。スイッチおよびドライバの双方を含む単一のＩＣチップ３１５が図３に示されているが、種々の実施形態において、インダクタ３２１および／またはキャパシタ３２３は、単一のＩＣチップ３１５とは別個の構成要素に少なくとも部分的に重なってもよい。例えば、インダクタ３２１は、１つまたは複数のスイッチ、ＰＷＭコントローラ、および／またはドライバなどに重なっていてもよい。
インダクタ３２１の位置は、ＤＣ－ＤＣ変換器のより良好な熱性能に寄与し得る。インダクタ３２１を最上部に設けることにより、インダクタ３２１は、周囲空気により冷却され得る。最上部に実装されたインダクタ３２１により、インダクタ３２１について種々のサイズまたは形状も（例えば、インダクタ３２１がＰＣＢの寸法により制約されないように）使用できるようになる。
図４Ａは、積層型インダクタ３２１を有する例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の斜視図４００を示す。インダクタ３２１は、ＰＣＢの層３１７、３０７間のコア３１１に埋め込まれたＩＣチップ（不可視）上に積層されてもよい。インダクタ３２１は、少なくとも部分的に、金属接点４０１を介してＰＣＢと連結されてもよい。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のキャパシタ３２３（不可視）は、ＰＢＣ層３１７と連結されていてもよい。
図４Ｂは、積層型インダクタ３２１を有する例示的なレンダリングされたチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の逆斜視図４２５を示す。インダクタ３２１は、ＰＣＢの層３１７、３０７間に埋め込まれたＩＣチップ（不可視）上に積層されてもよい。インダクタ３２１は、少なくとも部分的に、金属配線３１３を介してＰＣＢと連結されてもよい。１つまたは複数のキャパシタ３２３Ａ、３２３Ｂは、ＰＢＣ層３１７と連結されていてもよい。１つまたは複数のキャパシタ３２３Ａ、３２３Ｂは、配線３１３によってインダクタ３２１とも連結されていてもよい。
いくつかの実施形態において、切替周波数が上昇するにつれて、インダクタが小さくなり得る。さらに、いくつかの材料および薄膜技術などの技術は、インダクタのサイズも低減することができる。したがって、いくつかの実施形態において、インダクタは、例えばＩＣの上方に、または、ＩＣに並行してＰＣＢに埋め込みされていてもよい。このような構造はさらなる集積を提供し、入力および出力キャパシタなどの他の周辺の構成要素のために、ＰＣＢ実装表面上などの利用可能な空間量を増大させる。
図４Ｃは、埋め込み積層型インダクタを有する例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の側面図４５０を示す。第１層４５１は、例えば、パッケージング層またはＰＣＢ層でもよい。第２層４５３は、第２層４５３内に埋め込まれたインダクタを備えるＰＣＢ層であってもよい。第３層４５５は、第３層内に埋め込まれた回路（例えば、ＩＣ）を含むＰＣＢ層であってもよい。回路（例えば、ＩＣ）は、ＰＷＭコントローラ、ドライバ、および／またはスイッチ（例えば、ＦＥＴ）を備えていてもよい。第４層４５７は、例えば、パッケージング層またはＰＣＢ層でもよい。図４Ｃにおいて、インダクタは、少なくとも一部が、回路（例えば、ＩＣ）に重なっていてもよくまたは、側方へずれていてもよい。インダクタは、ボンドワイヤを使用せずにビアおよび／または配線によりＩＣと連結されてもよい。
図４Ｄは、埋め込み型インダクタを有する例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の側面図４７５を示す。層４５１、４５３、４５５、および４５７は、図４Ｃについて説明されたものと同じまたは同様であってもよい。図４Ｄにおいて、層４５５は、回路（例えば、ＩＣ）、および他の回路（例えば、ＩＣ）の他にインダクタを含んでいてもよい。ＩＣは、配線によってインダクタと連結されていてもよい。層４５３は、埋め込み型キャパシタを備えていてもよい。いくつかの実施形態において、１つまたは複数の埋め込み型キャパシタは、ＰＣＢに埋め込みされていてもよく、埋め込み型キャパシタは、１つまたは複数の埋め込み型キャパシタのフットプリントが回路（例えば、ＩＣ）および／またはインダクタのフットプリントに重なるように実装されていてもよい。いくつかの実施形態において、１つまたは複数の埋め込み型キャパシタは、埋め込み型回路（例えば、ＩＣ）および／または埋め込み型インダクタと共に、同じ層４５５に含まれていてもよい。いくつかの実施形態において、キャパシタは、層４５３に表面実装されていてもよい。いくつかの実施形態において、層４５３は省略されていてもよい。いくつかの実施形態において、キャパシタは、ＰＣＢ（例えば、図３に示すキャパシタ３２３など）の外側に実装されてもよい。多くの変形例が可能である。ＰＷＭコントローラ、ドライバ、および／またはスイッチの任意の組み合わせを含む回路（例えば、１つまたは複数のＩＣ）は、１つまたは複数のインダクタおよび／または１つまたは複数のキャパシタのいずれかまたは双方と同じ層に在ってもよい。ＩＣは、ｅＧａＮＩＣであってもよい。モノリシックのｅＧａＮＩＣは、ＰＷＭコントローラ、ドライバ、および１つまたは複数のスイッチの任意の組み合わせを含んでいてもよい。いくつかの実施においては、１つまたは複数のキャパシタおよび／または１つまたは複数のインダクタは、１つまたは複数のＰＷＭコントローラ、ドライバ、および／または１つまたは複数のスイッチと共にＩＣ（例えば、ｅＧａＮＩＣ）に含まれていてもよい。１つまたは複数のインダクタ、１つまたは複数のキャパシタ、または両方は、回路（例えば、ＩＣ）の上方または下方などの、ＰＣＢに埋め込まれた別個の層に設けられていてもよい。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のインダクタは、回路（例えば、ＩＣ）の第１面に在ってもよく、１つまたは複数のキャパシタは、回路（例えば、ＩＣ）の反対側の第２面に在ってもよい。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のインダクタおよび１つまたは複数のキャパシタは、ＰＣＢの異なる層に埋め込みされていてもよいが、回路（例えば、ＩＣ）の同じ側に在ってもよい。１つまたは複数のキャパシタおよび／または１つまたは複数のインダクタのいずれかまたは両方は、（例えば、図３に示すように）ＰＣＢの外側に設けられていてもよい。いくつかの実施において、１つまたは複数のＰＷＭコントローラ、ドライバ、および１つまたは複数のスイッチは、ＰＣＢに埋め込まれた異なる層に在ってもよい。いくつかの実施形態において、ＰＷＭコントローラおよびドライバは、別個のＩＣ（例えば、ｅＧａＮＩＣ）に在ってもよい。ＰＣＢにおける異なる層に埋め込まれた構成要素は、少なくとも部分的にもしくは完全に重なるように、または、重ならないように配向されている。ここに開示された任意のｅＧａＮ実施形態は、代替として、デプレッションモードＧａＮ、ｅＧａＮおよび／またはこれらの任意の組み合わせを含んでいてもよいＧａＮ実施形態として実施されてもよい。
図５は、例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の透過斜視図５００を示す。図５は、図４Ａおよび図４Ｂに示すものと同じ例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を示すが、構成要素が不明瞭になるため、インダクタ３２１、キャパシタ３２３、またはコア３１１無しで示す。ビア３０５は、配線３１３および／またはパッド３０３を連結することができる。
図６は、例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の底面図を６００示す。図６は、図５に示すものと同じ例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を示す。絶縁体３０１のエリア間の露出された金属３０３のパッドは、供給電圧、アース、および／または電圧出力のための電気的な接点を提供する。ビア３０５を示す。しかしながら、いくつかの実施形態において、ビアは、露出された金属３０３に亘って可視的に延びていない。
低減されたフットプリント
ここに記載の物理的構造および他の技術は、ＤＣ－ＤＣ変換器のフットプリントを低減するために使用されてもよい。いくつかの実施形態において、フットプリントは、約７０％低減されてもよい。積層された構成要素、より高い切替速度を有するより小さいインダクタの使用、および構成要素の単一のパッケージは全て、低減されたフットプリントに寄与し得る。
先述のように、いくつかのＤＣ－ＤＣ変換器パッケージは、インダクタもキャパシタも備えておらず、いくつかのＤＣ－ＤＣ変換器は、ドライバ、ＰＷＭコントローラ、および／またはＩＣチップの傍らに実装されたインダクタを備えていてもよい。このようなパッケージは、ユーザーにキャパシタおよび／またはインダクタのための特定値の選択これらの構成要素の品質の制御の柔軟性を提供してもよい。しかしながら、構成要素を互いに並べる代わりに積層する構造に配置することで、ＤＣ－ＤＣ変換器のフットプリントを低減することができる。ここに開示されたいくつかの実施形態は、ＩＣチップ上に全体または一部が垂直に積層されたインダクタを特徴とする。ここに開示されたいくつかの実施形態は、ＩＣチップ上に全体または一部が垂直に積層されたキャパシタを特徴とする。インダクタおよび／またはキャパシタを積層することで、ＤＣ－ＤＣ変換器のフットプリントを低減することができる。積層された構成要素は、ビアを介して（例えば、ＩＣチップと）電気的に連結されてもよく、これにより、上記のような寄生効果を低減することができる。ここに開示されたいくつかの実施形態は、ユーザーによって個々の構成要素が選択され、配置され、実装される必要が無いように設計の簡単化を提供し得る。単一のパッケージＤＣ－ＤＣ変換器は、外部キャパシタまたはインダクタを構成せずに使用され得る。さらに、いくつかの実施形態は、インダクタのサイズに妥協することなく、インダクタの性能に妥協することなく、および／または、カスタムメイドのインダクタを必要とすることなく、インダクタをパッケージに集積し得る。
上述のように、寄生効果を低減することができ、ＤＣ－ＤＣ変換器の切替速度を効率的に上昇させることができる。ＤＣ－ＤＣ変換器のインダクタンスは、数式２に基づいて決定され得る。
Figure 0007221221000002
 ただし、Ｌはインダクタンス、Ｖｉｎは入力電圧、Ｖｏは出力電圧、ΔＩＬはインダクタリップル電流、Ｆｓは切替周波数である。なお、インダクタンスは、切替速度が上昇するにつれて上昇する。したがって、低減された寄生効果および比較的高速の１つまたは複数のスイッチ（例えば、ｅＧａＮスイッチ）により、ＤＣ－ＤＣ変換器は、比較的小さいインダクタを使用することができる。ＤＣ－ＤＣ変換器において、インダクタは、最大構成要素の１つであってもよい。前記インダクタのサイズを（例えば、その元のサイズの何分の１かに）低減することにより、フットプリントを実質的に低減することができる。
いくつかのＤＣ－ＤＣ変換器は、複数のパッケージを備える。例えば、ドライバを含む第１パッケージ、スイッチ用の第２パッケージ、および、インダクタを含む第３パッケージがあってもよい。ここに開示されたいくつかの実施形態は、単一のパッケージを特徴とし、単一のパッケージは、ＰＷＭコントローラ、ドライバ、スイッチ（例えば、ｅＧａＮスイッチ）、１つまたは複数のインダクタ、および１つまたは複数のキャパシタなどの、ＤＣ－ＤＣ変換器の構成要素の全てを備える。ここに開示されたいくつかの実施形態において、ＰＷＭコントローラ、ドライバ、および／またはスイッチ（例えば、ｅＧａＮスイッチ）などの多数の構成要素を単一のＩＣに集積することができる。
したがって、比較的高い切替速度に関連する特徴は、ＤＣ－ＤＣ変換器のサイズを低減することができるように、ＤＣ－ＤＣ変換器の物理的設計によって相乗作用を与えることができる。ＤＣ－ＤＣ変換器が小さいほど、種々のアプリケーションにおいて使用して、マイクロプロセッサ、フィールドプログラム可能なゲートアレイ、アプリケーション特有の集積プロセッサなどの最新の電子デバイスに動力供給するためにより高い電流密度を提供することができる。より小さいＤＣ－ＤＣ変換器は、低減された製造コストで作成され得る。ここに記載の技術は、ボードおよびパッケージ寄生効果を低減することができる。より小さいＤＣ－ＤＣ変換器は、より密接した接続を特徴とし得る。この接続は、インダクタ、ＩＣチップ、および／または負荷間の寄生効果を低減し、ＤＣ－ＤＣ変換器は、より高い周波数で効率的に動作され得る。ここに記載の技術は、ノイズを低減することができ、比較的低いリップル効果および比較的低い電波障害を含む。
一般的に、比較的大きいサイズのＤＣ－ＤＣ変換器は、比較的大きい電流量を処理することができる。いくつかの実施形態において、ここに開示されるＤＣ－ＤＣ変換器は、従来の方法に比べて、比較的小さいサイズのＤＣ－ＤＣ変換器による電流の任意の量を処理することができる。例えば、ここに開示されるＤＣ－ＤＣ変換器は、アンペア数当たり２０ｍｍ２未満の電流、アンペア数当たり１５ｍｍ２未満の電流、アンペア数当たり１０ｍｍ２未満の電流、アンペア数当たり７ｍｍ２未満の電流、アンペア数当たり５ｍｍ２未満の電流、アンペア数当たり４ｍｍ２未満の電流、アンペア数当たり３ｍｍ２未満の電流、アンペア数当たり２ｍｍ２未満の電流、アンペア数当たり１．５ｍｍ２未満の電流、または、アンペア数当たり１ｍｍ２未満の電流のフットプリント領域を有し得る。ＤＣ－ＤＣ変換器は、ここで検討した範囲外の値をいくつかの実施において使用してもよいが、アンペア数当たり１．０ｍｍ２または０．５ｍｍ２という低い電流を有していてもよい。
例示的アプリケーション
ここに開示されるＤＣ－ＤＣ変換器は、電子デバイスに電力を提供するために使用されてもよい。例は、一次供給電圧を供給電圧によって電力供給される電子デバイスに適したＤＣ電圧に変換するためにＤＣ－ＤＣ変換器を使用することを含む。例えば、いくつかのアプリケーションにおいて、最新の電力管理ソリューションは、サイズ、入力／出力リップル、効率、および温度限度についての仕様を満たしつつ、４０以上のチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を使用して４０以上の電子構成要素に給電することができる。ここに開示されるようなＤＣ－ＤＣ変換器は、より小さく作成され、空間およびボードサイズが制限された最新のシステムにおいて使用されてもよい。ここに開示されるようなＤＣ－ＤＣ変換器は、ストレージ、サーバー、ネットワーク構築、電気通信、インターネット・オブ・シングスなどの種々のマーケットセグメントにおける構成要素に給電するために使用され得る。他のアプリケーションは、ここに開示されるＤＣ－ＤＣ変換器を使用して、ブレードサーバー、固体素子の構成要素などにおけるプロセッサのためなどのポイントオブロード装置のマイクロポイントに対して電力を提供することを含む。
図７Ａは、記憶装置７００において使用されるＤＣ－ＤＣ変換器の一例を示す。記憶装置７００は、例えば、固体素子であってもよい。記憶装置７００は、コントローラ７０３と、ＰＣＢ７０１を介して連結された複数のメモリチップ７０５とを備えていてもよい。ＤＣ－ＤＣ変換器７０７は、電力入力ピン７０９を介して供給電圧を受信し、メモリチップ７０５および／またはコントローラ７０３へＤＣ電力を提供することができる。ＤＣ－ＤＣ変換器７０７は、ＰＣＢ７０１を介してボンドワイヤまたは配線７１１によりインダクタ７０９に連結されていてもよい。ＰＣＢ７０１は、ＤＣ－ＤＣ変換器７０７のパッケージからは別個のＰＣＢ７０１であってもよい。記憶装置７００の容量は、図７Ａの実施においては６個のメモリチップであるメモリチップ７０５の数によって制限される。
図７Ｂは、記憶装置７５０に対するチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の例示的適用を示す。チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器７５１は、電力入力ピン７０９を介して供給電圧を受信し、メモリチップ７０５および／またはコントローラ７０３へＤＣ電力を提供する。比較的小さいインダクタは、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器７５１のパッケージフットプリントに含まれていてもよい。チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器７５１は、図７ＡのＤＣ－ＤＣ変換器７０７よりも実質的に小さくてもよい。したがって、追加のＰＣＢ空間を、追加のメモリチップ７５３のために使用して記憶装置７５０の記憶容量を向上することができる。
図８Ａは、回路基板８００におけるＤＣ－ＤＣ変換器の例示的適用を示す。回路基板８００は、例えば、複数の電源コネクタ８０１（ＰＷＲ）、電圧レギュレータ管理（ＶＲＭ）回路８０３、複数のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）スロット８０５、複数のペリフェラル・コンポーネント・インターコネクト・エクスプレス（ＰＣＩＥ）スロット８１３、および後部入力／出力パネル８１５等を含むブレードサーバーまたはマザーボードであってもよい。回路基板８００は、ポイントオブロードにおいて複数のＤＣ－ＤＣ変換器８０７も含む。ＤＣ－ＤＣ変換器８０７は、中央処理装置８０９またはコンピュータチップ８１１にそれぞれ給電する。ＤＣ－ＤＣ変換器８０７は、電源コネクタ８０１および／またはＶＲＭ回路８０３を介して供給される電力を受信し、供給された電力の電圧をＣＰＵ８０９またはコンピュータチップ８１１のそれぞれＤＣ電力仕様に合ったＤＣ電圧に変換することができる。
図８Ｂは、回路基板８５０におけるチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の例示的適用を示す。回路基板８５０は、複数のチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器８５１を（例えばポイントオブロードにおいて）含む。チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器８５１は、例えば、中央処理装置８０９および／またはコンピュータチップ８１１に給電し得る。ＤＣ－ＤＣ変換器８５１は、電源コネクタ８０１および／またはＶＲＭ回路８０３を介して供給される電力を受信し、供給された電力の電圧をＣＰＵ８０９および／またはコンピュータチップ８１１のそれぞれＤＣ電力仕様に合ったＤＣ電圧に変換することができる。チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器８５１は、図８ＡのＤＣ－ＤＣ変換器８０７よりも小さくてもよい。したがって、マザーボードは、追加のコンピュータチップ８５３のための空間を有し得る。ＤＣ－ＤＣ変換器８０７によって事前に占拠されていたエリアは、この場合は、他の構成要素のために利用可能な開放エリア８５５であってもよく、または、気流を向上するために開放されたままであってもよい。
追加の実施形態
いくつかの例示的実施形態において、１つまたは複数のスイッチ（例えば、ｅＧａＮスイッチ）（例えば、モノリシックのまたは独立型の）は、インダクタを有するチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ同期バックコンバータにおいて使用されてもよく、埋め込み型ＩＣチップは、ＰＷＭコントローラおよびドライバを備える。ＤＣ－ＤＣ同期バックコンバータを基礎とするＭＯＳＦＥＴと比較して、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器は、比較的低い切替損失で比較的高い速度で切り替えられ、高い切替速度（例えば、約５ＭＨｚ、または、ここに記載されたほかの速度）でより効果的に切り替わることができ、ｅＧａＮスイッチは、約５倍低いＱＧを有し得る。
いくつかの実施形態は、３ＭＨｚなどの同じ速度で切り替わる場合、代替設計と比較して約３０％低い電力損失の向上された効率ゲインを実現する。
チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の一例示的実施形態は、約３ｍｍ×３ｍｍ×１．５ｍｍのパッケージにパッケージングされ、約１ＭＨｚ～５ＭＨｚの範囲で切り替わり、約６Ａの電流を供給してもよい。比較において、同様のアンペア数のための種々のワイヤボンドＤＣ－ＤＣ変換器設計は、約１２ｍｍ×１２ｍｍの面積であり、約６００ｋＨｚで切り替わってもよい。
チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の一例示的実施形態は、１２Ｖ電源を受信することができ、約１．２Ｖおよび約１０ＡのＤＣ信号を出力することができる。チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器は、約１ＭＨｚで切り替わることができ、約３００ｎＨであるインダクタを有し得る。
チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器のいくつかの例示的実施形態は、約６ｍｍ×６ｍｍまたは７ｍｍ×７ｍｍであるパッケージにはめ込むことができる２５Ａのバックコンバータを含むことができる。
チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器のいくつかの実施形態はｅＧａＮスイッチを備える。スイッチは約５ＭＨｚで動作することができ、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器は約１ＭＨｚで動作しているＤＣ－ＤＣ変換器に基づくＭＯＳＦＥＴと同様の効率で動作し得る。その結果、パッケージサイズが比較的小さくなり、過渡負荷に対する比較的迅速な応答により全体的にシステム性能が比較的高くなる。
例示的方法
図９は、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を作成し使用するための例示的方法９００のフローチャートを示す。
ブロック９０１において、集積回路は製造され得る。集積回路は、ＩＣチップでもよく、このＩＣチップは、ドライバ、ＰＷＭコントローラ、および１つまたは複数の電力スイッチの少なくとも１つを備えていてもよい。ＩＣチップは、ＤＣ－ＤＣ変換器の他の構成要素のドライバ、ＰＷＭコントローラ、電力スイッチ、インダクタ、キャパシタ、または複数を備えていてもよい。いくつかの実施形態において、１つまたは複数の電力スイッチは、ｅＧａＮスイッチ、ヒ化ガリウムスイッチ、または他の種類の高性能スイッチであってもよい。
ブロック９０３において、第１ＰＣＢ部分を形成することができる。第１ＰＣＢ部分を形成することは、ＰＣＢ層または絶縁体を提供すること、マスキング、エッチング、ビア掘削、ビア充填、導体配線およびパッドの配置、Ｉ２Ｃおよび／またはＰＭＢＵＳのいくつかまたは全ての配置、などを含んでいてもよい。
ブロック９０５において、ＩＣチップは、チップ埋め込み技術を用いて埋め込みされてもよい。いくつかの実施形態において、例えば、機械加工またはエッチング技術を用いて空洞が（例えば、ＰＣＢに）形成されてもよく、ＩＣチップが空洞に配置されてもよい。ＩＣチップは、第１ＰＣＢ部分と、ＰＣＢ内部へ、ＰＣＢ層上に、複数のＰＣＢ層間に、複数のＰＣＢの間などに連結されてもよい。ＩＣチップは、フェイスアップまたはフェイスダウンでチップ埋め込みされてもよい。いくつかの実施形態において、ＩＣは、フリップチップ技術を用いて埋め込みされていてもよい。ＩＣチップまたはダイは、取付部またはボンディング材料と連結されていてもよい。いくつかの実施形態において、他の構成要素もＰＣＢに埋め込みされていてもよい。例えば、１つまたは複数のスイッチ（例えば、モノリシックのｅＧａＮ電力スイッチ）がＩＣチップから分離されている実施形態において、１つまたは複数のスイッチ（例えば、モノリシックのｅＧａＮスイッチ）もＰＣＢにおいて埋め込みされていてもよい。
ブロック９０７において、ＰＣＢの第２部分のための導通経路および絶縁体が形成されてもよい。このことは、追加のＰＣＢ層または絶縁体を提供すること、マスキング、エッチング、ビアの掘削または露出、ビア充填、導体配線およびパッドの配置、Ｉ２Ｃおよび／またはＰＭＢＵＳのいくつかまたは全ての配置、などを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、ブロック９０３、９０５、および９０７に関連して説明された作業はまとめられ、および／または重複してもよい。ブロック９０３、９０５、および９０７において、導体（例えば、ビアおよび配線）は、（例えば、図１および図３に示すような）ＤＣ－ＤＣ変換器構造における構成要素を連結するために形成され得る。
ブロック９０９において、インダクタが連結され得る。インダクタは、ＰＣＢの最上部と連結されてもよい。インダクタは、ＩＣチップなどのＤＣ－ＤＣ変換器の他の構成要素の１つまたは複数と共に少なくとも部分的に積層されてもよい。インダクタは、ＰＷＭコントローラ、ドライバ、スイッチなどのＤＣ－ＤＣ変換器の他の構成要素の１つまたは複数と共に少なくとも部分的に積層されてもよい。いくつかの実施形態において、キャパシタなどの他の表面構成要素も連結されていてもよい。したがって、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の構成要素も一緒に連結されていてもよい。いくつかの実施形態において、インダクタのインダクタンスは、少なくとも一部が、例えば、図１を参照して説明したような過電流限度に基づいて選択されてもよい。いくつかの実施形態において、過電流限度は、少なくとも一部がインダクタの飽和限度に基づいて決定され、調整され、および／またはトリムされてもよい。いくつかの実施形態において、インダクタおよび過電流限度値は、単一の人、設計者、設計チーム、および／または製造者によって決定および／または設計されていてもよい。
ブロック９１１において、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器はパッケージされていてもよい。このことは、単一の離散型の構成要素としてチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器をパッケージングすることを含んでいてもよい。パッケージは、ＤＣ－ＤＣ変換器が外部インダクタまたはキャパシタ無しで動作できるように、インダクタおよびキャパシタを含んでいてもよい。
ブロック９１３において、負荷がＤＣ－ＤＣ変換器に連結されていてもよい。このことは、例えば、パッケージされたチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の出力を分離されたマザーボード上の配線を介して電子デバイスと連結することを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、ＤＣ－ＤＣ変換器は、ポイントオブロードの付近に連結されて寄生効果を多少低減することができる。
ブロック９１５において、パッケージされたチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器に電源が連結されていてもよい。したがって、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器は、供給された電力を使用してＤＣ出力電圧を提供して電子デバイスに給電してもよい。
ブロック９１１、９１３は、パッケージングすること、および、負荷装置の分離されたＰＣＢと共にパッケージングされたチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を使用することを説明しているが、いくつかの実施形態において、ここに記載の技術は、端末装置のＰＣＢに適用されてもよい。
マルチインダクタチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器
ここに記載のチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器技術は、マルチインダクタ実装品に拡大されてもよい。このことは、２、３、４、５、６、８、１６、または任意の数のインダクタと共に、例えば、デュアルバックコンバータ、デュアルブーストコンバータ、および電圧変換器を含んでいてもよい。複数インダクタは、並列に配置されていてもよい。複数インダクタの出力（例えば、並列配置において）は、キャパシタまたはＬＣ共振回路などのエネルギー蓄積回路と連結されていてもよい。各インダクタは、それぞれ一対のスイッチと連結されていてもよい。各一対のスイッチは、それぞれドライバにより駆動されてもよい。各ドライバは、他のドライバへ提供されるＰＷＭ信号とは位相がずれているＰＷＭ信号によって駆動されてもよい。各ＰＷＭ信号は、オン時間を有していてもよく、オン時間は、ドライバ信号の重畳された組み合わせが共通期間よりも短い実効期間を有するように十分に小さい割合の共通期間である。いくつかの実施形態において、マルチインダクタチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器は、ここで（例えば、図１に示す）開示する構成要素（例えば、スイッチ、インダクタ、集積回路の一部）の一部または全てを複製することにより形成され得る。
ここに開示の種々の実施形態は、以下の特徴の１つ、いくつかの組み合わせ、または全てを有していてもよい。マルチインダクタチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器は、単一のインダクタチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器よりも高速かつ高効率で動作し得る。ＤＣ－ＤＣ変換器を通る電流は、複数インダクタに沿って分割されていてもよい。熱は、複数インダクタに亘って分散されてもよい。より小さいサイズの個別インダクタを使用してもよい。電流密度は、上昇され得る。ＤＣ－ＤＣ変換器の全体のサイズは低減されてもよい。スイッチは、より少ない回数切り替わってもよい。スイッチの平均寿命は、延長され得る。インダクタの平均寿命は、向上され得る。より少ないおよび／またはより少数の出力キャパシタが使用されてもよい。より速い過渡応答があってもよい。電流受容が変化する場合、出力電力におけるより低い変動があってもよい。ＤＣ－ＤＣ変換器は、（例えば、数式２に基づき）より高い周波数で動作してもよく、および／または、より少ないインダクタを使用してもよい。ＤＣ－ＤＣ変換器のサイズは低減されてもよい。各一対のスイッチは、効率的である最大周波数で動作してもよいが、全体的な周波数は、任意の一対のスイッチの個別周波数よりも大きくてもよい。
いくつかの実施形態において、電力損失を低減することができる。数式Ｐ＝Ｉ２×Ｒを使用すると、電力損失がＤＣ電流（Ｉ）と共に上昇し得ることが分かる。しかしながら、複数インダクタ間で電流を分割することにより、全体の電力損失は低減され得る。さらに、各インダクタの抵抗も低減する。例えば、２つのインダクタ間で電流（Ｉｏ）を分割することにより、Ｐ＝２×［（Ｉｏ／２）２×Ｒ／２］＝［Ｉｏ ２×Ｒ］／２、電力損失を半分に低減することができることが分かる。したがって、複数インダクタ間の分散電力搬送は、向上された効率を提供する。高い電流密度のＤＣ－ＤＣ変換器についての需要が増大するにつれて、マルチインダクタ、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器は、より小さいサイズと高い電流密度とをより少ない電力損失で提供することができる。
いくつかの実施形態において、マルチインダクタ、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器における比較的小さいインダクタにより、要求される電流における変化に対するより迅速な過渡応答が可能になる。例えば、図８Ｂに示すように、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器は、ＤＣ電力をＣＰＵに提供してもよい．ＣＰＵは、重い計算負荷（例えば、すべてのコアの利用および／またはその切替周波数の上昇）を突然受けることがあり、パワーダウンにおける突然の増加を引き起こす（例えば、ｎｓ範囲における１アンペアから１０アンペアへの増大）。エネルギーは出力キャパシタ（例えば、図１、図２の出力キャパシタ１１１）から引き出されるため、出力キャパシタの両端電圧は、ＣＰＵにより必要とされるＤＣ電力仕様（例えば、＜１％の降圧）よりも早すぎるように低下する可能性があり、停止エラーのリスクを冒す。したがって、フィードバックシステム（例えば、図１４、図１６、および図１７に示すように）は、インダクタを介してキャパシタへ搬送される電力を増大し、電圧降下を防止するように構成されていてもよい。しかしながら、高いインダクタンスは、電力搬送において変化に抵抗する。マルチインダクタシステムは比較的小さいインダクタを使用するため、マルチインダクタの過渡フィードバック応答、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器は、比較的少なく比較的大きいインダクタを有するＤＣ－ＤＣ変換器の過渡フィードバック応答よりも高速であってもよく、応答は、比較的小さい出力電圧降下を有する。比較的高い切替周波数を有するここに開示されるＤＣ－ＤＣ変換器は、比較的小さいインダクタを利用することができ、その結果、ここに記載の単一のインダクタ実施形態は、過渡負荷に対して向上した応答を有することができる。
例示的デュアルバックコンバータ
図１０は、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を使用するデュアルバックコンバータ１０００用の例示的デュアルインダクタ設計を示す。デュアルバックコンバータは、単一のインダクタの代わりに２つの並列のインダクタを使用することができる。
図１０は、第１インダクタ１００１と、第２インダクタ１００３と、チップ埋め込み型ＩＣおよび他の構成要素を有するＰＣＢ１００５（図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃおよび１１Ｄに示し、図１０においては不可視）を備える。第１インダクタ１００１への第１入力ノード１００７Ａは、ＰＣＢ１００５における第１パッド１００７Ｂに対応してもよい。第２インダクタ１００３への第２入力ノード１００９Ａは、ＰＣＢ１００５における第２パッド１００９Ｂに対応する。電圧出力ノード１０１１Ａは、ＰＣＢ１００５上の電圧出力パッド１０１１Ｂに対応してもよい。グラフ１０１３は、信号１、信号２、および出力信号についての波形を示す。
デュアルバックコンバータは、２つのインダクタ１００１、１００３を含むように構成されてもよい。２つのインダクタ１００１、１００３は、ＰＣＢ１００５上に表面実装されてもよい。種々の実施形態において、２つのインダクタ１００１、１００３は、並べて配置された２つの分離したインダクタであってもよく、上下に垂直に配置された２つの分離したインダクタ、または、２つのインダクタ巻き線を有する単一の磁気コアであってもよい。
信号１は、第１入力ノード１００７Ａへ提供される。信号１は、Ｔの期間を有する。信号２は、第２入力ノード１００９Ａへ提供される。信号２も、Ｔの期間を有する。信号１および２は、互いに位相がずれており、期間Ｔの５０％未満の「オン」時間を有する。出力信号は、信号１および信号２の組み合わせにより形成される。各パルスについて、出力信号は、信号１おおび信号２と同じ「オン」時間を有する。信号１および信号２の「オン」時間は同じであり、出力信号の有効期間は、半分に低減される（周波数は２倍になる）。
図１２は、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を含むデュアルバックコンバータの例示的回路レベル回路図１２００を示す。回路図は、電圧源１２０１、第１スイッチペアの第１スイッチ１２０３、第１スイッチペアの第２スイッチ１２０５、第２スイッチペアの第３スイッチ１２０７、第２スイッチペアの第４スイッチ１２０９、第１インダクタ１２１１、第２インダクタ１２１３、出力キャパシタ１２１７、および電圧出力ノード１２１９を備える。
インダクタ１２１１、１２１３のペア１２１５は、ＰＣＢの外部と連結されてもよい。スイッチ１２０３、１２０５、１２０７、１２０９は、独立型チップとして、または、他の構成要素（例えば、ドライバ、ＰＷＭコントローラ、他のスイッチ）を含むＩＣチップの一部としてＰＣＢに埋め込みされてもよい。キャパシタ１２１７は、ＰＣＢの外側またはＰＣＢの内側と連結されていてもよい。インダクタ１２１１および１２１３は、共用される共通コアを使用してもよく、または、分離されたコアを使用してもよい。
電圧源１２０１は、第１スイッチ１２０３のドレインと連結されていてもよい。第１スイッチ１２０３のソースは、第１インダクタ１２１１の第１ノードと連結されていてもよい。前記第１スイッチ１２０３のソースは、第２スイッチ１２０５のドレインと連結されていてもよい。第１スイッチ１２０３および第２スイッチ１２０５のゲートは、ドライバ（図１２には示さず）と連結されていてもよい。ドライバは、逆制御信号を第１スイッチ１２０３および第２スイッチ１２０５へ駆動することができ、第１スイッチ１２０３および第２スイッチ１２０５の一方がオンであり他方がオフであるように第１スイッチ１２０３および第２スイッチ１２０５を交互にオンおよびオフする。第１スイッチ１２０３がオンであり、第２スイッチ１２０５がオフである間、エネルギーは、電圧源１２０１からインダクタ１２１１および／またはキャパシタ１２１７へ提供されてもよく、ただし、エネルギーは格納されてもよく、出力電圧を上昇させる。第１スイッチ１２０３がオフであり、第２スイッチ１２０５がオフである間、エネルギーは、インダクタ１２１１および／またはキャパシタ１２１７から放出されてもよく、出力電圧が低減する。
電圧源１２０１は、第３スイッチ１２０７のドレインと連結されていてもよい。第３スイッチ１２０７のソースは、第２インダクタ１２１３の第１ノードと連結されていてもよい。前記第３スイッチ１２０７のソースは、第４スイッチ１２０９のドレインと連結されていてもよい。第３スイッチ１２０７および第４スイッチ１２０９のゲートは、ドライバ（図１２には示さず）と連結されていてもよい。したがって、ドライバは、逆制御信号を第３スイッチ１２０７および第４スイッチ１２０９へ駆動することができ、第３スイッチ１２０７および第４スイッチ１２０９の一方がオンであり他方がオフであるように第３スイッチ１２０７および第４スイッチ１２０９を交互にオンおよびオフしてもよい。第３スイッチ１２０７がオンであり、第４スイッチ１２０９がオフである間、エネルギーは、電圧源１２０１からインダクタ１２１３および／またはキャパシタ１２１７へ提供されてもよく、ここにエネルギーを格納することができ、出力電圧を上昇させる。第３スイッチ１２０７がオフであり、第４スイッチ１２０９がオンである間、エネルギーは、インダクタ１２１３および／またはキャパシタ１２１７から放出されてもよく、出力電圧が低減する。
第１インダクタ１２１１の第２ノードおよび第２インダクタ１２１３の第２ノードは、出力ノード１２１９と連結されていてもよく、平滑キャパシタとも称される出力キャパシタ１２１７とも連結されていてもよい。出力ノード１２１９における電圧は、キャパシタ１２１７において格納されたエネルギーによって影響を受ける可能性がある。キャパシタ１２１７に格納されたエネルギーは、キャパシタ１２１７から、第１インダクタ１２１１の第２ノード、または、第２インダクタ１２１３の第２ノードから電流が流れると上昇する可能性がある。したがって、小さい信号リップルは、スイッチがエネルギーを提供または放出するのに応じてキャパシタへ提供される。
第１ペアのスイッチ１２０３、１２０５は、第２ペアのスイッチ１２０７、１２０９から位相をずらして駆動されてもよい。第１ペアのスイッチ１２０３、１２０５は、第２ペアのスイッチ１２０７、１２０９と同じ周波数および同じ周期で駆動されてもよい。したがって、いくつかの実施形態において、上側スイッチ１２０３、１２０７の最大で１つが任意の時間にオンになる。４つのスイッチ１２０３、１２０５、１２０７、１２０９は、互いに全て位相がずれている４つの各信号で駆動されてもよい。第１ペアのスイッチ１２０３、１２０５および第１インダクタ１２１１は、第２ペアのスイッチ１２０７、１２０９および第２インダクタ１２１３と並列にＤＣバッキング機能を提供する。
図１３Ａは、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を含むＤＣ－ＤＣ変換器の例示的回路レベルの回路図１３００を示す。図１３Ａの構成要素は、図１２の構成要素と同じであるかまたは同様であってもよい。図１３ＡのＤＣ－ＤＣ変換器は、増設のキャパシタ１２２１を備えていてもよい。キャパシタ１２２１は、スイッチ１２０３がオンされた場合にエネルギーを格納することができる。いくつかの実施形態において、キャパシタ１２２１が電圧源１２０１の電圧の約半分まで充電するように、エネルギーが格納されてもよい。スイッチ１２０３がオンされる場合、スイッチ１２０７がオフされ、スイッチ１２０５がオフされ、過渡電流は、キャパシタ１２２１を介してインダクタ１２１１へ流れ得る。スイッチ１２０７がオンされ、スイッチ１２０９がオフされると、キャパシタ１２２１は、スイッチ１２０７に電力を提供し、インダクタ１２１３へ電流を流すことができる。キャパシタ１２２１も、スイッチ１２０７とスイッチ１２０５との間のＡＣ連結キャパシタとして作用し得る。図１３における構成要素も、図１２のものに比べて変更されたレイアウトで配置されているが、図１２およびズ１３ＡのＤＣ－ＤＣ変換器は、同様に機能し得る。インダクタ１２１１および１２１３は、共用される共通コアを使用してもよく、または、分離されたコアを使用してもよい。
図１３Ｂは、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を含むＤＣ－ＤＣ変換器の例示的回路レベルの回路図１３５０を示す。図１３の構成要素は、図１２の構成要素と同じであるかまたは同様であってもよい。第１ペアのスイッチ１２０３、１２０５および第１インダクタ１２１１は、第１キャパシタ１２１７Ａに連結され、第１出力ノード１２１９Ａにおける第１出力電圧を提供するように構成されてもよい。第２ペアのスイッチ１２０７、１２０９および第２インダクタ１２１３は、第２キャパシタ１２１７Ｂに連結され、第２出力ノード１２１９Ｂにおける第２出力電圧を提供するように構成されてもよい。第１および第２出力ノード１２１９Ａ、１２１９Ｂにおける出力電圧は、同じ電圧であってもよく、または、異なる電圧であってもよい。いくつかの実施形態において、ドライバ（例えば、図１に示し、図１３Ｂには示さず）は、異なる電圧が異なるノード１２１９Ａ、１２１９Ｂへ提供されるように、第１ペアのスイッチ１２０３、１２０５および第２ペアのスイッチ１２０７、１２０９を個別に駆動することができる。インダクタ１２１１および１２１３は、共用される共通コアを使用してもよく、または、分離されたコアを使用してもよい。
図１３Ａおよび１３Ｂに示す実施形態は、１つまたは複数のＩＣダイ上に実施されてもよい。例えば、図１３Ａにおいて、スイッチ１２０３、１２０５、１２０７、１２０９は、単一のＩＣ（例えば、モノリシックのｅＧａＮＩＣ）において全てが含まれてもよい。いくつかの実施形態において、スイッチ１２０３、１２０５、１２０７、１２０９は、２つまたはそれ以上の別個の装置間で分割されていてもよい。図１３Ａおよび１３Ｂに示す実施形態は、１つまたは複数のドライバおよび／またはＰＷＭコントローラにより制御されてもよい。例えば、第１ＰＷＭコントローラは、第１ドライバと連結されていてもよく、第１ドライバは、スイッチ１２０３、１２０５、１２０７、１２０９のうち第１ペアのスイッチを駆動し、第２ＰＷＭコントローラは、第２ドライバと連結されていてもよく、第２ドライバは、スイッチ１２０３、１２０５、１２０７、１２０９うち第２ペアのスイッチを駆動する。
デュアルバックコンバータに埋め込まれたチップのための例示的設計
図１１Ａは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用の第１例示的レイアウト設計１１００を示す。この設計は、ＩＣ部分１１０１、第１スイッチペアの第１電力スイッチ１１０３、第１スイッチペアの第２電力スイッチ１１０５、第２スイッチペアの第３電力スイッチ１１０７、および第２スイッチペアの第４電力スイッチ１１０９を備える。
図１１Ａの実施形態において、ＩＣ部分１１０１、第１電力スイッチ１１０３、第２電力スイッチ１１０５、第３電力スイッチ１１０７、および第４電力スイッチ１１０９は、全て同じＩＣチップに含まれている。ＩＣ部分１１０１は、ＰＷＭコントローラおよびドライバを含んでいてもよい。ドライバは、第１スイッチペアを第２スイッチペアとは位相をずらして駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、第１スイッチペアおよび第２スイッチペアを、同一周期および同一周波数で駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、各スイッチペアにおけるスイッチを交互に駆動するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、ＩＣ部分１１０１は、第１スイッチペアを駆動するように構成された第１ドライバと、第２スイッチペアを駆動するように構成された第２ドライバとを備える。ＰＷＭコントローラは、第１ＰＷＭ信号を第１ドライバへ提供し、第２ＰＷＭ信号を第２ドライバへ提供し、第１および第２ＰＷＭ信号は、互いに位相がずれていてもよい。
図１１Ｂは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用第２例示的レイアウト設計１１２０を示す。この設計は、ＩＣチップ１１２１、第１スイッチペアの第１電力スイッチ１１２３、第１スイッチペアの第２電力スイッチ１１２５、第２スイッチペアの第３電力スイッチ１１２７、および第２スイッチペアの第４電力スイッチ１１２９を備える。
第１電力スイッチ１１２３および第２電力スイッチ１１２５は、モノリシックのｅＧａＮスイッチチップなどの第１モノリシックのスイッチチップの一部であってもよい。第３電力スイッチ１１２７および第４電力スイッチ１１２９は、第２モノリシックのスイッチチップの一部であってもよい。いくつかの実施形態において、第１モノリシックのスイッチペアおよび第２モノリシックのスイッチペアは、同じモノリシックのチップの一部であってもよい。いくつかの実施形態において、第１モノリシックのスイッチペアおよび第２モノリシックのスイッチペアは分離モノリシックのチップの一部であってもよい。ＩＣチップ１１２１および分離モノリシックのチップは、ＰＣＢに埋め込みされていてもよい。ＩＣ部分１１２１は、ＰＷＭコントローラおよびドライバを含んでいてもよい。ドライバは、第１モノリシックスイッチ対を第２モノリシックスイッチ対とは位相をずらして駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、第１モノリシックスイッチ対および第２モノリシックスイッチ対を、同一周期および同一周波数で駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、各モノリシックスイッチペアにおけるスイッチを交互に駆動するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、ＩＣ部分１１２１は、第１モノリシックスイッチ対を駆動するように構成された第１ドライバと、第２モノリシックスイッチ対を駆動するように構成された第２ドライバとを備える。ＰＷＭコントローラは、第１ＰＷＭ信号を第１ドライバへ提供し、第２ＰＷＭ信号を第２ドライバへ提供し、第１および第２ＰＷＭ信号は、互いに位相がずれている。
図１１Ｃは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用第３例示的レイアウト設計１１４０を示す。この設計は、ＩＣチップ部１１４１、第１スイッチペアの第１電力スイッチ１１４３、第１スイッチペアの第２電力スイッチ１１４５、第２スイッチペアの第３電力スイッチ１１４７、および第２スイッチペアの第４電力スイッチ１１４９を備える。
ＩＣチップ部１１４１、第１電力スイッチ１１４３および第３電力スイッチ１１４７は、第１ＩＣチップの一部であってもよい。第２電力スイッチ１１４５および第４電力スイッチ１１４９は、第１ＩＣチップからは分離されたモノリシックのｅＧａＮチップなどの分離チップであってもよい。いくつかの実施形態において、第２電力スイッチ１１４５および４つの電力スイッチ１１４９は、同じモノリシックのチップの一部であってもよい。チップの１つ、一部、または全ては、ＰＣＢに埋め込みされていてもよい。ＩＣ部分１１４１は、ＰＷＭコントローラおよびドライバを含んでいてもよい。ドライバは、第１スイッチペアを第２スイッチペアとは位相をずらして駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、第１スイッチペアおよび第２スイッチペアを、同一周期および同一周波数で駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、各スイッチペアにおけるスイッチを交互に駆動するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、ＩＣ部分１１４１は、第１スイッチペアを駆動するように構成された第１ドライバと、第２スイッチペアを駆動するように構成された第２ドライバとを備える。ＰＷＭコントローラは、第１ＰＷＭ信号を第１ドライバへ提供し、第２ＰＷＭ信号を第２ドライバへ提供し、第１および第２ＰＷＭ信号は、互いに位相がずれている。
図１１Ｄは、デュアルバックコンバータにおける埋め込み型チップ用第４例示的レイアウト設計１１６０を示す。この設計は、ＩＣチップ部１１６１、第１スイッチペアの第１電力スイッチ１１６３、第１スイッチペアの第２電力スイッチ１１６５、第２スイッチペアの第３電力スイッチ１１６７、および第２スイッチペアの第４電力スイッチ１１６９を備える。
ＩＣチップ部１１６１、第１電力スイッチ１１６３、第２電力スイッチ１１６５、第３電力スイッチ１１６７、および第４電力スイッチ１１６９は、分離ＩＣチップの一部であってもよい。分離ＩＣチップの１つ、一部、または全ては、ＰＣＢに埋め込みされていてもよい。ＩＣ部分１１６１は、ＰＷＭコントローラおよびドライバを含んでいてもよい。ドライバは、第１スイッチペアを第２スイッチペアとは位相をずらして駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、第１スイッチペアおよび第２スイッチペアを、同一周期および同一周波数で駆動するように構成されていてもよい。ドライバは、各スイッチペアにおけるスイッチを交互に駆動するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、ＩＣ部分１６１１は、第１スイッチペアを駆動するように構成された第１ドライバと、第２スイッチペアを駆動するように構成された第２ドライバとを備える。ＰＷＭコントローラは、第１ＰＷＭ信号を第１ドライバへ提供し、第２ＰＷＭ信号を第２ドライバへ提供し、第１および第２ＰＷＭ信号は、互いに位相がずれている。
構成要素１１６１、１１６３、１１６５、１１６７および１１６９の任意の組み合わせなど種々の追加の構造が可能であり、任意の数のＩＣチップに組み合わせあれてもよい。いくつかの実施形態において、マルチインダクタＤＣ－ＤＣ変換器は、個別またはマルチインダクタＤＣ－ＤＣ変換器の個別パッケージを組み合わせることにより作成されてもよい。
マルチインダクタチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の追加の例示的な特徴
いくつかのチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器において、インダクタは、最大の物理的な構成要素である。マルチインダクタチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器は、並列に連結された複数の比較的小さいインダクタを代わりに使用してもよい。スイッチは、複数のインダクタが位相をずらしてエネルギーを充電および放電するように、位相をずらして駆動されてもよい。いくつかの実施形態において、複数のインダクタの出力は、複数のインダクタの出力リップルが任意の個別インダクタの出力リップルよりも高い周波数であるように並列に連結される。いくつかの実施形態において、複数のインダクタの出力は並列に連結され、複数のインダクタの出力リップルが任意の個別インダクタの出力リップルよりも高い周波数である
いくつかの実施形態においては、複数インダクタＤＣ－ＤＣ変換器の出力リップル周波数は、比較的高くてもよく、１つまたは複数の出力キャパシタの数および／または容量は低減されてもよく、比較的小さい１つまたは複数の出力キャパシタを使用することができる。
上述のように、複数インダクタシステムは、単一のインダクタシステムと比較して、比較的高い効率的切替速度を有していてもよい。いくつかの実施形態において、これは、スイッチの切替速度を上昇せずに行うことができ、代わりに、複数スイッチは、互いに位相がずれて動作し得る。したがって、個別スイッチを比較的高い非効率な切替速度に押すことなく、比較的高い効率的な切替速度画が達成され得る。
数式２によると、並列に配置された複数のインダクタの比較的高い効率的な切替速度により、複数のインダクタのインダクタンスを低減することができる。したがって、インダクタは、互いに並列に配置されて、インダクタンスを下げることができ、および／または比較的小さいインダクタンスを有する比較的小さいインダクタを使用することができる。比較的小さいインダクタを使用することができるため、特に、１つまたは複数のインダクタが最大の構成要素である場合に、全体的なＤＣ－ＤＣ変換器サイズを低減することができる。
いくつかの実施形態において、さらなる相乗効果は、比較的小さいインダクタを使用することから結果として生じる可能性があり、スイッチの切替速度が上昇する可能性があり、なぜなら、スイッチのインダクタンス負荷が低減される。このことは、比較的高い効率的な切替速度につながる可能性があり、数式２などに基づいてインダンクタンスをさらに低減する。
いくつかの実施形態において、マルチインダクタチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器は、単一のインダクタＤＣ－ＤＣ変換器における出力キャパシタよりも小さい出力キャパシタを使用することができる。
フィードバックを有するチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器の例
図１４は、外部リップル電圧フィードバック回路を有する例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器１４００を示す。チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器１４００は、ここで検討するように、ドライバおよび／または変調器を含み得る埋め込み型ＩＣチップ１４０３を含んでいてもよい。ＩＣチップは、ＰＣＢ１４０１に埋め込みされていてもよい。チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器１４００は、第１電力スイッチ１４０５、第２電力スイッチ１４０７、およびインダクタ１４０９をさらに含む。インダクタ１４０９は、そのインダクタンス構成要素１４１１およびその内部直流抵抗（ＤＣＲ）構成要素１４１３を説明するために概略的に示す。
チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器１４００は、電圧入力ノード１４１５において入力電圧を受信し、出力電圧ノード１４１７において出力電圧を提供する。出力キャパシタ１４２１は、出力ノード１４１７と連結され、出力キャパシタは、その容量性成分１４２３およびその等価直列抵抗（ＥＳＲ）１４２５を示すために概略的に表される。フィードバック経路１４２７は、出力ノードから埋め込み型ＩＣチップ１４０３へ連結されている。
チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器１４００は、ここで先述のように、入力電圧を受信することができ、出力電圧を生成することができる。出力電圧は、スイッチがオンおよびオフする時に、小さい変動またはリップルを有し得る。リップル電圧（ＶＥＳＲ）は、インダクタ電流ＩＬにＥＳＲを乗じることにより計算されてもよい。フィードバック経路１４２７は、リップルおよび／またはＤＣ出力電圧を検知する。リップルおよび／またはＤＣ出力電圧のフィードバック指標は、埋め込み型ＩＣチップ１４０３に提供されている。埋め込み型ＩＣチップ１４０３における変調器は、スイッチ１４０５、１４０７を制御するためにフィードバックを使用して、出力電圧が高すぎる場合は出力電圧を低減し、出力電圧が低すぎる場合は出力電圧を上昇させることができる。
フィードバックシステムは、電流モード制御方式および電圧モード制御方式を使用して、デューティサイクルの広い範囲に亘ってＤＣ－ＤＣ動作安定性を確保することができる。電流モード制御方式において、傾斜補償スキーマは、上昇したサイズおよびコストを追加する場合がある外部構成要素と共に使用され実施されてもよい。電流モード制御方式は、ループ安定性のためのタイプＩＩ補償を使用してもよく、比較的低いループ応答性を有していてもよい。電圧モード制御方式において、電圧エラーは、増幅され、フィードバックされ、補償されてもよい。
いくつかの実施形態において、変調器は、常時オン時間周波数変調方式、常時オフ時間周波数変調方式、パルス幅変調方式、または他の方式を使用することができる。常時オン時間および常時オフ時間方式は、高性能を有するテーブルＤＣ－ＤＣ動作を提供することができる。いくつかの実施形態において、変調器にとっては、リップル電圧を検出してある程度の制御イベントをトリガすることが望ましい可能性がある。例えば、常時オン時間方式または常時オフ時間方式において、変調器は、一定のオンまたはオフ時間をそれぞれ有するオンまたはオフパルスを生成するために、ＡＣリップルを検出することができ、これにより周波数を変調し、スイッチ１４０５、１４０７へ送信される制御信号の周期に影響する。例えば、常時オン時間方式においては、基準電圧との比較において低出力電圧の検出に応答しておよび／または十分な量のインダクタ電流リップルの検出に応答して、固定幅のオンパルスを提供して出力電圧を上昇することができる。したがって、常時オン時間方式について、各パルスは同じ継続期間をオン状態において有し、変調は、時間当たり多少のパルスを行うことにより達成される（例えば、パルス間のオフ時間は変化する可能性がある）。常時オフ時間方式は、パルス間のオフ時間が一定であることを除き、ここで説明する常時オン時間方式と同様であってもよく、変調は、オンパルスの幅によって達成され得る。別の例示的電圧モードシステムにおいて、周波数は固定されていてもよく、パルスのデューティサイクルは、変調されてもよい。変形例は、リーディングまたはトレイルエッジ変調方式を含んでいてもよい。任意の適切な変調方式を使用することができる。したがって、ＥＳＲ１４２５は、十分に大きいＶＥＳＲを変調器によって検出できるように、設計および／または選択されてもよい。
ここに開示されたいくつかの実施形態は、複数の矛盾する設計課題に対する解決策を提供する。非遅延フィードバック経路は、出力電圧の変化に対して迅速な応答を提供することができる。フィードバック経路を常時オン時間または常時オフ時間方式などのいくつかの変調／制御方式において使用して、スイッチ１４０５、１４０７がいつオンまたはオフされるかを制御することができる。変調器によって確実に検出可能なフィードバック経路に沿って測定可能な程度に大きいＶＥＳＲ信号を提供するために、キャパシタ１４２１のＥＳＲ１４２５は、十分に大きいリップルが引き起こされるように設計および／または選択されていてもよい。同時に、リップル電圧を最小化することが望ましい可能性がある。ＤＣ－ＤＣ変換器は、純粋なＤＣ電圧を理想的には生成できる。実際には、多くのアプリケーションは、ＤＣ－ＤＣ変換器の出力における小さいリップルを許容するが、狭い範囲においてしか許容しない。ＤＣ電源により給電されるいくつかの装置は、最大で３％のリップル、２％リップル、１％リップル、０．５％リップル、０．１％リップル、０．０５％リップル、１０ｍＶリップル、５ｍＶリップル、３ｍＶリップル、１ｍＶリップル、０．５ｍＶリップル、より少量のリップル、または検出できない程少量のリップル、またはこれらの値のいずれかにより規定される任意の範囲を必要としてもよいが、いくつかの例ではこれらの範囲外の値を使用することもできる。例えば、いくつかのポイントオブロード装置は、ＤＣ電源が１．００ＶのＤＣ出力を１．００Ｖの値から１％（１０ｍＶ）未満のリップルで、または、変化で提供することを指定してもよい。非常に低いＥＳＲキャパシタは、低リップル出力を達成するために使用されてもよい。しかしながら、リップルが低すぎると、変調器は、リップルフィードバックに基づいて動作しない場合（例えば、変調器は、ノイズからリップルを区別しない場合、不規則に動作する場合など）がある。
本開示は、リップルによりトリガされる変調器、低ＥＳＲキャパシタを使用し、低リップルＤＣ出力を提供するＤＣ－ＤＣ変換器のいくつかの実施形態を含む。
例示的電流およびリップルグラフ
図１５は、時間に対するインダクタ電流ＩＬおよび時間に対する等価直列抵抗電圧ＶＥＳＲ（リップル電圧とも称する）の例示的グラフ１５００、１５５０を示す。線１５０１は、図１４のインダクタ１４０９を通る電流ＩＬを示す。線１５５１は、図１４のノード１４１７における出力リップル電圧ＶＥＳＲを示す。
インダクタ電流ＩＬは、スイッチ１４０５がオンされスイッチ１４０７がオフされる場合に増加する。ＩＬは、以下の数式に従って増加する。
Figure 0007221221000003
数式３Ａただし、Ｖｉｎは、入力電圧であり、Ｖｏｕｔは、出力電圧であり、Ｌはインダクタンスであり、Ｔｏｎはスイッチ１４０５がオンされる時間であり、Ｉｏは初期電流である。
インダクタ電流ＩＬは、スイッチ１４０５がオフされスイッチ１４０７がオンされる場合に低下する。ＩＬは、以下の数式に従って低下する。
Figure 0007221221000004
ただし、Ｖｏｕｔは、出力電圧であり、Ｌはインダクタンスであり、Ｔｏｆｆはスイッチ１４０５がオンさオフ時間であり、Ｉｏは初期電流である。数式３および４は、一般方程式の応用版であり、Ｖはインダクタの両端電圧であり、ｄＩ／ｄｔは、時間に対する電流の変化率である。
数式３Ａおよび４Ａに基づき、電流の変化率は、時間の微分係数により、以下のように決定されてもよい。すなわち、
Figure 0007221221000005
Figure 0007221221000006
ＶＥＳＲは、インダクタ電流ＩＬと共に上下に変動する。しかしながら、ＶＥＳＲおよびＩＬは、異なるスルーレート（例えば、異なる傾斜）で増加および低減する。率の差は、キャパシタ１４２１のＥＳＲにより影響される。電圧は、数式Ｖ＝Ｉ×ＲＥＳＲにしたがってＥＳＲをインダクタ電流ＩＬに乗じることによって決定されてもよい。したがって、
Figure 0007221221000007
Figure 0007221221000008
グラフ１５００、１５５０に示すように、電流ＩＬが上昇および低下するにつれて、ＶＥＳＲも同時に、しかしながら、異なるスルーレートで（異なる傾斜で）上昇および低下する。ＶＥＳＲのスルーレートは、数式ＶＥＳＲ＝ＩＬ×ＥＳＲによるとＥＳＲに比例し、ＥＳＲに影響を受ける。したがって、低ＥＳＲ値のためには、ＶＥＳＲは、たとえＩＬが大きくても小さい振幅を有していてもよい。例えば、インダクタ電流ＩＬは３．０Ａの振幅で１．５Ａから４．５Ａへ変動するように、５０％リップルで３．０Ａである。低いＥＳＲが１ｍΩであれば、ＶＥＳＲは、－１．５ｍＶから１．５ｍＶの間で変動する場合があるが、これは、いくつかの変調器にとっては小さすぎて信頼性のある使用ができず、および／または、信頼性のある使用が困難である。また、ＶＥＳＲは、正と負との間で変化し、一方、電流は正のままである。
例示的低ＥＳＲ、低リップル、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器
図１６は、外部リップル電圧フィードバック回路１６００を有する例示的チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を示す。図１６の実施形態は、ＰＣＢ１６０１、ドライバ１６０３、第１電力スイッチ１６０５（ｅＧａＮスイッチなど）、第２電力スイッチ１６０７（ｅＧａＮスイッチなど）、インダクタ１６０９、出力キャパシタ１６２１、および出力ノード１６１７を含んでいてもよい。図１６は抵抗器１６４３、キャパシタ１６４５、ＡＣバイパスキャパシタ１６４７、フィードバック経路１６２７、比較器１６２９、ＡＮＤゲート１６３１、ワンショット回路１６３３、インバーター１６３５、最小時間遅延カウンタ１６３７、抵抗器１６３９、および抵抗器１６４１をさらに備える。
出力キャパシタ１６２１は、１つまたは複数の低ＥＳＲキャパシタであってもよい。低ＥＳＲ効果は、有効な並列ＥＳＲが低減されるように複数のキャパシタを並列に連結することにより達成されてもよい。例えば、各キャパシタは、ｍΩ範囲（例えば、１ｍΩ、１０ｍΩ、１００ｍΩ）における、または、より低いμΩ範囲（例えば１０μΩ、１００μΩ）においてＥＳＲを有していてもよく、並列なキャパシタの構造は、有効な並列ＥＳＲをより一層低減してもよい。低ＥＳＲの結果として、ノード１６１７におけるリップル電圧はフィードバックのための信頼性のある使用には小さすぎる可能性があるが、低いリップルＤＣ出力がノード１６１７に提供される。例えば、インダクタを通る１．５Ａリップルは、１ｍΩＥＳＲキャパシタが使用される場合、１．５ｍＶのリップルしか引き起こさない場合がある。１つまたは複数の出力キャパシタ１６２１は、合計ＥＳＲが１０００ｍΩ、１００ｍΩ、１０ｍΩ、１ｍΩ、１００μΩ、これらの間の任意の値、これらの値のいずれかにより規定される任意の範囲、またはより低いＥＳＲを有していてもよいが、いくつかの例においてはこれらの範囲外の値が使用されてもよい。いくつかの実施形態において、ＤＣ－ＤＣ変換器の出力電圧は、３％以下、２％、以下、１％以下、０．５％以下、０．１％以下、０．０５％以下、１０ｍＶ以下、５ｍＶ以下、３ｍＶ以下、１ｍＶ以下、０．５ｍＶ以下のＡＣ電圧リップル、より低い値のリップル、確実に検出できないリップル、検出できないほど低い量のリップル、またはこれらの値のいずれかにより規定される任意の範囲を有していてもよいが、いくつかの例においては、これらの範囲外の値が使用されてもよい。ここで検討される低いＥＳＲおよび低いリップル値は、図１７の実施形態に対するのと同様に他の実施形態にも関連していてもよい。
リップルを検知しフィードバック電圧を提供するために、抵抗器１６４３は、キャパシタ１６４５と直列に連結されてもよく、抵抗器１６４３およびキャパシタ１６４５の直列組み合わせはインダクタ１６０９の両端に並列に連結されていてもよい。キャパシタ１６４５はＤＣ信号をブロックする。リップルなどのＡＣ信号は、依然として検知され得る。キャパシタ１６４５および抵抗器１６４３は、ＡＣ信号のための分圧器を形成し、検知されたリップルは、ＡＣバイパスキャパシタ１６４７を介してフィードバック経路１６２７へ通ることができる。抵抗器１６４３およびキャパシタ１６４５の値は、数式５を満たすように設定されてもよい。
Figure 0007221221000009
ただし、Ｌはインダクタ１６０９のインダクタンスの値であり、ＤＣＲＬは、インダクタ１６０９の直流抵抗（「ＤＣＲ」）であり、Ｒｘは、抵抗器１６４３の抵抗であり、Ｃｘはキャパシタ１６４５の容量である。したがって、回路は、ＥＳＲ値とは独立してインダクタ電流リップルを測定可能に、かつ、確実に検知するように提供されてもよい。
抵抗器１６３９および１６４１は、出力ノード１６１７に連結された分圧器を形成してもよい。分圧器は、出力ノード１６１７における電圧出力を分割してもよい。いくつかの実施において、出力ノード１６１７におけるリップルは、ノイズ閾値の範囲内において小さく、検出することが困難である可能性があり、または、それ以外の場合は、出力キャパシタ１６２１のＥＳＲが低いため、変調目的のためには信頼性がない。したがって、分圧器は、ＤＣ分圧器として主として作用してもよい。
フィードバック経路１６２７は分圧器に連結されてＤＣ電圧を受信し、ＡＣバイパスキャパシタ１６４７にも連結されてリップル電圧を検知する。フィードバック経路は、比較器１６２９とも連結され、基準電圧と比較される。基準電圧は、バンドギャップ発生器、水晶素子、デジタルアナログ変換器（「ＤＡＣ」）、電池、などの基準電圧発生器（図示せず）により提供されてもよい。いくつかの実施形態において、ＤＡＣは、基準電圧を提供するために使用され、デジタル信号は、ＤＡＣへ提供されて所望の基準電圧を設定することができる。
比較器１６２９は、フィードバック信号および基準電圧の比較に基づいて比較器出力信号を生成してもよい。例示的常時オン時間変調器について、比較器１６２９は、フィードバック信号が基準電圧を下回ると、高い出力信号を生成する場合がある。
比較器１６２９の出力は、ドライバ１６０３に供給されてもよい常時オン時間ＰＷＭ信号を生成するワンショット回路１６３３に提供されてもよい。ワンショット回路１６３３の出力は、インバーター１６３５、最小オフ時間遅延回路１６３７、およびＡＮＤゲート１６３１にも提供されて、ＰＷＭ信号が高いままであることを防止することができる。
抵抗器１６４３、キャパシタ１６４５、およびＡＣバイパスキャパシタ１６４７の構成により、顕著な、測定可能なリップルが検出されることを可能にし、低ＥＳＲキャパシタ１６２１にもかかわらず、そして、低出力リップルにもかかわらず、フィードバック経路１６２７へ注入されることを可能にする。したがって、検出されたリップルは、出力リップルよりも大きいことがある。フィードバック経路１６２７に注入されるＡＣリップルは、以下により表される。すなわち、
Figure 0007221221000010
ただし、ＶＣｘはキャパシタ１６４５におけるリップル電圧、ＩＬはインダクタのピーク・トゥ・ピーク電流リップルであり、Ｒｘは、抵抗器１６４３の抵抗であり、Ｃｘはキャパシタ１６４５の容量である。
いくつかの実施形態において、ＰＣＢ１６０１およびその内部構成要素は、パッケージされてもよく、ユーザーは、インダクタ１６０９、抵抗器１６４３、キャパシタ１６４５、キャパシタ１６２１、キャパシタ１６４５、ＡＣバイパスキャパシタ１６４７、抵抗器１６３９、および抵抗器１６４１を含む回路を提供および／または構成してもよい。このような実施形態において、インダクタ１６０９、抵抗器１６４３、および／またはキャパシタの値は、数式６にしたがって選択され調整されてもよい。例えば、インダクタ１６０９がアプリケーションのために（例えば、異なるインダクタンスおよび／またはＤＣＲを有するように）変更される場合、ユーザーは、数式６を解き、その後、抵抗器１６４３および／またはキャパシタ１６４５をインダクタ１６０９の新規のＬおよびＤＣＲＬ値に対応するように選択し、調達し、変更することができる。
いくつかの実施形態において、図１６に示す一部または全ての構成要素が単一のパッケージに含まれていてもよい。抵抗器１６４３、キャパシタ１６４５、およびインダクタ１６０９のいくつかであって全てを１つのパッケージに含んでいないいくつかの実施形態において、数式６にしたがって回路を調整する能力を制限する可能性がある。例えば、抵抗器１６４３およびキャパシタ１６４５がパッケージに含まれているがインダクタ１６０９はエンドユーザーによって選択される場合、エンドユーザーは数式６を満たすために特定のＬおよびＤＣＲＬ値を有する特定のインダクタを使用するように制限され得る。このようなシステムおよび何らかの不適切に調整されたシステムにおいて、不適切に選択されたインダクタ１６０９は、システム不安定性および／または不具合を引き起こす可能性があり、このことは、ＤＣ－ＤＣ変換器から電力を受ける構成要素を損傷する場合がある。いくつかの例においては、ＤＣ－ＤＣ変換器にとっては、適切に調整され、エンドユーザーによる修正を必要としない単一のパッケージされた装置として提供されることが望ましいことがある。ここに開示されたいくつかの実施形態は、単一のパッケージとしてのインダクタ１６０９、抵抗器１６４３、およびキャパシタ１６４５を含んでいてもよい。
例示的低ＥＳＲ、低リップル、ＤＣ－ＤＣ変換器
図１７は、内部リップル電圧フィードバック回路を有する（いくつかの実施形態においてはチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器でもよい）例示的ＤＣ－ＤＣ変換器１７００を示す。チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器１７００は、ここで説明した他の実施形態と同様であってもよいパッケージ１７０１、ドライバ１７０３、第１電力スイッチ１７０５、第２電力スイッチ１７０７、およびインダクタ１７０９を備える。ＤＣ－ＤＣ変換器１７００は、電圧入力ノード１７１５において入力電圧を受信し、出力電圧ノード１７１７において出力電圧を提供することができる。出力キャパシタ１７２１（例えば、低ＥＳＲ出力キャパシタまたは低並列ＥＳＲを有する複数の並列キャパシタ）は、出力ノード１７１７と連結されてもよい。フィードバック経路１７２７は、出力ノードから比較器１７２９へ連結されている。比較器出力部は、ＡＮＤゲート１７３１およびワンショット回路１７３３に連結されてＰＷＭ信号をドライバ１７０３へ提供されてもよい。ランプ波発生器１７５１は、インダクタリップル電流をエミュレートすることができ（例えば、図１５における電流１５０１をエミュレートし）、リップル電流（例えば、図１５における１５５１）の電圧表示を出力する。いくつかの実施形態において、ランプ波発生器１７５１の出力は信号結合器１７５３における基準電圧と組み合わせられ（例えば、加算または減算）されてもよい。いくつかの実施形態において、ランプ波発生器によって出力されたインダクタリップル信号は、基準電圧から減算される代わりにフィードバック信号に可算されてもよい。比較器１７２９は、ランプ波発生器１７５１により出力されるリップル信号および基準電圧を含む比較を実施してもよい。比較の結果はシステム（例えば、スイッチ１７０５および／または１７０７）を分割するためのフィードバックループにおいて使用されてもよい。
インダクタ１７０９は、図１、図３、図４Ａ、および図４Ｂにおいて示したような、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージに含まれていてもよい。低ＥＳＲ出力キャパシタ１７２１は、出力ノード１７１７と連結されていてもよい。少なくとも１つの出力キャパシタ１７２１は、低ＥＳＲ（例えば、図１６の実施形態に関してここで検討した値および範囲と同様）を有していてもよい。例えば、ＥＳＲは、ｍΩ範囲（例えば、１ｍΩ、１０ｍΩ、１００ｍΩ）における、または、より低いμΩ範囲（例えば１０μΩ、１００μΩ）におけるＥＳＲであってもよく、並列なキャパシタの構造は、有効並列ＥＳＲをより一層低減してもよい。出力電圧は、ＤＣ－ＤＣ変換器がいくつかの装置において必要とされる低リップル出力仕様に合うように、低いＡＣリップルを有しているかまたは有していなくてもよい（例えば、図１６に関してここで検討した値および範囲と同様）。しかしながら、同じ低ＡＣリップルは、小さい、検出することが困難である、ノイズ閾値内にある、存在しない、または、（例えば、出力キャパシタ１７２１のＥＳＲが低いため）変調目的では信頼性が無い場合があり、変調目的でそのＡＣリップルを使用することは困難な場合がある。ＤＣ出力電圧は、（例えば、任意の小さな（しかしながら確実には測定できない）ＡＣリップルと共に、または、ＡＣリップル無しで）フィードバック経路１７２７上のフィードバック経路１７２７を介して提供される。
ランプ波発生器１７５１は、キャパシタ１７２１および／またはそのＥＳＲからは独立してインダクタリップルをエミュレートする。例示的ランプ波発生器は、図１８に関連して以下で説明される。ランプ波発生器への入力は、入力電圧、出力電圧、スイッチ信号、およびインダクタ値を有していてもよい。ランプ波発生器１７５１の出力は、フィードバック経路１７２７上の電圧との比較のために基準電圧と組み合わせられてもよく、または、ランプ波発生器１７５１の出力は、基準電圧との比較のためにフィードバック経路１７２７上の電圧と組み合わせられてもよい。電圧基準は、例えば、ＤＡＣによって提供されてもよい。ＤＡＣは、デジタル入力に基づく電圧出力を生成してもよい。したがって、ＤＡＣ電圧は、僅かな増加に調整されてもよい。例えば、９ビットのＤＡＣは、５ｍＶの増加に調整可能な出力電圧を有していてもよい。ＤＡＣは、ＤＣ－ＤＣ変換器のための出力電圧を設定および／または調整するために使用することができる。電圧基準の他の例は、水晶素子、バンドギャップ基準、電池等を含み、これらのいずれかはイネーブルであってもよい。エミュレートされたインダクタリップルと組み合わせられた基準電圧は、図１７に示すように、比較器１７２９の入力部に提供されてもよい。
ランプ波発生器１７５１は、パッケージに含まれていてもよい。ランプ波発生器１７５１は、チップ埋め込み型ＩＣに、ドライバ１７０３などと共に含まれていてもよい。インダクタもパッケージ内に含まれていてもよい。ランプ波発生器１７５１は、パッケージがユーザーへ提供される前に、調整されてもよく、かつ、パッケージ内で選択された特定のインダクタ１７０９のために構成されていてもよい。ユーザー選択可能な異なる特性を有するインダクタを許容する設計とは対照的に、パッケージされたインダクタ１７０９を選択する設計者は、インダクタ値および特性を知ることができ、それにより、設計者は、インダクタ１７０９のスルーレートを抽出および／または決定することができ、ランプ波発生器１７５１を用いてスルーレートを再現することができる。いくつかの実施形態において、フィードバックループにおける実際のリップル信号（例えば、インダクタにおける）を使用する代わりに、システムは、ランプ波発生器を使用してリップル信号（例えば、インダクタに存在する）をエミュレートすることができる。ランプ波発生器１７５１は、入力電圧Ｖｉｎの値に基づくエミュレートされたリップル信号、Ｖｏｕｔ、インダクタＬのインダクタンス値（インダクタがＤＣ－ＤＣ変換器パッケージに集積されている場合は既知の値であってもよい）、および切替信号ＳＷを決定することができる。切替信号は、スイッチ１７０５、１７０７の一方または双方の状態、および／または、スイッチ１７０５、１７０７の一方または双方が状態を変えた時間の指標（例えば、ＨＳおよびＬＳ信号）であってもよい。ランプ波発生器は、インダクタンス、入力および出力電圧、切替のタイミングを知っているため、回路における実際のリップル信号をエミュレートするシミュレートされたリップル信号（例えば、インダクタにおけるリップル）を決定することができる。エミュレートされたリップルは、インダクタにおけるリップルに比例していてもよい。エミュレートされたリップルは、インダクタにおけるリップルが変化させる同じ傾斜（例えば、同じ率で）で変化してもよい。低ＥＳＲキャパシタ１７２１を有するシステムにおけるエミュレートされたリップルは、低ＥＳＲキャパシタ１４２１が使用されない場合、図１４のノード１４１７において見られるリップルをエミュレートすることができる。
インダクタリップル信号は、インダクタ１７０９を通るリップルを正確に反映するために生成されてもよい。インダクタリップル信号を生成するためにランプ波発生器を使用することによって、最小キャパシタＥＳＲは、ＡＣリップルを検知／検出するために不要である。したがって、出力電圧は、比較的小さいＡＣリップルを有する、または、ＡＣリップルを有していないよりクリーンなＤＣ信号であってもよい。
いくつかの実施形態において、比較器は基準信号の組み合わせに対するＤＣ－ＤＣ変換器の出力をエミュレーテッドインダクタリップルと比較する。例えば、常時オン時間変調方式において、比較器は、フィードバック経路１７２７上の出力信号がエミュレーテッドインダクタリップルと組み合わせられた基準電圧の値未満に低下する場合、高い信号を出力することができる。高い信号は、ＡＮＤゲートを通して、ワンショット回路へ提供されてもよく、ワンショット回路は、常時オン時間ＰＷＭパルスをドライバ１７０３へ提供し、ドライバ１７０３は、スイッチ１７０５をオンに駆動し、スイッチ１７０７をオフに駆動する。ＡＮＤゲートと連結されたインバーター１７３５および最小オフ時間遅延回路１７３７は、スイッチ１７０５が周期的にオフし、スイッチ１７０７が周期的にオンするのを確実にすることによって、ワンショット回路１７３３を過度の頻度でトリガすることから保護することができる。種々の他の実装品は、比較器１７２９の出力に基づいてスイッチを駆動するために使用されてもよい。
図１６およびズ１７における回路の動作を常時オン時間変調方式に関して説明したが、本願の教示および開示は、任意の電圧モード変調方式、例えば、常時オフ時間方式を適切に変更して（例えば、最小オン時間遅延に変更された最小オフ時間遅延、いくつかの比較および／または信号は反転されてもよい）、回路に適用することが分かる。さらに、本願の教示および開示は、電流モード変調方式または電圧変調方式にさらに適用されてもよい。
図１８は、ランプ波発生器１８００の例示的回路レベルの回路図を示す。ランプ波発生器１８００は、第１電流源１８０１、第２電流源１８０３、キャパシタ１８０５、ランプ電圧出力ノード１８０７、第１スイッチ１８０９、第２スイッチ１８１１、トリムコントローラ１８１３、および抵抗器１８１５Ａ、１８１５Ｂを備えていてもよい。トリムコントローラ１８１３および／または電流源１８０１、１８０３は、Ｉ２Ｃおよび／またはＰＭＢＵＳと連結されて、トリムおよび／または調整コマンドを受信することができる。
ランプ波発生器は、以下の数式にしたがった出力を生成するように構成されていてもよい。
Figure 0007221221000011
Figure 0007221221000012
ただし、Ｖｒａｍｐ－ＯＮおよびＶｒａｍｐ－ＯＦＦは、各オンおよびオフ電圧であり（図１７におけるランプ波発生器１７５１のインダクタリップル出力として出力される）、ｋは、一定の固定因数であってもよく、Ｖｉｎは、入力電圧であり（例えば、図１７におけるノード１７１５において提供される電圧）、Ｖｏｕｔは、出力電圧であり（例えば、図１７におけるノード１７１７において提供される電圧）、ただし、ｋは、ボルト当たりのアンペアで測定された数であり、Ｃｒａｍｐは、キャパシタ１８０５の容量であり、ｔｏｎは、ＤＣ－ＤＣ変換器がインダクタへ電力を供給している時間の量（例えば、スイッチ１８０９が閉鎖されスイッチ１８１１が開いている間）、ｔｏｆｆは、ＤＣ－ＤＣ変換器がインダクタへ電力を提供していない時間の量（例えば、スイッチ１８０９が開いておりスイッチ１８１１が閉じている）、Ｖｏは、開始電圧である。リップル電圧スルーレート（１秒当たりの電圧で測定された「傾斜」としても知られる）は、時間期間（ｔｏｎ、ｔｏｆｆ）に以下の数式が乗じられるということを係数により示す。
Figure 0007221221000013
Figure 0007221221000014
数式７および数式８だけでは、どのようにｋのための値を設定して、インダクタ１７０９のインダクタンスに依存するはずのインダクタリップルに関する電圧をエミュレートするかを明らかにしない。ランプ波発生器が数式３Ｃにおけるスルーレートをエミュレートするように構成されている場合、数式７Ｂおよび数式３Ｃは、互いに等しく設定されてもよく、ただし、以下のようにＣｒａｍｐはＣｘに等しく設定され、抵抗器ＲｅｑはＲＥＳＲを置換するように選択され、すなわち
Figure 0007221221000015
Figure 0007221221000016
したがって、ｋのための値を決定することができ、キャパシタ１８０５の容量、抵抗器１８１５Ａ、１８１５Ｂの抵抗、およびインダクタ１７０９のインダクタンスが固定されている場合、一定の数となる。さらに、ｋとインダクタンスとの間の関係は、反転の関係であることが明らかにされる。一定値ｋは、インダクタ１７０９のインダクタンスが分かっている場合に決定され得る。したがって、インダクタ１７０９のインダクタンスは、測定されてもよく、ランプ波発生器は、トリムおよび／または構成されてもよい。
第１電流源１８０１は、電圧制御された電流源１８０１であってもよい。電圧制御された電流源１８０１の出力は、少なくとも一部は、Ｖｉｎ電圧およびｋによって制御されてもよい。いくつかの実施形態において、電圧制御された電流源の出力は、Ｖｉｎ電圧制御され、ｋによって乗算されてもよい。したがって、Ｌが上昇するにつれてｋが減少し、電流源１８０１は、出力電流を低減するようにトリムされてもよく、Ｌが低減するにつれて電流源１８０１は出力電流が増加するようにトリムされてもよい。電流源１８０１は、第１スイッチ１８０９およびアースと連結されている。
第２電流源１８０３は、電圧制御された電流源１８０３であってもよい。電圧制御された電流源１８０３の出力は、少なくとも一部は、Ｖｏｕｔ電圧およびｋによって制御されてもよい。いくつかの実施形態において、電圧制御された電流源の出力は、Ｖｏｕｔ電圧により制御され、ｋによって乗算されてもよい。したがって、Ｌが上昇するにつれてｋが減少し、電流源１８０３は、出力電流を低減するようにトリムされてもよく、Ｌが低減するにつれて電流源１８０３は出力電流が増加するようにトリムされてもよい。電流源１８０３は、第２スイッチ１８１１およびアースと連結されている。
トリムコントローラ１８１３は、電流源１８０１、１８０３と連結されている。トリムコントローラ１８１３は、電流源１８０１、１８０３の出力を、少なくとも一部は、（種々のマルチインダクタ構成における各々のまた有効な並列インダクタを含む）インダクタ１７０９のインダクタンスに基づいて調整および／または設定するように構成されている。いくつかの実施形態において、トリムコントローラ１８１３は、電流源１８０１、１８０３の出力を、少なくとも一部はインダクタ１７０９のインダクタンス、キャパシタ１８０５の容量、および／または抵抗器１８１５Ａ、１８１５Ｂの抵抗に基づいて、調整および／または設定するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、Ｃｒａｍｐ×Ｒｅｑのための値は一定値に設定されてもよく、インダクタ１７０９のインダクタンスはトリムコントローラ１８１３へ提供されてもよい。
第１切替信号（例えば、図１７におけるスイッチ１７０５へ提供される同じ信号ＨＳ）は、第１スイッチ１８０９へ提供されてもよい。第２切替信号（例えば、図１７におけるスイッチ１７０７へ提供される同じ信号ＬＳ）は、第２スイッチ１８１１へ提供されてもよい。第１および第２スイッチ１８０９、１８１１は、図１７の電力スイッチ１７０５、１７０７よりも小さいスイッチであってもよい。
キャパシタ１８０５は、一端が第１スイッチ１８０９と第２スイッチ１８１１との間に連結されていてもよい。キャパシタ１８０５の他端は、アースと連結されていてもよい。
第１スイッチ１８０９が閉じており、第２スイッチ１８１１が開いている場合、第１電流源１８０１は、電圧ｋ×Ｖｉｎにより制御された電流を生成するように構成されており、ノード１８０７における電圧が数式７Ａにしたがって生成され、数式７Ｂにより記載されるように増加するように、キャパシタ１８０５を充電する。
第１スイッチ１８０９が開いており、第２スイッチ１８１１が閉じている場合、第２電流源１８０３は、電圧ｋ×Ｖｏｕｔにより制御された電流を生成するように構成されており、ノード１８０７における電圧が数式８Ａに基づいて低下されるようにキャパシタ１８０５からの電流を低減し、数式８Ｂにより示されるような負の電圧ランプを作成する。
電流がキャパシタ１８０５から放出されるにつれてキャパシタの両端電圧は低減する。したがって、ランプ波発生器は、エミュレーテッドインダクタリップルをエミュレートし、出力キャパシタおよび／またはＥＳＲからは独立した利用可能な電圧信号を提供してもよい。
したがって、ノード１８０７におけるランプ波発生器による電圧出力の上昇および低減は、電圧リップルが低ＥＳＲキャパシタから直接確実に測定され得ないように、たとえ低ＥＳＲキャパシタ１７２１が使用されても、インダクタ１７０９を通るリップルと同様に、および／または、比例してエミュレートすることができる。インダクタ１７０９、キャパシタ１８０５、および抵抗器１８１５Ａ、１８１５Ｂを提供することにより、値は決定され、図１７およびズ１８に示すＤＣ－ＤＣ変換器は適宜構成されてもよい。
ユーザーが外部構成要素を構成する必要のあるソリューションとは異なり、図１８に示すパッケージされたチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器は、自己充足型の調整されたフィードバックを含んでいてもよい。したがって、ユーザーは、フィードバックシステムを設計し、インダクタンス、ＤＣＲ、抵抗、および容量間の割合を計算する必要が無い。さらに、フィードバックおよび／または変調構成要素をパッケージおよび／またはパッケージ内の１つまたは複数のＩＣに集積することで、外部フィードバック構成要素の使用と比較して空間を節約することができる。
低ＥＳＲ、低リップル、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を作成し使用する例示的方法
図１９は、低ＥＳＲ、低リップル、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器を作成し使用する例示的方法を示す。ＤＣ－ＤＣは、第１入力電圧の入力ノードで電力を受信し、第１入力電圧とは異なる第２出力電圧の出力ノードで電力を出力するように構成されていてもよい。
ブロック１９０１において、ＩＣチップは、ここで検討したようなＰＣＢに埋め込みされてもよい。ＩＣチップは、例えば、図１、図３、図１４、図１６、および図１７に示すようなドライバ、スイッチ、ランプ波発生器、および変調回路の一部または全てを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、複数のＩＣチップは、例えば、図１１Ｂから図１１Ｄに示すようなＰＣＢに埋め込みされていてもよい。
ブロック１９０３において、１つまたは複数のインダクタは、例えば、図１、図３、図１４、図１６、および図１７に示すように、ＩＣチップおよびフィードバック経路と連結されていてもよい。１つまたは複数のインダクタおよびフィードバック経路は、出力ノードと連結されていてもよい。いくつかの実施形態において、複数のインダクタは、例えば、図１０から図１３に関連して説明したように、マルチインダクタ構造において連結されていてもよい。インダクタは、電力を受信するように構成されていてもよく、エネルギーを格納するＬＣ回路構造の一部であってもよい。ＬＣ構造は、低ＥＳＲキャパシタであってもよい１つまたは複数のキャパシタを備えていてもよい。キャパシタの並列構造は、有効な低ＥＳＲを提供してもよい。第２出力電圧は、１つまたは複数のキャパシタに生じ得る。ブロック１９０３は、１つまたは複数のインダクタのインダクタンスを測定することを含んでいてもよい。
ブロック１９０５において、ランプ波発生器が含まれていてもよい。ランプ波発生器は、集積回路の一部として含まれていてもよく、異なる集積回路の一部として含まれていてもよく、ＰＣＢに含まれていてもよく、または、ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージに含まれていてもよい。例示的ランプ波発生器は、図１７およびズ１８に関連して説明される。ランプ波発生器は、第１電流源、第２電流源、第１および第２電流源の間に連結されたキャパシタを含んでいてもよい。
ブロック１９０７において、前記ランプ波発生器は、前記インダクタを通るリップルをエミュレートするように構成されていてもよい。このことは、第１または第２電流源を、少なくとも一部は、前記インダクタの値に基づいてトリムすることを含んでいてもよい。インダクタの値は、トリミングのための値を決定するために測定されてもよい。リップルは、出力キャパシタおよび／または出力キャパシタのＥＳＲからは独立して生成されてもよい。第１入力電圧、第２出力電圧、インダクタのインダクタンスおよび切替信号は、ランプ波発生器へ提供されてもよい。電流源は、切替信号をスイッチオンまたはオフすることができる。切替信号は、ＤＣ－ＤＣ変換器における１つまたは複数の電力スイッチへ提供されてもよく、および／または、それらから生成されてもよい。
ブロック１９０９において、フィードバック信号、基準信号、およびリップル電圧は、信号変調のために提供されてもよい。フィードバック信号は、（例えばＡＣリップルを有していないか、または、小さいＡＣリップルしか有していない）ＤＣ出力信号であってもよい。ＤＣ出力信号におけるＡＣリップルは、いくつかの例においては変調に確実に使用するために不十分である場合がある。基準信号は、水晶素子、バンドギャップ基準、ＤＡＣ、電池などにより生成されてもよい所望のＤＣ出力信号であってもよい。リップル電圧は、ランプ波発生器により出力されてもよい。フィードバック信号、基準信号、およびリップル電圧は、比較器へ提供されてもよい。
ブロック１９１１において、１つまたは複数のスイッチは、少なくとも一部はフィードバック信号、基準信号、およびリップル電圧に基づいて変調され駆動されてもよい。変調方式は、例えば、常時オン時間または常時オフ時間方式などの電圧モード変調方式であってもよい。フィードバック信号は、基準信号と比較されてもよい。リップル電圧も、比較に含まれていてもよい。変調器は、パルスなどの制御信号を、少なくとも一部は比較に基づいて、１つまたは複数のスイッチを駆動するために生成してもよい。
ブロック１９１３において、変調出力信号がＤＣ－ＤＣ変換器により提供されてもよい。
追加の詳細
ここに記載の原理および利点は、種々の装置において実施されてもよい。また、チップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器は、性能を向上させるための種々の装置において使用されてもよく、仕様で動作し比較的低コストで提供されるチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器は、これら種々の装置の全体的な価格を低下させることができる。このような装置の例としては、消費者向けエレクトロニクス製品、消費者向けエレクトロニクス製品の部品、電子試験機などが挙げられるがこれらに限定されない。消費者向けエレクトロニクス製品の部品の例としては、クロック回路、アナログデジタル変換器、増幅器、整流器、プログラマブルフィルター、減衰器、可変周波数回路などが挙げられる。電子デバイスの例としては、メモリチップ、メモリモジュール、光学ネットワークまたは他のネットワークの回路、基地局などのセルラー通信基盤、レーダーシステム、およびディスクドライバ回路が挙げられる。消費者向けエレクトロニクス製品は、無線装置、携帯電話（例えば、スマートフォン）、スマートウォッチまたはイヤホンなどのウェアラブルな演算装置、健康管理モニタリング装置、車両エレクトロニクスシステム、電話機、テレビ、コンピュータモニター、コンピュータ、モバイルコンピュータ、タブレットコンピュータ、ノート型コンピュータ、電子手帳（ＰＤＡ）、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダーまたはカセットプレーヤー、ＤＶＤプレーヤー、ＣＤプレーヤー、デジタルビデオレコーダ（ＤＶＲ）、ＶＣＲ、ＭＰ３プレーヤー、ラジオ、カムコーダー、カメラ、デジタルカメラ、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯機／乾燥機、コピー機、ファクシミリ装置、スキャナ、複合周辺機器、腕時計、時計などが挙げられるがこれらに限定されない。さらに、装置は、未完成品を含んでいてもよい。
文脈から明らかに必要でない限り、明細書および請求項において、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」などは、排他的または排除的な意味の反対としての包括的な意味で、つまり、「限定はされないが含む」の意味で解釈されるものとする。「連結された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」または「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」という用語は、本願で一般的に使用される場合、１または複数の中間要素によって直接的に接続され得る、または接続された２つ以上の要素を指す。さらに、「ここで」、「上記」「下記」および同様の取り込みの用語は、本願で使用される場合、本願の任意の特定の部分ではなく本願全体を指すものとする。文脈が許す限り、単数または複数を用いる詳細な説明の用語はそれぞれ複数または単数も含み得る。２つ以上の項目のリストを参照する「または」という用語は、用語の以下の解釈の全てを含むものとする。すなわち、リストにおける項目のいくつか、リストにおける項目の全て、およびリストにおける項目の任意の組み合わせを含むものとする。「および／または」という用語も、用語の以下の解釈の全てを含むものとする。すなわち、リストにおける項目のいくつか、リストにおける項目の全て、およびリストにおける項目の任意の組み合わせを含むものとする。「基づき」という用語は、本願で一般に使用される場合、用語の以下の解釈を含む。すなわち、専ら基づく、または、少なくとも一部が基づくという解釈を含む。本願の全ての数値は、測定誤差の範囲内の同様の数値を含むものとする。
また、特に、「できる」、「可能性がある」、「かもしれない」、「してもよい」、「例えば」、「例として」、「など」などの本願において使用される条件的な用語は、具体的に記載されない限り、または、使用されるような文脈において理解される限り、特定の実施形態が特定の特徴、要素、および／または状態を含む一方で他の実施形態はそれらを含まないこと一般的に意図するために使用されている。
上記種々の特徴およびプロセスは、互いに別々に使用されてもよく、または、種々の方法で組み合わせられてもよい。全ての可能な組み合わせおよびサブの組み合わせは、この開示の範囲内であるものとする。さらに、特定の方法またはプロセスブロックは、いくつかの実装において省略されてもよい。本願に記載の方法およびプロセスも、何等かの特定の順に限定されず、ブロックまたはそれに関連する状態は、適切な別の順で行われてもよい。例えば、記載のブロックまたは状態は、具体的に開示された以外の順で行われてもよく、または、複数ブロックまたは状態が単一のブロックまたは状態に組み合わせられてもよい。例示的ブロックまたは状態は、順に、または、並行して、または他の方法で行われてもよい。ブロックまたは状態は、開示された例示的実施形態に追加されても、またはそれらから省略されてもよい。本願に開示された例示的システムおよび構成要素は、記載されたものとは異なるように構成されてもよい。例えば、開示された例示的実施形態と比較して、要素が追加されても、または省略されても、または、再配置されてもよい。
ここに提供される実施形態の教示は、上記のシステムに限らず他のシステムに適用可能である。上記種々の実施形態の要素および作用は、さらなる実施形態を提供するために組み合わせられてもよい。
特定の実施形態が記載されたが、これらの実施形態は、例としてのみ提示されたものであり、本開示の範囲を限定するものではない。実際、ここに記載の新規の方法およびシステムは、様々な他の形態で実施され得る。さらに、ここに記載の方法およびシステムの形態における種々の省略、置換、および変更は、本開示の精神を逸脱しない範囲で行われてもよい。添付の請求項およびその等価物は、本開示の範囲および精神の範囲内であるような形態または変更を含むことを意味する。
他の実施形態
以下のリストは、本開示の範囲内である例示的実施形態を含む。挙げられる例示的実施形態は、本開示の範囲を限定するものとは解釈されない。挙げられる例示的実施形態の様々な特徴は、削除、追加、または組み合わせられて本開示の一部である追加の実施形態を形成する。
１．直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器は、
下面および上面を有する下部プリント基板（ＰＣＢ）部分と、
下面および上面を有する上部プリント基板（ＰＣＢ）部分と、
前記下部ＰＣＢ部分の前記上面と前記上部ＰＣＢ部分の前記下面との間の埋め込み型回路とを備え、前記埋め込み型回路は、
パルス幅変調器と、
少なくとも１つのスイッチとを備え、
前記上部ＰＣＢ部分を通って延びる１つまたは複数のビアと、
前記上部ＰＣＢ部分の前記上面に位置決めされたインダクタとを備え、
前記１つまたは複数のビアは、前記インダクタおよび前記埋め込み型回路と電気的に連結されている。
２．実施形態１のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記埋め込み型回路は集積回路（ＩＣ）を備える。
３．実施形態２のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記インダクタのフットプリントは前記集積回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なる。
４．実施形態１から３のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
ワイヤボンドが前記インダクタと前記埋め込み型回路とを電気的に相互接続しない。
５．実施形態１から４のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記回路は少なくとも１ＭＨｚの切替速度を有する。
６．実施形態１から４のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記回路は少なくとも３ＭＨｚの切替速度を有する。
７．実施形態１から４のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記回路は少なくとも５ＭＨｚの切替速度を有する。
８．実施形態１から７のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記回路は最大７ＭＨｚの切替速度を有する。
９．実施形態１から８のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記少なくとも１つのスイッチはエンハンスト窒化ガリウム電界効果トランジスタ（ｅＧａＮＦＥＴ）を備える。
１０．実施形態１から９のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記上部ＰＣＢ部分の前記上面に設けられた１つまたは複数のキャパシタをさらに備える。
１１．実施形態１から１０のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記下部ＰＣＢ部分の前記上面と前記上部ＰＣＢ部分の前記下面との間に設けられたコアをさらに備え、
前記コアはその内部に形成された１つまたは複数のポケットを備え、
前記埋め込み型回路は前記１つまたは複数のポケットに設けられている。
１２．実施形態１から１１のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器は２５ｍｍ２未満のフットプリントを有する。
１３．実施形態１から１１のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器は１０ｍｍ２未満のフットプリントを有する。
１４．実施形態１から１１のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器は５ｍｍ２未満のフットプリントを有する。
１５．実施形態１から１４のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器が２ｍｍ２のように小さいフットプリントを有する。
１６．実施形態１から１５のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器は電流のアンペア数当たり０．５ｍｍ２～１０ｍｍ２であるフットプリント領域を有する。
１７．直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器パッケージは、
少なくとも１つのプリント基板（ＰＣＢ）に埋め込まれた集積回路（ＩＣ）チップであって、ドライバを備えるＩＣチップと、
前記チップ埋め込みパッケージの外部に位置決めされ、前記チップ埋め込みパッケージの表面に連結されたインダクタと、
前記インダクタを前記ＩＣチップに電気的に連結するビアとを備え、
前記インダクタのフットプリントは、前記ＩＣチップのフットプリントに少なくとも部分的に重なる。
１８．実施形態１７に記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
トランジスタは前記少なくとも１つのＰＣＢに埋め込みされ、
前記インダクタは前記トランジスタと電気的に連結される。
１９．実施形態１７から１８のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ＩＣチップは、
前記ドライバに連結されたパルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラと、
前記ドライバの出力部と連結されたスイッチングトランジスタとを備える。
２０．実施形態１７から１９のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
エンハンスト窒化ガリウム（ｅＧａＮ）を含むスイッチをさらに備える。
２１．実施形態１７から２０のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記スイッチは４ＭＨｚ以上で切り替わるように構成されている。
２２．実施形態１７から２０のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記スイッチは５ＭＨｚ以上で切り替わるように構成されている。
２３．実施形態１７から１９のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
シリコンまたはヒ化ガリウムの少なくとも１つを含むスイッチをさらに備える。
２４．単一のパッケージにおける直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器は、
実装基板の内側に、少なくとも部分的に、埋め込まれたエンハンスト窒化ガリウム（ｅＧａＮ）構成要素と、
前記実装基板の外側に実装されたインダクタと、
前記ｅＧａＮ構成要素に前記インダクタを連結するビアとを備え、
前記インダクタのフットプリントは、前記ｅＧａＮ構成要素のフットプリントに少なくとも部分的に重なる。
２５．実施形態２４のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記実装基板は多層ＰＣＢである。
２６．実施形態２４から２５のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ｅＧａＮ構成要素はｅＧａＮを含むスイッチであり、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器は前記スイッチを駆動するドライバ回路をさらに備える。
２７．実施形態２４から２６のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ドライバおよび前記スイッチは、ＩＣチップの一部である。
２８．実施形態２４から２７のいずれか１つに記載のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ＩＣチップは、パルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラをさらに備える。
２９．チップ埋め込みパッケージを利用する直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
ＤＣ－ＤＣ変換器は、
プリント基板（ＰＣＢ）の内側におけるエンハンスト窒化ガリウム（ｅＧａＮ）スイッチと、
パルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラと、
前記ＰＣＢの内部に埋め込まれたドライバとを備え、
前記ＰＷＭコントローラおよび前記ドライバは、１ＭＨｚ以上の周波数で前記ｅＧａＮスイッチを駆動するように構成され、
そして、このＤＣ－ＤＣ変換器は、前記チップ埋め込みパッケージの外部に配置され、前記ＰＣＢの表面に連結されたインダクタと、
前記インダクタを前記ｅＧａＮスイッチに電気的に連結するビアとを備える。
３０．実施形態２９のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ドライバが前記ｅＧａＮスイッチを５ＭＨｚ以上の周波数で駆動するように構成されている。
３１．直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器は、
プリント基板と、
前記プリント基板の内側の集積回路とを備え、
前記集積回路はドライバを備える。
３２．実施形態３１のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記プリント基板を通って延びる１つまたは複数のビアにより前記集積回路と電気的に連結されたインダクタをさらに備える。
３３．実施形態３２のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記インダクタは、前記集積回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なるフットプリントを有する。
３４．直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器は、
ドライバを備える集積回路と、
前記インダクタのフットプリントが前記集積回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なるように、前記集積回路に垂直に積層されたインダクタとを備え、
前記インダクタは、前記集積回路と電気的に連結されている。
３５．実施形態３４のＤＣ－ＤＣ変換器であって、
第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有するプリント基板（ＰＣＢ）をさらに備え、
前記集積回路は、前記ＰＣＢの前記第１面に実装され、
前記インダクタは、前記ＰＣＢの前記第２面に実装される。
３６．実施形態３５のＤＣ－ＤＣ変換装置であって、
前記インダクタは、前記プリント基板を通って延びる１つまたは複数のビアにより前記集積回路と電気的に連結されている。
３７．直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）バックコンバータは、
１つまたは複数のスイッチと、
前記１つまたは複数のスイッチを駆動するドライバと、
前記スイッチと電気的に連結されたインダクタとを備え、
前記ＤＣ－ＤＣバックコンバータの前記フットプリントは、６５ｍｍ２未満であり、
前記ＤＣ－ＤＣバックコンバータは、少なくとも２０アンペアの電流を受信するように構成され、
前記ＤＣ－ＤＣバックコンバータは、少なくとも２０アンペアの電流を出力するように構成されている。
３８．直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器は、
１つまたは複数のスイッチと、
前記１つまたは複数のスイッチを１ＭＨｚ以上５ＭＨｚ以下の周波数で駆動するように構成されたドライバと、
前記１つまたは複数のスイッチと電気的に連結されたインダクタとを備え、
前記ＤＣ－ＤＣ変換器の前記フットプリントは、１０ｍｍ２以下であり、
前記ＤＣ－ＤＣ変換器は少なくとも５アンペアの電流を受信するように構成されており、
前記ＤＣ－ＤＣ変換器は少なくとも５アンペアの電流を出力するように構成されている。
３９．直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器は、
第１インダクタと連結された第１スイッチと、
第２インダクタと連結された第２スイッチと、
プリント基板に埋め込まれた集積回路チップとを備え、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、変調器と連結され、
前記第１インダクタおよび前記第２インダクタは、電圧出力ノードと連結されている。
４０．実施形態３９の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記変調器は、前記集積回路チップに含まれる。
４１．実施形態３９から４０のいずれか１つに記載の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記変調器は、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチに同期期間で位相を出力するように動作させるように構成されている。
４２．実施形態３９から４１のいずれか１つに記載の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記出力ノードにおける出力信号は、第１インダクタを介した第１信号および第２インダクタを介した第２信号に重畳される。
４３．直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器は、
プリント基板に埋め込まれた集積回路チップであって、ドライバを備える集積回路チップと、
前記ドライバと連結された第１スイッチと、
前記第１スイッチと連結されたインダクタと、
出力ノードから変調回路へのフィードバック経路とを備える。
４４．実施形態４３の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記変調回路は、電圧モード変調回路である。
４５．実施形態４３から４４のいずれか１つに記載の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記変調回路は、常時オン時間または常時オフ時間変調回路である。
４６．実施形態４３から４５のいずれか１つに記載の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記変調回路は、前記集積回路チップに含まれる。
４７．実施形態４３から４６のいずれか１つに記載の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記変調回路および前記インダクタは、前記集積回路チップと共にパッケージに含まれている。
４８．直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器は、
プリント基板に埋め込まれた集積回路チップであって、ドライバを備える集積回路チップと、
前記ドライバと連結された第１スイッチと、
前記第１スイッチと連結されたインダクタと、
出力ノードから変調回路へのフィードバック経路と、
ランプ波発生器とを備える。
４９．実施形態４８の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記フィードバック経路と、前記ランプ波発生器からの出力とが比較器に連結される。
５０．実施形態４９の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記比較器と連結された基準電圧源をさらに備える。
５１．実施形態４８から５０のいずれか１つに記載の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記ランプ波発生器は、前記インダクタを通るリップル電流をエミュレートするように構成されている。
５２．実施形態４８から５１のいずれか１つに記載の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記ランプ波発生器は、
第１電流源と、
第２電流源と、
キャパシタとを備える。
５３．実施形態５２の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記第１電流源および前記第２電流源は、少なくとも一部が前記インダクタのインダクタンスに基づいてトリムされるように構成される。
５４．実施形態４８から５３のいずれか１つに記載の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記ランプ波発生器および前記インダクタは、同じＤＣ－ＤＣ電力変換器パッケージに含まれる。
５５．実施形態４８から５４のいずれか１つに記載の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記ランプ波発生器は、前記インダクタに連結された出力キャパシタにより影響を受けない出力信号を生成するように構成されている。
５６．実施形態４８から５５のいずれか１つに記載の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記ランプ波発生器は、前記インダクタに連結された出力キャパシタの等価直列抵抗（ＥＳＲ）から独立した出力信号を生成するように構成されている。
５７．実施形態４８から５６のいずれか１つに記載の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器であって、
前記出力キャパシタのリップル電圧が小さすぎて変調回路へ確実に提供されないように、十分に低いＥＳＲを有する出力キャパシタをさらに備える。
５８．ランプ波発生器は、
供給電圧と連結された第１電流源と、
アースと連結された第２電流源と、
前記第１電流源と前記第２電流源との間に連結されたキャパシタとを備える。
５９．実施形態５８のランプ波発生器であって、
前記ランプ波発生器は、ＤＣ－ＤＣ変換器においてインダクタを通るリップル電流をエミュレートするように構成されている。
６０．実施形態５８から５９のいずれか１つに記載のランプ波発生器であって、
前記第１電流源の前記出力は、ＤＣ－ＤＣ変換器に対する入力電圧に少なくとも一部が基づいている。
６１．実施形態５８から６０のいずれか１つに記載のランプ波発生器であって、
前記第１電流源の前記出力は、ＤＣ－ＤＣ変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいている。
６２．実施形態５８から６１のいずれか１つに記載のランプ波発生器であって、
前記第２電流源の前記出力は、ＤＣ－ＤＣ変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいている。
６３．実施形態５８から６２のいずれか１つに記載のランプ波発生器であって、
前記第２電流源の前記出力は、ＤＣ－ＤＣ変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいている。
６４．実施形態５８から６３のいずれか１つに記載のランプ波発生器であって、
前記第１電流源は、ＤＣ－ＤＣ変換器に置けるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいてトリムされるように構成されている。
６５．実施形態５８から６４のいずれか１つに記載のランプ波発生器であって、
前記第２電流源は、ＤＣ－ＤＣ変換器におけるインダクタのインダクタンスに少なくとも一部が基づいてトリムされるように構成されている。
６６．チップ埋め込み型直流－直流変換器の作成のための方法は、
プリント基板に集積回路チップを埋め込み、
前記プリント基板に第１インダクタを連結し、
前記プリント基板に第２インダクタを連結し、前記第１インダクタおよび前記第２インダクタの双方は出力ノードに連結されていることを含む。
６７．第１直流電圧を第２直流電圧に変換する方法は、
第１インダクタと連結された第１スイッチを駆動し、
第２インダクタと連結された第２スイッチを駆動し、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、出力ノードに連結され、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを位相をずらして変調し、
ドライバまたは変調器の少なくとも１つのがプリント基板に埋め込まれたチップに含まれる。
６８．チップ埋め込み型直流－直流変換器の作成のための方法は、
プリント基板に集積回路チップを埋め込み、
前記集積回路チップと出力ノードとの間にインダクタを連結し、
前記出力ノードから変調回路へのフィードバック経路を提供し、
前記変調回路がランプ波発生器を含む。
６９．実施形態６８に記載の方法において、
前記変調回路は、前記プリント基板に含まれる。
７０．実施形態６８から６９のいずれか１つに記載の方法であって、
前記変調回路は、常時オン時間または常時オフ時間変調回路である。
７１．実施形態６８から７０のいずれか１つに記載の方法であって、
前記ランプ波発生器は、前記集積回路に含まれる。
７２．実施形態６８から７１のいずれか１つに記載の方法であって、
前記ランプ波発生器を少なくとも一部は前記インダクタの特性に基づいてトリムすることをさらに備える。
７３．実施形態６８から７２のいずれか１つに記載の方法であって、
前記ランプ波発生器は、実施形態５８から６５のいずれか１つに記載のランプ波発生器である。
７４．直流－直流変換器を使用する方法であって、
入力ノードにおいて入力電力を受信し、
インダクタへスイッチを通して電力を提供し、
出力電圧が出力キャパシタ両端に生じるように出力キャパシタにエネルギーを格納し、
前記出力電圧で出力電力を出力ノードへ提供し、
前記出力電圧を変調回路へ提供し、
出力キャパシタとは独立したリップル電圧を生成し、
前記リップル電圧を前記変調回路へ提供し、
前記スイッチを、前記変調回路の出力に少なくとも一部は基づいて変調することを含む。
７５．実施形態７４に記載の方法において、
前記リップル電圧、基準電圧、および前記出力電圧のうち少なくとも２つを比較することをさらに含む。
７６．実施形態７４から７５のいずれか１つに記載の方法であって、
電流源を、少なくとも一部は、前記インダクタのインダクタンスに基づいてトリムすることをさらに備える。
７７．実施形態７４から７６のいずれか１つに記載の方法であって、
前記リップル電圧は、前記インダクタを通る電流をエミュレートするように構成されたランプ波発生器により生成される。
７８．直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器パッケージは、
少なくとも１つのプリント基板（ＰＣＢ）に埋め込まれた集積回路（ＩＣ）チップであって、ドライバを備えるＩＣチップと、
前記チップ埋め込みパッケージの外部に位置決めされ、前記チップ埋め込みパッケージの表面に連結されたインダクタと、
前記インダクタへ提供される電流が限界を超えた場合を検出するように構成された過電流保護回路とを備える。
７９．実施形態７８の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器パッケージであって、
前記過電流保護回路は、少なくとも一部が集積回路間または電源管理バスコマンドに基づいて調整またはトリムされるように構成された電流源を備え、
前記インダクタの飽和インダクタンスが前記限界を超え、かつ、前記限界を５０％未満超え、
前記限界は、最大規定ＤＣ電流仕様パルス最大交流電流リップル仕様を５０％未満超過する。
８０．直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器パッケージは、
少なくとも１つのプリント基板（ＰＣＢ）に埋め込まれた集積回路（ＩＣ）チップであて、ドライバを備えるＩＣチップと、
前記チップ埋め込みパッケージの外部に位置決めされ、前記チップ埋め込みパッケージの表面に連結されたインダクタと、
集積回路間または電源管理バスとを備える。
８１．実施形態８０の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器パッケージであって、
前記集積回路間または電源管理バスは少なくとも１つの電流源に連結され、プロトコルコマンドを提供して前記電流源を調節またはトリムするように構成されている。
８２．実施形態８０から８１のいずれか１つに記載の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器パッケージであって、
前記集積回路間または電源管理バスは少なくとも１つの電流源に連結され、プロトコルコマンドを提供して比較器へ提供される基準値を設定または調節するように構成されている。
８３．実施形態８０から８２のいずれか１つに記載の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器パッケージであり、
前記集積回路間または電源管理バスは、以下の少なくとも１つを実施するための指示を含むプロトコルを通信するように構成されており、すなわち、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器パッケージをオンまたはオフし、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器パッケージの低電力またはスリープモードを変更し、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器パッケージの電流設定についての情報を読み出し、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器パッケージについて診断および／または技術情報を読み出し、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器パッケージにより提供される出力電圧を設定または変更する。
８４．実施形態８０から８３のいずれか１つに記載の直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器パッケージであり、
集積回路間実装品の上に配線層として電源管理プロトコルを実施する。
８５．直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器は、
下面および上面を有する下部プリント基板（ＰＣＢ）部分と、
下面および上面を有する上部プリント基板（ＰＣＢ）部分と、
前記上部ＰＣＢ部分の前記下面と前記下部ＰＣＢ部分の前記上面との間に埋め込まれた埋め込み型集積回路とを備え、
前記埋め込み型集積回路は、
１つまたは複数のＰＷＭ信号を生成するように構成されたパルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラと、
前記１つまたは複数のＰＷＭ信号に少なくとも一部は基づいて１つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されたドライバであって、前記埋め込み型集積回路内において前記ＰＷＭコントローラと連結されたドライバと、
前記１つまたは複数のドライバ信号の少なくとも１つを受信するように構成された第１電力スイッチであって、前記埋め込み型集積回路において前記ドライバと連結された第１電力スイッチと、
前記１つまたは複数のドライバ信号の少なくとも１つを受信するように構成された第２電力スイッチであって、前記埋め込み型集積回路において前記ドライバと連結された第２電力スイッチとを備え、
前記上部ＰＣＢ部分を通って延びる少なくとも１つのビアと、
前記上部ＰＣＢ部分の前記上面に位置決めされたインダクタとを備え、
前記インダクタは、前記少なくとも１つのビアを介して前記第１および第２電力スイッチと電気的に連結され、
前記インダクタのフットプリントは、前記埋め込み型集積回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なり、
さらに、前記第１および第２電力スイッチの少なくとも１つのと連結された入力ポートであって、入力電圧の入力信号を受信するように構成された入力ポートと、
前記インダクタと連結された出力ポートであって、前記入力電圧とは異なる出力電圧の出力信号を提供するように構成された出力ポートとを備え、
前記出力電圧は、前記インダクタにエネルギーを充填または放出させる前記第１および第２電力スイッチに少なくとも一部が基づいており、
フィードバックシステムは、
前記出力ポートと連結されたフィードバック経路であって、前記出力電圧の指標を提供するように構成されたフィードバック経路と、
前記インダクタを通る電流リップルをエミュレートする信号を生成するように構成されたランプ波発生器とを備え、
前記フィードバックシステムは、少なくとも一部が前記フィードバック経路からの前記出力電圧の前記指標と前記ランプ波発生器により提供される前記信号とに基づいたフィードバック信号を提供するように構成され、
前記第１および第２電力スイッチは、前記フィードバック信号に少なくとも一部基づいて駆動される。
８６．実施形態８５のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ランプ波発生器は、少なくとも一部は以下を用いる前記インダクタを通る前記電流リップルをエミュレートする前記信号を生成するように構成され、すなわち、
前記入力電圧を示す第１入力部と、
前記出力電圧を示す第２入力部と、
前記インダクタのインダクタンス値を示す第３入力部と、
切替信号の第４入力部とを用いる。
８７．実施形態８５のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ランプ波発生器は、
少なくとも一部は前記入力電圧に基づいて電流を生成するように構成された第１電流源と、
少なくとも一部は前記出力電圧に基づいて電流を生成するように構成された第２電流源と、
前記１つまたは複数のドライバ信号の少なくとも１つを受信するように構成された第３スイッチであって、前記第１電流源と連結された第３スイッチと、
前記１つまたは複数のドライバ信号の少なくとも１つを受信するように構成された第４スイッチであって、前記第２電流源と連結された第４スイッチと、
前記第３スイッチおよび前記第４スイッチと連結されたキャパシタとを備える。
８８．実施形態８５のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記第１および第２電力スイッチは、エンハンスト窒化ガリウム（ｅＧａＮ）電界効果トランジスタである。
８９．実施形態８５のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ＰＷＭコントローラは、前記ドライバに、少なくとも４ＭＨｚの周波数で前記スイッチをトグルさせるように構成されている。
９０．実施形態８５のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器は、電流量を処理するように構成され、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器が電流量のアンペア数当たり０．１ｍｍ２～１０ｍｍ２であるフットプリント領域を有する。
９１．実施形態８５のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記インダクタおよび前記集積回路の一方は、前記インダクタおよび前記集積回路の他方のフットプリントに完全に含まれるフットプリントを有する。
９２．実施形態８５のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記入力ポート、前記出力ポート、およびアースポートは、前記インダクタを包囲するパッケージの外側へ露出し、
前記入力ポートは、ワイヤボンド無しで前記第１電力スイッチと連結され、
前記出力ポートは、ワイヤボンド無しで前記インダクタと連結され、
前記第２電力スイッチは、ワイヤボンド無しでアースと連結され、
前記インダクタは、ワイヤボンド無しで前記第１および第２電力スイッチと連結されている。
９３．実施形態８５のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ＰＣＢと連結された第２インダクタであって、前記出力ノードとも連結された第２インダクタをさらに備え、
前記第１インダクタおよび前記第２インダクタは、互いに位相をずらして駆動される。
９４．実施形態８５のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記埋め込み型集積回路がランプ波発生器を含む。
９５．直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器は、
プリント基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢに埋め込みまれた埋め込み型回路とを備え、
前記埋め込み型回路は、
１つまたは複数のＰＷＭ信号を生成するように構成されたパルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラと、
前記１つまたは複数のＰＷＭ信号に少なくとも一部は基づいて１つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されたドライバであって、前記埋め込み型回路内において前記ＰＷＭコントローラと連結されたドライバと、
前記１つまたは複数のドライバ信号の少なくとも１つを受信するように構成された第１電力スイッチであって、前記埋め込み型回路内で前記ドライバと連結された第１電力スイッチと、
前記１つまたは複数のドライバ信号の少なくとも１つを受信するように構成された第２電力スイッチであって、前記埋め込み型回路内で前記ドライバと連結された第２スイッチとを備え、
さらに、前記ＰＣＢの一部を通って延びる少なくとも１つのビアと、
前記ＰＣＢの外部に位置し、前記ＰＣＢの上部と連結されたインダクタとを備え、
前記インダクタは、前記少なくとも１つのビアを介して前記第１および第２電力スイッチと電気的に連結され、
前記インダクタのフットプリントは、少なくとも部分的に、前記埋め込み型回路のフットプリントと重なり、
さらに、前記第１および第２電力スイッチの少なくとも１つのと連結された入力ポートであって、入力電圧の入力信号を受信するように構成された入力ポートと、
前記インダクタと連結された出力ポートであって、前記入力電圧とは異なる出力電圧の出力信号を提供するように構成された出力ポートとを備え、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器は、電流量を処理するように構成され、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器が電流量のアンペア数当たり０．１ｍｍ２～１０ｍｍ２であるフットプリント領域を有する。
９６．実施形態９５のＤＣ－ＤＣ変換器であって、
前記インダクタと連結され、前記出力ポートとも連結された出力キャパシタであって、低等価直列抵抗（ＥＳＲ）を有する出力キャパシタをさらに備え、
前記出力電圧における電圧リップルは２％以下であり、
さらに、前記インダクタを通る電圧リップルをエミュレートする電圧リップルを生成するように構成されたランプ波発生器を有するフィードバックシステムさらに備える。
９７．実施形態９５のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記第１電力スイッチおよび前記第２電力スイッチは、エンハンスト窒化ガリウム（ｅＧａＮ）電界効果トランジスタである。
９８．実施形態９５のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記入力ポートは、少なくとも２０アンペアの電流を受信するように構成され、
前記出力ポートは、少なくとも２０アンペアの電流を提供するように構成され、
前記ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの前記フットプリントは、６５ｍｍ２未満である。
９９．実施形態９５のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記インダクタおよび前記埋め込み型回路は、ワイヤボンド無しで相互接続されている。
１００．実施形態９５のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記埋め込み型回路は、前記ＰＷＭコントローラ、前記ドライバ、前記第１電力スイッチ、および前記第２電力スイッチを有する集積回路を備える。
１０１．直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）電力変換器は、
プリント基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢに埋め込まれた埋め込み型回路とを備え、
前記埋め込み型回路は、
１つまたは複数のＰＷＭ信号を生成するように構成されたパルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラと、
前記１つまたは複数のＰＷＭ信号に少なくとも一部は基づいて１つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されたドライバであって、前記埋め込み型回路内において前記ＰＷＭコントローラと連結されたドライバと、
前記１つまたは複数のドライバ信号の少なくとも１つを受信するように構成された第１エンハンスト窒化ガリウム電界効果トランジスタ（ｅＧａＮＦＥＴ）であって、前記埋め込み型回路内で前記ドライバと連結された第１ｅＧａＮＦＥＴと、
前記１つまたは複数のドライバ信号の少なくとも１つのを受信するように構成された第２ｅＧａＮＦＥＴであって、前記埋め込み型回路内で前記ドライバと連結された第２ｅＧａＮＦＥＴとを備え、
さらに、前記ＰＣＢの一部を通って延びる少なくとも１つのビアと、
前記ＰＣＢの外部に位置し、前記ＰＣＢの上部と連結されたインダクタとを備え、
前記インダクタは、前記少なくとも１つのビアを介して前記第１および第２ｅＧａＮＦＥＴと電気的に連結され、
前記インダクタのフットプリントは、少なくとも部分的に、前記埋め込み型回路のフットプリントと重なる。
１０２．実施形態１０１のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ＰＷＭコントローラは、前記ドライバに、４ＭＨｚ～１０ＭＨｚの間の周波数で前記第１および第２ｅＧａＮＦＥＴをトグルさせるように構成されている。
１０３．実施形態１０１のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器は、電流量を処理するように構成され、
前記ＤＣ－ＤＣ電力変換器が電流量のアンペア数当たり０．１ｍｍ２～１０ｍｍ２であるフットプリント領域を有する。
１０４．実施形態１０１のＤＣ－ＤＣ電力変換器であって、
前記埋め込み型回路は、前記インダクタを通る電圧リップルをエミュレートする信号を生成するように構成されたランプ波発生器を有する。
例示的分離トポロジ
図２０は、絶縁型トポロジを有するチップ埋め込み型ＤＣ－ＤＣ変換器パッケージ２０００の例示的回路レベルの回路図を示す。回路図は、電源１０３と、ＡＣアース２００３と、ＤＣアース２００１と、出力キャパシタ１１１と、集積回路（ＩＣ）チップ１１３Ａと、代替ＩＣ１１３Ｂと、ドライバ１１７と、パルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラ１１９と、第１スイッチ（例えば、第１エンハンスト窒化ガリウム（ｅＧａＮ）スイッチ）１２３と、第２スイッチ（例えば、第２ｅＧａＮスイッチ）１２７と、キャパシタ２００５および２００７と、ダイオードＤ１およびＤ２と、インダクタＬ４とを示す。回路図は、第１インダクタＬ１、第２インダクタＬ２、および第３インダクタＬ３を有する分離回路２００９も示す。スイッチ１２３、１２７は、電力スイッチ、スイッチングＦＥＴ、および／またはスイッチングトランジスタとも称される。いくつかの場合には、図１と同様の、入力キャパシタ１０５（図２０には示さず）を使用することができる。
図２０の回路は、図１に示す回路またはここに開示の他の実施形態のいずれかと同様に動作してもよい。図２０における回路と図１における回路との差異は、図２０における構成は、分離回路２００９（例えば、絶縁ハーフブリッジ構成）を有する絶縁トポロジである点である。電圧出力ポート１０９は、直接的な電導経路が無いように、電源１０３から電気的に絶縁されていてもよい。代替として、インダクタＬ１、Ｌ２、およびＬ３は、インダクタＬ１を通る電流（例えば、充電電流）がインダクタＬ２およびＬ３における磁場を生成し介入させることができるように電磁結合されていてもよく、それにより、インダクタＬ４を流れる電流（例えば、充電電流）を引き起こす。インダクタＬ４を通る電流は、電圧がキャパシタ１１１に亘って形成されるように、キャパシタ１１１のプレート上に電荷が集まるようにすることができる。ダイオードＤ１およびＤ２は、電流フローを一方向に導くために使用されてもよい。いくつかの実施形態において、ダイオードＤ１およびＤ２は、スイッチ（例えばＭＯＳＦＥＴ）によって置換されてもよく、これにより、効率をより良くすることができ、または、他の電子デバイスによって置換されてもよい。
図２０における絶縁トポロジは、分離回路２００９においてそれぞれＮＰ、ＮＳ１、およびＮＳ２の巻き数を有する磁気結合されたインダクタＬ１、Ｌ２、およびＬ３を備えているが、他の実施形態は、フライバック、順方向変換器、２トランジスタ順方向、ＬＬＣ共振変換器、プッシュプル、フルブリッジ、ハイブリッド、ＰＷＭ共振変換器、または他の設計などの他の構成および他のタイプの分離回路トポロジを備えていてもよい。図１２、１３Ａ、１３Ｂに示すレイアウトなどのここに開示の他のレイアウトは、絶縁トポロジを使用するために変更されてもよい。いくつかの実施形態において、インダクタにおける２つは、分離回路２００９のために使用されてもよい。代替集積回路１１３Ａおよび１１３Ｂの２つの例が示されるが、他の変形例は、集積回路１１３Ｂに示す要素の任意の組み合わせを含む任意の数の集積回路を備えていてもよい。
無線通信システムを有する例示的ＤＣ－ＤＣ変換器
図２１Ａは、パッケージ２１０５における無線通信システム２１０３を有する例示的ＤＣ－ＤＣ変換器２１０１を示す。ＤＣ－ＤＣ変換器２１０１は、ここに記載の任意のＤＣ－ＤＣ変換器でもよい。ＤＣ－ＤＣ変換器２１０１は、入力電圧Ｖｉｎを受信し、出力電圧Ｖｏｕｔを提供するように構成されていてもよい。
無線通信システム２１０３は、ＤＣ－ＤＣ変換器２１０１が含まれているのと同じパッケージに含まれていてもよく、または、いくつかの場合には別個のパッケージに含まれていてもよい。無線通信システム２１０３は、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）システム、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）システム、ラジオ周波数システムなどであってもよい。無線通信システムは、アンテナ、発振器、ドライバ、コントローラ、ファームウェア、プロセッサ、バッフア、デジタルアナログ変換器などを備えていてもよい（図示せず）。無線通信システムは、有線通信入力／出力インターフェース（ＣｏｍｍＩ／Ｏとして示す）を備えていてもよく、このインターフェースは、ＣＰＵ（例えば、図２２に示すような）などの他の装置と、ＣＰＵが無線通信システム２１０３によって無線信号を送信および受信することができるように接続されてもよい。
無線通信システム２１０３は、追加で、または、代替として、ＤＣ－ＤＣ変換器の電力パラメータを制御するためにＤＣ－ＤＣ変換器２１０１との通信経路（例えば、ＰＷＲ制御線として示す）を備えていてもよい。いくつかの実施形態において、無線通信システム２１０３は、ＤＣ－ＤＣ変換器にＰＭＢＵＳを介して連結してもよい。したがって、ＤＣ－ＤＣ変換器２１０１は、無線通信システム２１０３（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ブロードバンド、または他の種類の無線信号）を通して受信されたオン、オフ、スリープモードにする、リセット、エラーをクリア、出力電圧の変更または設定出力電流を制御または制限、操作の異なるモードにするなどの無線指示に対して応答してもよい。ＤＣ－ＤＣ変換器２１０１は、距離測定、入力電圧、出力電圧、入力電流、出力電流、温度などのＤＣ－ＤＣ変換器の状態に関する情報を無線で報告すなわち報知することもできる。
無線通信システム２１０３は、ＤＣ－ＤＣ変換器２１０１と同じパッケージ２１０５に含まれていてもよく、または、いくつかの場合には別個のパッケージに含まれていてもよい。無線通信システム２１３０は、ＤＣ－ＤＣ変換器２１０１により給電され、ＤＣ－ＤＣ変換器２１０１により生成された出力電圧Ｖｏｕｔを受信してもよい。例えば、ＤＣ－ＤＣ変換器は、１２０ボルトのＤＣ入力を受信し、いくつかの電子デバイスにより適した１０ボルトのＤＣ出力を提供するように構成されていてもよく、無線通信システムは、ＤＣ－ＤＣ変換器から出力される１０ボルトのＤＣ出力を使用するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、無線通信システム２１０３およびＤＣ－ＤＣ変換器２１０１の双方が同じパッケージ２１０５に含まれることにより、これらの構成要素により占有される全体の面積を低減することができる。
図２１Ｂは、パッケージ２１０５における無線通信システム２１０３を有する例示的ＤＣ－ＤＣ変換器２１０１を示す。ＤＣ－ＤＣ変換器は、入力電圧Ｖｉｎを受信し、出力電圧Ｖｏｕｔを提供するように構成されていてもよい。無線通信システムは、入力電圧Ｖｉｎにより給電されてもよい。
無線通信システムは、入力電圧Ｖｉｎにより給電されてもよい。例えば、ＤＣ－ＤＣ変換器２１０１は、１０ボルトの入力を受信し、２５ボルトの出力を提供するように構成されていてもよい。無線通信システム２１０３は、１０ボルト入力により給電されてもよい。無線通信システム２１０３は、図２１Ａに関して説明したようなＤＣ－ＤＣ変換器２１０１および／または他の装置と相互作用してもよい（ＰＷＲＣＴＲＬおよびＣｏｍｍＩ／Ｏ線は図２１Ｂに再表示しない）。
図２１Ｃは、無線通信システム２１０３と２つのＤＣ－ＤＣ変換器２１０１、２１０２とを備える例示的パッケージ２１０５を示す。第１ＤＣ－ＤＣ変換器２１０１は、入力電圧Ｖｉｎを受信し、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１を提供するように構成されていてもよい。第２ＤＣ－ＤＣ変換器２０１２は、入力電圧Ｖｉｎを受信し、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２を提供するように構成されていてもよい。第１および第２出力電圧は、異なっていてもよい。無線通信モジュール２１０３は、第２ＤＣ－ＤＣ変換器２１０２により給電されるように構成されてもよい。
例えば、第１ＤＣ－ＤＣ変換器２１０１は、６０ボルトの入力を受信し、１２０ボルトの出力を提供するように構成されていてもよい。第２ＤＣ－ＤＣ変換器２１０２は、６０ボルトの入力を受信し、５ボルトの出力を提供するように構成されていてもよい。無線通信システム２１０３は、第２ＤＣ－ＤＣ変換器２１０２からの５ボルトの出力により給電されてもよい。無線通信システム２１０３は、図２１Ａに関して説明したようなＤＣ－ＤＣ変換器２１０１、２０１２の双方および／または他の装置と相互作用してもよい（ＰＷＲＣＴＲＬおよびＣｏｍｍＩ／Ｏ線は図２１Ｃに再表示しない）。
図２１Ｄは、集積無線通信システム２１０３を有する電源２１０１の例示的実施形態を示す。電源２１０１は、ＤＣ－ＤＣ変換器、ＡＣ－ＤＣ変換器、線形モード電源、またはスイッチモード電源、または任意の他の適切な種類の電源であってもよい。電源２１０１は、絶縁トポロジまたは非絶縁トポロジを使用してもよく、高いまたは低い電圧を使用することができる。電源２１０１は、ここに開示の適切な特徴の任意の組み合わせを使用してもよい。図２１Ｄに示す実施形態において、電源２１０１は、入力電圧（Ｖｉｎ）を（例えば、電池から）受信し、異なる出力電圧Ｖｏｕｔを出力するように構成されたＤＣ－ＤＣ変換器であってもよい。いくつかの実施形態において、電源２１０１は、ＡＣ信号（Ｖｉｎ）を受信しＤＣ信号（Ｖｏｕｔ）を出力するＡＣ－ＤＣ変換器であってもよい。出力キャパシタは、ここで検討されたように使用されてもよい。電源２１０１は、装置における１つまたは複数の負荷（例えば、図２１Ｄにおいて抵抗器として示す）へ電力を出力し得る。装置は、スマートＴＶ、オーブン、トースター、コーヒーマシンなどの電気器具（例えば、家電製品）であってもよく、または装置は、産業機器、インターネット・オブ・シングス（ＩｏＴ）装置などであってもよい。
無線装置２１１５は、電源２１０３と通信していてもよい。無線装置２１１５の無線通信システム２１１７は、電源２１０１の無線通信システム２１０３と同様であってもよい。いくつかの実施形態において、無線装置２１１５は、無線通信システムを有する（例えば、それが集積された）電源２１０１（例えば、ＤＣ－ＤＣ変換器またはＡＣ－ＤＣ変換器）を備えていてもよい。無線装置２１１５は、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ワイヤレスルーターまたは遠隔装置との通信におけるアクセスポイント等であってもよい。電源２１０１は、１つまたは複数の無線装置２１１５を電源２１０１と通信させることができるローカルネットワークの一部であってもよい。無線装置２１１５は、電源２１０１へ、または電源２１０１から（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ブロードバンド、または他の種類の無線信号を介して）情報またはコマンドを送信、または受信することができる。無線装置２１１５は、オンする、スリープモードにする（例えば、待機電力消費を低減する）、エラーをクリアする、電源をリセットする（例えば、エラー条件の場合）、電圧または電流レベルを制御する、動作のモードを変更するなどを電源に命令してもよい。電源２１０３は、無線装置２１１５へエラー状態、動作のモード、電圧および／または電流設定（例えば、制限）、電源２１０１の状態（例えば、温度）に関する情報などの情報通信することができる。無線装置２１１５は、電源２１０１の無線通信システム２０１３を介してコマンドを、電源に関連付けられた装置を制御するために、オン、オフ、設定変更、動作を起こすなどのために装置へコマンド送信することができる。例えば、コーヒーメーカーは、無線装置２１１５がユーザーが帰宅すると判断する場合などに、電源２１０１に集積または連結されていてもよい無線通信システム２１０３を介して無線装置２１１５からコマンドを受信して、コーヒーを作り始めてもよい。電源に関連付けられた装置（例えば、コーヒーメーカー）は、自己の情報（例えば、設定、動作の電流モード、事前に行われた動作、コーヒーが出来上がったこと、システム状況、エラーなど）を、電源２１０１に集積された無線通信システム２１０３を介して、無線装置２１１５へ送信することができる。したがって、電源に関連付けられた装置（例えば、コーヒーメーカー）は、第２の別個の無線通信システム無しで電源２１０１に含まれる、または、集積された無線通信システム２１０３を使用することができる。
図２１Ｅは、（いくつかの実施形態ではパッケージ２１０５に組み込まれていてもよい）無線通信システム２１０３を有する例示的ＤＣ－ＤＣ変換器を示す。ＤＣ－ＤＣ変換器は、入力電圧Ｖｉｎを受信し、出力電圧Ｖｏｕｔを提供するように構成されていてもよい。ＤＣ－ＤＣ変換器は、ＰＷＭコントローラ１１９、ドライバ１１７、スイッチ２１０９、インダクタ１３１、キャパシタ１１１を含んでいてもよい。他の図において既に示された、または、他の実施形態において検討されたＤＣ－ＤＣ変換器のいくつかの部分（フィードバックシステム、複数のインダクタなど）は存在していてもよいが、図２１Ｅにおいては明瞭化のため示されていない。
１つまたは複数のシステム構成要素は、集積回路２１０７（これは、例えば、ｅＧａＮＩＣであってもよい）に含まれていてもよい。集積回路は、無線通信システム２１０３、ＰＷＭコントローラ１１９、ドライバ１１７、およびスイッチ２１０９の任意の組み合わせを含んでいてもよい。点線によって示されるように、集積回路は、１つまたは複数の分離された集積回路に分割されていてもよく、これらの集積回路は、無線通信システム２１０３、ＰＷＭコントローラ１１９、ドライバ１１７、およびスイッチ２１０９の任意の組み合わせを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、各無線通信システム２１０３、ＰＷＭコントローラ１１９、ドライバ１１７、およびスイッチ２１０９のために分離されたＩＣチップを含む複数の集積回路チップがあってもよい。いくつかの実施形態において、集積回路は、ｅＧａＮＩＣであってもよい。いくつかの実施形態は、無線通信システム２１０３、ＰＷＭコントローラ１１９、ドライバ１１７、およびスイッチ２１０９の全てまたは複数を含むモノリシックのｅＧａＮＩＣを使用してもよい。いくつかの実施形態は、各無線通信システム２１０３、ＰＷＭコントローラ１１９、ドライバ１１７、およびスイッチ２１０９のために分離されたｅＧａＮＩＣも使用してもよい。いくつかの実施形態において、ＰＷＭコントローラ１１９は、パッケージ２１０５から省略されてもよい。分離型ＰＷＭコントローラ１１９は、ここで検討したように、複数のＤＣ－ＤＣ変換器電力段を駆動するために（例えば、図２４Ａに示すように）使用されてもよい。
無線通信システム２１０３は、例えば、出力電圧を設定するため、および／または電流制限を変更するためにドライバへ提供されるＰＷＭ信号を調整するためにＰＷＭコントローラと通信してもよい。いくつかの実施形態において、無線通信システムは、電流計、電圧計、温度計、その他のセンサー、および／または回路の種々の部分についての情報を報告するように構成された状況報告登録器（図示せず）から信号を受信するように構成されていてもよい。
ＩｏＴ装置の例
図２２は、例示的インターネット・オブ・シングス（ＩｏＴ）装置２２００を示す。ＩｏＴ装置２２００は、図２１Ｃに示しこれに関連して説明したような無線通信システム２１０３および２つのＤＣ－ＤＣ変換器２１０１、２１０２を備えるパッケージ２１０５を備えていてもよい。単一のＤＣ－ＤＣ変換器を有する、または異なる種類の電源（例えば、ＡＣ－ＤＣ変換器）を有するなど、（例えば、図２１Ａ、２１Ｂ、または２１Ｄと同様の）様々な他の構成が使用されてもよい。ＩｏＴ装置は、第１システム２２０３をさらに備えていてもよい。ＩｏＴ装置は、例えば、ＣＰＵ２２０５、ＲＡＭ２２０７、Ｉ／Ｏシステム２２０９、および他の電気装置２２１１を含んでいてもよい電気システム２２０１をさらに含んでいてもよい。ＩｏＴ装置２２００は、スマートフォンなどの無線装置２２１５とネットワーク２２１３を介して通信してもよい。
いくつかの実施形態において、電気システム２２０１における構成要素および第１システム２２０３における構成要素は異なる電圧を使用してもよい。したがって、第１および第２ＤＣ－ＤＣ変換器２２０１、２２０２は、異なる電圧を異なる装置へ提供してもよい。
電気システム２２０１は、第２ＤＣ－ＤＣ変換器により提供されるＶｏｕｔ２電圧を受信するように構成されていてもよい。Ｖｏｕｔ２電圧は、電気システムおよび無線通信モジュールにおいていくつかの電気装置に適した電圧であってもよい。第１システム２２０３は、異なる電圧Ｖｏｕｔ１を受信するように構成された異なる構成要素を備えていてもよい。
例えば、一実施形態において、ＩｏＴ装置２２００は、プログラム可能な照明システムである。第１システム２２０３は、６０Ｖを受信するように構成された１つまたは複数の電球を備えていてもよい。電気システム２２０１は、電球をオンおよびオフにするように構成されていてもよい。ユーザーは、無線通信素ステム２１０３を通して、照明のためのオン／オフスケジュールをプログラムし、および／または、照明をオン／オフするコマンドを発行してもよい。受信されたコマンドは、無線通信システム２０１３からＣＰＵ２２０５へ伝送されてもよい。ＣＰＵ２２０５は、コマンドを処理し、コマンドに従って第１システム２２０３における照明をオンおよびオフしてもよい。ユーザーは、別のコンピュータまたはスマートフォンなどからＩｏＴ装置に無線で接続することができ、直接またはインターネットなどのネットワークを介して無線通信システム２１０３と接続することができる。
ＩｏＴ装置の他の例において、第１システム２２０３は、例えば、モーターなどの機械的システムでもよく、この機械的システムは、機械的作業を行うために、電気システムよりも高い電圧とより多い電力とを受信する。ＩｏＴ装置の他の例において、第１システム２２０３は、電気システム２２０１における構成要素の一つとは異なる電圧を受信する、電気的であれ、機械的であれ、化学的であれ、熱的であれ、任意のシステムであってもよい。ＩｏＴ装置の他の例は、インターネットに接続された、温度調節システム、ドア、コンピュータ、カメラ、自動販売機、車、電化製品などを含んでいてもよい。
無線通信システム２１０３は、無線信号を無線装置２２１５へ送信および受信することができる。いくつかの実施形態において、無線信号は、インターネットまたは無線ローカルエリアネットワークなどのネットワーク２２１３を介して送信されてもよい。無線装置２２１５は、例えば、スマートフォン、コンピュータ、デスクトップ、他のＩｏＴ装置などでもよい。無線装置２２１５は、ＣＰＵ２２０５へ／からの通信を無線信号として無線通信システム２１０３により送信／受信してもよい。いくつかの実施形態において、無線装置は、ＤＣ－ＤＣ変換器のいずれかへ／から無線通信を無線通信システム２１０３により送信／受信してもよい。無線装置２２１５からの通信は、無線通信システム２１０３とＤＣ－ＤＣ変換器２１０１、２１０２のいずれかまたは双方との間のＰＭＢＵＳなどの（例えば、図２１Ａに示すＰＷＲ制御線のような）電力制御線によって、無線通信システム２１０３との間を伝送されてもよい。
図２２は、図２１ＣのＤＣ－ＤＣ変換器および無線通信システムを含むパッケージ２１０５を備えるＩｏＴ装置の例を示すが、他のＩｏＴ装置は、例えば、図２１Ａから図２１Ｅに示すようなパッケージされた任意のＩｏＴ装置および無線通信システムを備えていてもよい。さらに、ＩｏＴ装置は、パッケージにおける無線通信システムがあっても無くても、追加の電圧または電流を任意の数の電気システムへ提供するために、任意の数の他のＤＣ－ＤＣ変換器を備えていてもよい。
調整可能な出力を有する複数のＤＣ－ＤＣ変換器
図２３Ａは、多重ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、２３０７を含む例示的ＤＣ－ＤＣ変換器システム２３００を示す。いくつかの実施形態において、ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、２３０７は、パッケージ２３０１に含まれていてもよい。いくつかの実施形態において、ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、２３０７は、別個のパッケージであってもよい。ユーザーは、任意の数のＤＣ－ＤＣ変換器パッケージを組み合わせて種々の異なる電流量を提供することができる。種々の実施形態において、種々のＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、２３０７のＰＷＭコントローラ、ドライバ、および／またはスイッチなどの１つまたは複数の構成要素は、組み合わせられて１つまたは複数の集積回路に含まれていてもよい。いくつかの実施形態において、ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、２３０７の各々は、ＤＣ－ＤＣ変換器の構成要素とは別個のＰＷＭコントローラ、ドライバ、および／またはスイッチと共に自身の別個のＩＣを有する。いくつかの実施形態において、ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、２３０７は、ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、２３０７間における電流共有を簡単化するために相互接続されていてもよい。例えば、フィードバックシステムは、ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、２３０７の１つからの出力を使用して、ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、２３０７の他の１つまたは複数を制御することができる。例えば、ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３が過負荷になっていると、フィードバックシステムは、他のＤＣ－ＤＣ変換器２３０５、２３０７により多くの負荷を受けさせて、ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、２３０７間の電流をよりよく均衡させるようにすることができる。
ＤＣ－ＤＣ変換器システムは、入力電圧Ｖｉｎを受信し、出力電圧Ｖｏｕｔを生成するように構成されていてもよい。ＤＣ－ＤＣ変換器の各々は、出力電圧を生成するように構成されていてもよい。ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、および２３０７の各々はシステム入力部とシステム出力部との間で並列に連結されていてもよい。並列構成の結果として、ＤＣ－ＤＣ変換器システム２３００により供給される合計電流は、ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、２３０７により供給される個々の電流の合計であってもよい。図２３Ａの例は、ＤＣ－ＤＣ変換器システム２３００を示し、このシステムにおいて、３ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、２３０７は１０アンペアの電流を提供するように構成され、ＤＣ－ＤＣ変換器システム２３００により提供される合計出力電流は３０アンペアである。いくつかの実施形態において、２０アンペアを提供する６個のＤＣ－ＤＣ変換器は、１２０アンペアを提供するように組み合わせあってもよく、または、電力変換器の任意の他の適した組み合わせが使用されてもよい。いくつかの実施形態において、複数のＤＣ－ＤＣ変換器からの電流は、２００アンペアを上回るように組み合わせられてもよい。任意の数のＤＣ－ＤＣ変換器（例えば、２、３、４、５、７、１０、１５、２０、２５個、またはより多くのＤＣ－ＤＣ変換器）は、種々の異なる電流量を提供するように並列に組み合わせられてもよい。いくつかの実施形態において、異なる電流量を出力するように構成されたＤＣ－ＤＣ変換器が組み合わせられてもよい。例えば、２０アンペアを出力するように構成された１つのＤＣ－ＤＣ変換器は、１０アンペアを出力するように構成された１つのＤＣ－ＤＣ変換器と、２アンペアを出力するように構成された３つのＤＣ－ＤＣ変換器と組み合わせられてもよく、これにより、３６アンペアの電流を提供することができる。ここに開示のＤＣ－ＤＣ変換器の種々の実施形態は、少数のＤＣ－ＤＣ変換器種類のみを使用して各種の電圧および／または電流を形成するために組み合わせられるモジュール構成要素として使用されてもよい。例えば、５０アンペア、２０アンペア、１０アンペア、５アンペア、２アンペア、および１アンペアを出力するように構成されたＤＣ－ＤＣ変換器は、種々の異なる組み合わせで使用されて、６個以下のＤＣ－ＤＣ変換器を用いて１アンペアから１００アンペアの電流量を出力することができるシステムを提供してもよい。
図２３Ｂは、多重ＤＣ－ＤＣ変換器２３５３、２３５５、２３５７を含む例示的ＤＣ－ＤＣ変換器システム２３５０を示す。ＤＣ－ＤＣ変換器２３５３、２３５５、２３５７は、パッケージ２３５１に任意で含まれていてもよい。システム２３５０（例えば、パッケージ２３５１）は、コントローラ２２０９および切替システム（例えば、電流センサーによる）２３６１を更に備えていてもよい。いくつかの実施形態において、システム２３５０における種々の構成要素は、個別のパッケージに在ってもよい。
ＤＣ－ＤＣ変換器システム２３５０は、入力電圧Ｖｉｎを受信し、出力電圧Ｖｏｕｔを生成するように構成されていてもよい。ＤＣ－ＤＣ変換器の各々は、出力電圧を生成するように構成されていてもよい。ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、および２３０７の各々はシステム入力部とシステム出力部との間で並列に連結されていてよい。並列構成の結果として、ＤＣ－ＤＣ変換器システム２２００により供給される合計電流は、ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、２３０７により供給される個々の電流の合計であってもよい。
コントローラ２３５９は、通信線（例えば、ＰＭＢＵＳ）からコマンドを受信し、コマンドに応答して、ＤＣ－ＤＣ変換器２３５３、２３５５、２３５７の構造および組み合わせを構成するように構成されていてもよい。コントローラ２３５９はＤＣ－ＤＣ変換器２３５３、２３５５、２３５７の異なる組み合わせを出力に寄与させてもよい。例えば、コントローラ２３５９は、合計３５アンペアが出力に提供されるように、全ての３つのＤＣ－ＤＣ変換器を最大電流を提供するように構成してもよい。１５アンペアを提供するようにというコマンドの受信に応答して、コントローラ２３５９は、（５＋５＋５、０＋１０＋５、または比例的に均衡をとった６０／７＋３０／７＋１５／７などの）１５アンペアを増やす電流の組み合わせを提供するように、３つのＤＣ－ＤＣ変換器２３５３、２３５５、２３５７の各々を構成してもよい。
切替システムは、コントローラ２３５９により制御されて、例えば、ＤＣ－ＤＣ変換器２３５３、２３５５、２３５７のいずれかと出力部との間の並列経路における接続を開いてもよい。例えば、１５アンペアを提供するために、切替システムは、出力部から２０アンペアのＤＣ－ＤＣ変換器２３５３を切断してもよく、一方、１０アンペアのＤＣ－ＤＣ変換器２３５５と５アンペアのＤＣ－ＤＣ変換器２３５７とを出力部と連結されたままにしておく。いくつかの実施形態において、コントローラ２３５９と切替システム２３６１との間の機能性は、１つの制御／切替システムに組み合わせられてもよい。システム２３５０（例えば、切替システム２３６１）は、ＤＣ－ＤＣ変換器２３５３、２３５５、２３５７の各々から出力された電流を検出するために電流センサーを備えていてもよい。いくつかの実施形態において、電流センサーは、ＤＣ－ＤＣ変換器の各々に含まれていてもよく、電流センサーからの出力は、フィードバックとしてコントローラ２３５９へ提供されてもよい。いくつかの実施形態において、電流センサーは、ＤＣ－ＤＣ変換器の各々に含まれていてもよく、フィードバックおよび制御システム（ＯＣＰなど）は、図１に示すようにＤＣ－ＤＣ変換器２３５３、２３５５、２３５７の各々と共に含まれていてもよい。任意の数のＤＣ－ＤＣ変換器は、図２３Ａに関連して検討したように組み合わせられてもよい。
いくつかの実施形態において、ＤＣ－ＤＣ変換器システム２３５０レベルにおけるフィードバックがあってもよく、各ＤＣ－ＤＣ変換器２３５３、２３５５、２３５７の出力が検知されコントローラ２３５９へ提供される。コントローラは、（例えば、ＤＣ－ＤＣ変換器２３５３、２３５５、２３５７の出力に基づいて）電流平衡化を行うことができる。電流平衡化は、各ＤＣ－ＤＣ変換器２３５３、２３５５、および／または２３５７の電流出力を増加または低減することを含んでいてもよい。電流平衡化は、例えば、第１ＤＣ－ＤＣ変換器が閾値制限（例えば、電流出力制限、インダクタ飽和限度、電圧制限、温度制限）である、到達する、または、上回ることを検出し、第１ＤＣ－ＤＣ変換器により提供される電流を低減し、いくつかの場合には、第２ＤＣ－ＤＣ変換器により提供される電流を上昇させて、第１ＤＣ－ＤＣ変換器により提供される低減された電流を補償することを含んでいてもよい。電流平衡化は、例えば、負荷により引き込まれた電流の変動に応じて１つまたは複数のＤＣ－ＤＣ変換器２３５３、２３５５、および／または２３５７の出力電流を増加および／または低減することを含んでいてもよい。例えば、定常状態におけるモーターは回転しているモーターよりも少ない電流を引き込み、電流平衡化はモーターへ多少の電流を提供するように実施されてもよい。
いくつかの実施形態において、ＤＣ－ＤＣ変換器システム２３５０レベルにおけるフィードバックは、システムにおけるＤＣ－ＤＣ変換器の１つの温度および／またはインダクタ飽和を検出するために使用されてもよい。閾値温度に達する、および／または閾値インダクタ飽和を有する第１ＤＣ－ＤＣ変換器に応答して、コントローラは、ＤＣ－ＤＣ変換器により提供される電流を低減してもよく、いくつかの場合には、第２ＤＣ－ＤＣ変換器により提供された電流を増加することにより補償してもよい。
いくつかの実施形態は、異なるアンペア数の容量を有する複数のＤＣ－ＤＣ変換器を備えていてもよい。例示的ＤＣ－ＤＣ変換器システム２３５０は、３つの１０アンペアのＤＣ－ＤＣ変換器を備えていてもよく、コントローラは、３０アンペアまでの可変電流出力を提供するように構成されていてもよい。別の例として、ＤＣ－ＤＣ変換器システム２３５０は、４つの１アンペアのＤＣ－ＤＣ変換器、５アンペアのＤＣ－ＤＣ変換器、１０アンペアのＤＣ－ＤＣ変換器、および２０アンペアのＤＣ－ＤＣ変換器を備えていてもよい。別の例として、ＤＣ－ＤＣ変換器システム２３５０は、５アンペアのＤＣ－ＤＣ変換器、１０アンペアのＤＣ－ＤＣ変換器、およびの複数２０アンペアのＤＣ－ＤＣ変換器を備えていてもよい。別の例として、ＤＣ－ＤＣ変換器システム２３５０は、少なくとも５０アンペア、１００アンペア、１５０アンペア、２００アンペア、またはそれ以上の合計電流容量を有する複数のＤＣ－ＤＣ変換器を備えていてもよい。高アンペア数のＤＣ－ＤＣ変換器システムは、少なくとも一部はここに開示された効率、向上されたサイズ、切替速度、改善された散熱、およびトポロジに基づいて、設計されてもよい。
いくつかの実施形態において、図２３Ａおよび図２３Ｂに示す構成およびレイアウトは、パッケージ２３０１および２３５１無しで装置に配置され得る。例えば、各ＤＣ－ＤＣ変換器２３０３、２３０５、および２３０７は、個別パッケージであってもよい。
複数電力段構成
図２４Ａは、多重電力段２４０３Ａ～２４０３Ｃを有するＤＣ－ＤＣ変換器２４００を示す。ＰＷＭコントローラは、複数の電力段にパルス幅変調された信号を提供するために使用されてもよく、各電力段は、ドライバおよび１つまたは複数のスイッチを有していてもよい。２つ以上のＤＣ－ＤＣ変換器電力段は、単一のＰＷＭコントローラを共有してもよい。図２４に示すトポロジは、図２３Ａおよびズ２３Ｂに関して示され説明されたように、例えば、ここで検討された技術および原理のいくつかの実施において使用されてもよい。他の図において既に示されたＤＣ－ＤＣ変換器２４００のいくつかの部分（フィードバックシステムなど）は存在していてもよいが図２４Ａにおいては示されていない。ＤＣ－ＤＣ変換器２４００は、出力キャパシタ１１１、パッケージ２４０１、集積回路（ＩＣ）チップ２４１３、ドライバ１１７Ａ～１１７Ｃ、パルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラ１１９、スイッチ（例えば、ｅＧａＮスイッチ）２４０５Ａ～２４０５Ｃ、およびインダクタ１３１Ａ～１３１Ｃを備えていてもよい。
いくつかの実施形態において、ＩＣ２４１３は、ＰＷＭコントローラ１１９を含んでいてもよい。しかし、ＰＷＭコントローラ１１９は、他の実施形態におけるＩＣ２４１３の一部である必要はない。ＰＷＭコントローラ１１９は、パッケージ２４０１とは分離されているか、または、パッケージ２４０１の外側にあってもよく、異なる電力段２４０３Ａ～２４０３Ｃにおけるドライバ１１７Ａ～１１７Ｃの各々へ位相がずれたＰＷＭ信号を提供してもよい。例えば、３つの電力段について、ＰＷＭ信号は、互いに１２０度位相がずれていてもよい。いくつかの実施形態において、ＰＷＭコントローラ１１９は、パッケージ２４０１におけるＰＣＢとは分離されているか、または、ＰＣＢの外側にあってもよいが、パッケージ２４０１に依然として含まれている。いくつかの実施形態において、ＰＷＭコントローラ１１９は、パッケージ２４０１の一部であってもよい。
パッケージ２４０１は、複数の電力段２４０３Ａ～２４０３Ｃを含んでいてもよい。各電力段２４０３Ａ～２４０３Ｃは、パッケージのＰＣＢに埋め込まれたチップである集積回路を備えていてもよい。代替の実施形態として、２４０３Ａ～２４０３Ｃなどの複数の電力段は、点線２４０４により示されるように１つの集積回路に含まれていてもよい。
各電力段２４０３Ａ～２４０３Ｃは、それぞれ示したようなドライバ１１７Ａ～１１７Ｃおよびスイッチ２４０５Ａ～２４０５Ｃを備えていてもよい。各電力段２４０３Ａ～２４０３Ｃは、各インダクタ１３１Ａ～１３１Ｃと連結されていてもよい。電力段２４０３Ａ～２４０３Ｃは、並列に構成されていてもよい。ＤＣ－ＤＣ変換器２４００の電流容量は、電力段２４０３Ａ～２４０３Ｃおよびインダクタ１３１Ａ～１３１Ｃの各並列分岐における電流容量の合計であってもよい。
図２４Ｂは、ＤＣ－ＤＣ変換器２４００におけるインダクタ１３１Ａ～１３１Ｃの例示的レイアウトを示す。ＰＷＭコントローラ１１９は、簡単化のために図２４Ｂに示していない。３つのインダクタ１３１Ａ～１３１Ｃは、フットプリント２４２３Ａ～２４２３Ｃをそれぞれ有していてもよく、これらのフットプリントは、パッケージ２４０１のフットプリント内に含まれていてもよい。インダクタのフットプリントは、集積回路チップ２４０４および／または電力段２４０３Ａ～３４０３Ｃのいずれかのフットプリントに重なっていてもよい。図２４Ｂは、縮尺通りではないが、どのようにインダクタフットプリントがレイアウトされ、パッケージ２４０１のフットプリントの大部分および／または実質的部分を占有し得るかを示す。いくつかの実施形態において、インダクタは、パッケージ封止の物理的内部に在るのではなくパッケージ２４０１に連結されてもよい。例えば、インダクタは、パッケージの最上表面に連結され、および／または、最上表面から突出ていてもよい。例えば、図２４Ａに示すパッケージ２４０１は、点線２４０２において終了してもよい。
例示的側方断面図
図２５は、ＤＣ－ＤＣ変換器の例示的側面図２５００を示す。ＤＣ－ＤＣ変換器は、ＰＣＢ２５０１、インダクタ２５０３、キャパシタ２５０５、チップ埋め込み型ＰＷＭコントローラ２５０７、チップ埋め込み型ドライバ２５０９、チップ埋め込み型スイッチ２５１１、およびビア２５１３を備えている。
インダクタ２５０３およびキャパシタ２５０５は、ＰＣＢ２５０１の外部でもよい。インダクタは、ビア２５１３によってスイッチ２５１１と連結されていてもよい。
ＰＷＭコントローラ２５０７は、第１集積回路（図示）または第１チップ埋め込み型集積回路（図示せず）に在ってもよい。いくつかの実施形態において、ＰＷＭコントローラ２５０７は、パッケージ２５０１の外部に在ってもよい。第１集積回路は、シリコンなどの任意の半導体材料に基づいていてもよく、ｅＧａＮＩＣであってもよい。
ドライバ２５０９は、第２チップ埋め込み型集積回路に在ってもよい。第２集積回路は、シリコンなどの任意の半導体材料に基づいていてもよく、ｅＧａＮＩＣであってもよい。
スイッチ２５１１は、第２チップ埋め込み型集積回路または第３チップ埋め込み型集積回路などのチップ埋め込み型集積回路に在ってもよい。集積回路は、シリコンなどの任意の半導体材料に基づいていてもよく、ｅＧａＮＩＣであってもよい。
いくつかの実施形態において、第２集積回路は、ドライバ２５０９およびスイッチ２５１１の双方を備えるモノリシックのＩＣであってもよい。いくつかの実施形態において、ドライバ２５０９およびスイッチは、別個のＩＣに在ってもよい。いくつかの実施形態において、ＰＷＭコントローラ２５０７、ドライバ２５０９、およびスイッチ２５１１は、モノリシックのＩＣ（例えば、ｅＧａＮＩＣ）に在ってもよい。いくつかの実施形態において、ＰＷＭコントローラ２５０７は、ここで検討したように、ドライバ２５０９およびスイッチ２５１１の複数のセットを駆動してもよい。
インダクタ飽和の防止
同じ物理サイズのインダクタについて、比較的高い飽和限度を有するように構成されたインダクタは、上昇された直流抵抗（ＤＣＲ）も有していてもよい。インダクタは、ＤＣＲを上層させずに比較的高い飽和限度を有するように設計されてもよいが、インダクタの物理サイズは上層する。例えば、１０Ａの限度および１５Ａの飽和限度について規定された第１インダクタは、４ミリオームのＤＣＲを有していてもよい。第２インダクタ（第１インダクタと同じ物理的サイズである）は、１０Ａの電流定格およびたった３ミリオームのＤＣＲを備えていてもよいが、第２インダクタは、１３Ａの比較的低い飽和限度を有する。一方の特性（ＤＣＲまたはサイズ）を他方のために犠牲にすることなく、効率を向上するため、および、インダクタ飽和のリスクにより設計原理を犯すことなく効率を向上するために、比較的小さい物理サイズと比較的低いＤＣＲとの双方と共にインダクタ（図１のインダクタ１３１など）を使用することが望ましい可能性がある。飽和インダクタは、比較的低いインダクタンスを提供することができ、入力および出力ポート間の意図しない短絡としても作用し得る。したがって、インダクタ飽和を防止するため、いくつかの場合には比較的大きいインダクタンスと比較的大きい飽和限度とを有する比較的大きいインダクタを、上昇されたＤＣＲにもかかわらず使用して、インダクタが飽和しないことを確実にすることができる。例えば、インダクタは、１０Ａに格付けされてもよいが、インダクタは、ピーク電流が１１．５Ａであるように３０％のＡＣリップルを経験することができ、飽和限度に影響した温度変化に曝されてもよい。したがって、様々な操作可能な条件の下でインダクタ飽和を回避するために、１０Ａのインダクタは、１５Ａまたは２０Ａの飽和限度を有するように設計されて飽和バッファまたは誤差限界を提供してもよい。いくつかの設計では、バッフアは、インダクタが選択されてＤＣ－ＤＣ変換器の電流出力格付けの二倍の飽和格付けを有するように、広い温度範囲に亘るなど最悪のシナリオのために設計されている。しかしながら、このような設計は、インダクタの少なくとも物理的なサイズおよび／またはＤＣＲを上昇する可能性がある。
いくつかの実施形態において、比較的低いＤＣＲを有するインダクタは、インダクタ飽和の影響を被ることなく効率を向上させるために使用されてもよい。例えば、１０Ａの出力電流に格付けされたＤＣ－ＤＣ変換器は、１１Ａ、１０．５Ａ、１０．２５Ａ、１０．１Ａなどに格付けされたインダクタを使用することができる。いくつかの場合には、インダクタは、定格電流と、その定格電流よりも高くてもよい飽和定格を有していてもよい。ＤＣ－ＤＣ変換器は、インダクタのまたはＤＣ－ＤＣ変換器の定格電流よりも０％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、７５％、または１００％高い、または、これらの間の任意の値、または、これらの値の任意の組み合わせにより規定される任意の範囲の飽和限度を有するインダクタを備えていてもよいが、いくつかの実施においてこれらの範囲外の値を使用することができる。
ＤＣ－ＤＣ変換器は、過電流保護システムを含んでいてもよい。図１に示すように、比較器１３９の第１入力部は、電流源１３７に連結されていてもよく、電流源１３７は、過電流限度を設定するための基準として使用されてもよい。Ｉ２Ｃおよび／またはＰＭＢＵＳ（図２に関して説明される）は、電流源１３７の出力電流をトリムおよび／または調節するために使用されてもよい。したがって、過電流限度は、設定および／または調節され得る。比較器１３９の出力は、故障論理および過電流保護（ＯＣＰ）回路１４１に提供されてもよい。
比較器１３９は、インダクタ１３１が飽和限度に近づくか飽和限度である場合に検出され得る。電流源１３７は、比較のための基準電流を提供するように作用してもよい。電流源１３７は、（例えば、ＰＭＢＵＳまたは他の制御通信線を介して）トリムされおよび／または制御されて基準電流を調整することができる。閾値基準値は、異なるインダクタ１３１のために調整されてもよく、（図示しない温度計からの信号に応じていてもよい）異なる温度に亘っていてもよい。過電流事象（例えば、比較器１３９により説明されるような）に応答して、故障論理１４１は、過電流保護回路を起動してもよい。これにより、例えば、ＰＷＭコントローラおよび／またはドライバによって（または直接）スイッチ１２３を開け、スイッチ１２７を閉じることができ、または、過剰電圧もしくは電流が出力部に到達することを防止する。過電流保護が検出されなくなると（いくつかの実施形態においてヒステリシスにより）、スイッチ１２３および１２７は、通常動作を再開することができる。
いくつかの例示的実施形態において、５０％、２５％、１５％、１０％、５％、２．５％、または１％未満、または、これらの間の任意の値、または、これらの値の任意の組み合わせにより規定される任意の値のバッファルームが設定されてもよいが、いくつかの実施においてはこれらの範囲外のバッファ量が使用されてもよい。低バッフアルームは、広い範囲の温度条件に亘っても使用され得る。例えば、１０Ａの格付けされたＤＣ－ＤＣ変換器は、１０．５Ａ飽和限度（例えば、５％のバッフア）を有するインダクタを使用してもよく、－４０°Ｃ～＋１２５°Ｃの範囲の温度条件下で動作してもよい。他の例示的な最小から最大の温度範囲の他の例は、０°Ｃ～１００°Ｃ、１０°Ｃ～９０°Ｃ、２５°Ｃ～７５°Ｃなどを含んでいてもよい。温度範囲の他の例は、少なくとも５０°Ｃの変動、少なくとも７５°Ｃの変動、少なくとも１００°Ｃの変動、少なくとも１２５°Ｃの変動、少なくとも１５０°Ｃの変動、少なくとも１６５°Ｃの変動、および少なくとも１７５°Ｃの変動を含んでいてもよい。
過電流検出および保護機能は、様々な条件の下で行われてもよい。例えば、過電流検出および保護は、ＤＣ－ＤＣ変換器に含まれる各インダクタのあめにキャリブレーションされてもよい。ＰＭＢＵＳ（または任意の他の適切な制御通信プロトコルまたは物理層）を介したＩ２Ｃ通信は、インダクタ用の基準電流１３７を調整またはキャリブレーションするために使用され得る。いくつかの実施形態において、ルックアップテーブルまたは他のメモリ構造は、インダクタ１３１のための温度プロファイルを格納することができ、適切な基準電流を比較器１３９へ提供するために電流源１３７を停止する。
ＡＣ－ＤＣおよび他のタイプの電力変換器
ここに記載の教示および原理は、ＤＣ－ＤＣ変換器のみではなく、任意の種類の電力変換器に適用されてもよい。ＤＣ－ＡＣ変換器、ＡＣ－ＤＣ変換器、およびＡＣ－ＡＣ変換器も、ここに開示された教示および原理を使用することができる。例えば、図２６Ａは、ＡＣ－ＤＣ変換器の例示的ブロック図２６００を示す。ＡＣ－ＤＣ変換器２６００は、ＡＣ入力電圧を提供し、ＤＣ出力電圧を提供するように構成されている。ＡＣ－ＤＣ変換器２６００は、フィルタ２６０１、分離回路２６０３、整流回路２６０５、および／または平滑器および／または出力フィルタ２６０７を備えていてもよい。
フィルタ２６０１は、周波数範囲（例えば、５０～６０Ｈｚ）範囲内で電圧信号を通過させるように構成されたバンドパスフィルタであってもよい。フィルタは、１つまたは複数のスイッチ、インダクタ、および／またはキャパシタを備えていてもよい。いくつかの実施形態において、フィルタ２６０１は省略されていてもよい。
分離回路２６０３は、直接的な導電経路がＡＣ入力ポートとＤＣ出力ポートとの間に無いように、ＡＣ入力ポートをＤＣ出力ポートから電気的に絶縁するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、分離回路は、ＡＣ信号がＤＣ信号へ変換された後、出力部へ向かうなどの異なる場所に配置されてもよい。例えば、インダクタＬ１およびＬ２は、電流（例えば、インダクタＬ１を通して変化する電流（ＡＣ））が、インダクタＬ２に磁場を生成し介入させ、それにより、インダクタＬ２を通して電流（例えば、変化する電流（ＡＣ））を誘発するように、電磁的に連結されてもよい。インダクタＬ１およびＬ２は、比較的高いＡＣ電圧を比較的低いＡＣ電圧へ降圧するために変圧器を提供することができる。いくつかの実施形態において、変圧器（例えば、分離回路２６０３）は、入力ＡＣ電圧が低減される必要が無い場合などは省略されてもよい。
整流器２６０５は、ダイオード２６０９および／または能動スイッチ２６１１の構造を含み得る。ハーフブリッジ整流器、フルブリッジ整流器、単相整流器、多相整流器、能動整流器などを含む様々な種類の整流器トポロジが使用されてもよい。能動整流器は、１つまたは複数の能動スイッチ２６１１を備えていてもよい。いくつかの実施形態において、ダイオードブリッジは、ＡＣ信号をパルスＤＣ信号に変換するために使用されてもよい。スイッチ２６１１は、能動的に制御されてもよい。いくつかの実施形態において、ＰＷＭコントローラが含まれていてもよく、ＰＷＭ信号をスイッチ２６１１へ提供してもよい。
平滑器および／または出力フィルタ２６０７は、ＬＣネットワークを備えていてもよい。ＬＣネットワークは、インダクタＬ３およびキャパシタＣ１を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、インダクタＬ３は省略されていてもよい。平滑器および／または出力フィルタ２６０７は、貯蔵キャパシタを含んでいてもよく、貯蔵キャパシタは、パルスＤＣ信号をより平滑なＤＣ信号に平滑化することができる。
ここに記載の技術は、図２６ＡにおけるＡＣ－ＤＣ変換器の種々の構成要素に印加されてもよい。例えば、能動スイッチ２６１１、能動スイッチ２６１１のための任意の制御システム（例えば、ＰＷＭコントローラ）、およびダイオード２６０９などの回路要素の任意の組み合わせは、チップ埋め込み型集積回路に含まれていてもよく、ビアを介してインダクタＬ１、Ｌ２、および／またはＬ３と連結されてもよい。フィルタ２６０１、分離回路２６０３、整流器２６０５、および平滑器＆出力フィルタ２６０７などのＡＣ－ＤＣ変換器の任意の機能的段階は、１つのチップ埋め込み型集積回路に含まれていてもよく、または、任意の数のチップ埋め込み型集積回路に含まれていてもよい。インダクタ（Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３など）またはキャパシタ（Ｃ１、または貯蔵キャパシタなど）のいずれかは、（例えば、少なくとも部分的にまたは完全に重なるように）埋め込み型回路（例えば、集積回路）の情報に積層されてもよく、１つまたは複数のビアにより集積回路に連結されてもよい。物理的レイアウトは、図３に関して検討した技術を含んでいてもよい。ここに開示されたフィードバックおよび制御技術のいずれかも適用されてもよい。
図２６Ｂは、ＡＣ－ＤＣ変換器の例示的実施形態を示す。ＡＣ－ＤＣ変換器は、入力ＡＣ信号（例えば、Ｖｉｎ）を受信してもよい。任意で、変圧器２６０３などの電圧変更回路は、入力ＡＣ信号の電圧レベルを変更することができる。例えば、変圧器２６０３は、入力ＡＣ電圧を低減されたＡＣ電圧に降圧するように構成されていてもよい。変圧器２６０３は、ここで検討したように、２つのインダクタを備えていてもよい。変圧器２６０３は、いくつかの実施形態において省略されてもよい。ＡＣ－ＤＣ変換器は、整流回路２６０５を含んでいてもよく、この整流回路２６０５は、ＡＣ信号をパルスＤＣ信号へ変換するように構成されてもよい。図２６Ｂに示す実施形態において、フルブリッジ整流回路（例えば、４つのダイオードを備える）を使用することができる。ダイオードブリッジ、半波整流器、全波整流器、ハーフブリッジ整流器など様々なタイプの整流回路を使用することができる。いくつかの実施形態において、整流回路は、１つまたは複数のダイオードを含み得る。ＡＣ－ＤＣ変換器は、平滑回路２６０７を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、平滑回路２６０７は、（図２６Ｂから分かるような）キャパシタを備えていてもよく、このキャパシタは、貯蔵キャパシタとして使用されてもよい。いくつかの実施形態において、平滑回路は、インダクタを備えていてもよく、または、インダクタおよびキャパシタの双方を含むＬＣ回路を備えていてもよい。平滑回路２６０７は、パルスＤＣ信号をより安定したＤＣ電圧（Ｖｏｕｔ）を生成するように平滑化することができる。出力ＤＶ電圧（Ｖｏｕｔ）は、（例えば、ここでは抵抗器として示す）装置における１つまたは複数の負荷へ電流を供給するために使用されてもよい。
図２６Ｃは、ＡＣ－ＤＣ変換器の例示的実施形態を示す。任意の変圧器２６０３は、ここで検討したように（例えば、２つのインダクタを有する）変圧器を備えていてもよい。いくつかの実施形態において、整流回路２６０５は、１つまたは複数のスイッチ２６２２を備えていてもよく、これらはＡＣ信号を整流するために（例えば、パルスＤＣ信号を生成するために）電流を許可およびブロックするように駆動されてもよい。スイッチ２６２２は、ＭＯＳＦＥＴスイッチであってもよい。スイッチ２６２２は、ｅＧａＮスイッチであってもよい。スイッチ２６２２は、ＡＣ信号と同期されてもよい。いくつかの実施形態において、ＰＷＭコントローラ２６２６および／またはドライバ２６２４は、スイッチ２６２２を駆動するために使用されてもよい。ここで開示された他の実施形態と同様のフィードバックシステム２６２８が使用されてもよい。いくつかの実施形態において、ダイオードおよびスイッチの組み合わせは、ＡＣ－ＤＣ変換器における整流回路のために使用されてもよい。平滑回路２６０７は、ここで検討されたように、電圧を平滑化するために使用されてもよく、キャパシタおよび／またはおよびインダクタを含んでいてもよい。
いくつかの実施形態において、整流回路２６０５は、ここに記載のように、ＰＣＢに埋め込みされていてもよい。整流回路２６０５は、１つまたは複数の集積回路（ＩＣ）に在ってもよい。例えば、チップ埋め込み型回路２６４０（例えば、１つまたは複数のＩＣ）は、ＰＷＭコントローラ２６２６、ドライバ２６２４、および１つまたは複数のスイッチ２６２２の任意の組み合わせを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、フィードバックシステム２６２８の一部または全ては、埋め込み型回路２６４０（例えば、１つまたは複数のＩＣ上において）の一部であってもよい。いくつかの実施形態において、ＰＷＭ請求項コントローラ２６２６は省略されていてもよい。いくつかの場合には、例示的ＰＷＭコントローラは、ここで検討されたのと同様に、複数のＡＣ－ＤＣ変換器のために使用されてもよい。埋め込み型回路２６４０は、１つまたは複数のダイオードを含んでいてもよく、このダイオードは、ＡＣ信号をパルスＤＣ信号へ変換するように構成されてもよい。１つまたは複数のインダクタおよび／またはキャパシタ（例えば、変圧器２６０３および／または平滑回路の一部を形成する）は、ＰＣＢの外側に配置されてもよく、また、１つまたは複数のビアにより埋め込み型回路と電気的に連結されてもよい。１つまたは複数のインダクタおよび／またはキャパシタは、少なくとも部分的にまたは完全に埋め込み型回路のフットプリントに重なっていてもよい。例えば、ＡＣ－ＤＣ変換器は、図３と同様であってもよく、ここで、構成要素３１５は、埋め込み型回路（例えば、ＩＣ）２６４０である。
ここで開示される電力変換器は、ＤＣ－ＡＣ変換器、ＡＣ－ＤＣ変換器、ＡＣ－ＡＣ変換器、および図２６Ａ、図２６Ｂ、および図２６Ｃにおける例を含めて、ＤＣ－ＤＣ変換器に関連して提供される原理および開示に全体または一部が基づいてチップ埋め込みされていてもよい。
追加の実施形態
理解を助けるため、いくつかの実施形態は、電圧値、サイズ、周波数、電流、位置など例示的値を参照して説明される。しかしながら、本開示は、ここに開示される値に限定されることを意図しない。例えば、ＤＣ－ＤＣ変換器に関連する電圧範囲は、任意の電圧範囲を含んでいてもよい。様々な実施形態は、任意の範囲の入力電圧および任意の範囲の出力電圧を使用することができ、＋１２Ｖから－５ＶのＤＣ－ＤＣ変換器など、正の電圧と負の電圧との間の変換を含む。様々な実施形態は、任意の電流値を同様に使用することができ、２００アンペアを超える非常に高い電流値を含む。様々な実施形態は、異なる位置および／または向きに在る構成要素の構造を有していてもよい。例えば、ここに開示の集積回路のいずれかは、フェイスアップまたはフェイスダウンであってもよい。いくつかの例は、Ｉ２Ｃおよび／またはＰＭＢＵＳなどの特定の通信システムを開示するが、通信システム、または他のプロトコルおよび／または物理的層設計を使用することができる。他の実施形態は、例えば、シリアルバスＩＤ（ＳＶＩＤ）、アダプティブ電圧スケーリング・バス（ＡＶＳｂｕｓ）などを使用することができる。ここで開示のコントローラは、デジタル実施、アナログ実施、およびハイブリッド実施などの様々な方法で実施されてもよい。いくつかのＤＣ－ＤＣ変換器パッケージまたはＰＣＢは、キャパシタまたはそれに対するキャパシタを備えていない。いくつかのＤＣ－ＤＣ変換器パッケージまたはＰＣＢは、キャパシタおよび／またはそれに連結されたキャパシタ無しであってもよく、インダクタおよび／またはキャパシタは、パッケージまたはＰＣＢに後に追加されてもよい。いくつかの実施形態は、ＡＣ連結であってもよい。図１３Ａおよび１３Ｂにおけるインダクタ１２１１、１２１５のペア１２１５は、単一のコアを共有するインダクタであってもよい。いくつかの例示的システムは、例示的フィードバック制御方式に関連して説明されたが、ここに開示の電力変換器は、任意のフィードバック制御方式を使用してもよい。電力変換器は、平均電流、ピークモード、バレーモード、エミュレーテッド電流などに基づく電流モード制御方式、先縁／立ち上がりエッジ、駆動エッジ、デュアルエッジなどに基づく電圧モード制御方式、常時オン時間、常時オフ時間などを使用することができる。フィードバックシステムは、ヒステリシスを備えていてもよい。
電力変換器は、図２２に関連して説明されたＩｏＴ装置などの種々の装置に給電するために使用されてもよい。ここで検討された図２２に示すＣＰＵ２２０５、および任意の他のコントローラ、プロセッサなどは、１つのハードウエアプロセッサ、または処理情報のためのバスで連結されてもよい複数のハードウエアプロセッサであってもよい。ＣＰＵ、プロセッサ、コントローラなどは、例えば、１つまたは複数の汎用プロセッサであってもよい。
ＣＰＵ、プロセッサ、コントローラなどは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２２０７、キャッシュおよび／または他の動的格納装置などの主記憶装置と連結されてもよく、情報およびプロセッサ２２０５により実行される指示のためのバスと連結されていてもよい。ＲＡＭも、ＣＰＵ２２０５により実行されることになる指示の実行中に一時的変数または他の中間情報を格納するために使用されてもよい。このような指示は、プロセッサ２２０５にアクセス可能な記憶媒体に格納される場合、コンピュータシステムを指示において特定された動作を行うようにカスタマイズされた特殊目的の機械にする。任意の適した種類のコンピュータ読み取り可能なメモリを使用することができる。
電気システム２２０１、またはここに開示された他のシステムは、ユーザーに情報を表示するためのディスプレイ（例えば、ブラウン管（ＣＲＴ）またはＬＣＤ表示またはタッチスクリーン）などの装置２２１１を備えていてもよい。装置２２１１の他の例は、プロセッサ２２０５への情報およびコマンド選択肢の通信のための英数字および他のキーを含む入力装置を含む。別の種類の装置２２１１は、プロセッサ２２０５へ方向情報およびコマンド選択肢を通信するため、および、ディスプレイ上でカーソルの動きを制御するためのマウス、トラックボール、またはカーソル方向キーなどのカーソル制御装置である。この入力装置は、典型的には、２つの軸、第１軸（例えば、ｘ）および第２軸（例えば、ｙ）における２つの自由度を有し、これにより、装置は面における位置を特定することができる。いくつかの実施形態において、同じ方向情報およびカーソル制御などのコマンド選択肢は、カーソル無しでタッチスクリーンリーンにおける接触を受信することにより実施されてもよい。
電気システム２２０１、またはここに開示の他のものは、ユーザーインターフェースモジュールを備えて、ＧＵＩを実施してもよく、ＧＵＩは、１つまたは複数の演算装置により実行される実行可能なソフトウエアコードとして大容量記憶装置に格納され得る。これらのモジュールは、例えば、ソフトウエア構成要素、オブジェクト指向のソフトウエア構成要素、クラス構成要素およびタスク構成要素、プロセス、機能、特徴、手順、サブルーチン、プログラムコードのセグメント、ドライバ、ファームウェア、マイクロコード、回路、データ、データベース、データ構造、テーブル、アレイ、および変数などの構成要素を備えていてもよい。
一般に「モジュール」という用語は、本願で使用される場合、ハードウエアまたはファームウェアに組み込まれたた論理、または、ソフトウエア指示の集合のことを指し、例えば、Ｊａｖａ、Ｌｕａ、ＣまたはＣ＋＋などの、プログラミング言語で記載された入口および出口点を有している可能性がある。ソフトウエアモジュールは、動的リンクライブラリにインストールされた、実行可能プログラムにコンパイルされてリンクされてもよく、または、例えば、ＢＡＳＩＣ、Ｐｅｒｌ、またはＰｙｔｈｏｎなどの翻訳されたプログラミング言語で書き込まれてもよい。ソフトウエアモジュールは他のモジュールまたはそれら自身から呼び出されてもよく、および／または、検出されたイベントまたは中断に応じて起動されてもよいことが分かる。演算装置における実行のために構成されたソフトウエアモジュールは、コンパクトディスク、デジタルビデオディスク、フラッシュドライブ、磁気ディスク、または任意の他の有形媒体などのコンピュータ読取可能媒体において、または、ダウンロードデジタルとして（および、実行の前にインストール、解凍、または解号を必要とする、圧縮されて、または、インストール可能なフォーマットで元々格納されていてもよい）提供されもよい。このようなソフトウエアコードは、一部または全てが、演算装置による実行のための、実行演算装置の記憶装置に格納されていてもよい。ソフトウエア指示は、ＥＰＲＯＭなどのファームウェアに組み込まれてもよい。さらに、ハードウエアモジュールは、ゲートおよびフリップフロップなどの接続された論理ユニットを備えていてもよく、および／または、プログラム可能なゲートアレイまたはプロセッサなどのプログラム可能なユニットから成っていてもよいことが分かる。ここに機能的に記載のモジュールまたは演算装置は、ソフトウエアモジュールとして好ましくは実施されるがハードウエアまたはファームウェアで表されていてもよい。一般に、ここに記載のモジュールは、論理モジュールを指し、論理モジュールは、他のモジュールと組み合わせられてもよく、または、その物理的組織または記憶部に関わらずサブモジュールに分割されてもよい。
電気システム２２０１、またはここに記載の他のシステムは、カスタマイズされた配線論理、１つまたは複数のＡＳＩＣまたはＦＰＧＡ、コンピュータシステムとの組み合わせで（例えば、電気システム２２０１の）特定目的機械にするかまたはプログラムするファームウェアおよび／またはプログラムロジックを使用してここに記載の技術を実施することができる。一実施形態によると、本願における技術は、主記憶装置２２０７に含まれる、１つまたは複数のシーケンスの１つまたは複数の指示を実施する１つまたは複数のプロセッサ２２０５に応答して、電気システム２２０１により行われる。このような指示は、格納装置などの別の記憶媒体から主記憶装置２２０７に読み込まれてもよい。主記憶装置２２０７に含まれる指示のシーケンスの実施により、１つまたは複数のプロセッサ２２０５は、本願に記載の特徴を実施またはプロセス動作を実施することができる。代替の実施形態において、配線回路は、ソフトウエア指示の代わりに、またはそれに組み合わせて使用されてもよい。
非一時的なコンピュータ読取可能媒体を使用することができる。特定の方法で機械に動作させるデータおよび／または指示を記憶する任意の媒体を使用することができる。このような非一時的な媒体は、不揮発性媒体および／または揮発性媒体を含んでいてもよい。揮発性媒体は、主記憶装置２２０７などの動的メモリを含む。非一時的な媒体の一般的な形態としては、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、固体素子、磁気テープ、または任意の他の磁気データ記憶媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、任意の他の光学データ記憶媒体、ホールのパターンを有する任意の物理媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、およびＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、およびそのネットワーク化されたバージョンが挙げられる。
非一時的な媒体は、送信媒体とは異なっていてもよいが伝送媒体と共に使用されてもよい。伝送媒体は、非一時的な媒体間で情報を伝送することに寄与し得る。例えば、伝送媒体は、バスを含む配線を含む、同軸ケーブル、銅線、およびファイバー光学を含んでいてもよい。伝送媒体は、ラジオ波および赤外線データ通信の間に生成されるような、音波または光波の形態をとってもよい。
無線通信システム２１０３は、ネットワーク２２１３に連結される２方向データ通信を提供してもよい。例えば、無線通信システム２１０３は、種々のタイプの情報を表すデジタルデータストリームを担持する電気、電磁、または光学の信号を送信および受信することができる。代替として、いくつかの場合には、無線通信システム２１０３は、一方向通信（例えば、情報の受信または送信）を提供してもよい。
ネットワーク２２１３は、典型的には、１つまたは複数のネットワークを介して他のデータ装置へのデータ通信を提供する。例えば、ネットワーク２２１３は、インターネット・サービス・プロバイダにより操作されるデータ装置またはホストコンピュータへローカルネットワークを通した接続を提供してもよい。またＩＳＰは、現在は一般的に「インターネット」と称されるワールドワイドパケットデータ通信ネットワークを介したデータ通信サービスを提供する。

Claims (23)

  1. プリント基板（ＰＣＢ）を備え、プリント基板は、
    下部プリント基板（ＰＣＢ）部分と、
    上部プリント基板（ＰＣＢ）部分とを備え、
    前記下部ＰＣＢ部分と前記上部ＰＣＢ部分との間の埋め込み型回路とを備え、前記埋め込み型回路は、
    １つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されたドライバと、
    前記１つまたは複数のドライバ信号により駆動されるように構成された１つまたは複数のスイッチとを備え、前記ドライバは少なくとも１ＭＨｚの周波数で前記１つまたは複数のスイッチをトグルし、前記１つまたは複数のスイッチは、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチ、および第４スイッチを含み、
    前記上部ＰＣＢ部分を通って延びる１つまたは複数のビアと、
    前記上部ＰＣＢ部分に位置決めされた第１インダクタとを備え、
    前記１つまたは複数のビアは、前記第１インダクタを前記埋め込み型回路に電気的に連結し、
    前記第１インダクタのフットプリントが前記埋め込み型回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なり、
    第２インダクタと、
    キャパシタと、
    前記埋め込み型回路に連結された入力ポートであって、入力電圧を受信するように構成された入力ポートと、
    前記第１インダクタと前記第２インダクタとに連結された出力ポートであって、前記入力電圧とは異なる出力電圧を提供するように構成された出力ポートとを備え、
    前記出力電圧は、前記第１インダクタと前記第２インダクタにエネルギーを充填または放出させる前記１つまたは複数のスイッチに少なくとも部分的に基づき、
    前記第１スイッチは、前記入力ポートに連結された第１端と、前記キャパシタにより前記第１インダクタの第１端に連結された第２端とを有し、
    前記第２スイッチは、前記第１インダクタの前記第１端に連結された第１端を有し、
    前記キャパシタは、ＡＣ連結キャパシタとして前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間に直列に連結され、
    前記第３スイッチは、前記キャパシタおよび前記第１スイッチの前記第２端に連結された第１端と、前記第２インダクタの第１端に連結された第２端とを有し、
    前記第４スイッチは、前記第３スイッチの前記第２端および前記第２インダクタの前記第１端に連結された第１端とを有し、
    前記第２スイッチの第２端は、前記第４スイッチの第２端に連結され、
    前記第１インダクタの第２端と前記第２インダクタの第２端は、前記出力ポートに連結されている、電力変換器。
  2. 請求項１に記載の電力変換器であって、
    前記ドライバは１ＭＨｚ～１５ＭＨｚの周波数で前記１つまたは複数のスイッチをトグルする、電力変換器。
  3. 請求項１または２に記載の電力変換器であって、
    前記１つまたは複数のスイッチは、第１エンハンスト窒化ガリウム（ｅＧａＮ）スイッチと第２エンハンスト窒化ガリウム（ｅＧａＮ）スイッチを含む、電力変換器。
  4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
    前記電力変換器は、電流量を処理するように構成され、
    前記電力変換器が電流量のアンペア数当たり０．１ｍｍ２～１０ｍｍ２であるフットプリント領域を有する、電力変換器。
  5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
    前記埋め込み型回路は、前記第１インダクタまたは前記第２インダクタを通る電流リップルをエミュレートする信号を生成するように構成されたランプ波発生器を備える、電力変換器。
  6. 請求項５に記載の電力変換器であって、
    前記ランプ波発生器は、前記第１インダクタまたは前記第２インダクタを通る前記電流リップルをエミュレートする前記信号を生成するように構成され、少なくとも、
    前記入力電圧を示す第１入力部と、
    前記出力電圧を示す第２入力部と、
    前記第１インダクタまたは前記第２インダクタのインダクタンス値を示す第３入力部と、
    前記１つまたは複数のスイッチの切替信号の第４入力部とを用いる、電力変換器。
  7. 請求項５または６に記載の電力変換器であって、
    前記ランプ波発生器は、
    少なくとも部分的に前記入力電圧に基づいて電流を生成するように構成された第１電流源と、
    少なくとも部分的に前記出力電圧に基づいて電流を生成するように構成された第２電流源と、
    前記１つまたは複数のドライバ信号の少なくとも１つを受信するように構成された第１ランプ波発生器スイッチであって、前記第１電流源と連結された第１ランプ波発生器スイッチと、
    前記１つまたは複数のドライバ信号の少なくとも１つを受信するように構成された第２ランプ波発生器スイッチであって、前記第２電流源と連結された第２ランプ波発生器スイッチと、
    前記第１ランプ波発生器スイッチおよび前記第２ランプ波発生器スイッチと連結されたキャパシタとを備える、電力変換器。
  8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
    前記電力変換器は、
    電流が前記キャパシタを通って前記第１インダクタに流れ、前記キャパシタが充填してエネルギーを蓄積する第１動作状態と、
    前記キャパシタがエネルギーを放出して電流を前記第２インダクタに流す第２動作状態とを有する、電力変換器。
  9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
    前記電力変換器は、前記電力変換器の入力部と出力部との間の直接的な電気的接続を絶縁するように構成された絶縁トポロジで構成された、電力変換器。
  10. 請求項９に記載の電力変換器であって、
    前記絶縁トポロジは、前記第１インダクタを通る変更電流が前記第２インダクタにおける変更電流を誘発するように構成された前記第１インダクタおよび前記第２インダクタを含む変圧器を備える、電力変換器。
  11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
    前記埋め込み型回路は、１つまたは複数のＰＷＭ信号を生成するように構成されたパルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラを備え、
    前記ＰＷＭコントローラは、前記ドライバと連結され、
    前記ドライバは、少なくとも部分的に前記ＰＷＭ信号に基づいて１つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されている、電力変換器。
  12. 請求項１～１１のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
    前記第１インダクタおよび前記埋め込み型回路の一方は、前記第１インダクタおよび前記埋め込み型回路の他方のフットプリントに完全に含まれるフットプリントを有する、電力変換器。
  13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
    前記第２インダクタは前記上部プリント基板（ＰＣＢ）部分に位置し、
    前記１つまたは複数のビアは前記第２インダクタを前記埋め込み型回路に電気的に連結し、
    前記第２インダクタのフットプリントが前記埋め込み型回路のフットプリントに少なくとも部分的に重なる、電力変換器。
  14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
    前記第１インダクタおよび前記第２インダクタは、互いに位相をずらして駆動される、電力変換器。
  15. 請求項１～１４のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
    前記第１インダクタは、コアの周囲の第１巻き線を備え、
    前記第２インダクタは、同じコアの周囲の第２巻き線を備える、電力変換器。
  16. 請求項８に記載の電力変換器であって、
    前記第１動作状態において、前記第１スイッチはオン、前記第２スイッチはオフ、および前記第３スイッチはオフであり、
    前記第２動作状態において、前記第３スイッチはオンおよび前記第４スイッチはオフである、電力変換器。
  17. 請求項１～１６のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
    前記電力変換器の出力を調整するための制御信号を受信するように構成された通信インターフェースをさらに備える、電力変換器。
  18. 請求項１７に記載の電力変換器であって、
    前記第１インダクタまたは前記第２インダクタを通る電流リップルをエミュレートする信号を生成するように構成されたランプ波発生器を有するフィードバックシステムをさらに備え、
    前記フィードバックシステムは、前記通信インターフェースを介して受信されるコマンドに応じて前記ランプ波発生器をトリムするように構成されている、電力変換器。
  19. 請求項１７または１８に記載の電力変換器であって、
    前記通信インターフェースは電源管理バス（ＰＭＢＵＳ）を備える、電力変換器。
  20. 請求項１７～１９のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
    前記通信インターフェースは、集積回路間（Ｉ２Ｃ）プロトコルを実施するように構成される、電力変換器。
  21. 請求項１７～１９のいずれか一項に記載の電力変換器であって、
    前記通信インターフェースは前記埋め込み型回路と同じパッケージにおける無線通信システムを備える、電力変換器。
  22. 複数の電力変換器を備え、前記複数の電力変換器の各々は、請求項１～２１のいずれか一項に記載の電力変換器による電力変換器である電力供給システムであって、
    複数のＰＷＭ信号を生成するように構成された共用パルス幅変調器（ＰＷＭ）コントローラとを備え、
    前記ＰＷＭコントローラは、前記複数の電力変換器の前記ドライバと連結されて、前記複数のＰＷＭ信号を前記電力変換器の対応する前記ドライバへ送り、
    前記ドライバは、少なくとも部分的に前記ＰＷＭ信号に基づいて前記１つまたは複数のドライバ信号を生成するように構成されている、電力供給システム。
  23. 請求項１～２１のいずれか一項に記載の電力変換器による第１電力変換器を備える電力供給システムであって、
    前記第１電力変換器と並列に連結された第２電力変換器と、
    電流平衡のために前記第１電力変換器の出力と前記第２電力変換器の出力とを調節するように構成された制御システムとをさらに備える、電力供給システム。
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