開關(guān)器件補(bǔ)償電路的制作方法

專利名稱：開關(guān)器件補(bǔ)償電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請討論的實(shí)施例涉及開關(guān)器件補(bǔ)償電路。
背景技術(shù)：
近年來，節(jié)約能源成為各個領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注對象，例如電源領(lǐng)域也不例外。更具體地，例如產(chǎn)生了進(jìn)一步提高開關(guān)電源效率的需要。現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)提出了輸出效率超過90%的開關(guān)電源，但是要進(jìn)一步提高效率時， 現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀是趨于極限，這例如是因為電源中使用的開關(guān)晶體管(開關(guān)器件)所消耗的功率成為了瓶頸。人們認(rèn)為，由于使用開關(guān)晶體管造成瓶頸的原因是稱為晶體管導(dǎo)通電阻的寄生電阻成分，特別是處于晶體管電流輸入側(cè)端子的成分，以及在晶體管每個端子之間觀察到的電容成分。首先，歸因于處于晶體管電流輸入側(cè)端子的寄生電阻成分的問題當(dāng)晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)時發(fā)生。也就是說，當(dāng)晶體管導(dǎo)通，允許電流流經(jīng)晶體管時，由于晶體管的導(dǎo)通電阻以及根據(jù)歐姆定律的電流，該導(dǎo)通電阻導(dǎo)致在晶體管的載流端子之間產(chǎn)生電壓。這里，因為晶體管消耗的功率等于流經(jīng)晶體管的電流與晶體管的載流端子之間產(chǎn)生的電壓的乘積，所以該功率不是像開關(guān)電源的輸出一樣可重新獲得的功率，而是在晶體管中轉(zhuǎn)換為熱量，造成功率損耗。其次，歸因于在晶體管每個端子之間觀察到的電容成分的問題當(dāng)在晶體管的導(dǎo)通 /截止操作期間電流和電壓突然變化時發(fā)生。即，在晶體管的導(dǎo)通/截止操作期間，在晶體管每個端子之間觀察到的電容充電和放電。此外，當(dāng)晶體管的開關(guān)操作啟動時，電容的充電/放電導(dǎo)致晶體管的電壓與電流之間開關(guān)操作時間的延遲。電容越大，時間延遲越長。結(jié)果，在電流完全變成零之前施加電壓，并且在此期間，功率損耗發(fā)生，就像在歸因于處于晶體管電流輸入側(cè)端子的寄生電阻成分的問題的情況中一樣。通常，在開關(guān)電源中將場效應(yīng)晶體管(FET)用作開關(guān)器件，這種晶體管的典型實(shí)例是使用硅材料的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管。對于這種類型的MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體(半導(dǎo)體))晶體管，上述功耗已經(jīng)成為嚴(yán)重的問題。為了降低功率損耗，已經(jīng)研發(fā)了不使用硅、而是使用化合物半導(dǎo)體的晶體管用于開關(guān)電源。因為與硅相比，很多化合物半導(dǎo)體具有更大的電子遷移率和更大的互導(dǎo)，所以優(yōu)點(diǎn)不僅是可以降低導(dǎo)通電阻，而且在晶體管每個端子之間觀察到的電容也小。但是，在使用化合物半導(dǎo)體的場效應(yīng)晶體管的穩(wěn)態(tài)開關(guān)操作中電特性會根據(jù)環(huán)境溫度或根據(jù)所施加的電流和電壓而變化；例如，晶體管的閾值電壓會顯著變化。更具體地，通常希望用于開關(guān)電源的η溝道晶體管的閾值電壓為正，但是對于使用化合物半導(dǎo)體的晶體管，根據(jù)操作狀況或操作環(huán)境，閾值電壓會遷移到負(fù)側(cè)。在晶體管的開關(guān)操作期間，這種使用化合物半導(dǎo)體的場效應(yīng)晶體管的閾值電壓在負(fù)方向上的遷移發(fā)生；據(jù)說這種現(xiàn)象在很大程度上取決于從被認(rèn)為存在于半導(dǎo)體表面、半導(dǎo)體-半導(dǎo)體界面以及半導(dǎo)體-絕緣體界面的電子俘獲電平的電子充電/放電，但是目前， 還不能完全理解原因細(xì)節(jié)，也不能完全控制操作。晶體管閾值電壓的變化不僅在化合物半導(dǎo)體晶體管(例如氮化鎵高電子遷移率晶體管(GaN HEMT))中發(fā)生，而且或多或少在各種其他晶體管(例如傳統(tǒng)MOS晶體管)中發(fā)生。根據(jù)這里描述的任意一個實(shí)施例的開關(guān)器件補(bǔ)償電路廣泛適用于各種開關(guān)器件， 包括化合物半導(dǎo)體晶體管(例如GaN HEMT)和場效應(yīng)晶體管(例如M0SFET)。此外應(yīng)當(dāng)理解，待控制的開關(guān)器件并不限于在開關(guān)電源中用作開關(guān)器件的晶體管，也可包括用于各種其他電子電路的開關(guān)器件。在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了各種類型的開關(guān)電源設(shè)備，它們使用場效應(yīng)開關(guān)晶體管，并通過在輕負(fù)載周期降低損耗來提高效率。專利文獻(xiàn)1 國際公開小冊子第WO 2005/078910號

因此，實(shí)施例一個方面的目的是提供一種用于降低與開關(guān)器件相關(guān)聯(lián)的功耗的開關(guān)器件補(bǔ)償電路。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)實(shí)施例的一方面，開關(guān)器件補(bǔ)償電路通過向開關(guān)器件的控制端子施加控制脈沖來進(jìn)行開關(guān)控制。開關(guān)器件補(bǔ)償電路包括第一閾值電壓變化檢測單元、第一控制信號產(chǎn)生單元以及幅度控制單元。第一閾值電壓變化檢測單元從經(jīng)由開關(guān)器件控制的輸出電壓檢測開關(guān)器件的閾值電壓變化。第一控制信號產(chǎn)生單元根據(jù)第一閾值電壓變化檢測單元的輸出產(chǎn)生第一控制信號。幅度控制單元根據(jù)第一控制信號產(chǎn)生單元的輸出控制所述控制脈沖的幅度。


圖1是方框圖，示出開關(guān)電源設(shè)備的一個實(shí)例；圖2A、圖2B、圖2C和圖2D是示意圖(第一部分)，用于說明在圖1的開關(guān)電源設(shè)備中開關(guān)器件的閾值電壓怎樣變化；圖3A、圖3B、圖3C和圖3D是示意圖(第二部分)，用于說明在圖1的開關(guān)電源設(shè)備中開關(guān)器件的閾值電壓怎樣變化；圖4A、圖4B和圖4C是示意圖，用于說明圖1的開關(guān)電源設(shè)備的操作；圖5是方框圖，示出采用本實(shí)施例的開關(guān)器件補(bǔ)償電路的開關(guān)電源設(shè)備的一個實(shí)例；圖6是電路圖，示出圖5的開關(guān)電源設(shè)備的具體實(shí)例；圖7是電路圖，具體示出包含在圖6的開關(guān)電源設(shè)備中的可變增益放大器；圖8A和圖8B是方框圖，用于說明圖7的可變增益放大器的修改實(shí)例；圖9A和圖9B是示意圖，用于說明圖6的開關(guān)電源設(shè)備中的采樣單元；圖10是電路圖，示出圖9A的采樣單元的一個實(shí)例；圖11A、圖IlB和圖IlC是示意圖，用于說明圖6的開關(guān)電源設(shè)備的操作；
圖12是方框圖，示出圖5的開關(guān)電源設(shè)備的修改實(shí)例；以及圖13是方框圖，示出采用圖5的開關(guān)電源設(shè)備的電機(jī)設(shè)備的一個實(shí)例
具體實(shí)施例方式在詳細(xì)描述開關(guān)器件補(bǔ)償電路的實(shí)施例之前，先參照圖1、圖2A至圖2D、圖3A至圖3D以及圖4A至圖4C描述開關(guān)電源設(shè)備的一個實(shí)例。圖1是方框圖，示出作為降壓開關(guān)電源設(shè)備的開關(guān)電源設(shè)備(電源電路)的一個實(shí)例。在圖1中，標(biāo)記101是開關(guān)晶體管(開關(guān)器件)，102是電流檢測阻抗器件(阻抗器件)，103是二極管(二極管器件)。此外，標(biāo)記104是電感器(電感器件)，105是電容器 (平滑電容器件)，106是負(fù)載電阻器。另一方面，標(biāo)記107是分壓器，108是基準(zhǔn)電源，109是電壓/相位補(bǔ)償器，110是鋸齒波信號源，111是比較器和脈沖發(fā)生器，112是置位/復(fù)位(SR)鎖存電路，113是柵極驅(qū)動器。此外，標(biāo)記114是柵極驅(qū)動器IC，115是時鐘電源，116是輸入電源，117是誤差放大器。如圖1所示，在降壓開關(guān)電源設(shè)備中，提供輸入電壓Vin的輸入電源116的正極端子例如連接到開關(guān)晶體管101的漏極，輸入電源116的負(fù)極端子接地。開關(guān)晶體管101的源極連接到阻抗器件102的一端，阻抗器件102的另一端連接到二極管103的陽極以及電感器104的一端。二極管103的陰極接地，而電感器104的另一端連接到電容器105的一端以及提供輸出電壓Vout的輸出電壓端子。電容器105的另一端接地，而負(fù)載電阻器106連接在輸出電壓端子與地之間。這里，提供阻抗器件102以檢測電流(線圈電流)IL，電流IL經(jīng)由開關(guān)晶體管101 流向電感器104，此外通過檢測器124檢測阻抗器件102兩端產(chǎn)生的電壓。分壓器107由串聯(lián)電阻器171、172構(gòu)成，連接在輸出電壓(Vout)端子與地之間， 誤差放大器117將分壓器107的輸出電壓與基準(zhǔn)電源108的電壓進(jìn)行比較，以反饋控制輸出電壓Vout。誤差放大器117通過將加在它正極輸入端(同相輸入端)的基準(zhǔn)電源108的電壓與加在它負(fù)極輸入端(反相輸入端)的在分壓器107中電阻器171與172之間分出的電壓之間的差放大，從而產(chǎn)生輸出，并且誤差放大器117的輸出被提供給電壓/相位補(bǔ)償器109。這里，電路被配置為使得誤差放大器117的輸出經(jīng)由電壓/相位補(bǔ)償器109被提供給比較器和脈沖發(fā)生器111，但是在替代性構(gòu)造中，可將電壓/相位補(bǔ)償器109插入與其并聯(lián)的誤差放大器117的負(fù)極輸入端子與輸出端子之間。也就是說，電壓/相位補(bǔ)償器109是用于通過補(bǔ)償誤差放大器117的輸出的信號的電壓和相位，調(diào)節(jié)期望的輸出電壓的時間變化速度的裝置，并且可以以多種方式來實(shí)施電路。除了電壓/相位補(bǔ)償器109的輸出之外，還提供檢測器124的輸出和鋸齒波信號源110的輸出作為比較器和脈沖發(fā)生器111的輸入，檢測器124檢測阻抗器件102兩端產(chǎn)生的電壓，鋸齒波信號源110產(chǎn)生脈沖波。比較器和脈沖發(fā)生器111對各種輸入信號進(jìn)行比較(進(jìn)行加減運(yùn)算)并產(chǎn)生指定的脈沖信號。將比較器和脈沖發(fā)生器111產(chǎn)生的脈沖信號施加到SR鎖存電路112的復(fù)位端子(R)。這里，將專用時鐘電源115的輸出施加到SR鎖存電路112的置位端子(S)，以操作SR鎖存電路112。結(jié)果，SR鎖存電路112的Q輸出端產(chǎn)生具有適當(dāng)占空比的脈沖信號， 并且該脈沖信號被提嗯供給柵極驅(qū)動器113。柵極驅(qū)動器113的輸出被提供給開關(guān)晶體管101的柵極，以控制開關(guān)晶體管101 的漏極與源極之間流動的電流的導(dǎo)通和截止。在圖1中，開關(guān)晶體管101的源極以及地線連接到柵極驅(qū)動器113。這里，當(dāng)將化合物半導(dǎo)體晶體管(例如GaN HEMT)或場效應(yīng)晶體管(例如M0SFET) 用作開關(guān)晶體管(開關(guān)器件)時，晶體管的閾值電壓可能根據(jù)環(huán)境溫度或根據(jù)所施加的電流和電壓而變化。圖2A、圖2B、圖2C和圖2D，圖3A、圖3B、圖3C和圖3D是示意圖，用于說明在圖1 的開關(guān)電源設(shè)備中開關(guān)器件的閾值電壓怎樣變化。圖2A至圖2D示出閾值電壓Vth在正方向上變化的情況，圖3A至圖3D示出閾值電壓Vth在負(fù)方向上變化的情況。雖然圖2A至圖2D以及圖3A至圖3D都示出對于將η溝道MOS晶體管或GaN HEMT 用作開關(guān)器件的情況，閾值電壓Vth中的變化，但是應(yīng)當(dāng)理解，對于其他類型的開關(guān)器件， 根據(jù)環(huán)境溫度或根據(jù)施加的電壓等等，其閾值電壓會以類似的方式變化。首先，參照圖2Α至圖2D描述開關(guān)器件(開關(guān)晶體管的閾值電壓Vth)在正方向上變化的情況。圖2Α示出對于開關(guān)晶體管的各種柵極至源極電壓Vgs，漏極至源極電壓Vds與漏極至源極電流Ids之間的關(guān)系(IV特性)；這里，標(biāo)記LLl表示負(fù)載線。圖2C示出當(dāng)開關(guān)晶體管的閾值電壓是Vth 11時，Vgs與Ids之間的關(guān)系，標(biāo)記CL11 表示此時開關(guān)晶體管的特性曲線。標(biāo)記PAl表示電壓幅度為Vpl的控制脈沖，其被施加到開關(guān)晶體管的柵極。圖2D示出當(dāng)開關(guān)晶體管的閾值電壓在正方向上改變AVthl，從圖2C的Vthll變?yōu)閂thl2時，Vgs與Ids之間的關(guān)系，標(biāo)記CL12表示此時開關(guān)晶體管的特性曲線。由圖2C與圖2D之間的比較明顯可見，當(dāng)閾值電壓在正方向上改變AVthl時，通過將其初始特性曲線CLll在正方向上移動AVthl給出變化之后開關(guān)晶體管的特性曲線 CL12。如圖2D所示，當(dāng)閾值電壓在正方向上改變八竹111，從￥讓11變?yōu)椋ぷ?2時，源極至漏極電流Ids減少Aldsl。此外，如圖2B所示，對于每個柵極至源極電壓Vgs，源極至漏極電壓Vds增加給定量(例如當(dāng)Vgs = IOV時增加AVdsl)。也就是說，在圖1的開關(guān)電源設(shè)備中，如果在操作期間開關(guān)器件的閾值電壓Vth例如在正方向上變化，就變得難以通過控制脈沖PAl來將輸出電壓控制為期望的電壓值，并且與開關(guān)器件相關(guān)聯(lián)的功率損耗增加。下面參照圖3A至圖3D描述開關(guān)晶體管的閾值電壓Vth在負(fù)方向上變化的情況。圖3B示出對于開關(guān)晶體管的各種柵極至源極電壓Vgs，漏極至源極電壓Vds與漏極至源極電流Ids之間的關(guān)系(IV特性)；這里，標(biāo)記LL2表示負(fù)載線。圖3D示出當(dāng)開關(guān)晶體管的閾值電壓為Vth21 (例如Vth21 = 0V)時Vgs與Ids之間的關(guān)系，標(biāo)記CL21表示開關(guān)晶體管此時的特性曲線。標(biāo)記PA2表示施加到開關(guān)晶體管的柵極的電壓幅度為Vp2的控制脈沖。圖3C示出當(dāng)開關(guān)晶體管的閾值電壓在負(fù)方向上改變AVth2，從圖3D的Vth21變?yōu)閂th22時，Vgs與Ids之間的關(guān)系，標(biāo)記CL22表示開關(guān)晶體管此時的特性曲線。這里，上文給出以說明閾值電壓Vth在正方向上變化的情況的圖2A、圖2B、圖2C 和圖2D分別對應(yīng)于這里給出以說明閾值電壓Vth在負(fù)方向上變化的情況的圖3A、圖3B、圖 3C和圖3D，雖然它們之間用于畫圖的尺度不同。

由圖3D與圖3C之間的比較明顯可見，當(dāng)閾值電壓在負(fù)方向上改變AVth2時，通過將其初始特性曲線CL21在負(fù)方向上移動AVth2給出變化之后開關(guān)晶體管的特性曲線 CL22。這意味著，例如即使沒有向開關(guān)晶體管的柵極施加控制脈沖PA2時(即Vgs = 0V)，開關(guān)晶體管也導(dǎo)通，并且漏極至源極電流Ids流動(不截止)，如圖3A所示。也就是說，在圖1的開關(guān)電源設(shè)備中，如果操作期間開關(guān)器件的閾值電壓Vth例如在負(fù)方向上變化，那么功率損耗增加并且輸出效率顯著下降。換言之，開關(guān)晶體管中的溫升會變得過度，最終可能導(dǎo)致開關(guān)晶體管損壞。圖4A、圖4B和圖4C是示意圖，用于說明圖1的開關(guān)電源設(shè)備的操作，并示出通過以正弦波方式在+5V與-5V之間改變閾值電壓Vth獲得的仿真結(jié)果。圖4A示出閾值電壓 Vth隨時間T的變化，圖4B示出在這種情況下漏極至源極電流Ids隨時間T的變化，圖4C 示出輸出電壓Vout隨時間T的變化。如圖4A至圖4C所示，當(dāng)閾值電壓Vth如圖4A所示變化時，漏極至源極電流Ids 如圖4B所示變化，輸出電壓Vout如圖4C所示變化。也就是說，當(dāng)開關(guān)器件的閾值電壓Vth在正方向上變化時，不可能通過具有恒定電壓幅度(Vpl)的控制脈沖PAl來導(dǎo)通開關(guān)器件，從而導(dǎo)致這樣的情況不可能流通電流 Ids0當(dāng)開關(guān)器件的閾值電壓Vth在負(fù)方向上變化時，通過具有恒定電壓幅度(Vp2)的控制脈沖PA2，開關(guān)器件總是導(dǎo)通，從而導(dǎo)致這樣的情況電流Ids持續(xù)流動。通過這種方式，當(dāng)開關(guān)器件的閾值電壓Vth在正方向或負(fù)方向上變化時，不可能將輸出電壓Vout保持在期望的電壓(例如大約40V)，并且輸出電壓Vout變化顯著，超過 100%。此外，由于開關(guān)器件所致的功率損耗增加，并且有可能引起開關(guān)器件損壞。下面參照附圖詳細(xì)描述開關(guān)器件補(bǔ)償電路的實(shí)施例。圖5是方框圖，示出作為降壓開關(guān)電源設(shè)備的開關(guān)電源設(shè)備(電源電路)的一個實(shí)例，它采用本實(shí)施例的開關(guān)器件補(bǔ)償電路。在圖5中，標(biāo)記1是開關(guān)晶體管(開關(guān)器件)，2是電流檢測阻抗器件(阻抗器件)， 3是二極管(二極管器件)。標(biāo)記4是電感器(電感器件)，5是電容器(平滑電容器件)， 6是負(fù)載電阻器，7是分壓器。此外，標(biāo)記8是基準(zhǔn)電源(第一基準(zhǔn)電源)，9是電壓/相位補(bǔ)償器(第一電壓/ 相位補(bǔ)償器)，10是鋸齒波信號源(第一鋸齒波信號源)，11是比較器和脈沖發(fā)生器(第一比較器和脈沖發(fā)生器)，16是輸入電源。標(biāo)記17是誤差放大器(第一誤差放大器)，18是濾波器(第一濾波器)，19是緩沖放大器(第一緩沖放大器)，20是轉(zhuǎn)換器(第一轉(zhuǎn)換器)，21是可變增益放大器，22是基準(zhǔn)電源(第二基準(zhǔn)電源)，24是檢測器。此外，標(biāo)記23是鋸齒波信號源(第二鋸齒波信號源)，25是采樣單元，26是誤差放大器(第二誤差放大器)，27是比較器和脈沖發(fā)生器(第二比較器和脈沖發(fā)生器)，28是開關(guān)，29是DC電壓電平電源。由圖5與之前給出的圖1之間的比較明顯可見，圖5的降壓開關(guān)電源設(shè)備與圖1的電源設(shè)備區(qū)別在于包括用于補(bǔ)償要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的幅度的電路。如圖5所示，在降壓開關(guān)電源設(shè)備中，提供輸入電壓Vin的輸入電源16的正極端子例如連接到開關(guān)晶體管1的漏極，輸入電源16的負(fù)極端子接地。開關(guān)晶體管1的源極連接到阻抗器件2的一端，阻抗器件2的另一端連接到二極管3的陽極以及電感器4的一端。二極管3的陰極接地，而電感器4的另一端連接到電容器5的一端以及提供輸出電壓Vout的輸出電壓端子。電容器5的另一端接地，負(fù)載電阻器6連接在輸出電壓端子與地之間。這里，為了在開關(guān)電源設(shè)備中實(shí)現(xiàn)同步整流，可以用開關(guān)操作可控的晶體管代替二極管(二極管器件)3。設(shè)置阻抗器件2以檢測經(jīng)由開關(guān)晶體管1流向電感器4的電流(線圈電流)IL，通過檢測器24來檢測阻抗器件2兩端產(chǎn)生的電壓。由串聯(lián)連接的電阻器71和72構(gòu)成的分壓器7連接在輸出電壓(Vout)端子與地之間，誤差放大器17將分壓器7的輸出電壓與基準(zhǔn)電源8的電壓進(jìn)行比較，以反饋控制輸出電壓Vout。誤差放大器17通過將加在它正極輸入端(同相輸入端)的基準(zhǔn)電源8的電壓與加在它負(fù)極輸入端(反相輸入端)的在分壓器7中電阻器71與72之間分出的電壓之間的差放大，產(chǎn)生輸出，并且誤差放大器17的輸出被提供給電壓/相位補(bǔ)償器9。這里，電路被配置為使得誤差放大器17的輸出經(jīng)由電壓/相位補(bǔ)償器9被提供給比較器和脈沖發(fā)生器111和濾波器18這兩者，但是在替代性構(gòu)造中，可將電壓/相位補(bǔ)償器9插入與其并聯(lián)的誤差放大器17的負(fù)極輸入端子與輸出端子之間。也就是說，電壓/相位補(bǔ)償器9是用于通過補(bǔ)償誤差放大器17輸出的信號的電壓和相位，調(diào)節(jié)期望的輸出電壓的時間變化速度的裝置，并且可以以各種方式來實(shí)施電路。更具體地，除了將電壓/相位補(bǔ)償器9插入誤差放大器17的輸出端之外，各種其他實(shí)施方式也可以；例如，可將其插入與其并聯(lián)的誤差放大器17的負(fù)極輸入端子與輸出端子之間，或者，可將其插入地線與誤差放大器17的負(fù)極輸入端子之間。電壓/相位補(bǔ)償器9的輸出被提供給濾波器18以及比較器和脈沖發(fā)生器11的一個輸入端，比較器和脈沖發(fā)生器11的另一個輸入端連接到產(chǎn)生脈沖波的鋸齒波信號源10 的輸出端。比較器和脈沖發(fā)生器11的輸出被提供給可變增益放大器21，另一方面，通過電壓 /相位補(bǔ)償器9和濾波器18的誤差放大器17的輸出被緩沖放大器19放大，然后經(jīng)由轉(zhuǎn)換器20被提供給可變增益放大器21。這里，濾波器18、緩沖放大器19和轉(zhuǎn)換器20 —起對應(yīng)于產(chǎn)生第一控制信號的第一控制信號產(chǎn)生單元，第一控制信號用于調(diào)節(jié)要經(jīng)由可變增益放大器21提供給開關(guān)晶體管1 的柵極的控制脈沖的幅度。根據(jù)從 關(guān)電源設(shè)備的輸出電壓Vout檢測的開關(guān)晶體管1的閾值電壓中的變化， 第一控制信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生第一控制信號，用于調(diào)節(jié)要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的幅度。這意味著，例如通過第一控制信號產(chǎn)生單元(轉(zhuǎn)換器20)的輸出調(diào)節(jié)提供給可變增益放大器21的比較器和脈沖發(fā)生器11的輸出的幅度(要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的幅度)。另一方面，通過檢測器24檢測的、在阻抗器件2兩端產(chǎn)生的電壓被提供給采樣單元25 (后述)，而采樣單元25的輸出被施加到誤差放大器26的正極輸入端子。誤差放大器26將與施加到它負(fù)極輸入端子的基準(zhǔn)電源22的輸出與提供給它正極輸入端子的采樣單元25的輸出之間的差相對應(yīng)的差電壓放大，并將差電壓提供給比較器和脈沖發(fā)生器27。比較器和脈沖發(fā)生器27也被供以鋸齒波信號源23的輸出，并且比較器和脈沖發(fā)生器27的輸出被用于控制連接到DC電壓電平電源29的開關(guān)28的開合。這里，基準(zhǔn)電源22、鋸齒波信號源23、誤差放大器26以及比較器和脈沖發(fā)生器27
一起對應(yīng)于第二控制信號產(chǎn)生單元。第二控制信號產(chǎn)生單元根據(jù)從流經(jīng)開關(guān)晶體管1的電流(在阻抗器件2兩端產(chǎn)生的電壓)檢測的開關(guān)晶體管1的閾值電壓的變化產(chǎn)生第二控制信號。第二控制信號用于調(diào)節(jié)要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的幅度。更具體地，根據(jù)第二控制信號產(chǎn)生單元的輸出(比較器和脈沖發(fā)生器27的輸出)， 通過控制開關(guān)28來調(diào)節(jié)要施加到可變增益放大器21的DC電壓電平(用于要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的偏移電壓)。本實(shí)施例的開關(guān)器件補(bǔ)償電路并不限于應(yīng)用于降壓開關(guān)電源設(shè)備中使用的開關(guān)晶體管，而是廣泛適用于使用閾值電壓會變化的開關(guān)器件的各種電路。晶體管的閾值電壓變化(改變)意味著或者(1)在驅(qū)動晶體管的柵極電壓下期望的電流不流動；或者(2)在柵極的導(dǎo)通/截止操作過程中流經(jīng)晶體管的電流(Ids)不變成零。首先，當(dāng)晶體管(開關(guān)晶體管1)的閾值電壓從初始狀態(tài)在正方向上移動時，在很多情況下發(fā)生上述情況(1)。為了校正這種情況，例如只需要在正方向上移動晶體管的DC 柵極電壓，以增加要施加到晶體管柵極的脈沖電壓(控制脈沖的幅度)。第一控制信號產(chǎn)生單元實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)；也就是說，通過使輸出通過濾波器18、緩沖放大器19和轉(zhuǎn)換器20，從誤差放大器17 (電壓/相位補(bǔ)償器9)的輸出產(chǎn)生第一控制信號， 并且該第一控制信號被提供給可變增益放大器21的增益調(diào)節(jié)端子。這里，開關(guān)電源設(shè)備的輸出電壓Vout被分壓器7分壓，分壓后的電壓被提供給誤差放大器17，在那里與基準(zhǔn)電源8的輸出電壓進(jìn)行比較。在這種情況下，如果輸出電壓Vout不等于期望電壓，則誤差放大器17的輸出電壓不變成零，而是產(chǎn)生一定電平的輸出電壓。誤差放大器17的這種輸出電壓電平不與閾值電壓Vth成比例。
因此，設(shè)置轉(zhuǎn)換器20，以將誤差放大器17的輸出電壓電平轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)闹?，并且轉(zhuǎn)換器20的輸出被用于控制可變增益放大器21的增益，從而控制要提供給開關(guān)晶體管1 的控制脈沖的幅度。因此，開關(guān)晶體管1被控制為使得流經(jīng)開關(guān)晶體管1的電流Ids保持在適當(dāng)?shù)闹怠?br>
通過這種方式，根據(jù)開關(guān)電源設(shè)備的輸出電壓Vout，第一控制信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生第一控制信號，用于調(diào)節(jié)要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的幅度。當(dāng)然，除了通過轉(zhuǎn)換器20控制可變增益放大器21的增益之外，還可以通過改變要提供給開關(guān)晶體管ι的柵極的控制脈沖的DC電壓電平來調(diào)節(jié)偏移電壓。其次，當(dāng)晶體管(開關(guān)晶體管1)的閾值電壓從初始狀態(tài)在負(fù)方向上移動時，在很多情況下發(fā)生上述情況(2)。為了校正這種情況，例如只需要在負(fù)方向上移動晶體管的DC 柵極電壓，使得當(dāng)施加到晶體管的柵極的脈沖電壓為OV時沒有任何DC電流流動。也就是說，當(dāng)提供給晶體管的柵極的控制脈沖的電壓為OV時，監(jiān)測晶體管的漏極電流Ids的DC分量，并進(jìn)行控制使得電流一直保持為零。第二控制信號產(chǎn)生單元實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)；也就是說，通過誤差放大器26進(jìn)行比較，以觀察采樣單元25輸出的信號是否等于期望的信號電平(基準(zhǔn)電源的輸出電壓)，并且將誤差放大器26的輸出提供給比較器和脈沖發(fā)生器27。比較器和脈沖發(fā)生器27從誤差放大器26的輸出以及鋸齒波信號源23的輸出產(chǎn)生第二控制信號，并通過第二控制信號控制開關(guān)28的開合。這里，開關(guān)28用于控制要提供給可變增益放大器21的DC電壓的電平，并選擇DC 電壓電平電源29兩端的一個電壓或另一個電壓，將選擇的電壓提供給可變增益放大器21。檢測器24檢測阻抗器件2兩端產(chǎn)生的電壓，通過采樣單元25提取檢測器24輸出的信號的DC分量(保底值)。通過這種方式，第二控制信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生第二控制信號，用于根據(jù)阻抗器件2 兩端產(chǎn)生的電壓，即流經(jīng)晶體管1的電流Ids，調(diào)節(jié)要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的DC電壓電平。圖6是電路圖，示出圖5的開關(guān)電源設(shè)備的具體實(shí)例；這里，以具體電路的形式分別描述電壓/相位補(bǔ)償器9、濾波器18、轉(zhuǎn)換器20、可變增益放大器21等。在圖6的電路中，電壓/相位補(bǔ)償器9并非置于誤差放大器17后面，而是插入在誤差放大器17的負(fù)極輸入端子與輸出端子之間。如圖6所示，電壓/相位補(bǔ)償器9包括電阻器91與電容器92的串聯(lián)以及電容器 93，它們都插入在誤差放大器17的負(fù)極輸入端子與輸出端子之間。電壓/相位補(bǔ)償器9調(diào)節(jié)期望輸出電壓的時間變化速度，從而控制開關(guān)電源設(shè)備，使得設(shè)備的整體操作不會變得不穩(wěn)定。電壓/相位補(bǔ)償器9可以以各種方式實(shí)現(xiàn)；例如，可將其放置在誤差放大器17的輸出端與比較器和脈沖發(fā)生器11的輸入端之間，如圖5所示，或者，可將其插入在地線與誤差放大器17的負(fù)極輸入端子之間。濾波器18包括電感器181和電容器182，并具有使得誤差放大器17的輸出信號接近DC值的功能。濾波器18的輸出端連接到緩沖放大器19的負(fù)極輸入端(緩沖放大器 19的正極輸入端接地)，通過緩沖放大器19如此調(diào)節(jié)的濾波器18的輸出電平被提供給轉(zhuǎn)換器20。例如可將轉(zhuǎn)換器20構(gòu)造為使用場效應(yīng)晶體管的電壓轉(zhuǎn)換電路，并包括放大器 201、晶體管202和電阻器203。轉(zhuǎn)換器20將經(jīng)由濾波器18和緩沖放大器19提供的誤差放大器17的輸出轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)碾妷夯螂妷汉瘮?shù)，并將這樣轉(zhuǎn)換的輸出提供給可變增益放大器21的增益調(diào)節(jié)端子。可變增益放大器21包括電阻器R1、R2、R3和R4以及放大器210。電阻器R3是可變電阻器，其電阻值由轉(zhuǎn)換器20 (第一控制信號產(chǎn)生單元)的輸出控制，從而調(diào)節(jié)比較器和脈沖發(fā)生器11的輸出的幅度，也就是要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的幅度。連接到可變增益放大器 21的是比較器和脈沖發(fā)生器11的輸出端子、DC電壓電平電源29的負(fù)電勢端子以及開關(guān)28的開關(guān)端子，開關(guān)28的開關(guān)端子選擇DC電壓電平電源 29的正電勢端子或負(fù)電勢端子進(jìn)行連接。這里，DC電壓電平電源29的負(fù)電勢端子連接到開關(guān)晶體管1的源極，因此DC電壓電平電源29的電壓與開關(guān)晶體管1的源極電壓Vs電勢相同。此外，在比較器和脈沖發(fā)生器27的輸出的控制下，開關(guān)28選擇DC電壓電平電源 29的負(fù)電勢(開關(guān)晶體管1的源極電壓Vs)或正電勢，選擇的DC電壓電平被提供給可變增益放大器21。開關(guān)28的開關(guān)端子經(jīng)由電阻器R4連接到放大器210的正極輸入端，放大器210 的輸出端連接到開關(guān)晶體管1的柵極。電阻器R2連接在放大器210的負(fù)極輸入端子與輸出端子之間，在比較器和脈沖發(fā)生器11的輸出的控制下，電阻器R3的電阻值可變；類似地，在轉(zhuǎn)換器20 (放大器201)的輸出的控制下，電阻器R4的電阻值可變。這里，通過受比較器和脈沖發(fā)生器27的輸出(來自第二控制信號產(chǎn)生單元的第二控制信號)控制的開關(guān)28，通過改變要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的DC電壓電平來調(diào)節(jié)偏移電壓。如下文參照圖7所述，也可以通過第二控制信號產(chǎn)生單元的輸出(第二控制信號)，控制作為可變電阻器的電阻器R4的電阻值來調(diào)節(jié)偏移電壓。圖7是電路圖，具體示出包含在圖6的開關(guān)電源設(shè)備中的可變增益放大器。如圖7 所示，可變增益放大器21包括電阻器Rl、R2、R3和R4以及放大器210，電阻器R3和R4是可變電阻器。這里，經(jīng)由端子215提供給放大器210的正極輸入端子的信號(即比較器和脈沖發(fā)生器11的輸出信號)的幅度例如是根據(jù)可變電阻器R3的電阻值來調(diào)節(jié)，可變電阻器R3 的電阻值受經(jīng)由端子214提供的轉(zhuǎn)換器20(第一控制信號產(chǎn)生單元)的輸出控制。通過這種方式，調(diào)節(jié)經(jīng)由端子211輸出并提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的幅度。另一方面，經(jīng)由端子213施加的DC電壓電平例如是根據(jù)可變電阻器R4的電阻值來調(diào)節(jié)，可變電阻器R4的電阻值受比較器和脈沖發(fā)生器27(第二控制信號產(chǎn)生單元)的輸出控制。通過這種方式，調(diào)節(jié)經(jīng)由端子211輸出并提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的偏移電壓?？勺冊鲆娣糯笃?1的具體電路構(gòu)造及其控制方法可以以多種方式修改；例如，在前面參照圖6所述的實(shí)例中，通過開關(guān)28直接控制經(jīng)由端子2 13提供的DC電壓電平。在圖6的實(shí)例中，將開關(guān)晶體管1的源極電壓Vs提供給端子216。圖8A和圖8B是方框圖，用于說明圖7的可變增益放大器的修改實(shí)例。如上所述， 可變增益放大器21配置為能夠同時調(diào)節(jié)要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的幅度 (增益)以及其偏移電壓(DC電壓電平)這兩者。

但是，可以利用獨(dú)立的電路模塊實(shí)現(xiàn)這些功能，如圖8A和圖8B所示。這里，標(biāo)記 21a是用于調(diào)節(jié)控制脈沖的幅度的可變增益放大器模塊，21b是用于調(diào)節(jié)控制脈沖的偏移電壓的DC電壓電平校正模塊(電平改變電路)。也就是說，如圖8A所示，輸入信號Sin例如首先可通過根據(jù)控制信號CSa調(diào)節(jié)增益的可變增益放大器模塊21a，然后通過根據(jù)控制信號CSb調(diào)節(jié)DC電壓電平的DC電壓電平校正模塊21b?；蛘呷鐖D8B所示，輸入信號Sin例如首先可通過根據(jù)控制信號CSb調(diào)節(jié)DC電壓電平的DC電壓電平校正模塊21b，然后通過根據(jù)控制信號CSa調(diào)節(jié)增益的可變增益放大器模塊21a。也就是說，通過利用相同或獨(dú)立的電路模塊，可以同時或獨(dú)立地按照任何順序調(diào)節(jié)要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的幅度(增益)以及其偏移電壓(DC電壓電平)。圖9A和圖9B是示意圖，用于說明圖6的開關(guān)電源設(shè)備中的采樣單元；圖9A是采樣單元的方框圖，圖9B是用于說明采樣單元的操作的示意圖。如圖9A所示，采樣單元25包括AC分量提取單元51、整流單元52、電壓平滑單元 53、加法器54和55以及電壓平均單元56。AC分量提取單元51從輸入信號Sl (即檢測器24的輸出信號)提取AC分量，并將其提供給整流單元52以及加法器55的負(fù)極輸入端。整流單元52將通過AC分量提取單元 51提取的AC分量整流，并將其輸出提供給電壓平滑單元53。加法器55從輸入信號Sl的DC分量中減去通過AC分量提取單元51提取的AC分量，并將結(jié)果提供給電壓平均單元56。加法器54從電壓平均單元56的輸出中減去電壓平滑單元53的輸出，并輸出信號S2。也就是說，如圖9B所示，采樣單元25充當(dāng)谷值保持電路，谷值保持電路保持與AC 輸入信號Sl的最小值(谷值)Pv相對應(yīng)的電壓Vv，偏移電壓疊加在AC輸入信號Sl上。在圖9B中，標(biāo)記Pp表示輸入信號Sl的最大值(峰值)。圖10是電路圖，示出圖9A的采樣單元的一個實(shí)例。如圖10所示，采樣單元25包括電容器251、255和259、緩沖放大器252和257、二極管253、電阻器254、電感器258以及緩沖差分放大器256。由圖10與圖9A之間的比較明顯可見，AC分量提取單元51對應(yīng)于電容器251和緩沖放大器252，整流單元52對應(yīng)于二極管253，電壓平滑單元53對應(yīng)于電阻器254和電容器255。此外，加法器54對應(yīng)于緩沖差分放大器256，加法器55對應(yīng)于緩沖放大器257，電壓平均單元56對應(yīng)于電感器258和電容器258。因此，圖9A的采樣單元25可利用圖10所示的電路來實(shí)現(xiàn)。更具體地，首先將輸入信號Sl分為其AC分量和DC分量，并經(jīng)由電容器251將AC分量提供給緩沖放大器252的正極輸入端子。緩沖放大器252的負(fù)極輸入端子連接到其輸出端子。輸入信號Sl的DC分量被提供給緩沖放大器257的正極輸入端子，而緩沖放大器 252的輸出信號被提供給緩沖放大器257的負(fù)極輸入端子。緩沖放大器257的輸出信號經(jīng)由電感器258被提供給緩沖差分放大器256的正極輸入端子。電容 器259設(shè)置在地線與緩沖差分放大器256的正極輸入端子之間，通過電感器 258和電容器259形成的低通濾波器平均的電壓被提供給緩沖差分放大器256的正極輸入端子。另一方面，緩沖放大器252的輸出信號通過二極管253整流(半波整流)并提供給緩沖差分放大器256的負(fù)極輸入端子。電阻器254和電容器255設(shè)置在地線與緩沖差分放大器256的負(fù)極輸入端子之間，因此通過二極管253整流的信號在提供給緩沖差分放大器256的負(fù)極輸入端子之前被平滑。這里，二極管253檢測AC輸入信號的谷值(峰值)電壓，該谷值電壓在提供給緩沖差分放大器256的負(fù)極輸入端子之前被平滑。緩沖差分放大器256在其正極端子接收通過電感器258和電容器259形成的低通濾波器平均的緩沖放大器257的輸出信號，并將平均的電壓信號與其負(fù)極輸入端子接收的平滑的谷值電壓信號之間的差放大。因此，緩沖差分放大器256輸出的信號S2表示已經(jīng)去除了 AC分量的輸入信號Sl 的最小DC信號分量(谷值保持電壓)。圖11A、圖IlB和圖IlC是示意圖，用于說明圖6的開關(guān)電源設(shè)備的操作，并示出通過以正弦波方式在+5V與-5V之間改變閾值電壓Vth獲得的仿真結(jié)果。圖IlA示出閾值電壓Vth隨時間T的變化，圖IlB示出在這種情況下漏極至源極電流Ids隨時間T的變化，圖 IlC示出輸出電壓Vout隨時間T的變化。如圖IlA至圖IlC所示，當(dāng)閾值電壓Vth如圖IlA所示變化時，漏極至源極電流 Ids如圖IlB所示變化，輸出電壓Vout如圖IlC所示變化。也就是說，不管開關(guān)器件的閾值電壓Vth是在正方向還是在負(fù)方向上變化，都將電壓幅度基本上恒定的控制脈沖提供給開關(guān)器件，如圖IlB所示，因此將輸出電壓Vout保持在期望電壓(大約40V)。更具體地，如圖IlC所示，例如當(dāng)輸出電壓為39. 8V時，即使閾值電壓Vth如圖IlA 所示變化，也可以將輸出電壓Vout的變化保持在大約5 %以內(nèi)。這意味著與開關(guān)器件相關(guān)聯(lián)的功率小，例如使得能夠進(jìn)一步提高開關(guān)電源設(shè)備的效率。圖12是方框圖，示出圖5的開關(guān)電源設(shè)備的修改實(shí)例。如同由圖12與圖5的比較明顯可見，修改實(shí)例中的第二控制信號產(chǎn)生單元在構(gòu)造上與第一控制信號產(chǎn)生單元相同。也就是說，第二控制信號產(chǎn)生單元用于調(diào)節(jié)要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的偏移電壓，它包括濾波器31、緩沖放大器32和轉(zhuǎn)換器33。在修改實(shí)例中，如同圖5的實(shí)施例，第一控制信號產(chǎn)生單元用于調(diào)節(jié)要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的幅度，它包括濾波器18、緩沖放大器19和轉(zhuǎn)換器20。更具體地，采樣單元25的輸出被提供給電壓/相位補(bǔ)償器30，電壓/相位補(bǔ)償器30的輸出被提供給濾波器31，電壓/相位補(bǔ)償器30調(diào)節(jié)電流的時間變化速度，在濾波器31 從所述輸出消除高頻分量。應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種方式修改電壓/相位補(bǔ)償器30，就像在前述的電壓/相位補(bǔ)償器9的情況中一樣，并且電壓/相位補(bǔ)償器30并不限于插入在采樣單元25與濾波器31 之間的電壓/相位補(bǔ)償器30。濾波器31的輸出被提供給緩沖放大器32，而緩沖放大器32的輸出經(jīng)由轉(zhuǎn)換器 33提供給可變增益放大器21，轉(zhuǎn)換器33用于將該輸出轉(zhuǎn)換為任何適當(dāng)?shù)妮敵?指定的電平)。更具體地，例如將緩沖放大器32的輸出轉(zhuǎn)換為使得流經(jīng)開關(guān)晶體管1的DC分量變?yōu)榱愕妮敵鲋?，轉(zhuǎn)換器33將緩沖放大器32的輸出提供給可變增益放大器21。這使得可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置開關(guān)晶體管1的DC柵極電壓，例如即使當(dāng)開關(guān)晶體管1的閾值電壓在正方向上移動時。在修改實(shí)例的第二控制信號產(chǎn)生單元中，已經(jīng)通過電壓/相位補(bǔ)償器30補(bǔ)償從采樣單元25輸出的信號的電壓和相位以后，使輸出通過濾波器31并由緩沖放大器32放大， 然后緩沖放大器32的輸出被轉(zhuǎn)換器33轉(zhuǎn)換為指定信號(第二控制信號)以供輸出。這里，例如將轉(zhuǎn)換器33的輸出信號提供給圖7中的端子212，以控制可變電阻器 R4的電阻值，從而調(diào)節(jié)施加到可變增益放大器21的DC電壓電平。通過這種方式，調(diào)節(jié)要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的偏移電壓。另一方面，例如將轉(zhuǎn)換器20的輸出信號提供給圖7中的端子214，以控制可變電阻器R3的電阻值，從而調(diào)節(jié)比較器和脈沖發(fā)生器11的輸出信號的幅度。通過這種方式，調(diào)節(jié)要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的幅度。雖然已經(jīng)將以上實(shí)施例和修改實(shí)例描述為包括第一控制信號產(chǎn)生單元和第二控制信號產(chǎn)生單元這兩者，但是如果省略它們中的一個或另一個，也可以實(shí)現(xiàn)降低與開關(guān)晶體管1相關(guān)聯(lián)的功率損耗的效果。也就是說，通過僅調(diào)節(jié)要提供給開關(guān)晶體管1的柵極的控制脈沖的偏移電壓或幅度，可以實(shí)現(xiàn)降低功率損耗。換言之，如果從開關(guān)器件補(bǔ)償電路中省略第一控制信號產(chǎn)生單元和第二控制信號產(chǎn)生單元中的一個或另一個，也可以降低與開關(guān)晶體管1相關(guān)聯(lián)的功率損耗。圖13是方框圖，示出采用圖5的開關(guān)電源設(shè)備的電機(jī)設(shè)備的一個實(shí)例；這里，將 DC電機(jī)300設(shè)置為負(fù)載電阻器6，并通過開關(guān)電源設(shè)備的輸出電壓驅(qū)動DC電機(jī)300。如圖13所示，上文所述的開關(guān)器件補(bǔ)償電路例如也適用于驅(qū)動DC電機(jī)300的電機(jī)設(shè)備。此外，這里所述的每個實(shí)施例的開關(guān)器件補(bǔ)償電路都廣泛適用于用于公知電機(jī)變頻器的開關(guān)器件補(bǔ)償電路等，所述電機(jī)變頻器能夠按照需要改變AC電機(jī)(例如三相電機(jī)) 的轉(zhuǎn)數(shù)或轉(zhuǎn)矩。此外如上所述，這里所述的每個實(shí)施例的開關(guān)器件補(bǔ)償電路都普遍適用于包括化合物半導(dǎo)體晶體管(例如GaN HEMT)和場效應(yīng)晶體管(例如M0SFET)的各種開關(guān)器件。這里引用的所有實(shí)例和條件性語言都是為了教導(dǎo)的目的，以幫助讀者理解本發(fā)明和發(fā)明人為了促進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)而貢獻(xiàn)的概念，并且應(yīng)當(dāng)解釋為不限制這些特別引用的實(shí)例和條件，在說明書中這些實(shí)例的組織也不涉及顯示本發(fā)明的先進(jìn)和落后。雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以做出不脫離 本發(fā)明精神和范圍的各種改變、替代和變化。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)器件補(bǔ)償電路，通過向開關(guān)器件的控制端子施加控制脈沖來進(jìn)行開關(guān)控制，所述開關(guān)器件補(bǔ)償電路包括第一閾值電壓變化檢測單元，配置為從經(jīng)由所述開關(guān)器件控制的輸出電壓檢測所述開關(guān)器件的閾值電壓的變化；第一控制信號產(chǎn)生單元，配置為根據(jù)所述第一閾值電壓變化檢測單元的輸出產(chǎn)生第一控制信號；以及幅度控制單元，配置為根據(jù)所述第一控制信號產(chǎn)生單元的輸出控制所述控制脈沖的幅度。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)器件補(bǔ)償電路，其中所述幅度控制單元包括可變增益放大器，所述可變增益放大器配置為根據(jù)所述第一控制信號，控制要施加到所述開關(guān)器件的控制端子的控制脈沖的幅度。
3.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)器件補(bǔ)償電路，其中所述第一控制信號產(chǎn)生單元包括第一濾波器，配置為對所述第一閾值電壓變化檢測單元的輸出進(jìn)行濾波； 第一緩沖放大器，配置為對所述第一濾波器的輸出進(jìn)行緩沖和放大；以及第一轉(zhuǎn)換器，配置為通過轉(zhuǎn)換所述第一緩沖放大器的輸出，輸出所述第一控制信號，以及其中通過從所述第一轉(zhuǎn)換器提供的所述第一控制信號，調(diào)節(jié)所述可變增益放大器中的增■、Λfrff. ο
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的開關(guān)器件補(bǔ)償電路，其中所述第一閾值電壓變化檢測單元包括第一誤差放大器，所述第一誤差放大器配置為將通過對所述輸出電壓進(jìn)行分壓獲得的電壓與從第一基準(zhǔn)電源提供的電壓進(jìn)行比較。
5.一種開關(guān)器件補(bǔ)償電路，通過向開關(guān)器件的控制端子施加控制脈沖來進(jìn)行開關(guān)控制，所述開關(guān)器件補(bǔ)償電路包括第二閾值電壓變化檢測單元，配置為從流經(jīng)所述開關(guān)器件的電流檢測所述開關(guān)器件的閾值電壓的變化；第二控制信號產(chǎn)生單元，配置為根據(jù)所述第二閾值電壓變化檢測單元的輸出產(chǎn)生第二控制信號；以及偏移電壓控制單元，配置為根據(jù)所述第二控制信號產(chǎn)生單元的輸出控制所述控制脈沖的偏移電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的開關(guān)器件補(bǔ)償電路，其中所述偏移電壓控制單元包括可變增益放大器，所述可變增益放大器配置為根據(jù)所述第二控制信號，控制要提供給所述開關(guān)器件的控制端子的控制脈沖的偏移電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的開關(guān)器件補(bǔ)償電路，其中所述第二控制信號產(chǎn)生單元包括第二誤差放大器，配置為將從所述第二閾值電壓變化檢測單元輸出的電壓與從第二基準(zhǔn)電源提供的電壓進(jìn)行比較；以及第二比較器和脈沖發(fā)生器，配置為根據(jù)所述第二誤差放大器的輸出，輸出指定脈沖的第二控制信號，以及其中通過所述第二比較器和脈沖發(fā)生器提供的所述第二控制信號，調(diào)節(jié)要施加到所述可變增益放大器的DC電壓電平。
8.如權(quán)利要求7所述的開關(guān)器件補(bǔ)償電路，其中所述偏移電壓控制單元還包括一開關(guān)，該開關(guān)的開合由從所述第二比較器和脈沖發(fā)生器提供的所述第二控制信號控制，并且所述開關(guān)向所述可變增益放大器施加一不同電平的 DC電壓。
9.如權(quán)利要求 6所述的開關(guān)器件補(bǔ)償電路，其中所述第二控制信號產(chǎn)生單元包括第二濾波器，配置為對所述第二閾值電壓變化檢測單元的輸出進(jìn)行濾波； 第二緩沖放大器，配置為對所述第二濾波器的輸出進(jìn)行緩沖和放大；以及第二轉(zhuǎn)換器，配置為通過轉(zhuǎn)換所述第二緩沖放大器的輸出，輸出所述第二控制信號，以及其中通過從所述第二轉(zhuǎn)換器提供的所述第二控制信號，調(diào)節(jié)所述可變增益放大器中的DC 電壓電平。
10.如權(quán)利要求5至9中任一項所述的開關(guān)器件補(bǔ)償電路，其中所述第二閾值電壓變化檢測單元包括阻抗器件，串聯(lián)連接到所述開關(guān)器件； 檢測器，配置為檢測所述阻抗器件兩端產(chǎn)生的電壓；以及采樣單元，配置為對所述檢測器的輸出信號進(jìn)行采樣，并保持和輸出從所述檢測器的輸出信號檢測的谷值電壓。
11.一種開關(guān)器件補(bǔ)償電路，通過向開關(guān)器件的控制端子施加控制脈沖來進(jìn)行開關(guān)控制，所述開關(guān)器件補(bǔ)償電路包括第一閾值電壓變化檢測單元，配置為根據(jù)經(jīng)由所述開關(guān)器件控制的輸出電壓，檢測所述開關(guān)器件的閾值電壓的變化；第一控制信號產(chǎn)生單元，配置為根據(jù)所述第一閾值電壓變化檢測單元的輸出產(chǎn)生第一控制信號；以及幅度控制單元，配置為根據(jù)所述第一控制信號產(chǎn)生單元的輸出控制所述控制脈沖的幅度；第二閾值電壓變化檢測單元，配置為從流經(jīng)所述開關(guān)器件的電流檢測所述開關(guān)器件的閾值電壓的變化；第二控制信號產(chǎn)生單元，配置為根據(jù)所述第二閾值電壓變化檢測單元的輸出產(chǎn)生第二控制信號；以及偏移電壓控制單元，配置為根據(jù)所述第二控制信號產(chǎn)生單元的輸出控制所述控制脈沖的偏移電壓。
12.一種電源電路，包括如權(quán)利要求1至3、5至9、以及11中任一項所述的開關(guān)器件補(bǔ)償電路，其中所述開關(guān)器件，其一端連接到輸入電源；電感器件，其一端連接到所述開關(guān)器件的另一端；以及平滑電容器件，連接到所述電感器件的另一端。
13.如權(quán)利要求12所述的電源電路，其中所述電源電路還包括二極管器件，所述二極管器件連接到所述開關(guān)器件的所述另一端與所述電感器件的所述一端之間的連接節(jié)點(diǎn)。
14.一種采樣電路，包括AC分量提取單元，配置為從輸入信號提取AC信號的幅度分量； 第一加法器，配置為從所述輸入信號中減去所述AC分量提取單元的輸出； 平均單元，配置為對所述第一加法器的輸出進(jìn)行平均； 整流單元，配置為對所述AC分量提取單元的輸出進(jìn)行整流； 平滑單元，配置為對所述整流單元的輸出進(jìn)行平滑；以及第二加法器，配置為從所述平均單元的輸出中減去所述平滑單元的輸出，并輸出保底值。
15.如權(quán)利要求10所述的開關(guān)器件補(bǔ)償電路，其中所述采樣單元包括采樣電路，所述采樣電路包括AC分量提取單元，配置為從輸入信號提取AC信號的幅度分量； 第一加法器，配置為從所述輸入信號中減去所述AC分量提取單元的輸出； 平均單元，配置為對所述第一加法器的輸出進(jìn)行平均； 整流單元，配置為對所述AC分量提取單元的輸出進(jìn)行整流； 平滑單元，配置為對所述整流單元的輸出進(jìn)行平滑；以及第二加法器，配置為從所述平均單元的輸出中減去所述平滑單元的輸出，并輸出保底值。
全文摘要
一種開關(guān)器件補(bǔ)償電路，通過向開關(guān)器件的控制端子施加控制脈沖來進(jìn)行開關(guān)控制。開關(guān)器件補(bǔ)償電路包括第一閾值電壓變化檢測單元、第一控制信號產(chǎn)生單元和幅度控制單元。第一閾值電壓變化檢測單元從經(jīng)由開關(guān)器件控制的輸出電壓檢測開關(guān)器件的閾值電壓的變化。第一控制信號產(chǎn)生單元根據(jù)第一閾值電壓變化檢測單元的輸出產(chǎn)生第一控制信號。幅度控制單元根據(jù)第一控制信號產(chǎn)生單元的輸出控制所述控制脈沖的幅度。
文檔編號H02M3/156GK102386768SQ20111013229
公開日2012年3月21日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者廣瀨達(dá)哉 申請人:富士通株式會社