開關控制電路、轉換器以及開關控制方法
【專利說明】開關控制電路、轉換器以及開關控制方法
[0001]本申請要求于2014年10月8日提交的題為“SWITCHING CONTROLLINGCIRCUIT, CONVERTER USING THE SAME, AND SWITCHING CONTROLLING METHOD (開關控制電路、使用該開關控制電路的轉換器以及開關控制方法)”的第10-2014-0136119號韓國專利申請的外國優先權，該韓國專利申請的全部內容通過引用包含于本申請中。
技術領域
[0002]本發明的實施例涉及一種開關控制電路、使用該開關控制電路的轉換器以及開關控制方法。
【背景技術】
[0003]隨著半導體集成電路的發展，已經快速實現了使電子通信設備中的系統單元小型化和輕量化，但由于儲能裝置(諸如電感器和電容器)，還未如期實現供電單元的小型化和輕量化。
[0004]因此，為了與電子通信設備最新的小型化和輕量化趨勢保持同步，使供電設備(尤其是在開關式電源(SMPS)等中使用的轉換器)更小、更輕極其重要。
[0005]在SMPS等中使用的轉換器中，開關頻率越高，儲能裝置的容量越小。因此，可通過高速開關實現轉換器的小型化和輕量化。
[0006]然而，在利用高速半導體開關裝置等增大開關頻率的情況下，存在開關損耗、開關裝置發熱等問題，因電路中的感性組件和容性組件以及二極管累積電荷的作用等而產生浪涌、噪聲等，結果使SMPS自身的可靠性劣化。
【發明內容】
[0007]本公開的一方面在于提供一種能夠利用簡單的電路構造實現軟開關的開關控制電路、使用該開關控制電路的轉換器以及開關控制方法。
[0008]根據本公開的示例性實施例，提供一種當開關裝置兩端的電壓達到諧振波形的最低點時使開關裝置接通的開關控制電路、使用該開關控制電路的轉換器以及開關控制方法。
[0009]根據本公開的示例性實施例，提供一種僅通過利用微分器、比較器等的構造使開關裝置接通的開關控制電路、使用該開關控制電路的轉換器以及開關控制方法。
[0010]將在以下描述中部分闡述另外的方面和/或優點，根據該描述這一部分將是清楚的，或可通過本發明的實踐被了解。
【附圖說明】
[0011]通過以下結合附圖對實施例的描述，這些和/或其他方面和優點將變得清楚且更易于理解，在附圖中:
[0012]圖1是示意性地示出根據開關方案的開關裝置的電流波形和電壓波形的示圖；
[0013]圖2是當前通常使用的轉換器的示意性電路圖；
[0014]圖3是示出圖2的轉換器的取決于輸入/輸出條件的操作波形的曲線圖；
[0015]圖4是用于描述硬開關方案中的開關損耗的示圖；
[0016]圖5是根據本公開的示例性實施例的轉換器的示意性電路圖；
[0017]圖6是示出圖5的轉換器的主要部分的信號波形的曲線圖；
[0018]圖7是示出圖5的轉換器的依DC輸入電力條件的操作波形的曲線圖；
[0019]圖8是用于描述可實現零電壓開關的DC輸入電力條件的曲線圖；
[0020]圖9是根據本公開的示例性實施例的第一信號輸出單元的示意性電路圖；
[0021]圖10是示出圖9的第一信號輸出單元的主要部分的信號波形的曲線圖；
[0022]圖11是示出微分電壓和第一信號依電壓電平降低單元的電流源條件而變化的波形的曲線圖。
【具體實施方式】
[0023]通過以下參照示出本公開的示例性實施例的附圖進行的詳細描述，實現上述目的的根據本公開的示例性實施例的開關控制電路、使用該開關控制電路的轉換器以及開關控制方法的技術配置和作用效果的事項將是清楚、明顯的。
[0024]另外，當確定與本公開相關的公知常識的詳細描述可能使本公開的主旨模糊時，將省略其詳細描述。此外，附圖中示出的組件不必按比例示出。例如，可對比其他組件夸大附圖中示出的部分組件的尺寸，以幫助理解本公開的示例性實施例。另外，不同附圖上的相同標號將表示相同的組件，不同附圖上的相似標號將表示相似的組件，但不必受此限制。
[0025]在本說明書中，術語第一、第二等用于將一個元件與另一元件區分開，并且這些元件不由上述術語限定。
[0026]軟開關的必要件
[0027]圖1是示意性地示出開關裝置的電流波形和電壓波形依開關方案變化的示圖。
[0028]如圖1所示，在硬開關方案的情況下，在開關裝置進行開關時發生開關損耗Ploss (漏-源電壓Vds和漏_源電流I㈨彼此重疊的部分)。
[0029]如上所述，即使在SMPS當前通常使用的轉換器中，也發生開關損耗，以下將參照圖2和圖3對此進行描述。
[0030]首先，圖2是當前通常使用的轉換器10的示意性電路圖，圖3是示出圖2的轉換器10的依輸入和輸出條件變化的操作波形的曲線圖。
[0031]參照圖2和圖3，當開關裝置I接通時(當Ve轉換為高電平時)，電感器2在電感器電流Iin增大時存儲能量。此外，當開關裝置I斷開時(當Vti轉換為低電平時)，存儲在電感器2中的能量傳輸為轉換器10的輸出電壓V。。
[0032]接著，當電感器2的電流完全釋放時，電感器2與開關裝置I的寄生電容器(未示出)執行諧振或者電感器2與緩沖電容器4執行諧振，即，開關裝置I中流動的電流1:?在正⑴方向和負㈠方向上連續反復波動，導致開關裝置I兩端的電壓Vds也會按照與開關裝置I的電流Ids的頻率相同的頻率諧振。
[0033]在這種情況下，如圖3所示，在圖2的轉換器10中產生硬開關，所述硬開關以開關裝置I兩端的電壓Vds的諧振波形未最小化的任意電壓電平(見圖3的虛線部分)使開關裝置接通，導致產生開關損耗、開關裝置發熱等問題。
[0034]將參照圖4更詳細地描述硬開關方案中的開關損失。如圖4所示，在硬開關方案的情況下，可以確認在MHz或更高的高開關頻率下，開關損耗與頻率成比例增大。
[0035]因此，為了降低由高速的開關引起的開關損耗(如圖1所示)，需要驅動軟開關方案，所謂軟開關方案指對開關裝置進行開關，使開關損耗Puiss為零(包括開關損耗大體接近O的范圍)的方案。
[0036]例如，當開關裝置斷開且開關裝置兩端的電壓隨后達到諧振波形的最低點時，需要對使開關裝置接通的所謂谷開關方案等進行開關驅動。
[0037]因此，本公開的示例性實施例采用可通過在開關裝置兩端的電壓達到諧振波形的最低點時使開關裝置接通來執行軟開關的谷開關，但采用僅通過簡單的電路構造實現谷開關的開關控制配置示例。以下將對此進行詳細描述。
[0038]本公開的一個示例件實施例
[0039]圖5示出根據本公開的一個示例性實施例的轉換器100的示意性電路圖，圖6是示出圖5的轉換器100的主要部分的信號波形的曲線圖，圖7是示出圖5的轉換器100的操作波形依DC輸入電力Vin條件變化的曲線圖。
[0040]描述了本公開的示例性實施例被實現為升壓轉換器的情況，但本公開不限于此。另外，根據本公開的示例性實施例的轉換器100被設置為向多個LED裝置彼此串聯連接的LED串143供電，但本公開不限于此。
[0041]如圖5所示，根據本公開的示例性實施例的轉換器100可包括開關單元110、儲能單元120、開關控制單元130和輸出單元140。
[0042]另外，雖然附圖中未示出，但根據本公開的示例性實施例的轉換器100可包括對AC輸入電力進行整流以產生輸入電力Vin的供電單元，其中，供電單元可包括橋二極管、線路濾波器等。
[0043]在這種情況下，橋二極管可構造有四個二極管，并可對AC輸入電力進行全波整流，以產生圖5中的DC輸入電力VIN。
[0044]另外，線路濾波器可包括兩個電容器和兩個電感器，其中，兩個電容器并聯連接到AC電力輸入到其的兩個端子，兩個電感器串聯連接到AC電力輸入到其的兩個端子中的每個。
[0045]在這種情況下，線路濾波器濾除AC輸入電力的電磁干擾。
[0046]同時，根據本公開的示例性實施例的開關單元110可實現為FET開關裝置，但本公開的示例性實施例不限于此，而是可采用可執行開關操作的任意開關裝置。
[0047]根據本公開的示例性實施例的開關單元110具有形成在開關單元110的漏極和源極之間的寄生電容器，如圖5所示，開關單元110可以與緩沖電容器CsnubbCT并聯連接。
[0048]在下文中，開關單元110兩端的電壓稱為“漏電壓Vds”，開關單元110中流動的電流稱為“漏電流Ids”。
[0049]另外，根據本公開的示例性實施例的儲能單元120通常可實現為電感器，如圖5所示，儲能單元120的一個端子設置有DC輸入電力Vin，儲能單元120的另一端子