开关控制电路、转换器以及开关控制方法技术

本发明专利技术提供一种开关控制电路、转换器以及开关控制方法。转换器包括：开关单元；储能单元，根据开关单元的开关操作存储来自DC输入电力的能量并随后产生输出电压；开关控制单元，在开关单元的一个端子与另一端子之间的电压达到谐振波形的最低点时使开关单元接通。开关控制单元包括：电压检测单元，在产生谐振波形时检测所述一个端子与所述另一端子之间的电压；第一信号输出单元，在由电压检测单元检测的电压达到斜率的与谐振波形的最低点相应的改变点时输出第一信号；开关驱动单元，响应于第一信号使开关单元接通。

【技术实现步骤摘要】
本申请要求于2014年10月8日提交的题为“SWITCHINGCONTROLLINGCIRCUIT,CONVERTERUSINGTHESAME,ANDSWITCHINGCONTROLLINGMETHOD(开关控制电路、使用该开关控制电路的转换器以及开关控制方法)”的第10-2014-0136119号韩国专利申请的外国优先权，该韩国专利申请的全部内容通过引用包含于本申请中。
本专利技术的实施例涉及一种开关控制电路、使用该开关控制电路的转换器以及开关控制方法。
技术介绍
随着半导体集成电路的发展，已经快速实现了使电子通信设备中的系统单元小型化和轻量化，但由于储能装置(诸如电感器和电容器)，还未如期实现供电单元的小型化和轻量化。因此，为了与电子通信设备最新的小型化和轻量化趋势保持同步，使供电设备(尤其是在开关式电源(SMPS)等中使用的转换器)更小、更轻极其重要。在SMPS等中使用的转换器中，开关频率越高，储能装置的容量越小。因此，可通过高速开关实现转换器的小型化和轻量化。然而，在利用高速半导体开关装置等增大开关频率的情况下，存在开关损耗、开关装置发热等问题，因电路中的感性组件和容性组件以及二极管累积电荷的作用等而产生浪涌、噪声等，结果使SMPS自身的可靠性劣化。
技术实现思路
本公开的一方面在于提供一种能够利用简单的电路构造实现软开关的开关控制电路、使用该开关控制电路的转换器以及开关控制方法。根据本公开的示例性实施例，提供一种当开关装置两端的电压达到谐振波形的最低点时使开关装置接通的开关控制电路、使用该开关控制电路的转换器以及开关控制方法。根据本公开的示例性实施例，提供一种仅通过利用微分器、比较器等的构造使开关装置接通的开关控制电路、使用该开关控制电路的转换器以及开关控制方法。将在以下描述中部分阐述另外的方面和/或优点，根据该描述这一部分将是清楚的，或可通过本专利技术的实践被了解。附图说明通过以下结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面和优点将变得清楚且更易于理解，在附图中：图1是示意性地示出根据开关方案的开关装置的电流波形和电压波形的示图；图2是当前通常使用的转换器的示意性电路图；图3是示出图2的转换器的取决于输入/输出条件的操作波形的曲线图；图4是用于描述硬开关方案中的开关损耗的示图；图5是根据本公开的示例性实施例的转换器的示意性电路图；图6是示出图5的转换器的主要部分的信号波形的曲线图；图7是示出图5的转换器的依DC输入电力条件的操作波形的曲线图；图8是用于描述可实现零电压开关的DC输入电力条件的曲线图；图9是根据本公开的示例性实施例的第一信号输出单元的示意性电路图；图10是示出图9的第一信号输出单元的主要部分的信号波形的曲线图；图11是示出微分电压和第一信号依电压电平降低单元的电流源条件而变化的波形的曲线图。具体实施方式通过以下参照示出本公开的示例性实施例的附图进行的详细描述，实现上述目的的根据本公开的示例性实施例的开关控制电路、使用该开关控制电路的转换器以及开关控制方法的技术配置和作用效果的事项将是清楚、明显的。另外，当确定与本公开相关的公知常识的详细描述可能使本公开的主旨模糊时，将省略其详细描述。此外，附图中示出的组件不必按比例示出。例如，可对比其他组件夸大附图中示出的部分组件的尺寸，以帮助理解本公开的示例性实施例。另外，不同附图上的相同标号将表示相同的组件，不同附图上的相似标号将表示相似的组件，但不必受此限制。在本说明书中，术语第一、第二等用于将一个元件与另一元件区分开，并且这些元件不由上述术语限定。软开关的必要性图1是示意性地示出开关装置的电流波形和电压波形依开关方案变化的示图。如图1所示，在硬开关方案的情况下，在开关装置进行开关时发生开关损耗PLOSS(漏-源电压VDS和漏-源电流IDS彼此重叠的部分)。如上所述，即使在SMPS当前通常使用的转换器中，也发生开关损耗，以下将参照图2和图3对此进行描述。首先，图2是当前通常使用的转换器10的示意性电路图，图3是示出图2的转换器10的依输入和输出条件变化的操作波形的曲线图。参照图2和图3，当开关装置1接通时(当VG转换为高电平时)，电感器2在电感器电流IIN增大时存储能量。此外，当开关装置1断开时(当VG转换为低电平时)，存储在电感器2中的能量传输为转换器10的输出电压V0。接着，当电感器2的电流完全释放时，电感器2与开关装置1的寄生电容器(未示出)执行谐振或者电感器2与缓冲电容器4执行谐振，即，开关装置1中流动的电流IDS在正(+)方向和负(-)方向上连续反复波动，导致开关装置1两端的电压VDS也会按照与开关装置1的电流IDS的频率相同的频率谐振。在这种情况下，如图3所示，在图2的转换器10中产生硬开关，所述硬开关以开关装置1两端的电压VDS的谐振波形未最小化的任意电压电平(见图3的虚线部分)使开关装置接通，导致产生开关损耗、开关装置发热等问题。将参照图4更详细地描述硬开关方案中的开关损失。如图4所示，在硬开关方案的情况下，可以确认在MHz或更高的高开关频率下，开关损耗与频率成比例增大。因此，为了降低由高速的开关引起的开关损耗(如图1所示)，需要驱动软开关方案，所谓软开关方案指对开关装置进行开关，使开关损耗PLOSS为零(包括开关损耗大体接近0的范围)的方案。例如，当开关装置断开且开关装置两端的电压随后达到谐振波形的最低点时，需要对使开关装置接通的所谓谷开关方案等进行开关驱动。因此，本公开的示例性实施例采用可通过在开关装置两端的电压达到谐振波形的最低点时使开关装置接通来执行软开关的谷开关，但采用仅通过简单的电路构造实现谷开关的开关控制配置示例。以下将对此进行详细描述。本公开的一个示例性实施例图5示出根据本公开的一个示例性实施例的转换器100的示意性电路图，图6是示出图5的转换器100的主要部分的信号波形的曲线图，图7是示出图5的转换器100的操作波形依DC输入电力VIN条件变化的曲线图。描述了本公开的示例性实施例被实现为升压转换器的情况，但本公开不限于此。另外，根据本公开的示例性实施例的转换器100被设置为向多个LED装置彼此串联连接的LED串143供电，但本公开不限于此。如图5所示，根据本公开的示例性实施例的转换器100可包括开关单元110、储能单元120、开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转换器，包括：开关单元；储能单元，根据开关单元的开关操作存储来自DC输入电力的能量并随后产生输出电压；开关控制单元，在开关单元的一个端子与另一端子之间的电压达到谐振波形的最低点时使开关单元接通，其中，开关控制单元包括：电压检测单元，在产生谐振波形时检测所述一个端子与所述另一端子之间的电压；第一信号输出单元，在由电压检测单元检测的电压达到斜率的与谐振波形的最低点相应的改变点时输出第一信号；开关驱动单元，响应于第一信号使开关单元接通。

【技术特征摘要】
2014.10.08 KR 10-2014-01361191.一种转换器，包括：
开关单元；
储能单元，根据开关单元的开关操作存储来自DC输入电力的能量并随
后产生输出电压；
开关控制单元，在开关单元的一个端子与另一端子之间的电压达到谐振
波形的最低点时使开关单元接通，
其中，开关控制单元包括：
电压检测单元，在产生谐振波形时检测所述一个端子与所述另一端子之
间的电压；
第一信号输出单元，在由电压检测单元检测的电压达到斜率的与谐振波
形的最低点相应的改变点时输出第一信号；
开关驱动单元，响应于第一信号使开关单元接通。
2.根据权利要求1所述的转换器，其中，DC输入电力的电压电平大于
输出电压的电压电平的50％。
3.根据权利要求1所述的转换器，其中，当由电压检测单元检测的电压
的斜率从负方向改变为正方向时，第一信号输出单元输出第一信号。
4.根据权利要求1所述的转换器，其中，第一信号输出单元包括微分器，
其中，微分器的一个端子连接到电压检测单元，以检测关于由电压检测单元
检测的电压的斜率的信息。
5.根据权利要求4所述的转换器，其中，当微分器中流动的电流的方向
从负方向改变为正方向时，第一信号输出单元输出第一信号。
6.根据权利要求4所述的转换器，其中，随着根据使能信号检测到所述
斜率的改变点，第一信号输出单元输出第一信号，
其中，第一信号输出单元还包括：
第一比较器，将与微分器中流动的电流相应的微分电压与第一参考电压
进行比较，并根据比较结果输出比较信号；
信号输出端子，根据比较信号输出第一信号。
7.根据权利要求6所述的转换器，其中，第一比较器包括反向输入端子
和正向输入端子，
反向输入端子施加有第一参考电压，正向输入端子施加有微分电压。
8.根据权利要求6所述的转换器，其中，第一参考电压是通过在斜率不
存在变化时对微分电压进行采样并保持而获得的电压。
9.根据权利要求6所述的转换器，其中，第一信号输出单元还包括：
电压保持单元，连接到微分器的另一端子，并在所述使能信号接通和断
开时使微分电压保持恒定；
电压电平降低单元，连接到第一比较器，并降低第一参考电压的电压电
平。
10.根据权利要求6所述的转换器，其中，第一信号输出单元还包括：
延迟单元，延迟时间直到在使能信号接通之后输出第一信号。
11.根据权利要求4所述的转换器，其中，第一信号输出单元还包括：
钳位晶体管，位于电压检测单元与微分器的所述一个端子之间。
12.根据权利要求11所述的转换器，其中，第一信号输出单元还包括：
钳位电压比较单元，在由钳位晶体管固定的电压等于或小于零电压时输
出第一信号。
13.根据权利要求1所述的转换器，所述转换器还包括：
感测电阻器，连接在开关单元的所述另一端子与地之间。
14.根据权利要求13所述的转换器，其中，开关控制单元还包括：
第二信号输出单元，利用与输出电压相应的反馈电压以及从感测电阻器
产生的感测电压，来输出第二信号。
15.根据权利要求14所述的转换器，其中，开关驱动单元响应于第二信
号使开关单元断开。
16.根据权利要求14所述的转换器，其中，开关驱动单元包括：
第三信号输出单元，根据第一信号和第二信号输出第三信号；
开关驱动信号输出单元，根据第三信号输出开关驱动信号，以使开关单
元接通或断开。
17.根据权利要求14所述的转换器，其中，第二信号输出单元包括：
第二比较器，将反馈电压与第二参考电压进行比较，以根据比较结果输
出比较电压；
第三比较器，将感测电压与比较电压进行比较，以根据比较结果输出第
二信号。
18.根据权利要求17所述的转换器，其中，第二信号输出单元还包括：
比较电压划分单元，连接在第二比较器的输出端子与第三比较器的输入
端子之间，并对从第二比较器输出的比较电压进行划分，并将划分后的电压
输出到第三比较器的输入端子。
19.根据权利要求1所述的转换器，其中，电压检测单元构造有多个电
容器，所述多个电容器连接在开关单元的所述一个端子与地之间。
20.根据权利要求17所述的转换器，其中，第二比较器包括反向输入端
子和正向输入端子，
反向输入端子施加有反馈电压，正向输入端子施加有第二参考电压。
21.根据权利要求17所述的转换器，其中，第三比较器包括反向输入端
子和正向输入端子，
反向输入端子施加有比较电压，正向输入端子施加有感测电压。
22.根据权利要求1所述的转换器，其中，开关单元并联连接到缓冲电
容器。
23.一种开关控制电路，所述开关控制电路控制开关单元的开关操作并
在开关单元的一个端子和另一端子之间的电压达到谐振波形的最低点时使开
关单元接通，其中，所述开关单元通过储能装置控制来自DC输入电力的输
出电压的产生，所述开关控制电路包括：
电压检测单元，在产生谐振波形时检测所述一个端子与所述另一端子之
间的电压；
第一信号输出单元，在由电压检测单元检测的电压达到斜率的与谐振波
形的最低点相应的改变点时输出第一信号；
开关驱动单元，响应于第一信号使开关单...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄甫铉，李镇秀，孔胜坤，朴正义，安玟荣，
申请(专利权)人：三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR