一种开关器件补偿电路，通过向开关器件的控制端子施加控制脉冲来进行开关控制。开关器件补偿电路包括第一阈值电压变化检测单元、第一控制信号产生单元和幅度控制单元。第一阈值电压变化检测单元从经由开关器件控制的输出电压检测开关器件的阈值电压的变化。第一控制信号产生单元根据第一阈值电压变化检测单元的输出产生第一控制信号。幅度控制单元根据第一控制信号产生单元的输出控制所述控制脉冲的幅度。
【技术实现步骤摘要】
本申请讨论的实施例涉及开关器件补偿电路。
技术介绍
近年来，节约能源成为各个领域的重点关注对象，例如电源领域也不例外。更具体地，例如产生了进一步提高开关电源效率的需要。现有技术已经提出了输出效率超过90%的开关电源，但是要进一步提高效率时， 现有技术的现状是趋于极限，这例如是因为电源中使用的开关晶体管(开关器件)所消耗的功率成为了瓶颈。人们认为，由于使用开关晶体管造成瓶颈的原因是称为晶体管导通电阻的寄生电阻成分，特别是处于晶体管电流输入侧端子的成分，以及在晶体管每个端子之间观察到的电容成分。首先，归因于处于晶体管电流输入侧端子的寄生电阻成分的问题当晶体管处于导通状态时发生。也就是说，当晶体管导通，允许电流流经晶体管时，由于晶体管的导通电阻以及根据欧姆定律的电流，该导通电阻导致在晶体管的载流端子之间产生电压。这里，因为晶体管消耗的功率等于流经晶体管的电流与晶体管的载流端子之间产生的电压的乘积，所以该功率不是像开关电源的输出一样可重新获得的功率，而是在晶体管中转换为热量，造成功率损耗。其次，归因于在晶体管每个端子之间观察到的电容成分的问题当在晶体管的导通 /截止操作期间电流和电压突然变化时发生。即，在晶体管的导通/截止操作期间，在晶体管每个端子之间观察到的电容充电和放电。此外，当晶体管的开关操作启动时，电容的充电/放电导致晶体管的电压与电流之间开关操作时间的延迟。电容越大，时间延迟越长。结果，在电流完全变成零之前施加电压，并且在此期间，功率损耗发生，就像在归因于处于晶体管电流输入侧端子的寄生电阻成分的问题的情况中一样。通常，在开关电源中将场效应晶体管(FET)用作开关器件，这种晶体管的典型实例是使用硅材料的金属氧化物半导体(MOS)晶体管。对于这种类型的MOS(金属氧化物半导体(半导体))晶体管，上述功耗已经成为严重的问题。为了降低功率损耗，已经研发了不使用硅、而是使用化合物半导体的晶体管用于开关电源。因为与硅相比，很多化合物半导体具有更大的电子迁移率和更大的互导，所以优点不仅是可以降低导通电阻，而且在晶体管每个端子之间观察到的电容也小。但是，在使用化合物半导体的场效应晶体管的稳态开关操作中电特性会根据环境温度或根据所施加的电流和电压而变化；例如，晶体管的阈值电压会显著变化。更具体地，通常希望用于开关电源的η沟道晶体管的阈值电压为正，但是对于使用化合物半导体的晶体管，根据操作状况或操作环境，阈值电压会迁移到负侧。在晶体管的开关操作期间，这种使用化合物半导体的场效应晶体管的阈值电压在负方向上的迁移发生；据说这种现象在很大程度上取决于从被认为存在于半导体表面、半导体-半导体界面以及半导体-绝缘体界面的电子俘获电平的电子充电/放电，但是目前， 还不能完全理解原因细节，也不能完全控制操作。晶体管阈值电压的变化不仅在化合物半导体晶体管(例如氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT))中发生，而且或多或少在各种其他晶体管(例如传统MOS晶体管)中发生。根据这里描述的任意一个实施例的开关器件补偿电路广泛适用于各种开关器件， 包括化合物半导体晶体管(例如GaN HEMT)和场效应晶体管(例如M0SFET)。此外应当理解，待控制的开关器件并不限于在开关电源中用作开关器件的晶体管，也可包括用于各种其他电子电路的开关器件。在现有技术中已经提出了各种类型的开关电源设备，它们使用场效应开关晶体管，并通过在轻负载周期降低损耗来提高效率。专利文献1 国际公开小册子第WO 2005/078910号 因此，实施例一个方面的目的是提供一种用于降低与开关器件相关联的功耗的开关器件补偿电路。
技术实现思路
根据实施例的一方面，开关器件补偿电路通过向开关器件的控制端子施加控制脉冲来进行开关控制。开关器件补偿电路包括第一阈值电压变化检测单元、第一控制信号产生单元以及幅度控制单元。第一阈值电压变化检测单元从经由开关器件控制的输出电压检测开关器件的阈值电压变化。第一控制信号产生单元根据第一阈值电压变化检测单元的输出产生第一控制信号。幅度控制单元根据第一控制信号产生单元的输出控制所述控制脉冲的幅度。附图说明图1是方框图，示出开关电源设备的一个实例；图2A、图2B、图2C和图2D是示意图(第一部分)，用于说明在图1的开关电源设备中开关器件的阈值电压怎样变化；图3A、图3B、图3C和图3D是示意图(第二部分)，用于说明在图1的开关电源设备中开关器件的阈值电压怎样变化；图4A、图4B和图4C是示意图，用于说明图1的开关电源设备的操作；图5是方框图，示出采用本实施例的开关器件补偿电路的开关电源设备的一个实例；图6是电路图，示出图5的开关电源设备的具体实例；图7是电路图，具体示出包含在图6的开关电源设备中的可变增益放大器；图8A和图8B是方框图，用于说明图7的可变增益放大器的修改实例；图9A和图9B是示意图，用于说明图6的开关电源设备中的采样单元；图10是电路图，示出图9A的采样单元的一个实例；图11A、图IlB和图IlC是示意图，用于说明图6的开关电源设备的操作；图12是方框图，示出图5的开关电源设备的修改实例；以及图13是方框图，示出采用图5的开关电源设备的电机设备的一个实例具体实施例方式在详细描述开关器件补偿电路的实施例之前，先参照图1、图2A至图2D、图3A至图3D以及图4A至图4C描述开关电源设备的一个实例。图1是方框图，示出作为降压开关电源设备的开关电源设备(电源电路)的一个实例。在图1中，标记101是开关晶体管(开关器件)，102是电流检测阻抗器件(阻抗器件)，103是二极管(二极管器件)。此外，标记104是电感器(电感器件)，105是电容器 (平滑电容器件)，106是负载电阻器。另一方面，标记107是分压器，108是基准电源，109是电压/相位补偿器，110是锯齿波信号源，111是比较器和脉冲发生器，112是置位/复位(SR)锁存电路，113是栅极驱动器。此外，标记114是栅极驱动器IC，115是时钟电源，116是输入电源，117是误差放大器。如图1所示，在降压开关电源设备中，提供输入电压Vin的输入电源116的正极端子例如连接到开关晶体管101的漏极，输入电源116的负极端子接地。开关晶体管101的源极连接到阻抗器件102的一端，阻抗器件102的另一端连接到二极管103的阳极以及电感器104的一端。二极管103的阴极接地，而电感器104的另一端连接到电容器105的一端以及提供输出电压Vout的输出电压端子。电容器105的另一端接地，而负载电阻器106连接在输出电压端子与地之间。这里，提供阻抗器件102以检测电流(线圈电流)IL，电流IL经由开关晶体管101 流向电感器104，此外通过检测器124检测阻抗器件102两端产生的电压。分压器107由串联电阻器171、172构成，连接在输出电压(Vout)端子与地之间， 误差放大器117将分压器107的输出电压与基准电源108的电压进行比较，以反馈控制输出电压Vout。误差放大器117通过将加在它正极输入端(同相输入端)的基准电源108的电压与加在它负极输入端(反相输入端)的在分压器107中电阻器171与172之间分出的电压之间的差放大，从而产生输出，并且误差放大器117的输出被提供给电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：广濑达哉，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：
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