CN105515345A - 开关控制电路、转换器以及开关控制方法 - Google Patents

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CN105515345A CN201510628809.3A CN201510628809A CN105515345A CN 105515345 A CN105515345 A CN 105515345A CN 201510628809 A CN201510628809 A CN 201510628809A CN 105515345 A CN105515345 A CN 105515345A
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朴正义
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Abstract

本发明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。

Description

开关控制电路、转换器以及开关控制方法
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。
技术领域
本发明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。
背景技术
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***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。
发明内容
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，或可通过本发明的实践被了解。
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、开关控制单元130和输出单元140。
另外，虽然附图中未示出，但根据本公开的示例性实施例的转换器100可包括对AC输入电力进行整流以产生输入电力VIN的供电单元，其中，供电单元可包括桥二极管、线路滤波器等。
在这种情况下，桥二极管可构造有四个二极管，并可对AC输入电力进行全波整流，以产生图5中的DC输入电力VIN。
另外，线路滤波器可包括两个电容器和两个电感器，其中，两个电容器并联连接到AC电力输入到其的两个端子，两个电感器串联连接到AC电力输入到其的两个端子中的每个。
在这种情况下，线路滤波器滤除AC输入电力的电磁干扰。
同时，根据本公开的示例性实施例的开关单元110可实现为FET开关装置，但本公开的示例性实施例不限于此，而是可采用可执行开关操作的任意开关装置。
根据本公开的示例性实施例的开关单元110具有形成在开关单元110的漏极和源极之间的寄生电容器，如图5所示，开关单元110可以与缓冲电容器Csnubber并联连接。
在下文中，开关单元110两端的电压称为“漏电压VDS”，开关单元110中流动的电流称为“漏电流IDS”。
另外，根据本公开的示例性实施例的储能单元120通常可实现为电感器，如图5所示，储能单元120的一个端子设置有DC输入电力VIN，储能单元120的另一端子连接到输出二极管D的阳极以及开关单元110的一个端子(漏极)。
DC输入电力VIN传输到储能单元120，其中，储能单元120通过DC输入电力VIN存储来自储能单元120中流动的电流(在下文中称为“储能单元的电流IIN”)的能量，随后利用所存储的能量产生输出电压V0。
如上所述，由储能单元120存储的能量以及产生的输出电压V0由开关单元110的开关操作控制。
即，参照图5和图6，当开关单元110接通(在本公开的示例性实施例中，处在图6的VG处于高电平的区间)时，储能单元的电流IIN增大，储能单元120因此而存储能量。另外，当开关单元110断开(在本公开的示例性实施例中，处在图6的VG处于低电平的区间)时，储能单元的电流IIN流过输出二极管D，存储在储能单元120中的能量传输至输出单元140，从而产生输出电压V0。
同时，当开关单元110断开且输出二极管D导通时，储能单元的电流IIN流入输出单元140的负载143(在本公开的示例性实施例中，为LED串)，转而对输出电容C进行充电。
在这种情况下，由于负载增大且储能单元供应至负载143的电流IIN相应地增大，因此在输出电容C中流动的电流相对减小，相应地，输出电压V0相对减小。
相反，由于负载减小且储能单元供应至负载143的电流IIN相应地减小，因此在输出电容C中流动的电流相对增大，相应地，输出电压V0相对增大。
不管负载如何波动，均可通过上述操作使输出电压V0保持恒定。
另外，当储能单元120的能量完全供应至负载143时，输出二极管D截止。在这种情况下，如图6所示，开关单元110的漏电压VDS因储能单元120与开关单元110的寄生电容器之间的谐振或储能单元120与缓冲电容器Csnubber之间的谐振而减小。
此外，如图6所示，当开关单元110断开时，因储能单元120与寄生电容器之间的谐振或储能单元120与缓冲电容器Csnubber之间的谐振而产生如下时间段：储能单元的电流IIN反向流动。
此外，参照图5和图6，漏电压VDS减小，然后开关单元110接通，因此，储能单元的电流IIN流经开关单元110。在这种情况下，如图6所示，当开关单元110接通时，漏电流IDS与储能单元的电流IIN相等。
同时，如图5所示，根据本公开的示例性实施例的转换器100还可包括感测电阻器Rs。
感测电阻器Rs连接在开关单元110的源极和地之间，因此产生感测电压VCS。感测电压VCS通过在感测电阻器RS中流动的漏电流IDS而产生，从而反映出储能单元的电流IIN的信息。
在这种情况下，根据本公开的示例性实施例，由于漏电流IDS从感测电阻器Rs的一个端子流到另一端子，因此感测电压VCS变为如图6所示的正电压。
同时，当漏电压VDS达到谐振波形的最低点时(当漏电压的谐振波形为最小电压时)，根据本公开的示例性实施例的开关控制单元130使开关单元110接通。
开关控制单元130利用漏电压VDS来检测谐振波形的最低点。
即，开关控制单元130检测谐振开始时的漏电压(即，产生谐振波形时的漏电压VDS)，并检测所检测的漏电压VDS的斜率何时改变(即，斜率的改变点(在下文中，称为“谷点”))，从而检测谐振波形的最低点。
通过如上所述的开关控制单元130，根据本公开的示例性实施例的转换器100可在开关单元110的漏电压VDS达到如图7所示的谐振波形的最低点A时执行使开关单元110接通的谷开关。
因此，根据本公开的示例性实施例，防止了硬开关，并可实现开关装置的软开关，从而使因高速的开关而产生的开关损耗、开关装置发热等问题最小化。结果，本公开的示例性实施例降低电感器、电容器等的容量，从而实现小型化和轻量化。
然而，当DC输入电力VIN的电压电平等于或小于输出电压V0的50％时(如图8所示)，在漏电压VDS的谐振区间可以检测到零点，因此可通过零电压开关操作实现软开关。
因此，当DC输入电力VIN的电压电平大于输出电压V0的电压电平的50％时(如图7所示)，也优选采用根据本公开的示例性实施例的谷开关方案，但在漏电压VDS的谐振区间可能检测不到零点。
在下文中，将更加详细地描述如上所述的开关控制单元130的构造。
如图5所示，根据本公开的示例性实施例的开关控制单元130可包括电压检测单元131、第一信号输出单元132和开关驱动单元133。
电压检测单元131检测谐振开始时的漏电压VDS(即，产生谐振波形时的漏电压VDS)。
在这种情况下，如图5所示，电压检测单元131可具有如下形式的分压器：由连接在开关单元110的漏极与地之间的多个电容器C1和C2构成。然而，本公开不限于此，因此，电压检测单元131可具有如下形式的分压器：例如，由多个分压电阻器取代多个电容器构成。然而，当分压器由多个分压电阻器构成时，在升压阶段会出现露电流，因此分压器较优选地由多个电容器构成。
当由电压检测单元131分压和检测的电压VDS达到斜率的对应于谐振波形的最低点的改变点(即，谷点)时，第一信号输出单元132输出可以使开关单元110接通的第一信号P1。
图9示出了如上所述的第一信号输出单元132的示意性电路图，图10是示出第一信号输出单元132的主要部分的信号波形的曲线图。
如图9所示，第一信号输出单元132可包括微分器132-1、第一比较器132-2和信号输出端子132-3，可检测谷点并根据使能信号VEN输出第一信号P1。
如图9所示，微分器132-1的一个端子连接到电压检测单元131，并因此而检测关于由电压检测单元131检测的漏电压VDS的斜率的信息。
即，如图9所示，微分器132-1可具有一个端子连接到电压检测单元131的形式的电容器，微分器132-1可根据电容器两端的电压变化(dv/dt)利用电容器的电流特性(即，包括漏电压VDS的微分组件的电流特性)，来检测关于漏电压VDS的斜率的信息。
如图9所示，第一比较器132-2包括反向输入端子(-)和正向输入端子(+)，其中，第一参考电压REF1输入到反向输入端子(-)，与微分器132-1中流动的电流相应的电压(下文中称为“微分电压(VD)”)输入到正向输入端子(+)。
当微分电压VD小于第一参考电压REF1时，根据本公开的示例性实施例的第一比较器132-2输出低电平比较信号VCP，当微分电压VD大于第一参考电压REF1时，根据本公开的示例性实施例的第一比较器132-2输出高电平比较信号VCP。
在这种情况下，如图10所示，当斜率不变时，第一参考电压REF1可以是通过对微分电压VD执行采样/保持而获得的电压。如图10所示，第一参考电压REF1可以是通过在施加低电平(断开)使能信号VEN并因此而无法执行谷点检测时(即，开关单元110接通)对微分电压VD执行采样并保持而获得的电压。
信号输出端子132-3根据从第一比较器132-2输出的比较信号VCP而输出可以使开关单元110接通的第一信号P1，根据本公开的示例性实施例，当输出高电平比较信号VCP时，信号输出端子132-3输出所述第一信号P1。
在下文中，将参照图9和图10描述根据本公开的示例性实施例的第一信号输出单元132的操作。
在漏电压VDS谐振的区间，施加了高电平(接通)使能信号VEN，微分器132-1的另一端子的开关装置因此而接通，从而第一信号输出单元132执行谷点检测操作。
接着，通过根据微分器132-1两端的电压变化利用电容器的电流特性，来检测关于漏电压VDS的信息，在漏电压VDS降低的方向上，微分器132-1中流动的电流的方向变为负(-)方向，因此电流从第一比较器132-2流出。
在这种情况下，从驱动电源VDD供应的电流增加的量为从第一比较器132-2流出的电流量，结果电压因电阻器而下降，微分电压VD相应地降低。
因此，微分电压VD低于第一参考电压REF1，第一比较器132-2因此而输出低电平比较信号VCP。
接着，在漏电压VDS在增大的方向上改变的情况下，微分器132-1流动的电流的方向变为正(+)方向，因此，电流流入第一比较器132-2。
因此，微分电压VD大于第一参考电压REF1，因此第一比较器132-2输出高电平比较信号VCP。
信号输出端子132-3根据高电平比较信号VCP将第一信号P1输出到开关驱动单元133，因此开关驱动单元133根据第一信号P1输出高电平开关驱动信号VG(如图5和图6所示)，以使开关单元110接通。
也就是说，当微分器132-1中流动的电流的方向从负(-)方向改变为正(+)方向时(即，由电压检测单元131检测的漏电压VDS的斜率(对应于微分电压VD)从负(-)方向改变为正(+)方向)时，根据本公开的示例性实施例的第一信号输出单元132输出第一信号P1，并根据第一信号P1使开关单元110接通。
参照图2，当前使用的转换器10基于从固定和确定开关装置1的开关频率的振荡器3等产生并输出的信号(置位脉冲、斜坡等)而使开关装置1接通。
另一方面，根据本公开的示例性实施例，可仅通过简单的电路构造(例如，微分器和比较器)产生并输出第一信号P1，因此无需复杂的电路构造即可执行软开关。因此，更有利于实现小型化，节约制造成本等。
同时，如图9所示，第一信号输出单元132还可包括电压保持单元132-4和电压电平降低单元132-5。
如图9所示，电压保持单元132-4连接到微分器132-1的另一端子，并可被构造为电流源、开关装置，从而在使能信号VEN接通/断开时使微分电压VD保持恒定。
当具有如上所述的构造的电压保持单元132-4未包括在本公开的示例性实施例中时，微分器132-1的另一端电压VC处于使能信号VEN从断开(低电平)变为接通(高电平)时的悬浮状态(类似于图10中示出的“B”)，随后连接到微分电压VD，因此在正(+)方向上微分电压VD波动较大。
因此，在本公开的示例性实施例中包括具有如上所述的构造的电压保持单元132-4，从而在使能信号VEN接通/断开时(尤其是在使能信号VEN从断开状态变为接通状态时(见图10的“C”))使微分电压VD的波动最小化。
另外，根据本公开的示例性实施例的第一信号输出单元132还可包括延迟单元132-6，延迟单元132-6延迟时间，直到在接通使能信号VEN(如图9所示)之后输出第一信号P1，以防止因如上所述的微分电压VD的波动而故障。
同时，如图9所示，电压电平降低单元132-5连接到第一比较器132-2的正向输入端子(+)，因此可被构造为开关装置、电流源等，从而降低第一参考电压REF1的电压电平。
如图9和图10所示，当电压检测单元131检测到漏电压VDS的斜率(对应于微分电压VD)从负(-)方向变为正方向(+)时(即，谷点A处)，第一信号输出单元132输出第一信号P1。
然而，会发生谷点在斜率实际已改变之后才被识别的错误，并发生接通延迟现象，所谓接通延迟现象是指开关单元110在实际的谷点未被接通而后来才被接通的现象，该现象由在第一信号输出单元132内从第一信号P1至开关单元110接通的实际时间被延迟等引起。
可通过利用增加负载(例如，电流源等)的电压电平降低单元132-5使第一参考电压REF1的电压电平降低，来解决上述接通延迟现象。
换言之，在未极大地偏离谷区间的范围内，可通过降低第一参考电压REF1的电压电平来使谷点的检测时序提前，从而解决接通延迟现象。这可从图11清楚地得到证实，图11示出了微分电压VD和第一信号P1依据电压电平降低单元132-5的电流源条件变化的波形。
另外，如图9所示，第一信号输出单元132还可包括位于电压检测单元131和微分器132-1的一个端子之间的钳位晶体管132-7。
钳位晶体管132-7可将由电压检测单元131检测的漏电压VDS降低并固定至预定大小的电压，以保护第一信号输出单元132的内部装置。在本公开的示例性实施例中，已采用将电压固定至5V大小的晶体管。然而，显然，在此提及的5V等仅是用于描述本公开的示例，因此，在本公开的示例性实施例中，可转而使用可将电压固定至其它电压大小的组件。另外，当内部装置的耐受电压足够大时，可以不使用钳位晶体管132-7。
另外，如图9所示，第一信号输出单元132还可包括钳位电压比较单元132-8，钳位电压比较单元132-8可以仅在由钳位晶体管132-7固定的电压等于或小于零电压时输出第一信号P1，以防止因噪声而发生故障。
在这种情况下，如图9所示，开关控制单元130还可包括滤波器单元135，滤波器单元135设置在电压检测单元131和钳位晶体管132-7之间，并被实现为用于去除噪声的RC滤波器的形式，从而进一步防止因噪声而发生故障。
同时，如图5所示，根据本公开的示例性实施例的开关控制单元130还可包括第二信号输出单元134。
第二信号输出单元134利用反馈电压VFDBK以及感测电压VCS输出可以使开关单元110断开的第二信号P2，其中，反馈电压VFDBK通过利用输出单元140的分压电阻器RD对输出电压V0进行分压而获得，感测电压VCS由感测电阻器RS产生。
在这种情况下，如图5所示，反馈电压VFDBK从输出单元140的调光开关144的源极检测，随后被输入至开关控制单元130的输入引脚FDBK。
另外，如图5所示，感测电压VCS通过感测电阻器RS检测，并且随后被输入到开关控制单元130的输入引脚CS。
如图5所示，第二信号输出单元134可包括第二比较器134-1和第三比较器134-2。
第二比较器134-1将反馈电压VFDBK与第二参考电压REF2(误差参考电压)进行比较，以对误差进行放大，从而产生并输出比较电压VCOMP(误差放大信号)。
在这种情况下，如图5所示，第二比较器134-1包括反向输入端子(-)和正向输入端子(+)，其中，反馈电压VFDBK输入到反向输入端子(-)，第二参考电压REF2输入到正向输入端子(+)。
因此，第二比较器134-1通过将第二参考电压REF2减去反馈电压VFDBK(误差参考电压)而获得的电压放大，以产生比较电压VCOMP(误差放大信号)。
另外，第三比较器134-2将反映关于储能单元的电流IIN的信息的感测电压VCS与从第二比较器134-1输出的比较电压VCOMP进行比较，并根据比较结果产生并输出可以使开关单元110断开的第二信号P2。
在这种情况下，如图5所示，第三比较器134-2包括反向输入端子(-)以及正向输入端子(+)，其中，比较电压VCOMP输入到反向输入端子(-)，感测电压VCS输入到正向输入端子(+)。
在这种情况下，如图6所示，当感测电压VCS等于或大于比较电压VCOMP时，第三比较器134-2将第二信号P2输出到开关驱动单元133，从而，如图5和图6所示，开关驱动单元133根据第二信号P2输出低电平开关驱动信号VG，以使开关单元110接通。
在本公开的示例性实施例的情况下，可通过控制如上所述的第一信号P1和第二信号P2的占空比来控制开关单元110的驱动，因此不管负载143(在本公开的示例性实施例中，为LED串)如何波动，均可保持输出电压V0恒定。因此，也可以保持负载143中流动的电流恒定。
另外，根据本公开的示例性实施例的第二信号输出单元134还可包括比较电压划分单元134-3。
在这种情况下，如图5所示，比较电压划分单元134-3连接在第二比较器134-1的输出端子与第三比较器134-2的反向输入端子(-)之间，以划分从第二比较器134-1输出的比较电压VCOMP，并将划分后的电压输出到第三比较器的反向输入端子(-)。
同时，如图5所示，根据本公开的示例性实施例的开关驱动单元133可包括第三信号输出单元133-1和开关驱动信号输出单元133-2。
如图5所示，第三信号输出单元133-1根据从第一比较器132输出的第一信号P1以及从第二信号输出单元134输出的第二信号P2产生并输出用于产生开关驱动信号VG的第三信号P3。本公开的示例性实施例描述第三信号输出单元133-1被实现为SR触发器，但不限于此。
如图5所示，第三信号输出单元133-1可包括第一信号输入端子S(置位端子)、第二信号输入端子R(复位端子)以及输出端子Q，其中，第一信号P1输入到第一信号输入端子S，第二信号P2输入到第二信号输入端子R，第三信号P3从输出端子Q输出。
因此，第三信号输出单元133-1输出与第一信号P1或第二信号P2相应的第三信号P3。例如，根据本公开的示例性实施例的第三信号输出单元133-1根据输入到第一信号输入端子S的第一信号P1产生高电平输出，并根据输入到第二信号输入端子R的第二信号P2产生低电平输出。
另外，开关驱动信号输出单元133-2根据从第三信号输出单元133-1输出的第三信号P3输出使开关单元110接通/断开的开关驱动信号VG。
例外，当根据本公开的示例性实施例的开关驱动信号输出单元133-2施加有高电平第三信号P3时，产生高电平开关驱动信号VG，并将产生的高电平开关驱动信号VG输出到开关单元110，当开关驱动信号输出单元133-2施加有低电平第三信号P3时，产生低电平开关驱动信号VG，并将产生的低电平开关驱动信号VG输出到开关单元110。
如图5所示，根据本公开的示例性实施例的开关单元110采用N沟道型FET开关装置，因此当开关驱动信号VG处于高电平时，开关单元110接通，当开关驱动信号VG处于低电平时，开关单元110断开。
在下文中，将参照图5、图6、图9和图10描述根据本公开的示例性实施例的开关操作。
在施加了DC输入电力VIN的状态下，开关单元110接通，随后断开。之后，当储能单元120的能量完全供应至负载143(在本公开的示例性实施例中，为LED串)时，输出二极管D截止。
在这种情况下，漏电压VDS因储能单元120与开关单元110的寄生电容器之间的谐振或储能单元120与缓冲电容器Csnubber之间的谐振而产生谐振波形。
在产生谐振波形时，由电压检测单元131检测漏电压VDS，并且将检测的漏电压VDS输入到第一信号输出单元132。
在这种情况下，第一信号输出单元132施加有高电平使能信号VEN，微分器132-1的另一端子的开关装置因此而接通，从而执行谷点检测操作。
接着，利用电容器的电流特性根据微分器132-1两端的电压变化检测关于漏电压VDS的斜率的信息，当漏电压VDS从降低方向变为升高方向时，输出高电平比较信号VCP。第一信号P1根据高电平比较信号VCP通过第一信号输出单元132而输出。
根据第一信号P1，通过开关驱动单元133输出高电平开关驱动信号VG，从而使开关单元110接通。接着，当开关单元110接通时，储能单元的电流IIN增大，储能单元120因此而存储能量。
同时，在调光开关144接通的区间，从调光开关144的源极检测反馈电压VFDBK，并将反馈电压VFDBK与第二参考电压REF2(误差参考电压)进行比较，以对误差进行放大，从而输出比较电压VCOMP(误差放大电压)。
接着，通过感测电阻器RS检测反映关于储能单元的电流IIN的信息的感测电压VCS，并通过将感测电压RS与比较电压VCOMP进行比较来输出第二信号P2。
根据第二信号P2，通过开关驱动单元133输出低电平开关驱动信号VG，从而使开关单元110断开。
当开关单元110断开且输出二极管D导通时，储能单元的电流IIN流入负载143，输出电容器C因此而被充电。接着，当储能单元120的能量完全供应至负载143时，漏电压VDS再次谐振。在这种情况下，重复上述操作，以执行开关操作。
结果，根据本公开的示例性实施例，可通过控制如上所述的第一信号P1和第二信号P2的占空比来控制开关驱动信号VG的占空比，从而可控制开关单元110的开关操作。因此，不管负载如何波动，输出电压V0根据开关控制而保持恒定，结果，在负载143中流动的电流也保持恒定。
另外，根据如上所述的本公开的示例性实施例，可根据反映关于谐振区间中的漏电压VDS的最低点的信息的第一信号P1使开关单元110接通。在这种情况下，漏电流IDS在开关单元110中流动，因此可实现谷开关。结果，防止硬开关，并可实现开关单元110的软开关，从而使由于高速的开关而产生的开关损耗、开关装置发热等问题最小化。
另外，根据本公开的示例性实施例，可以仅通过简单的电路构造(例如，微分器和比较器)来产生并输出第一信号P1，因此无需复杂的电路构造(例如，振荡器)即可执行软开关。
可通过利用可以与合适的软件相关联来运行软件的硬件和专用硬件，来提供在本公开的附图中示出的各个组件的功能。当由处理器提供时，这些功能可以由单个专用处理器、单个公用处理器或部分可分享的多个独立的处理器提供。
另外，明确使用的术语“控制单元”将不被解释为排除可执行软件的指定硬件，并且可隐含包括微控制器单元(MCU)、数字信号处理器(DSP)硬件、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、非易失性存储装置，而不受限制。
在本申请的权利要求中，表示为用于执行特定功能的装置的元件包括执行特定功能的任意方案，并且这些元件可包括以任意形式(包括与适用于执行用于执行特定功能的软件相结合的固件、微代码等)执行特定的功能或软件的电路元件的组合。
在本说明书中，本公开的原理的“一个实施例”以及针对表述的各种改变的申明表示与该实施例相关联的特定特征、结构、特性等包括在本公开的原理的至少一个实施例中。
因此，整个说明书中公开的表述“一个实施例”以及任何其它修改示例不必表示同一实施例。
在本说明书中，在描述方法包括一系列步骤的情况下，在此提出的这些步骤的顺序不必是这些步骤会执行的顺序。也就是说，可省略描述的任意步骤，和/或可将未在此描述的任意其他步骤加入所述方法。
在本说明书中指定的表述(例如，“连接到……”，“将……连接”等)的各种改变表示一个元件可通过电方案或非电方案直接连接到或直接结合到另一组件。
另外，在本说明书中，被描述为彼此“相邻”的对象在使用上述短语的上下文中，可物理地相互接触、相互靠近或总体处于相同的范围或区域。
此外，本说明书中使用的术语用于解释实施例而非限制本公开。在本说明书中，除非明确地描述为与之相反，否则单数形式也包括复数形式。此外，本说明书中提及的组件、步骤、操作和元件不排除存在或增加一个或更多个其他组件、步骤、操作、元件和设备。
如上所述，根据本公开的示例性实施例，可以使因高速的开关而产生的开关损耗、开关装置的发热等问题最小化。
此外，如上所述，根据本公开的示例性实施例，可响应于电感器、电容器等容量的降低实现小型化和轻量化。
此外，如上所述，根据本公开的示例性实施例，可通过简单的电路构造实现最小化、节约制造成本等。
然而，本公开的范围不限于上述效果。
在上文中，已参照本公开的示例性实施例描述了本公开。描述了本说明书中公开的所有实施例和条件性示例，以帮助本公开所属领域的普通技术人员理解本公开的原理和构思，并且本领域的技术人员可理解：可按照在不脱离本公开的必要特征的范围内的变型的形式实现本公开。本公开的范围应由权利要求而非上述描述来限定，并且与权利要求等同的全部技术精神应被解释为包括在本公开内。

Claims (46)

1.一种转换器，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元接通。
24.根据权利要求23所述的开关控制电路，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％。
25.根据权利要求23所述的开关控制电路，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。
26.根据权利要求23所述的开关控制电路，其中，
第一信号输出单元包括微分器，所述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。
27.根据权利要求26所述的开关控制电路，其中，
当微分器中流动的电流的方向从负反向改变为正方向时，第一信号输出单元输出第一信号。
28.根据权利要求26所述的开关控制电路，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，
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，并根据比较的结果输出比较信号；
信号输出端子，根据比较信号输出第一信号。
29.根据权利要求28所述的开关控制电路，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。
30.根据权利要求28所述的开关控制电路，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。
31.根据权利要求28所述的开关控制电路，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，并在使能信号接通和断开时保持微分电压恒定；
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。
32.根据权利要求28所述的开关控制电路，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。
33.根据权利要求26所述的开关控制电路，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。
34.根据权利要求33所述的开关控制电路，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。
35.根据权利要求23所述的开关控制电路，所述开关控制电路还包括：
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，
其中，感测电阻器连接在开关单元的另一端子与地之间。
36.根据权利要求35所述的开关控制电路，其中，
开关驱动单元响应于第二信号使开关单元断开。
37.根据权利要求35所述的开关控制电路，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。
38.根据权利要求35所述的开关控制电路，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。
39.根据权利要求38所述开关控制电路，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。
40.根据权利要求23所述的开关控制电路，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一个端子与地之间。
41.根据权利要求38所述的开关控制电路，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。
42.根据权利要求38所述的开关控制电路，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。
43.根据权利要求23所述的开关控制电路，其中，
开关单元并联连接到缓冲电容器。
44.一种开关控制方法，所述开关控制方法控制开关装置的开关操作并在开关装置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装置接通，其中，所述开关装置通过储能装置控制来自DC输入电力的输出电压的产生，所述开关控制方法包括：
在产生谐振波形时检测所述一个端子和所述另一端子之间的电压；
当所检测的所述一个端子之间与所述另一端子之间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；
响应于第一信号使开关装置接通。
45.根据权利要求44所述的开关控制方法，其中，在输出第一信号时，当所述一个端子与所述另一端子之间的检测电压的斜率从负方向改变为正方向时，输出第一信号。
46.根据权利要求44所述的开关控制方法，所述开关控制方法还包括：
检测与输出电压相应的反馈电压；
检测感测电压；
利用所检测的反馈电压和所检测的感测电压输出第二信号；
响应于第二信号使开关装置断开，
其中，感测电压由连接在开关装置的所述另一端子与地之间的感测电阻器产生。
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