转换器的制造方法
【专利说明】转换器
[0001]本申请要求于2014年10月16日提交的题为“Converter (转换器)”的第10-2014-0139693号韩国专利申请的外国优先权权益，该韩国专利申请的全部内容通过弓I用包含于本申请中。
技术领域
[0002]本发明的实施例涉及一种转换器。
【背景技术】
[0003]根据当前的趋势，就电子和通信装置而言，随着半导体集成电路的发展，系统部件已经迅速地被小型化与轻量化，然而，由于诸如电感器、电容器等的储能装置而导致尚未如期地使电力部件小型化和轻量化。
[0004]因此，为了迎合小型化和轻量化的电子和通信装置的当前趋势，非常重要的是要获得用于电力装置(尤其是，开关式电源(SMPS)等)的小型且轻量的转换器。
[0005]在SMPS等中使用的转换器中，随着开关频率升高，储能装置的容量能够减小，从而通过高速的开关获得小型且轻量的转换器。
[0006]然而，在利用高速半导体开关装置等来增大开关频率时，会产生开关损耗和开关装置的生热问题。
[0007]近来，为了克服这一问题，已经提出了所谓的“软开关方法”。根据软开关方法，当开关装置两端的电压达到零点或谐振波形的最低点时，通过接通开关装置使开关损耗变为零(实际上包含接近于零的范围)。
[0008]然而，根据软开关方法，当转换器的输出电压未达到足够电平时，开关装置两端的电压不发生谐振，因而无法执行开关操作。
[0009]因此，利用软开关方法的转换器在启动期间(也包括电力被供应并增大至足够的输出电平、重启和初始化启动的过程)无法执行升压操作，从而降低了 SMPS自身的可靠性。
【发明内容】
[0010]本公开的一个目的是提供一种用于在启动期间的开关操作模式下以及启动之后的开关操作模式下选择性地执行软开关的转换器。
[0011]本公开的另一目的是提供一种利用简单的电路构造方便地进行软开关的转换器。
[0012]根据本公开的示例性实施例，提供一种根据开关装置两端的电压是否发生谐振而选择性地执行启动期间的开关操作模式或启动之后的开关操作模式的转换器。
[0013]根据本公开的示例性实施例，提供一种转换器，所述转换器包括:开关单元；储能单元，用于存储来自直流输入电压的能量，随后根据开关单元的开关操作而产生输出电压；开关控制器，用于控制开关单元来选择性地执行第一操作模式或第二操作模式，其中，在第一操作模式下，按照固定频率使开关单元接通；在第二操作模式下，当开关单元的一端与开关单元的另一端之间的电压到达谐振波形的零点时使开关单元接通。其中，开关控制器包括:操作模式选择单元，用于根据开关单元的一端与开关单元的另一端之间的电压是否发生谐振而选择性地执行第一操作模式或第二操作模式。
[0014]根据本公开的示例性实施例，提供一种转换器，所述转换器包括:开关单元；储能单元，用于存储来自直流输入电压的能量，随后根据开关单元的开关操作而产生输出电压；开关控制器，用于控制开关单元来选择性地执行第一操作模式或第二操作模式，其中，在第一操作模式下，按照预定频率使开关单元接通；在第二操作模式下，当开关单元的一端与开关单元的另一端之间的电压到达谐振波形的最低点时使开关单元接通。其中，开关控制器包括:操作模式选择单元，用于根据开关单元的一端与开关单元的另一端之间的电压是否发生谐振而选择性地执行第一操作模式或第二操作模式。
[0015]通过提供下述的转换器来实现以上目的:当开关装置两端的电压到达谐振波形的零点或最低点时，所述转换器使开关装置接通。
[0016]此外，可通过提供下述的一种转换器来实现以上目的:所述转换器仅利用诸如比较器等的构造而使开关装置接通。
【附图说明】
[0017]下面结合附图对实施例进行描述，这些和/或其它方面及优点将变得更加清楚，并且更容易理解，在附图中:
[0018]图1是开关装置的根据开关方法而变化的电流波形和电压波形的示意图。
[0019]图2是当前通常使用的转换器的示意电路图。
[0020]图3是图2的转换器的根据输入/输出条件而变化的操作波形的曲线图。
[0021]图4是用于描述硬开关方法中的开关损耗的示图。
[0022]图5是根据本公开的第一实施例的转换器的示意电路图。
[0023]图6A是图5中的转换器执行第一操作模式的情形的电路图。
[0024]图6B是示出图6A中的转换器的主要组件的信号波形的曲线图。
[0025]图7A是图5中的转换器执行第二操作模式的情形的电路图。
[0026]图7B是示出图7A中的转换器的主要组件的信号波形的曲线图。
[0027]图8是根据本公开的第二实施例的转换器的示意电路图。
[0028]图9是根据本公开的第二实施例的第三信号输出单元的示意电路图。
[0029]图10是示出图9中的第三信号输出单元的主要组件的信号波形的曲线图。
[0030]图11是示出根据电压电平降低单元的电流源条件而变化的微分电压和第三信号的波形的曲线图。
[0031]图12A是图8中的转换器执行第一操作模式的情形的电路图。
[0032]图12B是示出图12A中的转换器的主要组件的信号波形的曲线图。
[0033]图13A是图8中的转换器执行第二操作模式的情形的电路图。
[0034]图13B是示出图13A中的转换器的主要组件的信号波形的曲线图。
[0035]图14是第一操作模式和第二操作模式下输出的根据漏电压是否谐振而变化的信号的曲线图。
【具体实施方式】
[0036]以下，将参照附图详细地描述针对目标的本公开的示例性实施例的转换器的技术特点和优点，以使本公开所属领域的技术人员能够容易地实践示例性实施例。
[0037]另外，在下面的至少一个实施例的描述中，出于清楚和简明的目的，将省略在此包含的已知功能和结构的具体描述。附图中的组件并非始终按照预定的尺寸示出。例如，出于便于理解本公开的实施例的目的，与其他组件相比，可能会夸大一些组件的尺寸。另外，除非例外，否则贯穿所有附图，不同附图中的相同标号指示相同的元件，相似的标号指示相似的元件。
[0038]使用诸如“第一”和“第二”的术语仅仅出于将一个构成元件与另一构成元件进行区分的目的，构成元件并不会受这些术语限制。
[0039]软开关的必要件
[0040]图1是开关装置的根据开关方法而变化的电流波形和电压波形的示意图。
[0041]如图1中所示，在硬开关方法的情形下，在开关装置进行开关期间，发生开关损耗Ploss (漏-源电压Vds和漏_源电流I㈨彼此重叠的部分)。
[0042]在SMPS中当前通常使用的转换器中也会发生前述开关损耗，以下将参照图2和图3对此进行描述。
[0043]图2是当前通常使用的转换器10的示意电路图。图3是图2的转换器10的根据输入/输出条件而变化的操作波形的曲线图。
[0044]参照图2和图3，当开关装置I接通时(Vti转换为高电平)，随着电感电流IIN增大，电感器2存储能量。此外，当开关装置I断开时(Vti转换为低电平)，存储在电感器2中的能量传输为转换器10的输出电压V。。
[0045]接着，当电感器2的电流完全释放时，电感器2与开关装置I的寄生电容(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I中流动的电流1:?在正⑴方向和负㈠方向上反复改变，因此，开关装置I两端的电压Vds也会按照与开关装置I中的电流Ids相同的频率谐振。
[0046]在这种情况下，如图3所示，在图2的转换器10中执行硬开关，在开关装置I两端的电压Vds的谐振波形不是零或最小值的任意电压电平下使开关装置I接通，从而导致开关损耗、开关装置的发热问题等。
[0047]在图4中详细地示出了硬开关方法中的开关损耗。如图4所示，在硬开关方法的情形下，在IMHz或更高的开关频率下，开关损耗与频率成比例地增大。
[0048]因此，为了降低高速的开关引起的开关损耗，需要对开关装置进行开关以使开关损耗Puffis为零(实际上包括接近于零的范围)，即，所谓的“软开关启动”(如图1中所示)。
[0049]S卩，例如，如图1中所示，当开关装置接通时，执行漏-源电压Vds为零的零电压开关(ZVS)操作，或者即使未示出，在开关装置断开之后，开关装置两端的电压到达谐振波形的最低点时，仍需要使开关装置接通的开关启动，即，所谓的“谷开关方法”。
[0050]然而，在软开关方法中，当转换器的输出电压没有增加到足够的电平时，漏-源电压Vds不会发生谐振，因此，当驱动利用软开关方法的转换器时，无法执行电压升压操作。
[0051]因此，本公开的示例性实施例采用仅仅通过简单的电路构造实现软开关并可在驱动软开关期间进行升压操作的开关控制构造的示例，以下将对此进行详细地描述。
[0052]第一实施例
[0053]图5是根据本公开的第一实施例的转换器100的示意电路图。
[0054]本公开的示例性实施例描述升压转换器，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被构造为向具有彼此串联的多个发光二极管(LED)器件的LED串143供电，但本公开不限于此。
[0055]如图5中所示，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、开关控制器130和输出单元140。
[0056]尽管未示出，但根据本公开的示例性实施例的转换器100可包括对交流(AC)输入电力进行整流以产生直流(DC)输入电力Vin的供电器，并且所述供电器可包括桥式二极管、线路滤波器等。
[0057]在这种情况下，桥式二极管可构造有四个二极管，并且可对AC输入电力进行全波整流，以产生图5中所示的直流(DC)输入电力VIN。
[0058]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电力输入到其的两端，两个电感器串联连接到AC电力输入到其的两端。
[0059]在这种情况下，线路滤波器可滤除AC输入电力的电磁干扰。
[0060]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，但本公开不限于此。可采用任何开关装置，只要开关装置能够执行开关操作即可。
[0061]根据本公开的示例性实施例的开关单元110可具有形成在漏极和源极之间的寄生电容器，如图5中所示，缓冲电容器CsnubbCT可与开关单元110并联连接。
[0062]在下文中，开关单元110两端的电压将被称为“漏电压Vds”，开关单元110中流动的电流将被称为“漏电流Ids”。
[0063]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，DC输入电力Vin供应至储能单元120的一端，输出二极管D的阳极以及开关单元110的一端(漏极)连接到储能单元120的另一端。
[0064]直流输入电力Vin可传输到储能单元120。在这种情况下，储能单元120可根据直流输入电力Vin存储来自储能单元120中流动的电流(在下文中称为“储能单元电流I IN”)的能量，随后利用所述能量产生输出电压V。。
[0065]前述的储能单元120的能量存储以及输出电压V。的产生由开关单元110的开关操作控制。
[0066]即，当开关单元110接通时，随着储能单元电流Iin增大，储能单元120存储能量。另外，当开关单元110断开时，随着储能单元电流Iin流经连接在储能单元120与转换器100的输出端子之间的输出二极管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V。。
[0067]当开关单元110断开且输出二极管D导通时，储能单元电流Iin流到输出单元140的负载143 (本公开的示例性实施例的LED串)，从而对输出电容C进行充电。
[0068]在这种情况下，随着负载增大，供应至负载143的储能单元电流Iin增大，因此在输出电容C中流动的电流相对减小，从而输出电压V。相对减小。
[0069]另一方面，随着负载减小，供应至负载143的储能单元电流Iin减小，在输