[发明专利]在开关电源系统中采用的控制设备

说明书

技术领域

本发明属于在开关电源系统中应用的控制设备。本发明还涉及采用了所述控制设备的开关电源系统。

背景技术

开关电源系统（也称为表示“开关模式电源”的SMPS）使得可以基于在输入分出的DC电压传递一个或多个DC电压作为输出。具体地在可变速驱动器中采用这种类型的开关电源系统。在可变速驱动器中，开关电源系统承担通过根据从该可变速驱动器的DC电源总线分出的主DC电压提供可以为该可变速驱动器的所有电子件供电的辅助DC电压的任务。

DC电源总线提供范围可以从350Vcc到多于1000Vcc的主DC电压。从而该开关电源系统中采用的控制设备必须能够在1700Vcc下切换高达2A的电流。在已知方式下，该控制设备可以包括具有在1200V和1700V之间的击穿电压的MOSFET类型的单个晶体管。然而，在这些击穿电压处，该MOSFET晶体管处于它的工艺极限。此外，它的成本高，并且工作期间，因为焦耳效应它的损耗特别高。

为了改善这些缺点，已知的是串联两个MOSFET晶体管，具有更低的击穿电压，范围从600V到900V。从而串联的这两个晶体管的每个经受更少的电压，符合MOSFET技术的最佳应用。

在现有技术中，提出了关于这两个串联晶体管的若干设置。2000年9月第5期卷15的IEEE transactions on power electronics（IEEE电力电子学报）中Robert L.Hess和Russel Jacob Baker题为“Transformerless Capacitive Coupling of Gate Signals for Series Operation of Power MOS Devices（用于电力MOS设备的串联工作的选通信号的无变压器的电容耦合）”的出版物描述了包括至少两个串联的MOSFET类型晶体管的控制设备。在图1A中表现此拓扑。在此拓扑中，该控制设备包括两个输入端A、B，及连接至第二输入端B并在其栅极接收源自控制单元U的控制信号的第一晶体管T1。第二晶体管T2与第一晶体管T1串联连接，并连接至第一输入端A。在第二晶体管T2的栅极和第二输入端B之间连接电容C1。电容C1的作用是两方面：提供控制第二晶体管的足够电荷，以及将横越第一晶体管的端子的电压限制在最优值。

为了不取决于这两个条件，特别提出用齐纳（Zener）二极管Dz1来替换该电容，则可以固定横越第一晶体管T1的端子的电压。在图1B中表现此第二种已知拓扑。在此设置中，此时依靠该齐纳二极管Dz1的本征电容（Ci）存储的电荷保证了第二晶体管T2的控制。然而，如果（例如由于DC总线的电压过低）该齐纳二极管Dz1的本征电容发送的电荷低于正确地控制第二晶体管T2所必需的电荷，则需要添加与该齐纳二极管并联的电容器以保证对第二晶体管的合适的控制。通过添加与该齐纳二极管并联的电容器，针对第一种设置识别的缺点再次出现了。

在这两种设置中，对第二晶体管T2的控制都依赖于所述电容器的电容（不管后者是本征的或额外的）以及该电容器两端的电压电平。为了用合适的方式控制第二晶体管T2，基于该电容器（齐纳二极管Dz1的本征或额外的）两端较低的电压，需要增加与晶体管T2的栅极串联的电容器的电容。然而，不能不确定地增加该电容器的电容。

本发明的目标是提出一种打算用在开关电源系统中的具有串联的两个晶体管的控制设备，无论主DC电压的电平为何，该控制设备都允许对第二晶体管的合适的控制，并且不用增加电容器的电容。

发明内容

通过一种开关电源系统中打算采用来控制所述开关电源系统的DC/DC转换器的控制设备来实现此目标，所述控制设备包括：第一输入端子和第二输入端子，连接至第二输入端子并提供有意在接收源自控制单元的控制信号的栅极的第一晶体管，以及连接至第一输入端子、与第一晶体管串联连接并提供有浮动控制栅极的第二晶体管，该控制设备包括连接至第二晶体管的栅极和连接至第二输入端子的控制组件，该控制组件包括电压源和连接至该电压源的电压钳位/路由设备。

根据特定的特征，电压钳位/路由设备包括与电压源串联连接的齐纳二极管。

根据另一特定特征，例如与齐纳二极管单独并联连接一额外的电容器。

根据另一特定特征，电压钳位/路由设备包括与电压源串联连接的二极管，和与电压源及所述二极管并联连接的齐纳二极管。

根据另一特定特征，另外额外的电容器与控制组件并联连接，控制组件是按“齐纳二极管+电压源串联”的配置，或者按“二极管+电压源串联并与齐纳二极管并联”的配置。