[发明专利]应用于开关电源供电系统的控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及应用于开关电源供电系统中的控制装置。

背景技术

开关电源供电系统（也称为“开关式电源SMPS”）能够基于在输入端处所分接（tap off）的DC电压而输送一种或多种DC电压作为输出。这种类型的开关电源供电系统尤其用于可变速驱动器。在可变速驱动器中，于是开关电源供电系统承担提供辅助DC电压的任务，使得能够通过从可变速驱动器的DC电源总线所分接的主DC电压供电给可变速驱动器的所有的电子器件。

DC电压总线提供的主DC电压可以在350Vcc至大于1000Vcc的范围内变化。因此，应用于开关电源供电系统中的控制装置能够在1700Vcc下切换高达2A的电流。以已知的方式，控制装置可以包括击穿电压介于1200V至1700V的单个MOSFET型晶体管。然而，在这些击穿电压下，MOSFET晶体管具有其技术限制。而且，MOSFET晶体管成本高并且在操作期间，MOSFET晶体管通过焦耳效应所产生的损耗特别大。

为了缓和这些缺点，已知将具有较低击穿电压（在600V至900V之间变化）的两个MOSFET晶体管串联。因此，两个串联的晶体管中的每个晶体管都承受较低的电压，以与MOSFET技术的最优应用兼容。

在现有技术中，已经提出了两个串联的晶体管的几种设置。Robert L.Hess和Russel Jacob Baker于2000年9月在IEEE transactions on power electronics（第5册第15卷）上发表的标题为“Transformerless Capacitive Coupling of Gate Signals for Series Operation of Power MOS Devices”的文章描述了包括串联的至少两个MOSFET型晶体管的控制装置。在图1A中示出了该拓扑结构。在该拓扑结构中，控制装置包括两个输入端子A、B和第一晶体管T1，其中，该第一晶体管连接至第二输入端子B并且在其栅极处接收来自控制单元U的控制信号。第二晶体管T2与第一晶体管T1串联地连接并且连接至第一输入端子A。电容器C1连接至在第二晶体管T2的栅极和第二输入端子B之间。电容器C1具有双重作用：提供足够的电荷以控制第二晶体管并且将第一晶体管的端子之间的电压限制为最优值。

为了避免取决于这两个条件，尤其提出了用齐纳二极管Dz1来替换电容器，于是能够固定第一晶体管T1的端子之间的电压。在图1B中示出了该已知的第二拓扑结构。在该设置中，于是依靠由齐纳二极管Dz1的杂散电容（Cz）所存储的电荷来确保第二晶体管T2的控制。然而，如果通过齐纳二极管Dz1的杂散电容所传输的电荷低于（例如，由于DC总线的电压太低）准确控制第二晶体管T2所必需的电荷，则有必要添加与该齐纳二极管并联的电容器，以确保第二晶体管的适当控制。通过添加与齐纳二极管并联的电容器，使在第一设置方面所识别出的缺点再现。

在这两种设置中，无论电容器是固有的还是附加的，第二晶体管T2的控制都取决于电容器的电容和电容器的端子之间的电压电平。为了基于电容器（齐纳二极管Dz1固有的或者附加的）的端子之间较低的电压来以适当的方式控制第二晶体管T2，有必要增加与晶体管T2的栅极G串联连接的电容器的电容。然而，电容器的电容不能无限增大。

在专利申请EP0453376A2和EP0140349A2以及由Herbert L Hess于2000年9月1日发表的标题为“Transformerless Capacitive coupling of Gate Signals for Series Operation of Power MOS Devices”（XP011043472）的出版物中已经描述了各种控制方案。

本发明的目的是为了提出意欲应用于开关电源供电系统中的具有串联的两个晶体管的控制装置，该控制装置不管主DC电压电平是多少，都允许适当控制第二晶体管，而不增大电容器的电容。

发明内容

通过意欲应用于开关电源供电系统的控制装置来实现该目的，控制装置控制所述开关电源供电系统的DC/DC转换器，所述控制装置包括：第一输入端子和第二输入端子；第一晶体管，所述第一晶体管经由其源极连接至第二输入端子并且布置有意欲接收来自于控制单元的控制信号的栅极；以及第二晶体管，所述第二晶体管设置有栅极并且经由其漏极连接至第一输入端子并经由其源极连接至所述第一晶体管，其特征在于，所述控制装置包括：