CN107925351B - 控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的控制电路能够稳定地供给预先确定的Vcc，且适于基板面积的小型化，特征在于，该控制电路具有：驱动电路，其输出栅极驱动信号；充电电路，其在该驱动电路启动时生成充电电流；以及Vcc控制电路，其接收该充电电路的输出，输出用于供给该驱动电路的Vcc的控制信号，将该驱动电路、该充电电路及该Vcc控制电路设置于1个芯片。

Description

控制电路
技术领域
本发明涉及例如在逆变器系统等的电压变换或LED系统等中使用的控制电路。
背景技术
在专利文献1中公开了栅极驱动电路。该栅极驱动电路基于从PWM波形发生器输出的各种信号Vg1’、Vg2’、Vp1、Vp2，对施加于Hi-MOSFET及Lo-MOSFET的栅极电压的施加定时及施加电压值进行控制，对Hi-MOSFET及Lo-MOSFET在规定的定时施加规定的电压值的栅极电压。
专利文献1：日本特开2008-278552号公报
发明内容
最适合于例如LED系统等系统的高耐压栅极驱动IC(以下，有时称为驱动电路)直接对功率设备进行控制。驱动电路的供给电源(Vcc)大多由与驱动电路分开设置的IPD(Intelligent Power Device)控制。在该情况下，产生独立地进行系统的控制和IPD的控制的需要，因此存在系统管理变困难的问题。
并且，在为了使基板面积缩小，将驱动电路和用于将Vcc供给至驱动电路的电路形成于1个芯片的情况下，要求稳定地供给预先确定的Vcc。
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供能够稳定地供给预先确定的Vcc且适于基板面积的小型化的控制电路。
本发明涉及的控制电路的特征在于，具有：驱动电路，其输出栅极驱动信号；充电电路，其在该驱动电路启动时生成充电电流；以及Vcc控制电路，其接收该充电电路的输出，输出用于供给该驱动电路的Vcc的控制信号，将该驱动电路、该充电电路及该Vcc控制电路设置于1个芯片。
本发明涉及的其他的控制电路的特征在于，具有：驱动电路，其输出栅极驱动信号；Vcc电路，其将Vcc供给至该驱动电路；第1浮置端子，其与该驱动电路连接；以及第2浮置端子，其与该Vcc电路连接，与该第1浮置端子绝缘，将该驱动电路及该Vcc电路设置于1个芯片。
本发明的其他特征在下面得以明确。
发明的效果
根据本发明，在将驱动电路和Vcc控制电路设置于1个芯片的基础上，通过设置2个浮置端子，或者由反馈电路对Vcc进行监视，从而可以提供能够稳定供给预先确定的Vcc且适于基板面积的小型化的控制电路。
附图说明
图1是实施方式1涉及的控制电路等的电路图。
图2是表示Vcc的控制时序的时序图。
图3是实施方式2涉及的控制电路等的电路图。
图4是实施方式3涉及的控制电路等的电路图。
图5是实施方式4涉及的控制电路等的电路图。
具体实施方式
参照附图，对本发明的实施方式涉及的控制电路进行说明。对相同或对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。
实施方式1.
图1是本发明的实施方式1涉及的控制电路等的电路图。控制电路18是将具有多个功能的电路集成于1个芯片的集成电路(IC)。为了与外部进行电气输入输出，在控制电路18设置有端子T1-T10。控制电路18具有输出栅极驱动信号的驱动电路26。驱动电路26具有检测电路26a、26b、FF电路26c及信号生成电路26d。驱动电路26是高耐压栅极驱动IC(HVIC)。
驱动电路26的控制对象是第1功率设备30。驱动电路26经由端子T9与第1功率设备30的栅极连接。驱动电路26(信号生成电路26d)是生成栅极驱动信号，将该栅极驱动信号施加于在外部设置的第1功率设备30的栅极的电路。向驱动电路26连接有供给浮置电位的端子T10。端子T10称为第1浮置端子。第1浮置端子(端子T10)与第1功率设备30的源极连接。
控制电路18具有端子T1。端子T1经由整流电路12、升压电路14与商用电源10(例如AC100V的外部电源)连接。控制电路18具有与该端子T1连接的充电电路20。充电电路20例如由恒流电路构成。商用电源10(电源电压)的电压被升压电路14升压至例如600V，该升压后的电压输入至充电电路20。充电电路20在驱动电路26启动时生成充电电流。充电电流被用于供给至驱动电路26的Vcc的建立(启动)。
控制电路18具有Vcc控制电路22。Vcc控制电路22是输出用于生成被供给至驱动电路26的Vcc的信号的电路。Vcc控制电路22具有FB(Feed Back)检测电路22a、PFM(PulseFrequency Modulation)控制电路22b及信号生成电路22c。信号生成电路22c经由端子T6与第2功率设备40的栅极连接。信号生成电路22c是生成控制信号，将该控制信号经由端子T6施加于第2功率设备40的栅极的电路。第2功率设备40的漏极与升压电路14连接。此外，上述的第1功率设备30和第2功率设备40优选由例如功率MOSFET或IGBT等高耐压功率设备构成。
向Vcc控制电路22连接有供给浮置电位的端子T7。将端子T7称为第2浮置端子。第2浮置端子(端子T7)与第2功率设备40的源极连接。第2浮置端子(端子T7)是与第1浮置端子(端子T10)绝缘的端子。因此，第1浮置端子(端子T10)的电位变动不对第2浮置端子(端子T7)的电位造成影响，第2浮置端子的电位变动不对第1浮置端子的电位造成影响。
向第2功率设备40的源极连接有电压变换部42。电压变换部42与第2功率设备40的通断对应地生成供给至驱动电路26的Vcc。将第2功率设备40和电压变换部42统称为外部转换器43。“外部”是指位于控制电路18的外部。
对Vcc控制电路22和外部转换器43的动作进行说明。Vcc控制电路22接收充电电路20的输出而开始动作。具体地说，信号生成电路22c生成控制信号，将其施加于第2功率设备40的栅极。与此相对应，通过外部转换器43生成Vcc(例如15V)。生成出的Vcc经由端子T2供给至驱动电路26。
此时，通过与端子T2连接的FB电路22a和PFM控制电路22b对Vcc进行检测。FB电路22a和PFM控制电路22b将信号传输至信号生成电路22c，以使得检测出的Vcc成为预先确定的值。例如，FB电路22a和PFM控制电路22b向信号生成电路22c通知为了实现预先确定的Vcc所需的控制信号脉冲周期。FB电路22a和PFM控制电路22b作为反馈电路起作用。反馈电路只要是对Vcc进行检测，对Vcc是否适当进行判定，如果不适当则向信号生成电路22c通知即可，不特别地进行限定，也可以是FB电路22a和PFM控制电路22b以外的结构。
控制电路18具有切断充电电流的切断电路24。如果充电电路20的充电电流达到预先确定的值，则切断电路24切断充电电路20与驱动电路26的连接。具体地说，在将充电电路20与驱动电路26连接的配线设置有开关，切断电路24通过使该开关断开，从而切断充电电路20与驱动电路26的连接。
控制电路18构成为，将上述的驱动电路26、充电电路20、切断电路24及Vcc控制电路22设置于1个芯片。充电电路20、切断电路24及Vcc控制电路22是进行用于根据由升压电路14升压后的电压(例如600V)来生成供给至驱动电路26的Vcc(例如15V)的控制的电路。假如将该“进行用于生成Vcc的控制的电路”与驱动电路26设置于不同基板，则需要2个基板，在所需要的基板面积增加的基础上，还需要用于基板间的电连接的配线。
但是，在本发明的实施方式1中，通过将进行用于生成Vcc的控制的电路(充电电路20、切断电路24及Vcc控制电路22)内置于形成有驱动电路26的芯片，从而能够削减部件个数，缩小基板安装面积，因此能够降低成本。另外，能够通过1个IC来控制进行用于生成Vcc的控制的电路和驱动电路26，因此与通过不同的IC对它们进行控制的情况相比，系统管理变容易。例如，在Vcc控制电路22存在故障的情况下，能够容易地进行立即使驱动电路26停止等管理。
图2是表示Vcc的控制时序的时序图。根据图2对Vcc的控制时序进行说明。首先，在Vcc启动时(驱动电路26启动时)，充电电路20生成充电电流，从而Vcc升高。图2所示的第1期间P1是充电电路20动作的期间。在第1期间P1中，切断电路24不动作，充电电路20与Vcc控制电路22、驱动电路26连接。
如果充电电路20输出的Vcc达到预先确定的值，则通过切断电路24切断充电电路20与驱动电路26的连接、及充电电路20与Vcc控制电路22的连接。进而，开始第2期间P2。在第2期间P2中，通过Vcc控制电路22和外部转换器43生成Vcc。在第2期间P2中，首先，通过被输入了充电电路20的输出，从而FB检测电路22a和PFM控制电路(反馈电路)动作，开始输出由信号生成电路22c生成的控制信号。将控制信号施加于在控制电路18的外部的外部转换器43设置的第2功率设备40的栅极。进而，将由外部转换器43生成的电压经由端子T2施加于驱动电路26。即，外部转换器43的输出是供给至驱动电路26的Vcc。
如上所述，将外部转换器43的输出输入至反馈电路(FB检测电路22a和PFM控制电路22b)。在反馈电路中，对Vcc是否适当进行判定，如果不适当，则向信号生成电路22c通知用于实现适当的Vcc的脉冲周期。接收到该通知的信号生成电路22c对控制信号的脉冲周期进行变更。在图2中记载的是控制信号的脉冲宽度不变，但也能够改变脉冲宽度。第2功率设备40的源极电流在控制信号是高电平时流动。
如果从外部转换器43向驱动电路26稳定地供给Vcc，则从驱动电路26向DC-DC转换器的高耐压功率设备(第1功率设备30)的栅极施加栅极驱动信号。假如，将第1浮置端子(端子T10)的电位设为600V，则为了将第1功率设备30的栅极电压Vg设为比源极电压Vs(600V)高15V左右，将栅极驱动信号设为615V左右。第1浮置端子(端子T10)的电位例如可在100～600V左右的范围取各种值。通过使第1功率设备30通断，从而能够驱动LED电源部32，实现希望的发光状态。
至少在第1功率设备30反复通断的期间中，设置于驱动电路26的检测电路26a、26b对第1功率设备30的被控制部(LED电源部32)的电流进行检测。进而，驱动电路26输出栅极驱动信号，以使得由检测电路26a、26b检测出的电流成为预先确定的值。
假如是混装有Vcc控制电路22和驱动电路26的芯片仅有1个浮置端子的情况，则驱动电路的浮置电位对Vcc控制电路的浮置电位造成影响，或者Vcc控制电路的浮置电位对驱动电路的浮置电位造成影响。在该情况下，Vcc控制电路的动作有可能不稳定。
因此，在本发明的实施方式1涉及的控制电路18中，使与驱动电路26连接的第1浮置端子(端子T10)和与Vcc控制电路22连接的第2浮置端子(端子T7)相绝缘。由此，Vcc控制电路22的浮置电位不从驱动电路26的浮置电位受到影响。因此，能够使Vcc控制电路22的动作稳定，稳定地供给Vcc。
如图2所示，在驱动电路26启动(Vcc建立)时，首先，充电电路20动作。在本发明的实施方式1中，根据例如600V这样的高电压来生成Vcc(例如15V)，因此如果持续使用充电电路20，则充电电路20发热。因此，不能使充电电路20长期地动作。
因此，在本发明的实施方式1涉及的控制电路18中，仅在驱动电路26启动(Vcc建立)时使充电电路20动作，如果通过充电电路20得到了不足15V但接近15V的值的输出，则关闭充电电路20。充电电路20的输出给出Vcc控制电路22开始动作的契机。在充电电路20关闭后，由Vcc控制电路22和外部转换器43生成Vcc，因此能够抑制控制电路18的发热。
并且，Vcc控制电路22具有反馈电路(FB检测电路22a和PFM控制电路)，Vcc控制电路22对在其自身的作用下生成的Vcc是否是预先确定的值进行监视。并且，在Vcc偏离预先确定的值时，对控制信号进行变更，因此能够始终提供预先确定的Vcc。
本发明的实施方式1涉及的控制电路能够进行各种变形。例如，控制电路18优选具有2个浮置端子，但也可以将浮置端子设为1个。在该情况下，具有反馈功能的Vcc控制电路22有利于Vcc的稳定供给。
另外，作为将Vcc供给至驱动电路26的Vcc电路而设置有：充电电路，其与外部电源连接，在驱动电路启动时生成充电电流；切断电路，如果充电电路的输出达到预先确定的值，则切断充电电路与驱动电路的连接；以及Vcc控制电路，其接收充电电路的输出，输出用于将Vcc供给至驱动电路的信号。但是，作为Vcc电路，也可以采用充电电路20、Vcc控制电路22及切断电路24以外的结构。在该情况下，控制电路18具有2个浮置端子有利于Vcc的稳定供给。
接受第1功率设备30的控制的被控制部不限定于LED电源部32。作为被控制部，能够广泛地采用DC-DC转换器(斩波器型)的结构或半桥驱动器等。此外，这些变形也能应用于下面的实施方式涉及的控制电路。
下面的实施方式涉及的控制电路与实施方式1的控制电路的共通点多，因此将与实施方式1的不同点作为中心进行说明。
实施方式2
图3是实施方式2涉及的控制电路等的电路图。在控制电路18设置有功率因数改善电路150。功率因数改善电路150具有PFC驱动电路和PFC控制电路152。功率因数改善电路150与驱动电路26、端子T11、T12连接。端子T11、端子T12与升压电路14连接。功率因数改善电路150以能够对供给至驱动电路26的Vcc进行监视的方式与驱动电路26连接。
实施方式2涉及的控制电路18的特征在于，在形成有控制电路18的芯片设置有对升压电路14进行控制的功率因数改善电路150。根据该特征，与将功率因数改善电路150和控制电路18设置于不同的基板的情况相比，能够实现部件个数的削减和基板面积的缩小。
实施方式3
图4是实施方式3涉及的控制电路等的电路图。在控制电路18设置有系统切断电路200。系统切断电路200与端子T2连接，对由Vcc控制电路22提供的Vcc进行检测。系统切断电路200在Vcc变得比预先确定的电压低时，关闭驱动电路26。在实施方式1中提到了通过将驱动电路26和Vcc控制电路22混装于1个芯片，从而系统管理变容易，实施方式3是其一个例子。
实施方式4
图5是实施方式4涉及的控制电路等的电路图。第1功率设备30’和第2功率设备40’是由宽带隙半导体形成的FET。宽带隙半导体是碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。例如第1、第2功率设备30’、40’是以碳化硅作为材料的MOSFET。通过宽带隙半导体形成第1、第2功率设备30’、40’，从而与通过Si形成它们的情况相比，能够抑制损耗，且能够进行高温动作。
此外，也可以适当地组合上述的各实施方式涉及的控制电路的特征，提高本发明的效果。
标号的说明
18控制电路，20充电电路，22 Vcc控制电路，24切断电路，26驱动电路，26a、26b检测电路，30第1功率设备，32 LED电源部，40第2功率设备，42电压变换部，43外部转换器，150功率因数改善电路，152 PFC控制电路，200系统切断电路。

Claims (15)

1.一种控制电路，其特征在于，
具有：
驱动电路，其向第1功率设备输出栅极驱动信号；
充电电路，其在所述驱动电路启动时生成充电电流；以及
Vcc控制电路，其接收所述充电电路的输出，向在设置于外部的生成所述Vcc的外部转换器设置的第2功率设备输出用于供给所述驱动电路的Vcc的控制信号，
将所述驱动电路、所述充电电路及所述Vcc控制电路设置于1个芯片，
所述第1功率设备设置于所述芯片的外部。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，
具有：
第1浮置端子，其与所述驱动电路连接；以及
第2浮置端子，其与所述Vcc控制电路连接，与所述第1浮置端子绝缘。
3.一种控制电路，其特征在于，
具有：
驱动电路，其向第1功率设备输出栅极驱动信号；
Vcc电路，其为了将Vcc供给至所述驱动电路，而向在设置于外部的生成所述Vcc的外部转换器设置的第2功率设备输出控制信号；
第1浮置端子，其与所述驱动电路连接；以及
第2浮置端子，其与所述Vcc电路连接，与所述第1浮置端子绝缘，
将所述驱动电路及所述Vcc电路设置于1个芯片，
所述第1功率设备设置于所述芯片的外部。
4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，
所述Vcc电路具有：
充电电路，其在所述驱动电路启动时生成充电电流；以及
Vcc控制电路，其接收所述充电电路的输出，输出用于供给所述Vcc的控制信号。
5.根据权利要求1或4所述的控制电路，其特征在于，
具有切断电路，如果所述充电电路的输出达到预先确定的值，则该切断电路将所述充电电路与所述Vcc控制电路的连接切断。
6.根据权利要求2或4所述的控制电路，其特征在于，
所述Vcc控制电路具有：
信号生成电路，其生成所述控制信号，通过所述控制信号对所述外部转换器进行控制；以及
反馈电路，其对由所述外部转换器生成的所述Vcc进行检测，将信号传输至所述信号生成电路，以使得所述Vcc成为预先确定的值。
7.根据权利要求2或4所述的控制电路，其特征在于，
将所述栅极驱动信号施加于所述第1功率设备的栅极，
所述第1浮置端子与所述第1功率设备的源极连接。
8.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，
所述驱动电路具有检测电路，该检测电路对所述第1功率设备的被控制部的电流进行检测，
所述驱动电路输出所述栅极驱动信号，以使得由所述检测电路检测出的电流成为预先确定的值。
9.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，
将所述控制信号施加于所述第2功率设备的栅极，
所述第2浮置端子与所述第2功率设备的源极连接。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的控制电路，其特征在于，
具有：功率因数改善电路，其对将电源电压升压的升压电路进行控制，
所述功率因数改善电路设置于所述芯片。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的控制电路，其特征在于，
具有系统切断电路，在所述Vcc变得比预先确定的电压低时，该系统切断电路将所述驱动电路关闭，
所述系统切断电路设置于所述芯片。
12.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，
所述第1功率设备是由宽带隙半导体形成的FET。
13.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，
所述第2功率设备是由宽带隙半导体形成的FET。
14.根据权利要求12所述的控制电路，其特征在于，
所述宽带隙半导体是碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。
15.根据权利要求13所述的控制电路，其特征在于，
所述宽带隙半导体是碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。
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