CN212572381U - 开关器件的控制装置及开关电源装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种开关器件的控制装置及开关电源装置。控制装置包括信号生成模块用于接收一温度感应信号和第二控制信号，其中，信号生成模块根据温度感应信号生成第一控制信号以至少改变开关器件从导通状态切换至关断状态的切换速度，以及在第二控制信号的控制下输出第一控制信号；开关控制模块耦接信号生成模块以及用于耦接于开关器件的控制端，其中，开关控制模块根据第一控制信号控制开关器件从导通状态切换至关断状态。本申请利用环境温度改变开关器件在不同切换周期下的通断切换速度，从而将同一频率下驱动开关器件产生的电磁干扰予以分散，并有效综合降低开关电源的EMI和温升对开关电源电气本身的干扰。

Description

开关器件的控制装置及开关电源装置

技术领域

本申请涉及驱动电源领域，尤其涉及一种开关器件的控制装置及开关电源装置。

背景技术

开关器件几乎用于所有的电子制造业，包括电子终端、服务器、显示器以及各种外设、各类仪器仪表、各类控制设备等。除了保证这些设备正常运行外，开关器件还能藉由其开关特性协助电子设备进行电能变化以及有效的降低电子设备的耗能。与此同时，开关器件的开关特性使得其长期工作在导通和关断的快速循环转换状态，电信号不断的发生急剧变换，从而产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源，由此带来严重的电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)。EMI是干扰电信号并降低信号完好性的电子噪音，其存在会降低传输信号质量，对电路和设备产生干扰甚至破坏，使电路和设备不能满足电磁兼容标准所规定的技术指标要求。因此，亟需提供开关器件的控制方案以抑制其在工作中产生的EMI。

发明内容

鉴于以上所述相关技术的缺点，本申请的目的在于提供一种开关器件的控制装置及开关电源装置，以解决因开关电源中开关器件的通断速度稳定而带来对电路EMI的影响的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请第一方面提供一种开关器件的控制装置，包括：信号生成模块，用于接收一温度感应信号和第二控制信号，其中，所述信号生成模块根据所述温度感应信号生成第一控制信号以至少改变所述开关器件从导通状态切换至关断状态的切换速度，以及在所述第二控制信号的控制下输出所述第一控制信号；开关控制模块，耦接所述信号生成模块以及用于耦接于所述开关器件的控制端，其中，所述开关控制模块根据所述第一控制信号控制所述开关器件从导通状态切换至关断状态。

在第一方面的实施例中，所述信号生成模块包括：模数转换单元，用于在所述第二控制信号的控制下输出对应所述温度感应信号的数字的第一控制信号。

在第一方面的实施例中，所述信号生成模块包括：信号量化单元，用于将所述温度感应信号量化成温度等级信号；逻辑单元，耦接所述信号量化单元，以及接收所述第二控制信号，用于在所述第二控制信号的控制下输出基于所述温度等级信号而生成的第一控制信号。

在第一方面的实施例中，所述信号量化单元包括：多组比较器，每组比较器根据各自预设的检测区间将所述温度感应信号转换成一数字位的逻辑信号。

在第一方面的实施例中，所述信号生成模块包括：模拟信号生成单元，用于根据所述温度感应信号生成模拟的第一控制信号，其中，所述第一控制信号的电特性与所述温度感应信号正相关/负相关。

在第一方面的实施例中，所述开关控制模块还接收所述第二控制信号，用于根据所述第二控制信号控制所述开关器件从关断状态切换至导通状态，以及根据所述第一控制信号控制所述开关器件从导通状态切换至关断状态。

在第一方面的实施例中，所述开关控制模块包括：第一开关单元和第二开关单元，其中，所述第一开关单元和第二开关单元电连接，所述第一开关单元的另一端连接第一基准电位端，所述第二开关单元的另一端连接第二基准电位端；其中，所述第一开关单元和第二开关单元的电连接端连接所述开关器件的控制端。

在第一方面的实施例中，所述信号生成模块向所述第二开关单元输出数字的第一控制信号，所述第二开关单元包括：至少两组开关电路，其中，每组第一开关电路受所述第一控制信号中的数字位控制以使所述开关器件的控制端与第二基准电位端之间的电流随温度感应信号的变化而变化。

在第一方面的实施例中，所述第二开关单元包括：包含基于所述第一控制信号的变化而变化的可调电源电路或可调阻性电路，以及开关电路；在所述开关电路导通时，所述开关器件的控制端与第二基准电位端之间的电流随温度感应信号的变化而变化。

在第一方面的实施例中，还包括温度检测模块，耦接于所述信号生成模块，用于检测环境温度并输出所述温度感应信号。

在第一方面的实施例中，所述温度检测模块内置于所述控制装置所在芯片内；或者，所述温度检测模块中的至少对温度敏感的电器件设置于所述控制装置所在芯片之外。

在第一方面的实施例中，还包括：驱动控制模块，至少耦接于所述信号生成模块，用于通过检测流经所述开关器件的电信号输出所述第二控制信号。

在第一方面的实施例中，所述控制装置集成在芯片中。

本申请第二方面提供一种开关电源装置，包括：整流电路，用于接收外部驱动信号以输出整流信号；如第一方面方面中某些实施所述的控制装置；开关器件，其控制端耦接于所述控制装置，用于受控于所述控制装置在导通状态和关断状态之间切换；能量转换电路，耦接于所述整流电路和所述开关器件之间，用于藉由所述开关器件的导通断操作对接收的整流信号进行能量转换以向负载输出稳定供电。

综上所述，本申请提供的开关器件的控制装置和开关电源装置，利用环境温度改变开关器件在不同切换周期下的通断切换速度，使得至少存在两相邻切换周期开关器件的切换速度不同，从而将同一频率下驱动开关器件产生的电磁干扰予以分散，并有效综合降低开关电源的EMI和温升对开关电源电气本身的干扰。

附图说明

本申请所涉及的发明的具体特征如所附权利要求书所显示。通过参考下文中详细描述的示例性实施方式和附图能够更好地理解本申请所涉及发明的特点和优势。对附图简要说明书如下：

图1显示为在开关器件执行通断操作期间，开关器件的控制端的电流Igate受环境温度而变化时的波形示意图。

图2显示为本申请的控制装置在一实施方式中的电路结构示意图。

图3显示为本申请的控制装置中开关控制模块与开关器件的控制端的连接关系示意图。

图4显示为本申请的控制装置在一实施方式中实施例中的电路结构示意图。

图5显示为本申请的控制装置中信号生成模块的一种电路结构示意图。

图6显示为本申请的控制装置中信号量化单元的一种电路结构示意图。

图7显示为本申请的控制装置在一实施方式中在实施例中的电路结构示意图。

图8显示为本申请的控制装置在一实施方式中在实施例中的电路结构示意图。

图9显示为本申请的开关电源装置在一实施例中的电路结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件或参数，但是这些元件或参数不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件或参数与另一个元件或参数进行区分。例如，第一开关电路可以被称作第二开关电路，并且类似地，第二开关电路可以被称作第一开关电路，而不脱离各种所描述的实施例的范围。第一开关电路和第二开关电路均是在描述一个开关电路，但是除非上下文以其他方式明确指出，否则它们不是同一个开关电路。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

开关器件通常与其它电子元器件或电路搭配共同服务于电子行业，以由开关器件、其控制电路、以及功率转换电路构成的开关电源为例来说，因其具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、工作稳定、以及安全可靠等优点，而被广泛应用于计算机、通信、电子仪器、工业自动控制、国防及家用电器等领域，以通过不同形式的架构转换为电子设备提供所需求的电压或电流。但是在应用于各类电子设备中时，由于开关电源中的控制电路驱动开关器件的驱动能力固定(如控制电路在不同周期为开关器件提供同样的驱动电流)，从而导致开关器件长期以相同的导通或关断速度进行状态转换，从而在同一频率下累积产生EMI，使得该频段的EMI超标。其中，所述开关器件是指通过驱动信号既可控制其导通又可控制其关断的三端可控器件，所述三端可控器件包括控制端、第一端、以及第二端，所述控制端基于接收的驱动信号控制其第一端和第二端之间的导通或关断。所述三端可控器件包括可控型晶体管，所述可控型晶体管可举例为金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-oxide-semiconductor Field-effect Transistor,MOSFET)或双极结型晶体管(BipolarJunction Transistor,BJT)等。开关器件导通或关断速度又称为切换速度，其包括开关器件从关断状态转入导通状态的导通速度，以及从导通状态转入关断状态的关断速度。以所述开关器件为N型MOS功率管为例，MOS功率管的栅极电压在低于导通电压时，N型MOS功率管处于关断状态(又称截止状态)，当栅极电压升高到N型功率管的导通电压时，N型功率管的漏极-源极之间开始导通，随着流经栅极的电流增加，漏极-源极之间导通程度也增大，当流经栅极的电流使得N型功率管进入饱和状态时，N型MOS功率管处于导通状态；其中，所述导通速度和关断速度对应于受控于栅极电流的增大速度/减小速度而使得N型MOS功率管的漏极-源极之间的导通速度和关断速度。

需要说明的是，上述仅示意性的以N型MOS功率管举例描述开关器件的导通速度和关断速度。其他类型的开关器件因具备在半导体器件的截止状态和饱和状态之间需通过一过渡状态(如线性放大状态)切换，且过渡状态所持续的时长，即切换速度，由开关器件的控制端调节等特征，均可利用本申请所提供的控制装置进行开关控制。

鉴于此，为此，本申请提供了一种开关器件的控制装置。所述控制装置包含利用半导体材料制造的集成电路，集成电路通过封装形成芯片，所述控制装置中的全部电路模块或部分电路模块集成在所述芯片中。所述芯片通过引脚与外部电路电性连接，所述控制装置的部分电路模块或全部电路模块集成在所述芯片中，通过所述引脚输入或输出电信号。其中，根据芯片中所封装的电路模块对信号的处理功能，所述引脚所输入/输出的电信号举例包括采样信号、感应信号、检测信号、供电信号、控制信号、驱动信号等。其中，所述采样信号举例为通过对某一电路线路上的电信号进行分压、分流、差分、或放大等处理方式提供反映相应电路线路中电信号变化的信号。例如，所述采样信号为采集自流经所述开关器件的电信号等。所述感应信号举例为传感器将所感受到被测量的信息转换为可被所述控制装置检测的电信号，例如，所述感应信号为温度感应信号等。所述检测信号为检测电路检测所接入的电路线路中电信号的特征，并当检测到相应特征时输出的电信号，例如，所述检测信号为过零检测信号、峰值检测信号等。所述控制信号举例为用于控制受控电路从当前所在的稳定状态切换至另一稳定状态的电信号，例如，所述控制信号为表示控制开关器件通断的电信号。所述驱动信号举例为通过将控制信号进行放大处理以使受控电路能够响应于控制信号而执行状态切换的电信号，例如，所述驱动信号为输出至开关器件的控制端的电信号。供电信号举例为向芯片中/通过芯片向外部电路中的有源器件提供供电以维持其正常运行的电信号。

在一些示例中，所述控制装置依据所接收的逻辑信号调整开关器件在导通-关断的切换操作时控制端的电流/电压，以改变开关器件的切换速度。其中，所述逻辑信号可与开关电源所输出的负载供电信号相关/无关。例如，控制装置检测负载供电信号是否稳定输出，并根据负载供电信号与额定输出的偏差调整所述切换速度，以使在开关器件连续的多次通断切换操作过程中使用不稳定的切换速度，由此降低开关电源累积产生EMI。再如，控制装置中设置有独立的N位数字信号发生器，并根据数字信号发生器所输出的逻辑信号调整所述切换速度，以使在开关器件连续的多次通断切换操作过程中使用不稳定的切换速度，由此降低开关电源累积产生EMI。

当开关器件的切换速度不再稳定时，开关电源中的一些电器件受其引起的电流变化影响，易产生如温度漂移等情况，由此，引起开关电源整体的温升等指标受到干扰。

在此，本申请还提供一种控制装置，以使开关电源的性能在EMI和温升中取得平衡。所述控制装置向开关器件输出驱动信号，以控制开关器件的导通/关断。以开关器件在驱动信号处于高电平时处于导通状态，在驱动信号处于低电平时处于关断状态为例，在所述驱动信号从低电平变为高电平的过程中，开关器件处于从关断状态转入导通状态的切换过程(又称导通过程、或导通操作)，在所述驱动信号从高电平变为低电平的过程中，开关器件处于从导通状态转入关断状态的切换过程(又称关断过程、或关断操作)。其中，所述驱动信号中至少对应开关器件的关断过程的信号变化是与环境温度相关，由此可在抑制EMI和抑制温升中取得平衡，以优化控制装置所在的开关电源的综合性能。

在此，为了使开关器件在多个开关周期中包含至少两个切换速度不一样的关断过程，控制装置所输出的驱动信号中对应关断过程的跳边沿的斜率与环境温度相关。在一些示例中，所述驱动信号中对应关断过程的跳边沿的斜率是控制装置基于环境温度而产生的，大致上，当所述环境温度低时所述斜率较缓，当所述环境温度高时所述斜率较陡。在又一些示例中，所述驱动信号中对应关断过程的跳边沿的斜率是与环境温度具有正相关/负相关关系的。例如，请参阅图1，其显示为在开关器件执行通断操作期间，开关器件的控制端的电流Igate受环境温度而变化时的波形示意图，所述环境温度越低，所述波形在关断操作期间的斜率越平缓，所述环境温度越高，所述波形在关断操作期间的斜率越陡峭。

在此，所述环境温度为所述控制装置所在芯片中的温度、或所述芯片所处环境的温度。为感知环境温度，温度检测模块感应环境温度并产生温度感应信号。所述温度检测模块包含对温度敏感的电器件。所述电器件举例为热敏电阻、或带隙基准电源等。所述温度检测模块还包括与对温度敏感的电器件连接的温度感应信号生成单元，其将对温度敏感的电器件所产生的原始的感应信号转换成可供后续电路模块(如信号生成模块)处理的温度感应信号，其中，转换方式举例包括以下至少一种放大处理、去噪处理、或限位处理等。对应的，所述温度感应信号生成单元包含用于实现相应转换方式的电路器件，如比较器、放大器、电容、电阻、二极管等电器件。

所述温度检测模块可属于所述控制装置中的电路模块；或者，所述温度检测模块属于所述控制装置所接入的上级电路模块，并通过电连接/光耦合等耦合方式传递所述温度感应信号。在温度检测模块属于所述控制装置的示例中，所述温度检测模块内置于所述控制装置所在芯片内；或者，所述温度检测模块中的至少对温度敏感的电器件设置于所述控制装置所在芯片之外。例如，所述芯片包含与热敏电阻相连的引脚，通过引脚将集成在芯片中的温度感应信号生成单元与热敏电阻电连接，以使温度感应信号生成单元产生温度感应信号。又如，带隙基准电源与控制装置中的信号生成模块集成在一芯片中，利用集成电路的连接方式传输所述温度感应信号。

为了使控制装置对开关器件的控制是根据开关电源的负载供电情况而操作的，所述控制装置还接收/产生第二控制信号。所述第二控制信号为开关电源通过检测其负载供电情况而产生的用于控制所述开关器件执行导通/关断操作的电信号。所述第二控制信号由驱动控制模块生成，其中，所述驱动控制模块可集成在所述控制装置所在芯片中，或通过芯片的第二控制信号输入引脚将所述第二控制信号传输至控制装置。

所述驱动控制模块至少耦接于所述信号生成模块，用于检测流经开关器件的电信号，并基于检测结果输出第二控制信号S_ctr。在一示例中，所述驱动控制模块包括峰值电流检测单元以及逻辑控制器。所述峰值电流检测单元在开关器件导通期间检测反映开关器件所连接的电感中电信号的检测值是否达到一预设峰值阈值，并在达到所述峰值阈值时输出峰值检测信号，所述逻辑控制器耦接于所述峰值电流检测单元以基于所述峰值检测信号调整第二控制信号S_ctr的周期和/或脉宽。在另一示例中，所述驱动控制模块包括导通检测单元、关断检测单元、以及逻辑控制器。所述导通检测模块用于检测反映开关器件的负载供电的电信号，导通检测模块可根据检测的电信号的检测值调整所述开关器件的导通时长，并根据导通时长向所述逻辑控制器输出第一指示信号；所述关断检测单元用于检测反映流经开关器件的电流的电信号，并在检测到相应电信号的检测值低于预设谷值阈值时向所述逻辑控制器输出第二指示信号；逻辑控制器基于第一指示信号和第二指示信号输出所述第二控制信号。

需要说明的是，所述驱动控制模块还可由已知的开关器件的控制电路中的部分电路构成，该部分电路能够确定开关器件的导通或关断时机即可。在一些示例中，所述驱动控制模块为独立于所述控制装置的电路结构，为此，所述驱动控制模块为所述开关器件的单独的控制电路。在另一些示例中，所述驱动控制模块为所述控制装置中的部分电路结构，为此，所述驱动控制模块中的部分电路与信号生成模块中和/或开关控制模块中的部分电路共用。例如，所述驱动控制模块中的逻辑电路与信号生成模块中和/或开关控制模块中的逻辑电路共用等，所述逻辑电路为综合所述第二控制信号和控制装置内部的逻辑信号而设置的控制逻辑所构建的电路结构。

请参阅图2，其显示为开关器件的控制装置的电路结构示意图，所述控制装置10包括：信号生成模块12、开关控制模块11。所述信号生成模块12用于接收一温度感应信号S_ts和第二控制信号S_ctrl2，其中，所述信号生成模块12根据所述温度感应信号S_ts生成第一控制信号S_ctrl1以至少改变所述开关器件20从导通状态切换至关断状态的切换速度，以及在所述第二控制信号S_ctrl2的控制下输出所述第一控制信号S_ctrl1。所述开关控制模块11耦接所述信号生成模块12以及用于耦接于所述开关器件20的控制端，其中，所述开关控制模块11至少根据所述第一控制信号输出驱动信号S_dr，以控制所述开关器件20从导通状态切换至关断状态。在一些示例中，开关控制模块11还接收第二控制信号S_ctrl2(用虚线标记)，以利用第二控制信号S_ctrl2控制开关器件20从关断状态切换至导通状态。

在此，为使得开关器件在不同状态之间的切换速度与环境温度相关联地发生变化，且使得开关电源在环境温度较低时开关器件在多个开关周期内所反映的整体的切换速度相对较慢，在环境温度较高时开关器件在多个开关周期内所反映的整体的切换速度相对较快，所述信号生成模块在所接收的温度感应信号表示环境温度较低期间，所输出的第一控制信号反映切换速度较慢的概率较大；所述信号生成模块在所接收的温度感应信号表示环境温度较高期间，所输出的第一控制信号反映切换速度较快的概率较大。其中，所述切换速度的快慢反映在受控于第一控制信号的开关控制模块将开关器件从导通状态切换至关断状态期间相应线路上的电阻和/或电流的变化。例如，当开关器件的控制端所接入的使其从导通状态切换至关断状态的线路上的电阻变小时，对应表示第一控制信号使得开关器件从导通状态切换至关断状态(即关断操作)的切换速度变快。在环境温度较低期间，开关器件的控制端所接入的线路在多次关断操作中大部分关断操作期间的电阻较大，则说明信号生成模块所生成的第一控制信号整体上控制了开关器件在执行关断操作时的切换速度较慢，反之，则说明信号生成模块所生成的第一控制信号整体上控制相应的切换速度较快。又如，当开关器件的控制端所接入的使其从导通状态切换至关断状态的线路上的电流较小时，对应表示第一控制信号使得开关器件从导通状态切换至关断状态的切换速度变慢。在环境温度较低期间，开关器件的控制端所接入的线路在多次关断操作中大部分关断操作期间的电流变小，则说明信号生成模块所生成的第一控制信号整体上控制了开关器件在执行关断操作时的切换速度较慢，反之，则说明信号生成模块所生成的第一控制信号整体上控制相应的关断操作的切换速度较快。

在此，所述信号生成模块还接收第二控制信号，以至少根据第二控制信号对应开关器件的关断操作的跳边沿输出第一控制信号，以使开关控制模块根据所述第一控制信号执行关断操作。所述信号生成模块还可以基于第二控制信号的另一跳边沿输出又一控制信号(又称为第三控制信号)，以使开关控制模块根据所述第三控制信号执行导通操作。其中，所述第三控制信号可以是第二控制信号，或者与第二控制信号同向变化(或反向变化)的控制信号。所述开关控制模块所接收的第二控制信号还可以由驱动控制模块直接提供，由此，根据所述第二控制信号控制所述开关器件从关断状态切换至导通状态，以及根据所述第一控制信号控制所述开关器件从导通状态切换至关断状态。

所述开关控制模块耦接所述信号生成模块以及用于耦接于所述开关器件的控制端，其中，所述开关控制模块根据所述第一控制信号控制所述开关器件从导通状态切换至关断状态。

所述开关控制模块包括第一开关单元和第二开关单元，其中，所述第一开关单元和第二开关单元电连接，其二者的电连接端连接所述开关器件的控制端P_GATE；所述第一开关单元的另一端连接第一基准电位端，所述第二开关单元的另一端连接第二基准电位端。其中，所述第一基准电位端和第二基准电位端为两个恒压/恒流的电位端，其中一个基准电位端为高电位端，另一个基准电位端为低电位端。根据开关器件的导通/关断的电特性，所述第一基准电位端和第二基准电位端被配置为符合电特性的高电位端和低电位端。以开关器件具有控制端为高电位时导通、控制端为低电位时关断为例，请参阅图3，其显示为开关控制模块与开关器件的控制端的连接关系示意图，第一开关单元111连接在第一基准电位端VCC和开关器件20的控制端P_GATE之间，第二开关单元112连接在第二基准电位端GND和开关器件20的控制端P_GATE之间。

根据开关控制模块所使用的电路结构，所述信号生成模块所输出的第一控制信号可以为数字信号或模拟信号。

在一些实施例中，所述信号生成模块根据温度感应信号生成数字的第一控制信号。其中，所述第一控制信号的位数与第二开关单元中开关电路的数量相关。其中，所述第一控制信号为描述温度感应信号的N位数字信号，其中，N>1；或者，所述第一控制信号为与温度感应信号相关的N位数字信号。各数字位的数字信号对应控制第二开关单元中的各开关电路的通断，由此实现使开关器件在关断操作期间的切换速度与温度感应信号相关。例如，第一控制信号为描述温度感应信号的N位数字信号，所述N位数字信号控制第二开关单元中开关电路导通的数量越少，表示温度感应信号所感应的环境温度越低。

所述信号生成模块包括：模数转换单元和逻辑单元；所述开关控制模块中的第二开关单元包括至少两组开关电路。

所述模数转换单元用于将所述温度感应信号转换成逻辑信号。所述逻辑单元耦接所述模数转换单元以及接收所述第二控制信号，用于在所述第二控制信号的控制下输出基于所述逻辑信号而生成的第一控制信号。其中，所述第一控制信号的位数与第二开关单元中的开关电路的数量相关，其可独立于所述逻辑信号的位数。所述第二开关单元中的各开关电路举例包含开关管和电流源、包含开关管和电阻、或者包含二者的组合。各开关电路短路或断路开关器件的控制端与第二基准电位端之间的部分线路，来调整控制端与第二基准电位端之间电流和/或电阻。其中，所述开关管举例包括晶体管等半导体材料制备的受控开关元件。

在一些示例中，请参阅图4，其显示为所述控制装置在实施例中的电路结构示意图，其中，所述第二开关单元112中的各第一开关电路113之间为并联的电路结构，其中，各所述第一开关电路113至少包含开关管，还包括电流源和/或电阻。所述信号生成模块12_1接收温度感应信号，以及输出N位并行的第一控制信号至第二开关单元，且每一位第一控制信号中的Soff_i对应连接一第一开关电路113中开关管的控制端，(i∈N，N>1)。开关控制模块中的第一开关单元111中的开关管的控制端接收S_on信号，其为所述第二控制信号S_ctrl2、或者为第一控制信号中与第二控制信号同向变化的数字位的信号。例如，在第二控制信号的控制下，当第一开关单元111导通时，第二开关单元112关断；当第一开关单元111关断时，第二开关单元112中的各第一开关电路113在第一控制信号的控制下至少部分导通。

在一种更具体示例中，所述开关控制模块中的第一开关单元受第二控制信号控制，以使开关器件执行导通操作。在另一种更具体示例中，所述信号生成模块还对所述温度感应信号和第二控制信号进行编码处理，以使所输出的第一控制信号中的一固定数值位的数字信号与第二控制信号同向变化，且输出至第一开关单元；以及在第二控制信号的控制下，第一控制信号中其他数值位的数字信号输出至第二开关单元，由此实现开关器件的控制端在第二控制信号的控制下执行通断操作，且开关器件的控制端与第二基准电位端之间的电流变化随温度感应信号的变化而变化。

所述逻辑单元可集成在模数转换单元中，即模数转换单元集成有用于对温度感应信号进行取样、保持、量化、编码等处理的模数转换电路，以将温度感应信号转为数字的第一控制信号。所述第一控制信号的每一数字位对应第二开关单元中的每一第一开关电路。为此，所述模数转换单元还具有使能端以接收第二控制信号，所述模数转换单元在第二控制信号对应关断开关器件的跳边沿的控制下，并行输出N位的第一控制信号。由此，在所述开关控制模块控制开关器件执行关断操作时，开关器件的控制端与第二基准电位端之间的电流变化随温度感应信号的变化而变化。

在另一些具体示例中，请参阅图5，其显示为所述信号生成模块在实施例中的电路结构示意图，所述信号生成模块包含：信号量化单元121和逻辑单元122。其中，信号量化单元121用于将所述温度感应信号量化成温度等级信号；逻辑单元122耦接所述信号量化单元121，以及接收所述第二控制信号，用于在所述第二控制信号的控制下输出基于所述温度等级信号而生成的第一控制信号。在此，所述信号量化单元121根据预设的多个电压等级将检测温度感应信号的电压值，并输出对应于电压等级的离散的温度等级信号。所述逻辑单元122将所接收的温度等级信号编码成第一控制信号，并在第二控制信号的控制下予以输出。

其中，在更具体示例中，所述信号量化单元包括多组接收温度感应信号的比较器，每组比较器根据各自预设的电压等级将所述温度感应信号转换成一方波信号。其中，所述比较器举例包括滞回比较器(又称为迟滞比较器)、或电压比较器等。其中，选用滞回比较器能有效减少误判机会。请参阅图6，其显示为信号量化单元的一种电路结构示意图。各组比较器A1、A2、…、An的参考信号Vref_1、Vref_2、…、Vref_n是对应温度感应信号的量程区间而预设不同的电压等级阈值(如电压阈值)。例如，各比较器依据由电压等级低到高预设各参考电压，温度感应信号Vts越低，比较器A1、A2、…、An所表示的各数字位中输出高电平的数量越少；温度感应信号Vts越高，比较器A1、A2、…、An所表示的各数字位中输出高电平的数量越多。

其中，所述逻辑单元对所接收的信号量化单元的温度等级信号进行编码/解码处理，由此并行输出N位数字的第一控制信号。在一些更具体示例中，所述逻辑单元按照预设的真值表将所接收的温度等级信号的位数及其对应的数字信号的电压值进行逻辑转换，并输出相应的第一控制信号。其中，所述真值表提供在各温度等级下所对应第一控制信号的各数字位的高/低电平值。例如，根据真值表所设置的对应关系，温度等级越低，其对应的第一控制信号中各数字位所能导通的第一开关电路的数量越少，反之温度等级越高，所对应导通的第一开关电路的数量越多。在第二开关单元的并联第一开关电路结构下，由此使得在环境温度较低时，开关器件关断操作的切换速度较慢，在环境温度较高时，开关器件关断操作的切换速度较快。在另一些更具体示例中，所述逻辑单元根据所接收的温度等级信号生成N位二进制的随机数，并将该随机数作为第一控制信号予以输出。其中，温度等级信号所表示的温度等级越低，随机数中能导通第一开关电路的数字位的概率越少；温度等级信号所表示的温度等级越高，随机数中能导通第一开关电路的数字位的概率越多。

需要说明的是，上述各具体示例中所提供的第二开关单元中多组第一开关电路还可以采用串联结构。例如，所述第二开关单元中的各第一开关电路均包括并联的开关管和电阻，各第一开关电路之间采用串联连接，若环境温度越高，在所述第一控制信号的控制下，各第一开关电路整体反映的阻性越小，反之，若环境温度越低，在所述第一控制信号的控制下，各第一开关电路整体反映的阻性越大。

在另一些示例中，所述第二开关单元包括可调阻性电路或可调电源电路(如可调电流源)，以及第二开关电路，其中，所述可调阻性电路或可调电源电路基于所述第一控制信号的变化而变化；所述第二开关电路受第二控制信号控制导通/关断。其中，在所述第二开关电路导通期间，所述开关器件的控制端与第二基准电位端之间的电流随温度感应信号的变化而变化。换言之，所述可调阻性电路或可调电源电路在第一控制信号的控制下产生相应的电阻/电流。开关控制模块中的第一开关单元中的开关管的控制端接收第二控制信号，或者接收第一控制信号中与第二控制信号同向变化的数字位。例如，在第二控制信号的控制下，当第一开关单元导通时，第二开关单元关断；当第一开关单元关断时，第二开关单元中的各第一开关电路在第一控制信号的控制下至少部分导通。

以所述第二开关单元包含串联连接的可调阻性电路和第二开关电路为例，请参阅图7，其显示为所述控制装置在实施例中的电路结构示意图，所述信号生成模块包括模拟信号生成单元12_2，用于根据所述温度感应信号生成模拟的所述第一控制信号，其中，所述第一控制信号的电特性与所述温度感应信号正相关/负相关。其中，所述电特性为模拟信号用于反映温度感应信号变化的电性特征，其举例包括信号波形的幅值、斜率等。所述模拟信号生成单元12_2包含储能电路及其充放电电路。

以第一控制信号的电特性中的幅值与温度感应信号具备关联关系为例，在第二控制信号的控制下，在充电电路导通、且放电电路关断期间，储能电路(如电容)基于温度感应信号而设置的参考电位进行充电操作，并输出相应幅值的第一控制信号；在充电电路关断、且放电电路导通期间，储能电路(如电容)不予输出第一控制信号。所述第一控制信号输出至第二开关单元中的可调阻性电路的调节端，在所述第一控制信号的电压/电流的调节下，可调阻性电路的阻值随之变化。所述第一控制信号的幅值与所述温度感应信号之间的相关关系(即正相关/负相关)与第二开关单元中的可调阻性电路的阻值随电压/电流升高而减少相关(或者与所述阻值随电压/电流升高而增加相关)。所述可调阻性电路举例包括晶体管等具有阻性可调特性的电器件。在该示例中所描述的第一控制信号和第二控制信号的启示下，所述控制装置在第二控制信号的控制下，当第一开关单元导通，第二开关单元关断时，开关器件执行导通操作；当第一开关单元关断，第二开关单元导通且按照第一控制信号的控制设置可调阻性电路对应的阻值时，开关器件按照相应阻值所对应的切换速度执行关断操作。

基于上述示例性说明可知，当环境温度较低时，第二开关单元的阻值较大；当环境温度较高时，第二开关单元的阻值较小，由此对应实现当坏境温度较低时，开关器件关断操作的切换速度较慢，当坏境温度较高时，开关器件关断操作的切换速度较快。

以所述第二开关单元包含串联连接的可调电源电路和第二开关电路为例，请参阅图8，其显示为所述控制装置在实施例中的电路结构示意图，本示例中信号生成模块、第一开关单元和第二开关电路的结构和工作方式与图7所示的示例相同或相似，与图7所示的示例不同的是，图7中第二开关电路串联可调电源电路，所述可调电源电路举例为接收第一控制信号的电流源。例如，所述电流源包含镜像电路，所述镜像电路接收第一控制信号并输出与第一控制信号具有倍数关系的电流，由此通过调节开关器件的控制端于第二基准电位端之间的电流来调整开关器件关断操作的速度。

根据上述图2-图8中所提供的示例描述的启发，所述控制装置中的第二开关单元中还可以包含多组可调阻性电路和第二开关电路的电路组合、或者多组可调电源电路和第二开关电路的电路组合；所述信号生成模块对应可采用模数转换单元、或者信号量化单元和逻辑单元的电路组合，以实现对多组电路组合的单独控制。

需要说明的是，在上述示例的启发下，所述第一控制信号还可以用于控制开关器件从关断状态转为导通状态的切换速度，其切换速度的控制方式与第一控制信号控制开关器件从导通状态转为关断状态的切换速度的控制方式相同或相似，在此不再详述。

利用上述各示例所提供的控制装置，本申请还提供了一种开关电源装置。请参阅图9，其显示为开关电源装置在一实施方式中的电路结构示意图。如图所示，所述开关电源装置包括：整流电路21、控制装置22、开关器件23、能量转换电路24。

所述整流电路21用于接收外部驱动信号以输出整流信号。所述外部驱动信号可例如为市电网输出的交流电信号，也可为如镇流器提供的直流信号。整流电路21可以采用由二极管等电子元器件构成的全波整流电路或半波整流电路，用以对接收的外部驱动信号进行整流，从而输出整流信号。

所述控制装置22用于输出驱动信号，所述控制装置22可采用前述本申请公开的开关器件的控制装置，其结构与工作原理请参阅针对图2至图8的说明，在此不再赘述。

所述开关器件23的控制端耦接于所述控制装置22，用于基于所述驱动信号在第一状态和第二状态之间切换，并且在至少两个相邻切换周期中第一状态和第二状态之间的切换速度不同。在实施例中，所述开关器件是指通过控制信号既可控制其导通，又可控制其关断的三端可控器件，所述三端可控器件包括控制端、第一端、以及第二端，所述控制端基于接收的控制信号控制其第一端和第二端之间的导通或关断。所述三端可控器件包括可控型晶体管，所述可控型晶体管可举例为金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-oxide-semiconductor Field-effect Transistor,MOSFET)或双极结型晶体管(BipolarJunction Transistor,BJT)等。

所述能量转换电路24耦接于所述整流电路21和所述开关器件23之间，用于基于所述开关器件23的第一状态或第二状态对接收的信号进行能量转换以向负载输出稳定供电。

在实施例中，所述能量转换电路可例如为由电感、续流二极管、以及电容构建的电路，以配合开关器件的状态使得电感反复的进行励磁或退磁，从而向负载提供稳定供电。所述能量转换电路也可采用变压器配合电感、续流二极管、或电容来实现，本申请对此不作限制。

在图9所示的开关电源装置的结构的基础上，所述开关电源装置还包括滤波电路(未予图示)，所述滤波电路耦接于所述整流电路和所述能量转换电路之间的线路上，用于滤波所述整流电路输出的整流信号以输出滤波信号给所述能量转换电路。在实施例中，所述滤波电路可以是π型滤波电路、LC型滤波电路、RC型滤波电路、LCπ型滤波电路、RCπ型滤波电路等，本申请对此不作限制。

综上所述，本申请提出的开关器件的控制装置和开关电源装置，利用环境温度改变开关器件在不同切换周期下的通断切换速度，使得至少存在两相邻切换周期开关器件的切换速度不同，从而将同一频率下驱动开关器件产生的电磁干扰予以分散，并有效综合降低开关电源的EMI和温升对开关电源电气本身的干扰。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种开关器件的控制装置，其特征在于，包括：

信号生成模块，用于接收一温度感应信号和第二控制信号，其中，所述信号生成模块根据所述温度感应信号生成第一控制信号以至少改变所述开关器件从导通状态切换至关断状态的切换速度，以及在所述第二控制信号的控制下输出所述第一控制信号；

开关控制模块，耦接所述信号生成模块以及用于耦接于所述开关器件的控制端，其中，所述开关控制模块根据所述第一控制信号控制所述开关器件从导通状态切换至关断状态。

2.根据权利要求1所述的开关器件的控制装置，其特征在于，所述信号生成模块包括：模数转换单元，用于在所述第二控制信号的控制下输出对应所述温度感应信号的数字的第一控制信号。

3.根据权利要求1所述的开关器件的控制装置，其特征在于，所述信号生成模块包括：

信号量化单元，用于将所述温度感应信号量化成温度等级信号；

逻辑单元，耦接所述信号量化单元，以及接收所述第二控制信号，用于在所述第二控制信号的控制下输出基于所述温度等级信号而生成的第一控制信号。

4.根据权利要求3所述的开关器件的控制装置，其特征在于，所述信号量化单元包括：

多组比较器，每组比较器根据各自预设的检测区间将所述温度感应信号转换成一数字位的逻辑信号。

5.根据权利要求1所述的开关器件的控制装置，其特征在于，所述信号生成模块包括：模拟信号生成单元，用于根据所述温度感应信号生成模拟的第一控制信号，其中，所述第一控制信号的电特性与所述温度感应信号正相关/负相关。

6.根据权利要求1所述的开关器件的控制装置，其特征在于，所述开关控制模块还接收所述第二控制信号，用于根据所述第二控制信号控制所述开关器件从关断状态切换至导通状态，以及根据所述第一控制信号控制所述开关器件从导通状态切换至关断状态。

7.根据权利要求1所述的开关器件的控制装置，其特征在于，所述开关控制模块包括：第一开关单元和第二开关单元，其中，所述第一开关单元和第二开关单元电连接，所述第一开关单元的另一端连接第一基准电位端，所述第二开关单元的另一端连接第二基准电位端；其中，所述第一开关单元和第二开关单元的电连接端连接所述开关器件的控制端。

8.根据权利要求7所述的开关器件的控制装置，其特征在于，所述信号生成模块向所述第二开关单元输出数字的第一控制信号，所述第二开关单元包括：

至少两组开关电路，其中，每组第一开关电路受所述第一控制信号中的数字位控制以使所述开关器件的控制端与第二基准电位端之间的电流随温度感应信号的变化而变化。

9.根据权利要求7所述的开关器件的控制装置，其特征在于，所述第二开关单元包括：包含基于所述第一控制信号的变化而变化的可调电源电路或可调阻性电路，以及开关电路；在所述开关电路导通时，所述开关器件的控制端与第二基准电位端之间的电流随温度感应信号的变化而变化。

10.根据权利要求1所述的开关器件的控制装置，其特征在于，还包括温度检测模块，耦接于所述信号生成模块，用于检测环境温度并输出所述温度感应信号。

11.根据权利要求10所述的开关器件的控制装置，其特征在于，所述温度检测模块内置于所述控制装置所在芯片内；或者，所述温度检测模块中的至少对温度敏感的电器件设置于所述控制装置所在芯片之外。

12.根据权利要求1所述的开关器件的控制装置，其特征在于，还包括：驱动控制模块，至少耦接于所述信号生成模块，用于通过检测流经所述开关器件的电信号输出所述第二控制信号。

13.根据权利要求1-10、或12中任一所述的开关器件的控制装置，其特征在于，所述控制装置集成在芯片中。

14.一种开关电源装置，其特征在于，包括：

整流电路，用于接收外部驱动信号以输出整流信号；

如权利要求1-13中任一所述的控制装置；

开关器件，其控制端耦接于所述控制装置，用于受控于所述控制装置在导通状态和关断状态之间切换；

能量转换电路，耦接于所述整流电路和所述开关器件之间，用于藉由所述开关器件的导通断操作对接收的整流信号进行能量转换以向负载输出稳定供电。

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