專利名稱：半導(dǎo)體器件和電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件和使用該半導(dǎo)體器件的電源裝置，并且具體地涉及當(dāng)應(yīng)用于具有功率因子校正電路的開關(guān)電源裝置時(shí)有效的技術(shù)。
背景技術(shù)：
例如在專利文獻(xiàn)1中已經(jīng)描述了一種技術(shù)，該技術(shù)基于無輸入電解電容器的一個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，使用平方電路和加法器控制開關(guān)的脈寬，以降低在開關(guān)電源裝置中的輸入電流的失真率。[專利文獻(xiàn)1]日本未審查專利公開No. 2002-300780。

發(fā)明內(nèi)容
近來在各個(gè)領(lǐng)域正在加快節(jié)能。作為其中之一，例如在照明領(lǐng)域，代替白熾燈，使用發(fā)光效率良好的發(fā)光二極管(LED)的LED燈泡迅速變得無處不在。LED燈泡通過向每個(gè)發(fā)光二極管施加由例如AC-DC轉(zhuǎn)換器等生成的功率而驅(qū)動(dòng)。圖觀是圖示作為本發(fā)明的前提討論的AC-DC轉(zhuǎn)換器的配置例子的示意圖。圖四是示出圖觀的操作的例子的波形圖。圖 28所示的AC-DC轉(zhuǎn)換器用作包括PFC(PFC 功率因子校正)電路的升壓型功率轉(zhuǎn)換器(升壓型轉(zhuǎn)換器)。使用商用電源的AC-DC轉(zhuǎn)換器通常具有PFC電路以避免出現(xiàn)由于經(jīng)由AC電源線的其它裝置中的諧波電流導(dǎo)致的障礙(誤操作、發(fā)熱、燒毀等)。在圖觀中，商用電源(AC)(例如，85Vrms至^4Vrms等)首先通過整流電路DBl 全波整流。當(dāng)晶體管Ql導(dǎo)通時(shí)來自整流電路DBl的輸入功率存儲(chǔ)或積累在變壓器TR2的電感器LMl中，并且當(dāng)晶體管Ql截止時(shí)存儲(chǔ)在電感器LMl中的功率經(jīng)由二極管Dl放電到輸出電容器Cout。此時(shí)，PFC電路PIClO被輸入有關(guān)于流到電感器LMl中且經(jīng)由變壓器TR2 的輔助繞組LMs檢測(cè)到的輸入電流I in的信息(Vz)、關(guān)于來自整流電路DBl的輸入電壓Vin 的信息(Vin’)、關(guān)于輸出電壓Vout的信息(Vout’)以及關(guān)于流過晶體管Ql的電流Iql的信息(Vcs)。當(dāng)由于信息Vz而檢測(cè)到輸入電流Iin已達(dá)到零時(shí)，PFC電路PIClO將晶體管 Ql驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)通(即，在電流臨界模式中操作)。當(dāng)由于信息Vcs而檢測(cè)到電流Iql已達(dá)到 Vin’的預(yù)定倍數(shù)(對(duì)應(yīng)于Vout’的倍數(shù))時(shí)，PFC電路PIClO將晶體管Ql驅(qū)動(dòng)為截止。因此，流過電感器LMl的輸入電流Iin(流過AC電源線的交流電流Iac)變?yōu)檎仪€形狀， 因而能夠?qū)崿F(xiàn)AC電源線中形成的諧波電流的減少。然而，如圖觀所示的這種AC-DC轉(zhuǎn)換器經(jīng)受如下限制輸出電壓Vout應(yīng)設(shè)置為高于輸入電壓Vin (例如，85Vrms至^4Vrms)(例如，在廣泛適應(yīng)的情況中Vout = 390V等)。因此，諸如其中存儲(chǔ)有信息Vout的輸出電容器Cout、耦合到隨后級(jí)的控制電路等之類的電路部件需要使用具有高擊穿電壓(例如400V或更高)的部件。擔(dān)心的是將出現(xiàn)部件成本的增加以及電源裝置的尺寸增加。此外，當(dāng)如照明領(lǐng)域所代表的那樣驅(qū)動(dòng)不需要具有程度上高的電壓的器件時(shí)，需要如圖30的電源系統(tǒng)中所示在如圖觀所示那樣的升壓型轉(zhuǎn)換器 UPC的隨后級(jí)中提供降壓型功率轉(zhuǎn)換器(降壓型轉(zhuǎn)換器)DWC。在這種情況下，擔(dān)心部件成本的進(jìn)一步增加和電源系統(tǒng)的尺寸的進(jìn)一步增加。因此，為了解決這種問題，例如，在照明領(lǐng)域等中可以使用如圖31所示那樣的回掃型AC-DC轉(zhuǎn)換器。圖31是圖示了作為本發(fā)明前提討論的AC-DC轉(zhuǎn)換器的另一配置例子的示意圖。在圖31中，按照類似于圖觀的方式，當(dāng)晶體管Ql導(dǎo)通時(shí)來自整流電路DBl的輸入功率首先經(jīng)由變壓器TRl的初級(jí)繞組(電感器)LM1存儲(chǔ)或積累在變壓器TRl中。然而，與圖觀的情況不同，當(dāng)晶體管Ql截止時(shí)，存儲(chǔ)在變壓器TRl中的功率經(jīng)由二極管Dl從變壓器TRl的次級(jí)繞組(電感器)LM2放電到輸出電容器Cout。圖31的PFC電路PIClO具有類似于圖觀的配置并且被輸入有關(guān)于經(jīng)由變壓器 TRl的輔助繞組LMs檢測(cè)到的存儲(chǔ)在變壓器TRl中的功率的信息(Vz)、關(guān)于來自整流電路 DBl的輸入電壓Vin的信息(Vin’)、關(guān)于輸出電壓Vout的信息(Vout’ )以及關(guān)于流過晶體管Ql的輸入電流Iin的信息(Vcs)。當(dāng)變壓器TRl的存儲(chǔ)功率已經(jīng)達(dá)到零(換言之，流過電感器LM2的輸出電流Iout變?yōu)榱?時(shí)，PFC電路PIClO將晶體管Ql驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)通(即， 它在電流臨界模式中操作)。當(dāng)經(jīng)由Vcs流過晶體管Ql的輸入電流Iin已經(jīng)達(dá)到Vin’的預(yù)定倍數(shù)(對(duì)應(yīng)于Vout’的倍數(shù))時(shí)，PFC電路PIClO將晶體管Ql驅(qū)動(dòng)為截止。當(dāng)使用這樣的配置例子時(shí)，例如，如照明領(lǐng)域所代表的那樣，當(dāng)驅(qū)動(dòng)不需要具有程度上高的電壓的器件時(shí)，變壓器TRl的初級(jí)繞組LMl的匝數(shù)nl設(shè)置為大于次級(jí)繞組LM2的匝數(shù)n2，并且圖31 的例子可以操作為降壓型轉(zhuǎn)換器DWC。因而，如圖33的電源系統(tǒng)中所示，與圖30的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)部件數(shù)目的減少并且可以實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的成本降低、尺寸減小等。然而，擔(dān)心的是，在使用如圖31所示那樣的配置例子的情況下將出現(xiàn)以下問題。 第一個(gè)問題是，流過AC電源線的交流電流Iac的波形變?yōu)轭愃迫鐖D34(b)所示梯形那樣失真的形狀。圖34(a)和圖34(b)分別示出流過AC電源線的交流電流的波形的一個(gè)例子，其中圖34(a)是其中使用圖觀的升壓型轉(zhuǎn)換器的波形圖，而圖34(b)是其中使用圖31的回掃型轉(zhuǎn)換器的波形圖。因而，當(dāng)使用圖觀的配置例子時(shí)，交流電流波形Iac變?yōu)檎也?，而?dāng)使用圖31的配置例子時(shí)，交流電流波形Iac變?yōu)槭д娌ㄐ?。該失真減小功率因子并且引起AC電源線上的諧波電流。圖34(a)和圖34(b)之間的不同從性質(zhì)上來說產(chǎn)生自如下事實(shí)當(dāng)使用圖觀的配置例子時(shí)，如圖四所示輸入電流Iin在晶體管Ql的導(dǎo)通/截止時(shí)段期間持續(xù)流動(dòng)，而當(dāng)使用圖31的配置例子時(shí)，如圖32所示輸入電流Iin只在晶體管Ql的導(dǎo)通時(shí)段期間流動(dòng)。更具體而言，這是因?yàn)楫?dāng)使用圖觀的配置例子時(shí)，如下式(IA)所示輸入電流Iin變?yōu)榕c指示正弦波的輸入電壓Vin成比例的值，而當(dāng)使用圖31的配置例子時(shí)，如下式OA)所示在Iin 和Vin之間并不建立簡(jiǎn)單比例關(guān)系。Iin = —^Vin...... ( IA )
2 χ Rcs(K:電路設(shè)計(jì)常數(shù))
權(quán)利要求
1.一種電源裝置，包括整流電路，對(duì)交流功率進(jìn)行整流并基于第二節(jié)點(diǎn)將功率供給到第一節(jié)點(diǎn)； 開關(guān)元件，具有耦合到所述第一節(jié)點(diǎn)的一端；電感器，具有耦合到所述第二節(jié)點(diǎn)的一端，所述電感器在所述開關(guān)元件被驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)通時(shí)經(jīng)由所述開關(guān)元件在其中存儲(chǔ)所述第一節(jié)點(diǎn)的功率，并且在所述開關(guān)元件被驅(qū)動(dòng)為截止時(shí)對(duì)所存儲(chǔ)的功率進(jìn)行放電；電流檢測(cè)電阻器，插入在所述開關(guān)元件的另一端與所述電感器的另一端之間； 控制電路，允許用作所述電流檢測(cè)電阻器的一端的第三節(jié)點(diǎn)用作接地電源電壓，并控制所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止；輸入電壓檢測(cè)電路，通過所述第一節(jié)點(diǎn)與所述第三節(jié)點(diǎn)之間的電阻分壓來輸出第一電壓；以及輸出電容器和二極管，插入在用于對(duì)存儲(chǔ)在所述電感器中的功率進(jìn)行放電的路徑上， 其中所述控制電路使用在用作所述電流檢測(cè)電阻器的另一端的第四節(jié)點(diǎn)處形成的第二電壓和所述第一電壓來將所述開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)為截止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，其中所述二極管插入在所述第四節(jié)點(diǎn)與第五節(jié)點(diǎn)之間，以及其中所述輸出電容器插入在所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第五節(jié)點(diǎn)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源裝置， 其中所述控制電路包括乘法電路，將電流反饋信號(hào)與所述第一電壓彼此相乘，所述電流反饋信號(hào)是從通過所述輸出電容器而被供給有電源電壓的負(fù)載電路反饋回來的并且用作與流過所述負(fù)載電路的電流成比例的信號(hào)，平方電路，對(duì)所述乘法電路的輸出電壓執(zhí)行平方算術(shù)運(yùn)算， 第一比較器電路，檢測(cè)到所述第二電壓已經(jīng)達(dá)到所述平方電路的輸出電壓，以及第二比較器電路，檢測(cè)到所述第二電壓已經(jīng)達(dá)到零電平，并且其中響應(yīng)于從所述第二比較器電路輸出的檢測(cè)信號(hào)而將所述開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)通，并且響應(yīng)于從所述第一比較器電路輸出的檢測(cè)信號(hào)而將所述開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)為截止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，其中所述二極管插入在所述第二節(jié)點(diǎn)與第六節(jié)點(diǎn)之間，并且其中所述輸出電容器插入在所述第三節(jié)點(diǎn)與所述第六節(jié)點(diǎn)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電源裝置，其中所述第四節(jié)點(diǎn)耦合到所述電感器的另一端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源裝置， 其中所述控制電路包括乘法電路，將電壓反饋信號(hào)與所述第一電壓彼此相乘，所述電壓反饋信號(hào)是從通過所述輸出電容器而被供給有電源電壓的負(fù)載電路反饋回來的并且用作與所述負(fù)載電路的電源電壓成比例的信號(hào)，平方電路，對(duì)所述乘法電路的輸出電壓執(zhí)行平方算術(shù)運(yùn)算，第一比較器電路，檢測(cè)到所述第二電壓已經(jīng)達(dá)到所述平方電路的輸出電壓，以及第二比較器電路，檢測(cè)到所述第二電壓已經(jīng)達(dá)到零電平，并且其中響應(yīng)于從所述第二比較器電路輸出的檢測(cè)信號(hào)而將所述開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)通，并且響應(yīng)于從所述第一比較器電路輸出的檢測(cè)信號(hào)而將所述開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)為截止。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電源裝置，其中所述第四節(jié)點(diǎn)耦合到所述開關(guān)元件的另一端。
8.一種電源裝置，包括整流電路，對(duì)交流功率進(jìn)行整流并基于第二節(jié)點(diǎn)將功率供給到第一節(jié)點(diǎn)； 開關(guān)元件，提供在所述第一節(jié)點(diǎn)與第四節(jié)點(diǎn)之間； 電流檢測(cè)電阻器，提供在所述第四節(jié)點(diǎn)與第三節(jié)點(diǎn)之間； 電感器，提供在所述第三節(jié)點(diǎn)與所述第二節(jié)點(diǎn)之間； 二極管，提供在所述第四節(jié)點(diǎn)與第五節(jié)點(diǎn)之間； 輸出電容器，提供在所述第五節(jié)點(diǎn)與所述第二節(jié)點(diǎn)之間；以及控制電路，基于在所述電流檢測(cè)電阻器處形成的第二電壓來將所述開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)通，并且使用第一電壓和所述第二電壓來將所述開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)為截止，所述第一節(jié)點(diǎn)處的電壓反映在所述第一電壓上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電源裝置，其中所述控制電路將所述第三節(jié)點(diǎn)設(shè)置為接地電源電壓并從所述第四節(jié)點(diǎn)獲取所述第二電壓以操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電源裝置，其中所述第一電壓通過所述第一節(jié)點(diǎn)與所述第三節(jié)點(diǎn)之間的電阻分壓來產(chǎn)生。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電源裝置， 其中所述控制電路包括乘法電路，將反饋信號(hào)與所述第一電壓彼此相乘，所述反饋信號(hào)來自通過所述輸出電容器而被供給有電源電壓的負(fù)載電路，平方電路，對(duì)所述乘法電路的輸出電壓執(zhí)行平方算術(shù)運(yùn)算， 第一比較器電路，檢測(cè)到所述第二電壓已經(jīng)達(dá)到所述平方電路的輸出電壓，以及第二比較器電路，檢測(cè)到所述第二電壓已經(jīng)達(dá)到零電平，并且其中響應(yīng)于從所述第二比較器電路輸出的檢測(cè)信號(hào)而將所述開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)通，并且響應(yīng)于從所述第一比較器電路輸出的檢測(cè)信號(hào)而將所述開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)為截止。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電源裝置，其中所述反饋信號(hào)包括與流過所述負(fù)載電路的電流成比例的信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電源裝置，其中所述負(fù)載電路包括至少一個(gè)發(fā)光二極管。
14.一種半導(dǎo)體器件，包括第一端子，輸入與通過對(duì)交流功率進(jìn)行整流獲得的電壓成比例的第一電壓； 第二端子，輸出用于將外部開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)通的導(dǎo)通電平和用于將所述外部開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)為截止的截止電平，并且輸出所述導(dǎo)通電平以由此使外部電感器經(jīng)由所述開關(guān)元件積累功率以及輸出所述截止電平以由此使所述電感器對(duì)功率放電；第三端子，輸入從通過所述電感器的功率驅(qū)動(dòng)的外部負(fù)載輸出的反饋信號(hào)；第四端子，輸入與流過所述電感器的電流成比例的第二電壓；乘法電路，將從所述第三端子輸入的所述反饋信號(hào)與從所述第一端子輸入的所述第一電壓彼此相乘；平方電路，對(duì)所述乘法電路的輸出電壓執(zhí)行平方算術(shù)運(yùn)算；第一比較器電路，檢測(cè)到從所述第四端子輸入的所述第二電壓已經(jīng)達(dá)到所述平方電路的輸出電壓；以及第二比較器電路，檢測(cè)到流過所述電感器的所述電流已經(jīng)達(dá)到零電平， 其中所述第二端子響應(yīng)于來自所述第二比較器電路的檢測(cè)信號(hào)而輸出所述導(dǎo)通電平， 并且響應(yīng)于來自所述第一比較器電路的檢測(cè)信號(hào)而輸出所述截止電平。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其中所述電感器提供在變壓器的初級(jí)側(cè)上，并且當(dāng)所述第二端子輸出所述截止電平時(shí)通過所述變壓器的次級(jí)側(cè)對(duì)功率放電，以及其中所述第二比較器電路檢測(cè)到通過所述變壓器的輔助繞組而流過所述電感器的電流已經(jīng)達(dá)到零電平。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其中所述平方電路通過跨導(dǎo)線性電路而實(shí)現(xiàn)。
17.一種電源裝置，包括整流電路，對(duì)交流功率進(jìn)行整流并基于第二節(jié)點(diǎn)將功率供給到第一節(jié)點(diǎn)； 開關(guān)元件，提供在所述第一節(jié)點(diǎn)與第三節(jié)點(diǎn)之間； 電流檢測(cè)電阻器，提供在所述第三節(jié)點(diǎn)與第四節(jié)點(diǎn)之間； 電感器，提供在所述第四節(jié)點(diǎn)與第五節(jié)點(diǎn)之間；二極管，提供在所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第三節(jié)點(diǎn)之間，其中所述第二節(jié)點(diǎn)側(cè)作為陽極； 輸出電容器，提供在所述第五節(jié)點(diǎn)與所述第二節(jié)點(diǎn)之間；以及控制電路，利用所述第四節(jié)點(diǎn)作為接地電源電壓而操作，并且基于在所述第三節(jié)點(diǎn)處形成的第一電壓，控制所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電源裝置，還包括電阻分壓電路，所述電阻分壓電路執(zhí)行在所述第一節(jié)點(diǎn)與所述第四節(jié)點(diǎn)之間的分壓以生成第二電壓，其中所述控制電路包括乘法電路，將反饋信號(hào)與所述第二電壓彼此相乘，所述反饋信號(hào)來自通過所述輸出電容器而被供給有電源電壓的負(fù)載電路，平方電路，對(duì)所述乘法電路的輸出電壓執(zhí)行平方算術(shù)運(yùn)算， 第一比較器電路，檢測(cè)到所述第一電壓已經(jīng)達(dá)到所述平方電路的輸出電壓，以及第二比較器電路，檢測(cè)到所述第一電壓已經(jīng)達(dá)到零電平，并且其中響應(yīng)于從所述第二比較器電路輸出的檢測(cè)信號(hào)而將所述開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)通，并且響應(yīng)于從所述第一比較器電路輸出的檢測(cè)信號(hào)而將所述開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)為截止。
全文摘要
本發(fā)明提供半導(dǎo)體器件和電源裝置。使用如下電源拓?fù)?，其中晶體管提供在整流電路的輸出節(jié)點(diǎn)側(cè)上。電感器提供在參考節(jié)點(diǎn)側(cè)上，電阻器插入在晶體管與電感器之間，并且電阻器的一端耦合到PFC電路的接地電源電壓。PFC電路包括平方電路，該平方電路對(duì)輸入電壓檢測(cè)信號(hào)和反饋信息(誤差放大器電路的輸出電壓)的相乘結(jié)果進(jìn)行平方。PFC電路在電阻器處形成的檢測(cè)電壓達(dá)到零時(shí)將晶體管驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)通并且在檢測(cè)信號(hào)達(dá)到平方電路的輸出信號(hào)時(shí)將晶體管驅(qū)動(dòng)為截止。
文檔編號(hào)H02M1/42GK102263492SQ201110148910
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者橫田健一, 牧野良成, 田澤朋裕 申請(qǐng)人:瑞薩電子株式會(huì)社