申请/专利权人：三菱电机株式会社

申请日：2015-07-15

公开（公告）日：2020-05-15

公开（公告）号：CN107925351B

主分类号：H02M1/36(20070101)

分类号：H02M1/36(20070101);H02M3/155(20060101);H02M3/156(20060101);H02M1/08(20060101);H05B47/10(20200101);H05B33/08(20200101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.05.15#授权;2018.05.11#实质审查的生效;2018.04.17#公开

摘要：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。

主权项：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。

全文数据：控制电路技术领域[0001]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[0002]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Vgl’、Vg2’、Vpl、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。[0003]专利文献1:日本特开2008-278552号公报发明内容[0004]最适合于例如LED系统等系统的高耐压栅极驱动1C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IPDIntelligentPowerDevice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。[0005]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。[0006]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。[0007]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。[0008]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。[0009]本发明的其他特征在下面得以明确。[0010]发明的效果[0011]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[0012]图1是实施方式1涉及的控制电路等的电路图。[0013]图2是表示Vcc的控制时序的时序图。[0014]图3是实施方式2涉及的控制电路等的电路图。[0015]图4是实施方式3涉及的控制电路等的电路图。[0016]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[0017]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。[0018]实施方式1[0019]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1C。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ICHVIC。[0020]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。[0021]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）。[0022]控制电路1S具有Vcc控制电路MJcc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FBFeedBack检测电路22a、PFMPulseFrequencyModulation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22〇是生成控制信号，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3〇和第2功率设备40优选由例如功率M0SFET或IGBT等高耐压功率设备构成。[0023]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17的电位造成影响，第2浮置端子的电位变动不对第丨浮置端子的电位造成影响。[0024]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。[0025]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2〇的输出而开始动作。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12供给至驱动电路26。[0026]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。1¾电路2此和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。[0027]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2〇与驱动电路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。[0028]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。[0029]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1C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1C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。[0030]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2〇生成充电电流，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。[0031]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。[0032]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。[0033]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Vs600V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。[0034]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。[0035]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。[0036]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。[0037]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。[0038]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。[0039]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。[0040]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。[0041]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。[0042]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。[0043]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。[0044]实施方式2[0045]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15〇。功率因数改善电路15〇具有PFC驱动电路和PFC控制电路152。功率因数改善电路15〇与驱动电路26、端子T11J12连接。端子T11、端子T12与升压电路14连接。功率因数改善电路15〇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。[0046]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15〇和控制电路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。[0047]实施方式3[0048]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1S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。[0049]实施方式4[0050]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。例如第丄、第2功率设备30’、40’是以碳化硅作为材料的M0SFET。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。[0051]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。[0052]标号的说明[0053]18控制电路，20充电电路，22Vcc控制电路，24切断电路，26驱动电路，26a、26b检测电路，3〇第1功率设备，32LED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，152PFC控制电路，200系统切断电路。

权利要求：1.一种控制电路，其特征在于，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。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.—种控制电路，其特征在于，具有：驱动电路，其输出栅极驱动信号；Vcc电路，其将Vcc供给至所述驱动电路；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。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设置于所述控制电路的外部的生成所述Vcc的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在外部设置的第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在所述外部转换器设置的第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9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10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或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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