CN103066869A - 一种基于三极管的去磁时间检测电路 - Google Patents

一种基于三极管的去磁时间检测电路 Download PDF

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李永红
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Abstract

本发明涉及一种基于三极管的去磁时间检测电路，与电感(L)或者变压器主边绕组的NPN型驱动三极管(Q1)电连接，其特征在于，包括与所述驱动三极管基极电连接的第一PWM信号输出模块，该检测电路还包括依次电连接的振荡信号检测单元、用于检测到所述振荡信号后控制受控开关的第二PWM信号输出模块和所述开关；所述驱动三极管的集电极电连接电感或者变压器主边绕组，发射极通过所述开关接地且所述驱动三极管的基极或发射极电连接所述振荡信号检测单元。这种去磁时间检测电路，不用电感抽头或者变压器辅助绕组即可实现去磁时间检测，并且检测效果好、成本低。

Description

一种基于三极管的去磁时间检测电路
技术领域
本发明涉及集成电路开关控制技术，具体涉及一种基于三极管的去磁时间检测电路。
背景技术
随着交流/直流(AC/DC)开关电源系统的应用越来越广泛，特别是发光二极管(LED)恒流驱动，其成本压力也日益提高。而对于同样电流的开关管，高压场效应管(MOS管)明显成本高于高压NPN型三极管。
去磁时间检测电路有很多用途，例如在准谐振控制模式的开关电源系统中，为了得到更高的效率，通常在电感去磁完成后延时开启下个周期；在峰值电流控制开关电源系统中，通过固定峰值电流以及去磁时间检测电路，可以很稳定控制输出的平均电流；而在恒流控制开关电源系统中，可以通过去磁时间检测电路得到电感的去磁时间，通过一个输出电流控制模块准确控制输出电流等等。
去磁时间检测方法，传统上是通过电感抽头或者变压器辅助绕组来得到。如图1所示，变压器设置有辅助绕组，通过对辅助绕组电流过零检测实现去磁时间检测和计算。这种传统方法增加整个系统方案的成本，不利于产品竞争。
本发明针对基于三极管驱动的开关电源控制系统，提出一种不用电感抽头或者变压器辅助绕组即可检测去磁时间的方法。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种基于三极管的去磁时间检测电路，能不用电感抽头或者变压器辅助绕组即可检测去磁时间。
本发明的上述技术问题这样解决：构建一种去磁时间检测电路，与电感或者变压器主边绕组的NPN型驱动三极管电连接，包括与所述驱动三极管基极电连接的第一脉冲宽度调制(PWM)信号输出模块，该检测电路还包括依次电连接的振荡信号检测单元、用于检测到所述振荡信号后控制受控开关的第二PWM信号输出模块和所述开关；所述驱动三极管的集电极电连接电感或者变压器主边绕组，发射极通过所述开关接地且所述驱动三极管的基极或发射极电连接所述振荡信号检测单元。
按照本发明提供的检测电路，所述驱动三极管的集电极与基极之间存在寄生电容CCB或还可跨接电容。
按照本发明提供的检测电路，所述振荡信号检测单元包括但不限制于以下方式：
(一)采用比较器；
(二)采用电流镜电路以及施密特反相器电路。
按照本发明提供的检测电路，第一PWM信号输出模块包括开关控制逻辑单元及其控制电连接的三极管基极驱动单元；第二PWM信号输出模块包括开关控制逻辑单元及其控制电连接的开关驱动单元；所述开关控制逻辑单元是同一个，特别的也可以不是。
按照本发明提供的检测电路，所述振荡信号检测单元输出控制电连接所述开关控制逻辑单元。
按照本发明提供的检测电路，所述开关包括但不限制于以下方式：
(一)所述开关是场效应管，所述开关驱动单元是场效应管栅极驱动单元；
(二)恒流驱动管和下拉关断管，用于驱动三极管的导通和关断，以及实现三极管基极的高阻态。
按照本发明提供的检测电路，与电感或者变压器主边绕组的驱动三极管电连接，包括与所述驱动三极管基极电连接的三极管基极驱动单元，该检测电路还包括依次电连接的振荡信号检测单元、开关控制逻辑单元和场效应管栅极驱动单元，所述开关控制逻辑单元另一输出端电连接所述三极管基极驱动单元；所述驱动三极管的集电极电连接电感或者变压器主边绕组，发射极通过所述场效应管接地，且所述驱动三极管的基极或发射极电连接所述振荡信号检测单元，所述驱动三极管的集电极与基极之间存在寄生电容CCB或还可跨接电容。其中：三极管为高压NPN，三极管基极驱动单元采用恒流NPN驱动，场效应管栅极驱动单元采用低压NMOS驱动。
本发明提供的基于三极管的去磁时间检测电路，与现有技术相比，具有以下优势：
1、无须电感额外抽头或者变压器辅助绕组，降低电路成本；
2、抗干扰更强，检测准确。
附图说明
下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。
图1是传统辅助绕组去磁时间检测方法应用电路结构示意图；
图2是本发明去磁时间检测电路应用于隔离型回扫(flyback)恒流控制系统的整体电路结构示意图；
图3是图2所示电路第一具体实施例的电路结构示意图；
图4是图2所示电路第二具体实施例的电路结构示意图；
图5是图2所示电路工作电路信号波形示意图；
图6是本发明去磁时间检测电路应用于独立电感L的整体电路结构示意图。
具体实施方式
(一)第一实施例
本发明提出的去磁时间检测电路，其应用于flyback系统恒流控制方案如图2所示，该电路为flyback基本控制系统，其中变压器主边输入能量，副边输出能量。其工作原理是：在基于三极管驱动的控制电路中，在没有辅助绕组或者电感抽头的情况下，通过施加整流的第一脉冲宽度调制PWM_B信号，然后检测同一端的振荡信号来实现对去磁时间检测。
本发明所提出应用于隔离型flyback恒流控制系统的内部结构示意图如图3或4所示，无辅助的基于三极管驱动的恒流flyback控制系统，其设计难点在于如何得到变压器上的去磁时间。变压器电流，三极管的集电极和基极波形图如图5所示，通过波形图可以看出，由于三极管的集电极上有对基极的寄生电容，以及对其他节点的寄生电容，所以在变压器电流过零时，在集电极上会出现LC振荡，其振荡中心电压为母线电压；而由于三极管的寄生集电极对基极电容CCB的存在，使得此LC振荡经过寄生电容CCB传送到三极管的基极。
通过图3中所示的去磁时间检测电路的结构示意图可以看出，通过开关控制逻辑电路，控制高压NPN驱动电路，使得高压NPN驱动电路的ENI输出关断基极驱动电流，使得高压NPN驱动电路的ENN驱动NMOS关断，从而使得节点PWM_B位置的输出为高阻态；同时控制低压NMOS驱动电路，使得节点PWM_N位置输出为低，从而开关管M1关断，其对应的漏端为高阻态。
于是在上述合适的驱动施加给三极管的基极和发射极后，则三极管的基极便对地为高阻状态。而此时LC振荡通过寄生电容CCB便可以出现在三极管的基极上，如图5所示三极管基极电压的振荡；于是可以通过检测此振荡信号便可以得到变压器电流过零点，从而便可以得到去磁时间，实现了系统的恒流控制。
值得一提的是，三极管的基极对地也有寄生电容存在，在某些情况下，可以通过人为增加CCB电容如C1来增强传送到三极管基极的LC电压振荡信号；另外由于三极管集电极的震荡幅度较大，从而使得基极的振荡电压的低值与高值均会受到电路内部钳位电路钳位，设置合适的钳位电路可使其振荡幅度较大，用简单比较器便可轻松实现对去磁时间检测，当然也可以使用其他方法，其目的均是通过振荡开始来检测去磁时间。
另外，由于三极管NPN的发射极对基极是低阻状态，故在基极的振荡信号也同样存在与三极管的发射极，于是也可以通过对三极管的发射极的振荡信号的检测来检测去磁时间。
最后，在图3中所示的低压NMOS驱动，如果在去磁时间检测期间，其输出节点PWM_N位置为高，则相当于电路内部钳位的高值受三极管的BE结钳位，也可以实现去磁时间检测。另外，振荡信号检测单元也可以采用图4所示电路形式予以实现。
本发明的技术特征在于：在三极管驱动系统中，利用电感或变压器去磁完成后会在三极管的集电极振荡，此振荡通过寄生电容或外部电容传送到三极管的基极和发射极，通过检测此振荡来实现对去磁时间检测。本发明的优点在于：在三极管驱动系统中，实现了无辅助绕组便对去磁时间检测。
(二)第二实施例
本发明另一具体实施例如图5所示，为本发明应用于独立电感L的方案。不难发现，图5中的第二实施例与图2中的第一实施例相对应的去磁时间检测方法相同，在第一实施例中提到的相关技术细节依然有效，此处不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种基于三极管的去磁时间检测电路，与电感(L)或者变压器主边绕组的NPN型驱动三极管(Q1)电连接，其特征在于，包括与所述驱动三极管基极电连接的第一PWM信号输出模块，该检测电路还包括依次电连接的振荡信号检测单元、用于检测到所述振荡信号后控制受控开关的第二PWM信号输出模块和所述开关；所述驱动三极管的集电极电连接电感或者变压器主边绕组，发射极通过所述开关接地且所述驱动三极管的基极或发射极电连接所述振荡信号检测单元。
2.根据权利要求1所述检测电路，其特征在于，所述驱动三极管的集电极与基极之间存在寄生电容CCB或还可跨接电容(C1)。
3.根据权利要求1所述检测电路，其特征在于，所述振荡信号检测单元包括比较器(CPA)。
4.根据权利要求1所述检测电路，其特征在于，所述振荡信号检测单元包括电流镜电路以及施密特反相器电路。
5.根据权利要求1-4任一项所述检测电路，其特征在于，第一PWM信号输出模块包括开关控制逻辑单元及其控制电连接的三极管(Q1)基极驱动单元；第二PWM信号输出模块包括开关控制逻辑单元及其控制电连接的开关驱动单元；所述开关控制逻辑单元是同一个。
6.根据权利要求5所述检测电路，其特征在于，振荡信号检测单元输出控制电连接所述开关控制逻辑单元。
7.根据权利要求5所述检测电路，其特征在于，所述开关是场效应管(M1)，所述开关驱动单元是场效应管(M1)栅极驱动单元。
8.根据权利要求5所述检测电路，其特征在于，所述开关是恒流驱动管和下拉关断管，用于驱动三极管(Q1)的导通和关断，以及实现三极管(Q1)基极的高阻态。
9.根据权利要求1所述检测电路，其特征在于，与电感(L)或者变压器主边绕组的NPN型驱动三极管(Q1)电连接，包括与所述驱动三极管(Q1)基极电连接的三极管(Q1)基极驱动单元，该检测电路还包括依次电连接的振荡信号检测单元、开关控制逻辑单元和场效应管(M1)栅极驱动单元，所述开关控制逻辑单元另一输出端电连接所述三极管基极驱动单元；所述驱动三极管(Q1)的集电极电连接电感(L)或者变压器主边绕组，发射极通过所述场效应管(M1)接地，且所述驱动三极管的基极电连接所述振荡信号检测单元，所述驱动三极管的集电极与基极之间存在寄生电容CCB或还可跨接电容(C1)。
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