CN1034456C - 桥式开关晶体管回扫变压器的驱动电路 - Google Patents

桥式开关晶体管回扫变压器的驱动电路 Download PDF

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Abstract

回扫变压器包括第一和第二开关晶体管、第一和第二整流二极管以及变压器的初级绕组，其元件联成桥式。第一开关晶体管接收经次级绕组、耦合电容和串联电阻的正反馈驱动。一旦次级绕组上的电压换向，第一开关晶体管即关断，放电二极管为耦合电容提供放电通路以使第一开关晶体管在下一开关周期更迅速导通。但放电二极管限制了第一开关晶体管控制极的截止电压，故关断较慢。通过采用电压源和另一在换向时导通的开关晶体管消除其缺陷。

Description

桥式开关晶体管回扫变压器的驱动电路
本发明涉及一种用于驱动开关晶体管控制极的驱动电路，该开关晶体管具有一个与联接在第一和第二电源端之间的变压器的初级绕组串联的主电流通路，该驱动电路包括：
联接在开关晶体管控制极与第一电源端之间的启动电阻，
具有第一端和第二端的变压器的次级绕组，其第二端联在开关晶体管的第一主电极的结点上，
耦合电容和一串接电阻，二者串联联接在次级绕组的第一端子与开关晶体管的控制极之间，以及
一个联接在次级绕组的第二端与该串联电阻抽头间的放电二极管。
本发明还涉及具有两个桥式开关晶体管的电源电路，该电路包括这一驱动电路。
开头一段所述的类型的驱动电路可从美国专利US4652984中了解到。这种已知的驱动电路是用于回扫变压器的，在从变压器初级至第一和第二电源端的联接上经常受到开关晶体管的周期性干扰。启动电阻使开关晶体管导通，之后，开关晶体管由经次级绕组、耦合电容和串联电阻的正反馈迅速驱动至饱和。一旦穿过该晶体管的电流超过一给定值，开关晶体管即关断。跨在次级绕组上的电压换向(即改换极性)且经耦合电容器和串联电阻的正反馈有助于使开关晶体管关断。随后，放电二极管导通，并为耦合电容器提供一放电通路，该放电二极管将使开关晶体管在下一开关周期加速启动。
开关晶体管和驱动电路也可用于包括两个桥式开关晶体管的回扫变压器中。桥式电路的原理也可从美国专利US4768141中领会到。图1的桥式电路结构包括两个开关晶体管，其中第一个晶体管可将初级的一个端子联到第一电源端上，其中的第二个开关晶体管可将初级的另一端联到第二电源端上。为了减少开关损耗，两个开关晶体管必须以最高同步驱动。随后，一个开关晶体管可以常规方式驱动，如以脉宽控制或以前述美国专利4652984中的方式驱动，随后形成主开关晶体管。其它开关晶体管可借助前面已知的驱动电路驱动，随后形成一个从开关晶体管，因为它的开和关是由主开关晶体管的开和关引起次级绕组的电压换向而产生的。
现在的一个缺点是，由于放电二极管将该开关晶体管的控制极上的换向电压限制成约为0.7V，因此从开关晶体管的关断较慢。此外，用于关断的电流还受到由处在放电二极管与从开关晶体管的控制极之间的部分串联电阻所限制。因此，本发明的目的在于提供一种解决方案，以使从开关晶体管的关断更迅速。
为了达到这一目的，根据本发明，开头一段所述类型的驱动电路还应包括：
具有用来提供偏压的电压端子的电压源，该偏压比结点上的放电二极管正向电压要高，并与该正向电压同符号，以及
与第一次提到的开关晶体管的导通性相反的另一开关晶体管，所述的另一开关晶体管具有一联接到第一次提及的开关晶体管控制极的第一主电极、联到电压端的第二主电极和耦合到次级绕组的第一端的控制极。
驱动电路包括另一开关晶体管，一旦次级绕组上的电压换向，即将第一次提及的开关晶体管的控制极联到电压源的电压端上。由于该电压源的电压高于放电二极管的正向电压，则第一次提及的开关晶体管迅速关断。此外，这消除了串联电阻的电流限制效果。
根据本发明的驱动电路的实施例其特征在于电压源包括：整流二极管和平滑电容器，二者以串联方式联在次级绕组的第一端与第二端之间，电压端子是由平滑电容器的端子形成，该端子被耦合到第三整流二极管。次级绕组上换向的电压简单而有利地由整流二极管和平滑电容器转换成直流电压，并且用作另一开关晶体管的电源电压。
本发明的上述方面及其他方面将参考附图详细描述，其中：
图1为具有根据本发明驱动电路的桥式电源电路的电路图；
图2为根据本发明的另一驱动电路一部分的电路图；
图3的一些图示出包括根据本发明驱动电路的桥式电源电路的工作，以及
图4为用于包括根据本发明驱动电路的桥式电源电路的增补电路的电路图。
图中的相同标号的部件或元件具有相同功能或目的。
图1示出根据本发明的电源电路。在正电源端2和接地的负电源端4之间，联有桥式电路结构的元器件：第一开关晶体管6、第二开关晶体管8、第一整流二极管10、第一开关二极管12以及未示出的变压器的初级绕组14。开关晶体管6和8搭构成双极NPN晶体管。第一整流二极管10的阳极联到负电源端4。第二开关晶体管8的发射极或第一主电极也联到诸如负电源端子4上。但是，根据该晶体管的驱动方式，发射极可换一种方式经一阻抗联到负电源端子4上。第一开关晶体管6的集电极或第二主电极和第二整流二极管12的阴极联到正电源端2。第一开关晶体管6的发射极和第一整流二极管10的阴极分别联到第一结点16上。第二整流二极管12的阳极和第二开关晶体管8的集电极分别联到第二结点18上。初级绕组联在结点16和18之间。变压器包括一第一次级绕组20，负载24经整流二极管22联到该次级绕组20上。整流二极管22的阴极联到次级绕组20的末端，次级绕组20中所带有的电压与第一结点16上的电压同相。第二开关晶体管8的基极或控制极接收任意构造的驱动电路26的驱动信号。第一开关晶体管6从驱动电路28接收驱动信号，驱动电路28的部件如下安置：变压器的一第二次级绕组30具有第一端子32和一第二端子34，第二端子34联到第一结点16。此外，次级绕组30可以是初级绕组14的抽头。第一端子32上的电压与第一结点16的电压同相。第一端子32经耦合电容器36和两个串联电阻38和40联到第一开关晶体管6的基极，即控制极，所述基极经启动电阻42联到正电压源端2上。齐纳二极管44的阴极联到串联电阻38和40之间的结点上，阳极联到第一结点16上。整流二极管46的阴极联到次级绕组30的第一端子32上，阳极经任选限流电阻48联到电压端子50上。电压端子50经平滑滤波电容器52联到次级绕组30的第二端子34上。第三双极PNP开关晶体管54的发射极和集电极分别联到第一开关晶体管6的基极和电压端子50上。第三开关晶体管54的基极-发射极结被电阻56旁路。第三开关晶体管54的基极经一串联形式的二极管58和电阻60联在耦合电容器36与串联电阻38间的结点上，二极管58的阳极处在远离第三开关晶体管54的基极一侧。图2示出另一电路结构，其中，二极管58取代电阻56的位置，且电阻60联在第三开关晶体管54的基极和耦合电容36与串联电阻38间的结点上。
现在参考图3解释电源电路的工作，其中，图3a示出电流Ip穿过初级绕组14，电流-Is穿过第一次级绕组20，图3b示出作为时间函数的跨在初级绕组14间的电压Up。在时刻t1，第一开关晶体管6和第二开关晶体管8导通。基本上整个电源电压+VA全加在初级绕组14上，且电流Ip作为时间的线性函数而增加。在时刻t2，驱动电路26将第二开关晶体管8关断。短时之后，在时刻t3，第二开关晶体管真正关断，这样，跨初级绕组14上的电压Up换向，即符号反向。换向的结果，使第一开关晶体管6也经次级绕组而关断。在一短时间间隔t3-t4，电流Ip流经第一开关晶体管6和第二整流二极管12的主电流通路。跨在初级绕组14上的电压Up随之基本为零。如果第一开关晶体管6在时刻t4完全关断，则电压Up再次换向到+VA值。现在，在次级绕组20内建立起一电流-Is，且经整流二极管10和12，该电流Ip减为零。在t5时刻，换向暂停，其后，电流-Is在时刻t6以取决于负载24的方式再次减至零。在时刻t6，全部电能从变压器中泄出，且各绕组上的电压为零。之后，开关晶体管6和8再次导通。
第一开关晶体管6的导通是由启动电阻42触发的。当两个开关晶体管6和8导通时，将在初级绕组14上出现正电源电压+VA。由于经次级绕组30、耦合电容器36和串联电阻38和40的正反馈，第一开关晶体管6的基极接收一超正的驱动信号，结果，第一开关晶体管6迅速饱和。串联电阻38和40限制第一开关晶体管6的基极电流，且当电源电压VA大时，齐纳二极管44可预防过饱和。如果该饱和在实际中不出现，则齐纳二极管44可以由普通二极管替代。在时刻t3一旦换向，次级绕组30上的电压首先变为零随后变负，这样，第一开关晶体管关断。齐纳二极管44现在用作耦合电容器36的放电二极管，结果，第一开关晶体管在下一开关周期将更迅速导通。然而，在第一开关晶体管6的基极上的负电压随之被限制到-0.7V。因此，关断所占时间较长，具体讲是由于从基极泄放的电流也受电阻40限制。在时刻t4-t6，第一端子32上的电压相对于第二端子34上的电压为负。平滑滤波电容器52经整流二极管46和任选的限流电阻48充到负电压。第三开关晶体管54的基极经耦合电容器36、二极管58和电阻60接收负驱动信号，且晶体管导通。第三开关晶体管54将第一开关晶体管6的基极拉到低于-0.7V的负电压，结果，第一开关晶体管6迅速关断。二极管58防止第三开关晶体管54在时刻t1-t4时受驱动，而电阻56保持第三开关晶体管的基极-发射极结的关断。图2所示的另一变型的电路也具有同样的效果。
图4示出第二开关晶体管8的驱动电路26的更详细的示图。第二开关晶体管8的发射极由电阻62联到地。第四开关晶体管64的基极-发射极结与电阻62并联，且发射极接地。第四开关晶体管64的集电极联到第二开关晶体管8的基极，该基极经启动电阻66再联到正电源端2。在第一次级绕组20和整流二极管22之间的结点经串联的耦合电容68、串联电阻70和串联电阻72联到第二开关晶体管8的基极。串联电阻70和72之间的结点由齐纳二极管74联到第二开关晶体管8的发射极。
启动电阻66、耦合电容68、串联电阻70和72以及齐纳二极管74以同一方式工作，并与图1所示的电路中的各对应元件42、36、38、40和44具有相同的功能。只要流过第二开关晶体管的电流达到某个值，则开关晶体管64就导通，因而使第二开关晶体管8的基极接地。第二开关晶体管8关断，第一次级绕组20上的电压换向，且电流Is经整流二极管22流到负载24。其余的工作与第一开关晶体管6的驱动电路28的工作基本相同。由于存在电阻62和开关晶体管64，则图4所示的驱动电路26自发振荡。

Claims (6)

1.一种用于驱动开关晶体管(6)控制电极的驱动电路，该开关晶体管具有与联在第一(2)和第二(4)电源端之间的变压器的初级绕组(14)相联的主电流通路，其中驱动电路包括：
联在开关晶体管(6)的控制电极和第一电源端(2)之间的启动电阻(42)，
具有第一端子(32)和第二端子(34)的变压器的次级绕组(30)，其第二端(34)在结点(16)联到开关晶体管(6)的第一主电极上，
耦合电容器(36)和串接电阻器(38，40)，二者以串联形式联在次级绕组(30)的第一端子(32)与开关晶体管(6)的控制极之间，以及
联在次级绕组(30)的第二端子(34)与串联电阻(38，40)抽头间的放电二极管(44)，
其特征在于所述驱动电路还包括：
一个电压源(46、48、52)，具有用来提供偏压的电压端子(50)，该偏压比结点(16)上的放电二极管(44)的正向电压要高，并与该正向电压同符号；以及
与第一次提及的开关晶体管(6)的导通性相反的另一开关晶体管(54)，所述的另一开关晶体管(54)具有一联到第一次提及的开关晶体管(6)控制电极的第一主电极、联接到电压端(50)的第二主电极和耦合到次级绕组(30)第一端于(32)的控制电极。
2.如权利要求1的驱动电路，其特征在于电压源(46、48、52)包括：整流二极管(46)和平滑电容器(52)，二者以串联形式联在第二绕组(30)的第一端(32)和第二端(34)之间，电压端子(50)由平滑电容器(52)的端子构成，该端子还耦合到第三整流二极管(46)。
3.如权利要求2的驱动电路，其特征在于另一开关晶体管(54)的控制电极经电阻(60)联在耦合电容(36)与串联电阻(38)之间的结点上，二极管(58)跨接在另一开关晶体管(54)的控制电极和第一主电极上。
4.如权利要求2的驱动电路，其特征在于另一开关晶体管(54)的控制电极经串联的二极管(58)和电阻(60)联在耦合电容器(36)和串联电阻(3 8)间的结点上，且另一电阻(56)跨接在另一开关晶体管(54)的控制电极与第一主电极之间的结点上。
5.如权利要求1、2、3或4的驱动电路，其特征在于放电二极管(44)为齐纳二极管。
6.一种包括两个桥式开关晶体管(6，8)的电源电路，包括：
具有联在第一(16)和第二(18)结点之间的初级绕组(14)的变压器；
具有联在第一电源端(2)和第一结点(16)之间的主电流通路的第一开关晶体管(6)；
具有联在第二结点(18)和第二电源端子(4)之间的主电流通路的第二开关晶体管(8)；
用于驱动第二开关晶体管(8)的控制电极的装置(26)；
联在第一结点(10)与第二电源端子(4)之间的第一单向元件(10)；
联在第一电源端(2)与第二结点(18)之间的第二单向元件(12)；以及
其特征在于驱动电路包括：
联在第一开关晶体管(6)的控制电极和第一电源(2)之间的启动电阻(42)，
具有第一端子(32)和第二端子的变压器的次级绕组(30)，其第二端(34)在接点(16)联到第一开关晶体管(6)的第一主电极上，
耦合电容器(36)和串接电阻器(38，40)，两者以串联形式联在次级绕组(30)的第一端子(32)与第一开关晶体管(6)之间，以及
联在次级绕组(30)的第二端子(34)与串联电阻(38，40)抽头间的放电二极管(44)，
一个电压源(46、48、52)，具有用来提供偏压的电压端子(50)，该偏压比接点(16)上的放电二极管(44)的正向电压要高，并与该正向电压同符号；以及
与第一开关晶体管(6)的导通性相反的另一开关晶体管(54)，所述的另一开关晶体管(54)具有联到第一开关晶体管(6)控制电极的第一主电极、联接到电压端(50)的第二主电极和耦合到次级绕组(30)第一端子(32)的控制电极。
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C53 Correction of patent of invention or patent application
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Free format text: CORRECT: PATENTEE; FROM: N.V. PHILIPS OPTICAL LAMP MANUFACTURING COMPANY TO: N.V. PHILIPS OPTICALLAMP LTD., CO.

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Patentee after: Philips Electronics N. V.

Patentee before: N.V. Philips' Gloeipenfabrieken

C53 Correction of patent of invention or patent application
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Free format text: CORRECT: PATENTEE; FROM: N.V. PHILIPS OPTICAL LAMP LTD., CO. TO: ROYAL PHILIPS ELECTRONICS CO., LTD.

CP01 Change in the name or title of a patent holder

Patentee after: Koninklike Philips Electronics N. V.

Patentee before: Philips Electronics N. V.

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