CN105553234B - 一种驱动电路及其应用的反激式ac-dc转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种驱动电路，用于驱动反激式AC‑DC转换器中的BJT功率开关，所述驱动电路包括：用于设定预驱动电流的第一驱动电流源；用于设定最小驱动电流的第二驱动电流源；用于设定随峰值电流变化而线性变化驱动电流的第三驱动电流源；用于设定预关断电流的第四驱动电流源；一组时序控制开关，用于控制各个驱动电流源的通断；一对开关器件，通过所述一组时序控制开关连接于各驱动电流源，构成电流镜来输出驱动电流至所述BJT功率开关，既可设定驱动电流亦可使驱动电流随峰值变化，保持可靠性的同时可降低系统功耗，解决现有驱动电路功耗和可靠性难两者兼具的问题。
Description
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，特别是涉及一种驱动电路及其应用的反激式AC-DC转换器。
背景技术
在反激式AC-DC转换器中，BJT功率开关由于其显著的成本优势，占有很大应用市场。不同于功率MOSFET，BJT开关属于电流型驱动器件，目前驱动BJT功率开关的芯片，在BJT开启时一直向其基极注入驱动电流，造成了很大的能量损耗。同时，由于BJT开关的基区存储效应，造成很大的关断延时，使初级线圈峰值电流有很大过冲，影响系统的恒流精度及安全。也有一些驱动芯片，为了降低功耗，在轻载时减小了驱动电流，但是在不同系统应用时，可能会出现驱动不足而影响系统可靠性。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种驱动电路及其应用的反激式AC-DC转换器，既可设定驱动电流亦可使驱动电流随峰值变化，保持可靠性的同时可降低系统功耗，解决现有驱动电路功耗和可靠性难两者兼具的问题。
为实现上述目标及其他相关目标，本发明提供一种驱动电路，用于驱动反激式AC-DC转换器中的BJT功率开关，所述驱动电路包括：用于设定预驱动电流的第一驱动电流源；用于设定最小驱动电流的第二驱动电流源；用于设定随峰值电流变化而线性变化驱动电流的第三驱动电流源；用于设定预关断电流的第四驱动电流源；一组时序控制开关，用于控制各个驱动电流源的通断；一对开关器件，通过所述一组时序控制开关连接于各驱动电流源，构成电流镜来输出驱动电流至所述BJT功率开关。
可选的，所述一组时序控制开关包括：至少具有用于开关通断的两端的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关及第六开关；所述第一开关的第一端连接于第一驱动电流源；所述第二开关的第一端连接于第二驱动电流源；所述第三开关的第一端连接于第三驱动电流源；所述第四开关的第一端连接于第四驱动电流源；所述第五开关的第一端与第一开关、第二开关及第三开关的第二端连接成公共端，其中，所述第五开关的第二端与所述第四开关的第二端连接成公共端；所述第六开关的第一端与所述第五开关和第四开关的公共端连接，所述第六开关的第二端连接至所述一对开关器件中的一个。
可选的，所述一对开关器件包括：相连的第一MOS管及第二MOS管；所述第六开关的第二端连接第一MOS管的漏极，所述第一MOS管的漏极与栅极相连。
进一步可选的，所述第二MOS管的漏极作为驱动电流输出端，并通过第七开关接地。
进一步可选的，所述第一MOS管和第二MOS管间以共源共栅方式连接，所述共源极连接电压源。
进一步可选的，所述第一MOS管和第二MOS管为PMOS管。
可选的，所述一组时序控制开关为MOS管或三极管。
可选的，所述第一、第二、及第四驱动电流源为恒流源。
为实现上述目标及其他相关目标，本发明提供一种反激式AC-DC转换器，包括：
整流电路；变压器，初级线圈输入端连接所述整流电路输出端；BJT功率开关，包括功率三极管；所述功率三极管集电极连接所述变压器初级线圈输出端，其发射极通过电阻接地；AC-DC控制器，连接于所述发射极以检测电流；所述AC-DC控制器包括如前所述的驱动电路，所述驱动电路的驱动电流输出端连接至所述功率三极管的基极；所述AC-DC控制器包括连接于所述发射极的检测端，检测变压器初级线圈输出的峰值电流以供第三驱动电流源据以线性变化驱动电流。
如上所述，本发明提供一种驱动电路，用于驱动反激式AC-DC转换器中的BJT功率开关，所述驱动电路包括：用于设定预驱动电流的第一驱动电流源；用于设定最小驱动电流的第二驱动电流源；用于设定随峰值电流变化而线性变化驱动电流的第三驱动电流源；用于设定预关断电流的第四驱动电流源；一组时序控制开关，用于控制各个驱动电流源的通断；一对开关器件，通过所述一组时序控制开关连接于各驱动电流源，构成电流镜来输出驱动电流至所述BJT功率开关，既可设定驱动电流亦可使驱动电流随峰值变化，保持可靠性的同时可降低系统功耗，解决现有驱动电路功耗和可靠性难两者兼具的问题。
附图说明
图1显示为本发明一实施例中驱动电路的结构示意图。
图2显示为本发明一实施例中反激式AC-DC转换器的结构示意图。
图3显示为现有BJT驱动电路的时序示意图。
图4显示为本发明一实施例中驱动电路的时序示意图。
元件标号说明
1 驱动电路
101 第一驱动电流源
102 第二驱动电流源
103 第三驱动电流源
104 第四驱动电流源
105 第一开关
106 第二开关
107 第三开关
108 第四开关
109 第五开关
110 第六开关
111 第一MOS管
112 第二MOS管
113 第七开关
2 反激式AC-DC转换器
21 整流电路
22 变压器
23 AC-DC控制器
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明提供一种驱动电路1，用于驱动反激式AC-DC转换器中的BJT功率开关，优选中小功率，所述BJT功率开关包括13003或13001等型号的三极管；所述驱动电路1包括：用于设定预驱动电流I_predrv的第一驱动电流源101；用于设定最小驱动电流I_min的第二驱动电流源102；用于设定随峰值电流I_cs变化而线性变化驱动电流I_base的第三驱动电流源103；用于设定预关断电流I_preoff的第四驱动电流源104；一组时序控制开关，用于控制各个驱动电流源(101～104)的通断；一对开关器件，通过所述一组时序控制开关连接于各驱动电流源(101～104)，构成电流镜来输出驱动电流I_base至所述BJT功率开关。在一实施例中，所述第一、第二、及第四驱动电流源(101、102及104)为恒流源。
如图所示，在一实施例中，所述一组时序控制开关包括：至少具有用于开关通断的两端的第一开关105、第二开关106、第三开关107、第四开关108、第五开关109及第六开关110；所述第一开关105的第一端连接于第一驱动电流源101；所述第二开关106的第一端连接于第二驱动电流源102；所述第三开关107的第一端连接于第三驱动电流源103；所述第四开关108的第一端连接于第四驱动电流源104；所述第五开关109的第一端与第一开关105、第二开关106及第三开关107的第二端连接成公共端，其中，所述第五开关109的第二端与所述第四开关108的第二端连接成公共端；所述第六开关110的第一端与所述第五开关109和第四开关108的公共端连接，所述第六开关110的第二端连接至所述一对开关器件中的一个。
需说明的是，所述一组时序控制开关为MOS管或三极管，但亦可为其他现有开关器件，并且连接方式亦可加以变化，仅需能按需求控制各个驱动电流源的通断即可，并非以此为限。
在一实施例中，所述一对开关器件包括：相连的第一MOS管111及第二MOS管112；所述第六开关110的第二端连接第一MOS管111的漏极，所述第一MOS管111的漏极与栅极相连；进一步可选的，所述第一MOS管111和第二MOS管112为PMOS管；所述第二MOS管112的漏极作为驱动电流输出端BASE，并通过第七开关113接地；所述第一MOS管111和第二MOS管112间以共源共栅方式连接，所述共源极连接电压源Vcc。
需说明的是，在其他实施例中，电流镜结构并非仅限于上述的双PMOS管的共源供栅方式连接，其他相关领域的现有技术亦可通用于本发明。
如图2所示，本发明提供一种反激式AC-DC转换器2，包括：整流电路21、变压器22、BJT功率开关及AC-DC控制器23。
所述整流电路21，在一实施例中可为桥式整流电路等，该技术在AC转DC即交流转直流中使用较多，因此不再赘述；当然还可为其他整流电路等，并非以此为限。
所述变压器22，其初级线圈输入端连接所述整流电路21输出端；即AC电压经整流电路整流后输出至所述变压器的初级线圈以待变压。
所述BJT功率开关，包括功率三极管BJT；所述功率三极管BJT集电极连接所述变压器22初级线圈的输出端，其发射极通过电阻R接地。
所述AC-DC控制器23，包括如前所述的驱动电路1，所述驱动电路1的驱动电流输出端BASE连接至所述功率三极管BJT的基极；所述AC-DC控制器23具有一检测端CS，连接于所述功率三极管BJT的发射极以检测变压器22初级线圈输出的电流，以供第三驱动电流源103据以线性变化驱动电流。
结合各个时序控制开关的作用，具体说明上述电路的工作原理，各时序控制开关的开断过程中，可先连通第一驱动电源以一个最大的固定电流I_predrv给功率三极管BJT的结电容充电，保证打开BJT；之后切换第二驱动电流源通可减小驱动电流到I_min，维持BJT在开启状态，减小功率损耗；切换第三电流源，随着变压器的初级线圈峰值电流的上升(BJT发射极CS端可检测到)，第三电流驱动源输出I_cs线性增加驱动电流I_base，满足峰值电流的需要；在峰值电流即将到达最大设定值I_predrv前，切换第四驱动电流源将驱动电流减小到一个很小的固定值I_preoff，BJT同时泄放基区存储电荷维持工作；最后在关断时刻将BASE端下拉，泄放BASE电荷，由于在之前的预关断时刻已经对基区存储电荷进行了泄放，所以关断延时很小，完全在系统的可接受范围内。请参阅图3及图4，可比对图3中现有技术的驱动电路时序图及图4中本发明驱动电路的时序图，对于单端反激式AC-DC转换器来说，PWM输入即由BASE端对BJT的基极的输入，用作驱动控制；在图4中，I_base的变化见A、B、C及D四段，A段对应电流值I_predrv，B段对应电流值I_min，C段对应I_cs的线性增加，D段对应下落至固定值I_preoff。
本发明电路的作用之一，是将驱动电流随着峰值电流变化，而不是一直使用一个较大的驱动电流，可以降低功耗。I_min可以保证系统的轻载可靠性。同时配合预关断，即降低了功率损耗，又有效的减小了关断延时。
综上所述，本发明提供一种驱动电路，用于驱动反激式AC-DC转换器中的BJT功率开关，所述驱动电路包括：用于设定预驱动电流的第一驱动电流源；用于设定最小驱动电流的第二驱动电流源；用于设定随峰值电流变化而线性变化驱动电流的第三驱动电流源；用于设定预关断电流的第四驱动电流源；一组时序控制开关，用于控制各个驱动电流源的通断；一对开关器件，通过所述一组时序控制开关连接于各驱动电流源，构成电流镜来输出驱动电流至所述BJT功率开关，既可设定驱动电流亦可使驱动电流随峰值变化，保持可靠性的同时可降低系统功耗，解决现有驱动电路功耗和可靠性难两者兼具的问题。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，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发明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，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种驱动电路，用于驱动反激式AC-DC转换器中的BJT功率开关，其特征在于，所述驱动电路包括：
用于设定预驱动电流的第一驱动电流源；
用于设定最小驱动电流的第二驱动电流源；
用于设定随峰值电流变化而线性变化驱动电流的第三驱动电流源；
用于设定预关断电流的第四驱动电流源；
一组时序控制开关，用于控制各个驱动电流源的通断；
一对开关器件，通过所述一组时序控制开关连接于各驱动电流源，构成电流镜来输出驱动电流至所述BJT功率开关。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述一组时序控制开关包括：至少具有用于开关通断的两端的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关及第六开关；所述第一开关的第一端连接于第一驱动电流源；所述第二开关的第一端连接于第二驱动电流源；所述第三开关的第一端连接于第三驱动电流源；所述第四开关的第一端连接于第四驱动电流源；所述第五开关的第一端与第一开关、第二开关及第三开关的第二端连接成公共端，其中，所述第五开关的第二端与所述第四开关的第二端连接成公共端；所述第六开关的第一端与所述第五开关和第四开关的公共端连接，所述第六开关的第二端连接至所述一对开关器件中的一个。
3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述一对开关器件包括：相连的第一MOS管及第二MOS管；所述第六开关的第二端连接第一MOS管的漏极，所述第一MOS管的漏极与栅极相连。
4.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述第二MOS管的漏极作为驱动电流输出端，并通过第七开关接地。
5.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述第一MOS管和第二MOS管间以共源共栅方式连接，所述共源极连接电压源。
6.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述第一MOS管和第二MOS管为PMOS管。
7.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述一组时序控制开关为MOS管或三极管。
8.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述第一、第二及第四驱动电流源为恒流源。
9.一种反激式AC-DC转换器，其特征在于，包括：
整流电路；
变压器，初级线圈输入端连接所述整流电路输出端；
BJT功率开关，包括功率三极管；所述功率三极管集电极连接所述变压器初级线圈输出端，其发射极通过电阻接地；
AC-DC控制器，包括如权利要求1至8中任一项所述的驱动电路，所述驱动电路的驱动电流输出端连接至所述功率三极管的基极；所述AC-DC控制器包括连接于所述发射极的检测端，检测变压器初级线圈输出的峰值电流以供第三驱动电流源据以线性变化驱动电流。
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