CN107919792B - 一种三极管驱动电路、驱动方法及开关电源 - Google Patents

一种三极管驱动电路、驱动方法及开关电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三极管驱动电路、驱动方法及开关电路，三极管驱动电路包括基极驱动模块和开关模块，所述基极驱动模块连接在所述三极管的集电极和基极之间，所述开关模块连接在所述基极和发射极之间，开关信号有效时，所述三极管驱动电路控制所述三极管导通；开关信号无效时，所述三极管驱动电路控制所述三极管关断，开关信号有效时，所述开关模块为高阻，所述基极驱动模块控制三极管基极和集电极之间的压差为第一电压；所述开关信号无效时，所述开关模块为低阻，所述基极驱动模块为高阻。通过控制三极管的集电极电压，优化了三极管在各种集电极电流下的工作状态，降低了三极管的导通损耗以及开关损耗，从而提高了开关电源的转换效率。

Description

一种三极管驱动电路、驱动方法及开关电源
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种三极管驱动电路、驱动方法及开关电源。
背景技术
在开关电源中，由于MOS管的开关速度快，并且导通阻抗小，驱动和控制相对于三极管更为方便，一般使用MOS管作为主功率管。但是三极管比MOS管成本更低，可靠性更高，EMI性能更加优越，因此在开关电源中，希望用三极管来代替MOS管。
在现有技术中，三极管的驱动采样电流型驱动，其驱动电路如图1所示，以NPN为例，当开关002导通，开关003关断时，电流源001给NPN提供基极电流，使得NPN导通。在开关电源中，集电极电流根据输入、输出的情况会变化，而三极管基极驱动电流的大小是固定的。当集电极电流较大时，三极管的集电极电压会较高，使得开关电源的导通损耗较大，降低了开关电源的转换效率。当集电极电流较小时，三极管难以关断，使得开关电源的开关损耗较大，也降低了开关电源的转换效率。因此使用电流源对三极管的基极进行驱动，难以优化三极管的工作状态，大大降低了开关电源的系统效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三极管驱动电路、驱动方法及开关电源，用以解决现有技术中使用电流源对三极管的基极进行驱动，难以优化三极管的工作状态，大大降低了开关电源的系统效率的问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种三极管驱动电路，用于驱动三极管，包括
基极驱动模块和开关模块，
所述基极驱动模块的第一端和所述三极管的集电极连接，所述基极驱动模块的第二端和所述三极管的基极连接，所述开关模块连接在所述三极管的基极和发射极之间，
所述三极管驱动电路接收开关信号，所述开关信号有效时，所述三极管驱动电路控制所述三极管导通；所述开关信号无效时，所述三极管驱动电路控制所述三极管关断，
开关信号有效时，所述开关模块为高阻，所述基极驱动模块的第一端和第二端之间的压差为第一电压；所述开关信号无效时，所述开关模块为低阻，所述基极驱动模块为高阻。
作为可选，当所述三极管为NPN时，所述第一电压为零或正电压；
当所述三极管为PNP时，所述第一电压为零或负电压。
作为可选，还包括逻辑控制模块，所述开关信号通过所述逻辑控制模块连接到所述基极驱动模块和所述开关模块，开关信号有效时，所述逻辑控制模块控制所述开关模块为高阻，所述逻辑控制模块控制所述基极驱动模块的第一端和第二端压差为所述第一电压；所述开关信号无效时，所述逻辑控制模块控制所述开关模块为低阻，所述逻辑控制模块控制所述基极驱动模块为高阻。
作为可选，所述开关模块为第一开关，所述基极驱动模块为第二开关，所述开关信号有效时，所述逻辑控制模块控制所述第一开关关断，所述逻辑控制模块控制所述第二开关导通；所述开关信号无效时，所述逻辑控制模块控制所述第一开关导通，所述逻辑控制模块控制所述第二开关关断。
作为可选，所述基极驱动电路还包括压差产生电路，
所述压差产生电路和所述第二开关任意顺序串联，
当所述三极管为NPN时，当第二开关导通时，所述压差产生电路第一端和第二端的压差为所述第一电压；
当所述三极管为PNP时，当第二开关导通时，所述压差产生电路第二端和第一端的压差为所述第一电压。
作为可选，所述压差产生电路包括N个二极管，N大于等于1，当N大于等于2时，第一二极管的阳极连接到所述压差产生电路的第一端，第一二极管的阴极连接到第二二极管的阳极，以此类推，第M个二极管的阴极连接到第M+1个二极管的阳极，第N个二极管的阴极连接到所述压差产生电路的第二端。
作为可选，所述压差产生电路还包括电阻，所述电阻和所述N个二极管任意顺序串联。
本发明还提供一种三极管驱动方法，用于驱动三极管，开关信号有效时，控制所述三极管的集电极和基极的压差为第一电压，控制所述三极管的基极和发射极之间为高阻，所述三极管导通；开关信号无效时，控制所述三极管的集电极和基极之间为高阻，控制所述三极管的基极和发射极之间为低阻，所述三极管关断。
本发明的又一技术解决方案是，提供一种开关电路。
采用本发明的电路结构和方法，与现有技术相比，具有以下优点：通过控制三极管的集电极电压，优化了三极管在各种集电极电流下的工作状态，降低了三极管的导通损耗以及开关损耗，从而提高了开关电源的转换效率。
附图说明
图1为现有技术中三极管的驱动电路；
图2(a)为本发明NPN驱动电路的框图；
图2(b)为本发明PNP驱动电路的框图；
图3为本发明三极管驱动电路的又一框图；
图4为本发明基极驱动模块110和开关模块120的一个实施例；
图5(a)为本发明基极驱动模块110的又一实施例；
图5(b)为本发明基极驱动模块110的另一实施例；
图6为本发明三极管为PNP时，基极驱动模块110和开关模块120的一个实施例；
图7(a)为本发明压差产生电路的一个实施例；
图7(b)为本发明压差产生电路的另一个实施例；
图8为本发明三极管驱动电路的另一实施例。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参考图2(a)和图2(b)所示，一种三极管驱动电路100，包括基极驱动模块110和开关模块120，所述基极驱动模块110的第一端和所述三极管Q的集电极连接，所述基极驱动模块110的第二端和所述三极管Q的基极连接，所述开关模块120连接在所述三极管Q的基极和发射极之间，
所述三极管驱动电路100接收开关信号，所述开关信号有效时，所述三极管驱动电路100控制所述三极管Q导通；所述开关信号无效时，所述三极管驱动电路100控制所述三极管Q关断，
开关信号有效时，所述开关模块120为高阻，所述基极驱动模块110的第一端和第二端之间的压差为第一电压；所述开关信号无效时，所述开关模块120为低阻，所述基极驱动模块110为高阻。
通过控制三极管的集电极电压，优化了三极管在各种集电极电流下的工作状态，降低了三极管的导通损耗以及开关损耗，从而提高了开关电源的转换效率
参考图2(a)所示，当所述三极管Q为NPN时，所述第一电压为零或正电压；
参考图2(b)所示，当所述三极管为PNP时，所述第一电压为零或负电压。
参考图3所示，还包括逻辑控制模块130，所述开关信号通过所述逻辑控制模块130连接到所述基极驱动模块110和所述开关模块120，开关信号有效时，所述逻辑控制模块130控制所述开关模块120为高阻，所述逻辑控制模块130控制所述基极驱动模块110的第一端和第二端压差为所述第一电压；所述开关信号无效时，所述逻辑控制模块130控制所述开关模块120为低阻，所述逻辑控制模块130控制所述基极驱动模块110为高阻。
参考图4所示，所述开关模块120为第一开关121，所述基极驱动模块110为第二开关112，所述开关信号有效时，所述逻辑控制模块130控制所述第一开关121关断，所述逻辑控制模块130控制所述第二开关112导通；所述开关信号无效时，所述逻辑控制模块130控制所述第一开关121导通，所述逻辑控制模块130控制所述第二开关112关断。
参考图5(a)和图5(b)所示，所述基极驱动电路110还包括压差产生电路111，所述压差产生电路111和所述第二开关112任意顺序串联，
当所述三极管为NPN时，当第二开关112导通时，所述压差产生电路第一端和第二端的压差为所述第一电压；
参考图6所示，当所述三极管为PNP时，当第二开关112导通时，所述压差产生电路第二端和第一端的压差为所述第一电压。
参考图7(a)所示，所述压差产生电路111包括N个二极管，N大于等于1，当N大于等于2时，第一二极管的阳极连接到所述压差产生电路111的第一端，第一二极管的阴极连接到第二二极管的阳极，以此类推，第M个二极管的阴极连接到第M+1个二极管的阳极，第N个二极管的阴极连接到所述压差产生电路111的第二端。当第二开关112导通时，则压差产生电路111第一端和第二端之间的压差为N个二极管的正向导通压降。通过调节二极管的个数N，可以调节压差产生电路111的压差。
参考图7(b)所示，所述压差产生电路还包括电阻，所述电阻和所述N个二极管任意顺序串联。
当第二开关112导通时，则压差产生电路111第一端和第二端之间的压差为N个二极管的正向导通压降加上电阻上的压降。
当三极管Q的集电极电流比较大时，其基极电流也相应增大，则电阻上的压降增大，导致三极管的集电极电压上升，从而避免三极管进入饱和区，优化三极管开关损耗。
压差产生电路111不仅限于图7(a)和图7(b)描述的两种电路，还可以有其他各种实施例。
参考图8所示，当第一开关121和第二开关112都为NMOS时，虚线框中为逻辑控制模块130的一个实施例。开关信号连接到第二开关112的栅极，并且通过反相器131连接到第一开关121的栅极，以开关信号高电平为有效，低电平为无效进行说明。当开关信号为有效时，第二开关112的栅极为高电平，第二开关112导通，第一开关的栅极为低电平，第一开关121关断，三极管Q导通；当开关信号为无效时，第二开关112的栅极为低电平，第二开关112关断，第一开关的栅极为高电平，第一开关121导通，三极管Q关断。逻辑控制模块130的实施方式不仅限于上述方式，需要根据第一开关121和第二开关112的不同实现方式而采用不同的电路。
本发明还提供一种三极管驱动方法，用于驱动三极管，开关信号有效时，控制所述三极管的集电极和基极的压差为第一电压，控制所述三极管的基极和发射极之间为高阻，所述三极管导通；开关信号无效时，控制所述三极管的集电极和基极之间为高阻，控制所述三极管的基极和发射极之间为低阻，所述三极管关断。
本发明的又一技术解决方案是，提供一种开关电路。
当开关电路的输入输出电压较低时，第一电压可以为零或者其绝对值较低。当开关电路的输入输出电压较高时，通过设置合适的第一电压的电压值，可以优化三极管的导通损耗和开关损耗，大大提高了开关电源的系统效率。并且三极管比MOS管成本更低，可靠性高，EMI性能更加优越。
除此之外，虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种三极管驱动电路，用于驱动三极管，其特征在于：包括
基极驱动模块和开关模块，
所述基极驱动模块的第一端和所述三极管的集电极连接，所述基极驱动模块的第二端和所述三极管的基极连接，所述开关模块连接在所述三极管的基极和发射极之间，
所述三极管驱动电路接收开关信号，所述开关信号有效时，所述三极管驱动电路控制所述三极管导通；所述开关信号无效时，所述三极管驱动电路控制所述三极管关断，
当所述三极管为NPN时，第一电压为正电压；
当所述三极管为PNP时，第一电压为负电压；
还包括逻辑控制模块，所述开关信号通过所述逻辑控制模块连接到所述基极驱动模块和所述开关模块；
所述开关模块为第一开关，所述基极驱动模块包括第二开关，所述开关信号有效时，所述逻辑控制模块控制所述第一开关关断，所述逻辑控制模块控制所述第二开关导通；所述开关信号无效时，所述逻辑控制模块控制所述第一开关导通，所述逻辑控制模块控制所述第二开关关断；
所述基极驱动电路还包括压差产生电路，
所述压差产生电路和所述第二开关任意顺序串联，
当所述三极管为NPN时，当第二开关导通时，所述压差产生电路第一端和第二端的压差为所述第一电压；
当所述三极管为PNP时，当第二开关导通时，所述压差产生电路第二端和第一端的压差为所述第一电压。
2.根据权利要求1所述三极管驱动电路，其特征在于，所述压差产生电路包括N个二极管，N大于等于1，当N大于等于2时，第一二极管的阳极连接到所述压差产生电路的第一端，第一二极管的阴极连接到第二二极管的阳极，以此类推，第M个二极管的阴极连接到第M+1个二极管的阳极，第N个二极管的阴极连接到所述压差产生电路的第二端；当N等于1时，第一二极管的阳极连接到所述压差产生电路的第一端，第一二极管的阴极连接到所述压差产生电路的第二端。
3.根据权利要求2所述三极管驱动电路，其特征在于，所述压差产生电路还包括电阻，所述电阻和所述N个二极管任意顺序串联。
4.一种开关电路，其特征在于：包括如权利要求1~3任意一项所述三极管驱动电路。
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