CN109547000A - 电荷回收电路及方法、供电电路及方法以及开关电源电路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种电荷回收电路及方法、供电电路及方法以及开关电源电路系统，所述电荷回收电路包括：第一单向导通控制器件、能量存储器件和第一开关；所述第一单向导通控制器件的一端用于耦接一双极结型晶体管BJT的基极，另一端耦接能量存储器件；第一开关耦接双极结型晶体管BJT的发射极。所述电荷回收方法包括：在双极结型晶体管BJT需要由导通状态变为关断时，关断第一开关，电流经由双极结型晶体管BJT的集电极、基极、第一单向导通控制器件流向能量存储器件，为能量存储器件充电。本发明的有益效果在于：本发明提出的电荷回收电路及方法、供电电路及方法、开关电源电路系统，可回收关断BJT时的基极电荷，有效降低系统能耗。
Description
技术领域
本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种电荷回收电路及方法、供电电路及方法以及开关电源电路系统。
背景技术
BJT(双极结型晶体管、双极型晶体管或三极管)是电流型半导体器件，对于NPN型BJT晶体管，用流入基极的电流Ib来控制BJT的导通。BJT充分导通以后，如果Ib电流降为0，BJT的集电极电流(Ic)不会立即降为0，这种现象被称为“电流拖尾”。
如果要快速关断BJT，必须从基极抽取很大的负向电流，把基极累计的电荷释放掉。这些被释放的电荷通常是白白损耗掉的。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的电流释放方式，以便克服现有电流释放方式存在的上述缺陷。
发明内容
本发明提供一种电荷回收电路及方法、供电电路及方法、开关电源电路系统，可回收关断BJT时的基极电荷。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：
一种电荷回收电路，所述电荷回收电路包括：
第一单向导通控制器件；
能量存储器件，其中所述第一单向导通控制器件的一端用于耦接一双极结型晶体管BJT的基极，另一端耦接能量存储器件；以及
第一开关S1，用于耦接所述双极结型晶体管BJT的发射极。
作为本发明的一种实施方式，所述第一单向导通控制器件为第一二极管D1；所述能量存储器件为第一电容C1，第一电容C1为能量回收的负载，用来存储回收的能量；
第一二极管D1的正极耦接双极结型晶体管BJT的基极，第一二极管D1的负极耦接第一电容C1的第一端；第一电容C1的第二端接控制地。
作为本发明的一种实施方式，所述电荷回收电路包括BJT控制电路，BJT控制电路耦接所述双极结型晶体管BJT的基极；所述BJT控制电路为双极结型晶体管BJT提供导通所需的电流Ib。
作为本发明的一种实施方式，所述BJT控制电路包括BJT驱动电路、第二单向导通控制器件，BJT驱动电路与第二单向导通控制器件串联，第二单向导通控制器件的另一端耦接BJT的控制端。
作为本发明的一种实施方式，所述BJT控制电路连接第一开关S1，用以向第一开关S1发送控制其开关的控制信号。
一种利用上述电荷回收电路的电荷回收方法，
当双极结型晶体管BJT需要由导通切换为关断时，控制第一开关S1关断，电流经由双极结型晶体管BJT的集电极、基极、第一单向导通控制器件流向能量存储器件，为能量存储器件充电。
作为本发明的一种实施方式，所述电荷回收方法具体包括：
在双极结型晶体管BJT导通状态下，主电路的电流流经双极结型晶体管BJT的集电极、发射极和第一开关S1；
向第一开关S1发送控制信号，控制第一开关S1关断；主电路电流不会突变，电流经由双极结型晶体管BJT的集电极、基极、第一单向导通控制器件流向能量存储器件；在此过程中，双极结型晶体管BJT基极的电荷被能量存储器件回收。
一种供电电路，所述供电电路包括上述电荷回收电路。
一种利用上述供电电路的供电方法：
控制第一开关S1关断，电流经由双极结型晶体管BJT的集电极、基极、第一单向导通控制器件流向能量存储器件，为能量存储器件充电；
能量存储器件为用电部件提供电源。
一种开关电源电路系统，所述开关电源电路系统包括：
开关电路，包括双极结型晶体管BJT；
控制电路，与所述开关电路耦接，用以向所述双极结型晶体管BJT发送控制信号；
供电电路，包括上述的电荷回收电路，所述供电电路与所述开关电路耦接，用以向控制电路输送供电电流。
作为本发明的一种实施方式，所述供电电路还包括至少一第一电源，通过第一电源为能量存储器件充电用于提供供电电压。
作为本发明的一种实施方式，所述开关电路为反激式电压变换电路，双极结型晶体管BJT的发射极通过第一开关S1耦接反激式电压变换电路的原边绕组L1；或者，所述开关电路为buck电路，双极结型晶体管BJT与buck电路的电感器件耦接。
本发明的有益效果在于：本发明提出的电荷回收电路及方法、供电电路及方法以及开关电源电路系统，可回收关断BJT时的基极电荷，有效降低系统能耗。本发明的其它具体优点将在下面的具体实施例中予以体现。
附图说明
图1为本发明一实施例中电荷回收电路的电路示意图。
图2为本发明一实施例中电荷回收电路的电路示意图。
图3为本发明一实施例中开关电源电路系统的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
说明书中的“耦接”或“接”包含直接连接，也包含间接连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中该电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容。还可包括本领域技术人员公知的在可实现相同或相似功能目的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。
本发明揭示了一种电荷回收电路，所述电荷回收电路包括：第一单向导通控制器件、能量存储器件和与BJT耦接的开关。所述第一单向导通控制器件的一端用于耦接一双极结型晶体管BJT的基极，另一端耦接能量存储器件。
图1为本发明一实施例中电荷回收电路的电路示意图。请参阅图1，在本发明的一实施例中，所述第一单向导通控制器件为第一二极管D1；所述能量存储器件为第一电容C1，第一电容C1为能量回收的负载，用来存储回收的能量；该能量可以用来供电，如可以为控制芯片供电。
如图1所示，所述电荷回收电路还包括第一开关S1；所述第一开关S1用于耦接所述双极结型晶体管BJT的发射极。
第一二极管D1的正极耦接双极结型晶体管BJT的基极，第一二极管D1的负极耦接第一电容C1的第一端；第一电容C1的第二端接地。所述第一开关S1的第一端耦接所述双极结型晶体管BJT的发射极，第一开关S1的第二端接地。在一个优选的实施例中，第一电容C1的第二端接控制地端，如图3所示。
在本发明的一实施例中，所述电荷回收电路包括所述双极结型晶体管BJT。如图1所示，所述电荷回收电路还可包括BJT控制电路，BJT控制电路耦接双极结型晶体管BJT的基极；BJT控制电路为双极结型晶体管BJT提供导通所需的电流Ib。双极结型晶体管BJT导通前，需闭合第一开关S1。双极结型晶体管BJT导通后，主电路的电流流经BJT的集电极、发射极和第一开关S1。当需要关断双极结型晶体管BJT时，直接关断第一开关S1。主电路由于有寄生电感或者其他主电路电感的存在，电流不会突变，电流会经由双极结型晶体管BJT的集电极、基极、第一二极管D1流向第一电容C1。在此过程中，双极结型晶体管BJT基极的电荷被第一电容C1回收。
图2为本发明一实施例中电荷回收电路的电路示意图；请参阅图2，在本发明的一实施例中，所述BJT控制电路包括BJT驱动电路、第二单向导通控制器件，BJT驱动电路与第二单向导通控制器件串联，第二单向导通控制器件的另一端耦接BJT的控制端使得BJT基极的电流不会流向BJT驱动模块。在本发明的一实施例中，第二单向导通控制器件为第二二极管D2；BJT驱动电路的输出端耦接第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极耦接双极结型晶体管BJT的基极。
通过设置第二二极管D2，双极结型晶体管BJT通过第一开关S1关断而关断时，BJT驱动电路不会向双极结型晶体管BJT的基极抽取负电流，而将多余的电流用于向第一电容C1充电用于提供供电电压Vcc。
当第一开关S1关断时，第一二极管D1导通电流从双极结型晶体管BJT基极向第一电容C1充电，此时Vb端电压(双极结型晶体管BJT的基极电压)抬高至Vcc+Ve,其中，Ve为第一二极管D1的PN结电压，如大约为0.7V。由于电压Va(BJT驱动电路输出电压)基于电压Vcc产生，电压Vcc的电压值大于电压Va的电压值，第二二极管D2反向截止，电流也不会流向BJT驱动电路，保证多余电流流入第一电容C1，作为供电电路的一部分。而且此时BJT驱动电路的输出电压可保持不变，无需对BJT驱动电路进行控制。
本发明揭示一种利用上述电荷回收电路的电荷回收方法：在双极结型晶体管BJT由导通状态变为关断状态时，电流经由双极结型晶体管BJT的集电极、基极、第一单向导通控制器件流向能量存储器件，为能量存储器件充电。
在本发明的一实施例中，所述电荷回收方法具体包括：
在双极结型晶体管BJT导通状态下，主电路的电流流经双极结型晶体管BJT的集电极、发射极和第一开关S1；
向第一开关S1发送控制信号，控制第一开关S1关断；主电路电流不会突变，电流经由双极结型晶体管BJT的集电极、基极、第一单向导通控制器件(第一二极管D1)流向能量存储器件(第一电容C1)；在此过程中，双极结型晶体管BJT基极的电荷被能量存储器件(第一电容C1)回收。
本发明揭示一种供电电路，可参阅图1，所述供电电路包括上述的电荷回收电路，即本发明电荷回收电路作为供电电路的一部分。在本发明的一实施例中，供电电路包括第一单向导通控制器件、能量存储器件；所述第一单向导通控制器件的一端用于耦接一双极结型晶体管BJT的基极，另一端耦接能量存储器件。第一单向导通控制器件、能量存储器件作为供电电路的一部分。
在本发明的一实施例中，供电电路可以包括其他电源，或称第一电源(可以有一个或多个)，如通过耦接输入电压Vin或辅助绕组来提供供电电压Vcc。
在本发明的一实施例中，所述第一单向导通控制器件为第一二极管D1；所述能量存储器件为第一电容C1，第一电容C1为能量回收的负载，用来存储回收的能量。
如图1所示，在本发明的一实施例中，所述电荷回收电路还包括第一开关S1；所述第一开关S1用于耦接所述双极结型晶体管BJT的发射极。第一二极管D1的正极耦接双极结型晶体管BJT的基极，第一二极管D1的负极耦接第一电容C1的第一端；第一电容C1的第二端接地。所述第一开关S1的第一端耦接所述双极结型晶体管BJT的发射极，第一开关S1的第二端接地。
在本发明的一实施例中，所述供电电路包括所述双极结型晶体管BJT。如图1所示，所述电荷回收电路包括BJT控制电路，BJT控制电路耦接双极结型晶体管BJT的基极；BJT控制电路为双极结型晶体管BJT提供导通所需的电流Ib。
双极结型晶体管BJT导通前，需闭合第一开关S1。双极结型晶体管BJT导通后，主电路的电流流经BJT的集电极、发射极和第一开关S1。当需要关断双极结型晶体管BJT时，直接关断第一开关S1。主电路由于有寄生电感或者其他主电路电感的存在，电流不会突变，电流会经由双极结型晶体管BJT的集电极、基极、第一二极管D1流向第一电容C1。在此过程中，双极结型晶体管BJT基极的电荷被第一电容C1回收。
在本发明的一实施例中，所述BJT控制电路包括BJT驱动电路、第二单向导通控制器件，BJT驱动电路与第二单向导通控制器件串联，使得BJT基极的电流不会流向BJT驱动模块。在本发明的一实施例中，第二单向导通控制器件为第二二极管D2。
通过设置第二二极管D2，双极结型晶体管BJT通过第一开关S1关断而关断时，BJT驱动电路无需向双极结型晶体管BJT的基极抽取负电流，而将多余的电流用于向第一电容C1充电用于提供供电电压Vcc。
当第一开关S1关断时，第一二极管D1导通电流从双极结型晶体管BJT基极向第一电容C1充电，此时Vb端电压(双极结型晶体管BJT的基极电压)抬高至Vcc+Ve,其中，Ve为第一二极管D1的PN结电压，如大约为0.7V。由于电压Va(BJT驱动电路输出电压)基于电压Vcc产生，电压Vcc的电压值大于电压Va的电压值，第二二极管D2反向截止，电流也不会流向BJT驱动电路，保证多余电流流入第一电容C1，作为供电电路的一部分。而且此时BJT驱动电路的输出电压可保持不变，无需对BJT驱动电路进行控制。
本发明揭示一种利用上述供电电路的供电方法，在双极结型晶体管BJT由需要由导通状态变为关断状态时，关断第一开关S1，电流经由双极结型晶体管BJT的集电极、基极、第一单向导通控制器件流向能量存储器件，为能量存储器件充电；能量存储器件为用电部件提供电源。
在本发明的一实施例中，所述供电方法包括：通过第一电源(如Vin或辅助绕组上产生的电压)对第一电容C1充电；关断与BJT发射极串联的开关来关断BJT的电流主路，使电流流过BJT的集电极和基极并通过第一二极管D1对第一电容C1充电；以及通过该第一电容C1提供供电电压。
在本发明的一实施例中，所述供电方法具体包括：
在双极结型晶体管BJT导通状态下，主电路的电流流经双极结型晶体管BJT的集电极、发射极和第一开关S1；
向第一开关S1发送控制信号，控制第一开关S1关断；主电路电流不会突变，电流经由双极结型晶体管BJT的集电极、基极、第一单向导通控制器件(第一二极管D1)流向能量存储器件(第一电容C1)；在此过程中，双极结型晶体管BJT基极的电荷被能量存储器件(第一电容C1)回收；能量存储器件(第一电容C1)利用回收的能量为用电部件提供电源。
本发明揭示一种开关电源电路系统，图3为本发明一实施例中开关电源电路系统的电路示意图；请参阅图3，在本发明的一实施例中，所述开关电源电路系统包括：开关电路10、控制电路20和供电电路30。开关电路10包括双极结型晶体管BJT；控制电路20与所述开关电路10耦接，用以向所述开关电路10发送控制信号Vb。
如图3所示，供电电路30包括电荷回收电路，供电电路30与所述开关电路10耦接，用以向用电部件输送供电电流。在本发明的一实施例中，所述电荷回收电路包括：第一二极管D1、第一电容C1和第一开关S1。第一二极管D1的正极耦接双极结型晶体管BJT的基极，第一二极管D1的负极耦接第一电容C1的第一端；第一电容C1的第二端接控制地。控制地为控制电路20的参考地。所述第一开关S1的第一端耦接所述双极结型晶体管BJT的发射极，第一开关S1的第二端接地或耦接开关电路10的其余部分。
请继续参阅图3，在本发明的一实施例中，所述控制电路20包括BJT驱动电路21、第二单向导通控制器件(可以为第二二极管D2)，BJT驱动电路21与第二单向导通控制器件串联，使得BJT基极的电流不会流向BJT驱动模块。在本发明的一实施例中，第二单向导通控制器件为第二二极管D2。BJT驱动电路21的输出端耦接第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极耦接双极结型晶体管BJT的基极。
通过设置第二二极管D2，双极结型晶体管BJT通过第一开关S1关断而关断时，BJT驱动电路无需向双极结型晶体管BJT的基极抽取负电流，而将多余的电流用于向第一电容C1充电用于提供供电电压Vcc。
双极结型晶体管BJT导通前，需闭合第一开关S1。双极结型晶体管BJT导通后，主电路的电流流经BJT的集电极、发射极和第一开关S1。当需要关断双极结型晶体管BJT时，直接关断第一开关S1。主电路由于有寄生电感或者其他主电路电感的存在，电流不会突变，电流会经由双极结型晶体管BJT的集电极、基极、第一二极管D1流向第一电容C1。在此过程中，双极结型晶体管BJT基极的电荷被第一电容C1回收。
在本发明的一实施例中，所述供电电路还包括一第一电源，为电容C1充电用于提供供电电压Vcc；如可以通过耦接输入电压Vin或辅助绕组来提供供电电压Vcc。
在本发明的一实施例中，所述开关电路包括反激式电压变换电路，双极结型晶体管BJT的发射极通过开关S1耦接原边绕组L1。在另一个实施例中，双极结型晶体管BJT的集电极耦接原边绕组。如图3所示，开关电路10还包括原边绕组L1、副边绕组L2、输出电容Co；输出电容Co的第一端通过第二开关S2耦接副边绕组L2的第一端，输出电容Co的第二端耦接副边绕组L2的第二端。
在本发明的另一实施例中，所述开关电路为buck电路，双极结型晶体管BJT与buck电路的电感器件耦接。当然，BJT也可用于其它电路拓扑，用于和这些电路中的电感器件耦接。
请参阅图3，在本发明的一实施例中，供电电路30通过第一电源和电荷回收电路对第一电容C1进行充电在第一电容C1上产生供电电压Vcc，能为控制电路(也可以是其他用电部件)供电。其中控制电路20包含BJT驱动电路21、第二二极管D2；通过设置第二二极管D2，双极结型晶体管BJT在第一开关S1关断而关断时，BJT驱动电路21无需向双极结型晶体管BJT的基极抽取负电流，而将多余的电流用于向第一电容C1充电，以便后续用于提供供电电压Vcc。
在本发明的一实施例中，所述控制电路20进一步连接第一开关S1，能向第一开关S1发送控制其打开或关闭的控制信号。第一开关S1能根据接收的控制信号进行闭合或关断。
当第一开关S1关断时，第一二极管D1导通电流从双极结型晶体管BJT基极向第一电容C1充电，此时Vb端电压(双极结型晶体管BJT的基极电压)抬高至Vcc+Ve；其中，Ve为第一二极管D1的PN结电压，如大约为0.7V。由于电压Va(BJT驱动电路输出电压)基于电压Vcc产生，电压Vcc的电压值大于电压Va的电压值，第二二极管D2反向截止，电流也不会流向BJT驱动电路，保证多余电流流入第一电容C1，使其作为供电电路的一部分。而且此时BJT驱动电路的输出电压可保持不变，无需对BJT驱动电路进行控制。
综上所述，本发明提出的电荷回收电路及方法、供电电路及方法、开关电源电路系统，可回收关断BJT时的基极电荷，有效降低系统能耗。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (12)
1.一种电荷回收电路，其特征在于，所述电荷回收电路包括：
第一单向导通控制器件；
能量存储器件，其中所述第一单向导通控制器件的一端用于耦接一双极结型晶体管BJT的基极，另一端耦接能量存储器件；以及
第一开关S1，用于耦接所述双极结型晶体管BJT的发射极。
2.根据权利要求1所述的电荷回收电路，其特征在于：
所述第一单向导通控制器件为第一二极管D1；所述能量存储器件为第一电容C1，第一电容C1为能量回收的负载，用来存储回收的能量；
第一二极管D1的正极耦接双极结型晶体管BJT的基极，第一二极管D1的负极耦接第一电容C1的第一端；第一电容C1的第二端接控制地。
3.根据权利要求1所述的电荷回收电路，其特征在于：
所述电荷回收电路包括BJT控制电路，BJT控制电路耦接所述双极结型晶体管BJT的基极；所述BJT控制电路为双极结型晶体管BJT提供导通所需的电流Ib。
4.根据权利要求3所述的电荷回收电路，其特征在于：
所述BJT控制电路包括BJT驱动电路、第二单向导通控制器件，BJT驱动电路与第二单向导通控制器件串联，第二单向导通控制器件的另一端耦接BJT的控制端。
5.根据权利要求3所述的电荷回收电路，其特征在于：
所述BJT控制电路连接第一开关S1，用以向第一开关S1发送控制其开关的控制信号。
6.一种利用权利要求1至5之一所述电荷回收电路的电荷回收方法，其特征在于：
当双极结型晶体管BJT需要由导通切换为关断时，控制第一开关S1关断，电流经由双极结型晶体管BJT的集电极、基极、第一单向导通控制器件流向能量存储器件，为能量存储器件充电。
7.根据权利要求6所述的电荷回收方法，其特征在于：
所述电荷回收方法具体包括：
在双极结型晶体管BJT导通状态下，主电路的电流流经双极结型晶体管BJT的集电极、发射极和第一开关S1；
向第一开关S1发送控制信号，控制第一开关S1关断；主电路电流不会突变，电流经由双极结型晶体管BJT的集电极、基极、第一单向导通控制器件流向能量存储器件；在此过程中，双极结型晶体管BJT基极的电荷被能量存储器件回收。
8.一种供电电路，其特征在于，所述供电电路包括权利要求1至5之一所述电荷回收电路。
9.一种利用权利要求8所述供电电路的供电方法，其特征在于：
控制第一开关S1关断，电流经由双极结型晶体管BJT的集电极、基极、第一单向导通控制器件流向能量存储器件，为能量存储器件充电；
能量存储器件为用电部件提供电源。
10.一种开关电源电路系统，其特征在于，所述开关电源电路系统包括：
开关电路，包括双极结型晶体管BJT；
控制电路，与所述开关电路耦接，用以向所述双极结型晶体管BJT发送控制信号；
供电电路，包括如权利要求1至5之一所述的电荷回收电路，所述供电电路与所述开关电路耦接，用以向控制电路输送供电电流。
11.根据权利要求10所述的开关电源电路系统，其特征在于：
所述供电电路还包括至少一第一电源，通过第一电源为能量存储器件充电用于提供供电电压。
12.根据权利要求10所述的开关电源电路系统，其特征在于：
所述开关电路为反激式电压变换电路，双极结型晶体管BJT的发射极通过第一开关S1耦接反激式电压变换电路的原边绕组L1；或者，所述开关电路为buck电路，双极结型晶体管BJT与buck电路的电感器件耦接。
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2018
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