CN1161003C - 用于驱动电气负载的有集成热保护的双极型功率器件 - Google Patents

用于驱动电气负载的有集成热保护的双极型功率器件 Download PDF

Info

Publication number
CN1161003C
CN1161003C CNB961002468A CN96100246A CN1161003C CN 1161003 C CN1161003 C CN 1161003C CN B961002468 A CNB961002468 A CN B961002468A CN 96100246 A CN96100246 A CN 96100246A CN 1161003 C CN1161003 C CN 1161003C
Authority
CN
China
Prior art keywords
mentioned
circuit
power
input
transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB961002468A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1138285A (zh
Inventor
N・艾伊露
N·艾伊露
筒瑞
A·拉巴伯瑞
S·帕拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics SRL
CORIMME Consorzio per Ricerca Sulla Microelettronica nel Mezzogiorno
Original Assignee
CORIMME Consorzio per Ricerca Sulla Microelettronica nel Mezzogiorno
SGS Thomson Microelectronics SRL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CORIMME Consorzio per Ricerca Sulla Microelettronica nel Mezzogiorno, SGS Thomson Microelectronics SRL filed Critical CORIMME Consorzio per Ricerca Sulla Microelettronica nel Mezzogiorno
Publication of CN1138285A publication Critical patent/CN1138285A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1161003C publication Critical patent/CN1161003C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/282—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices
    • H05B41/285—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2851—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
    • H05B41/2856—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions against internal abnormal circuit conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0812—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
    • H03K17/08126—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in bipolar transitor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/04—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
    • H02H5/044—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature using a semiconductor device to sense the temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K2017/0806—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature

Landscapes

  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

一个用于驱动电气负载的单片集成功率器件，包括一个高压双极型晶体管(TR1)和一个低压辅助晶体管(M或TR2)相级联，并插入在器件的第一电源端(C)和第二电源端(S)之间。这个功率器件也包括一个用于功率级(1)的驱动电路(4)，功率级(1)具有一个输入端与器件的输入端(IN)连接。根据本发明，这个器件包括一个电路(3)用于防止温度的过度升高并控制功率级(1)的断电。

Description

用于驱动电气负载的有集成 热保护的双极型功率器件
技术领域
本发明涉及一个具有集成的热保护的用于驱动电气负载的双极型(bipolar)功率器件。
背景技术
特别是这个功率器件由包括一个高压双极型晶体管和一个级联的双极型或MOS型的低压辅助晶体管的功率级所组成。一个用于驱动功率级的电路也包括在这器件中。
作为没有约束力(non-limiting)的实例，在下在的说明书中对一个包含一对上述类型功率器件的荧光灯或管灯驱动系统作了公开的说明。
如众所周知，功率器件通常是用于驱动电气负载。在许多应用中和在本发明的范围内，功率器件由一个三端的集成部件所组成。
本发明特别地涉及一个双极型的功率器件。这种类型的器件是用于例如甚至于达到数百伏特的量级的高压应用，在该高压中MOS功率器件不能使用。三端式器件的一个优选应用例如是一个荧光灯或管灯驱动系统。
在功率器件中通常是把一个功率级和一个根据外加信号来控制功率级电源的开和关的相应的驱动电路按单片集成。
在一个功率器件工作期间可能产生的缺点是器件内部偶然的温度上升。这种温度上升可以归究于复杂的因素，例如，由驱动功率级的电路故障引起的过量功率损耗和由此引起的进一步温度升高。有时冷却系统损坏，或仅仅是由于周围出现热源而引起的温度上升，导致一种实质的内部温度升高，在这些情况下器件的运行可能被损坏，有时候它的损坏会使它无法再使用。
在三端式双极型功率器件的范围内，为了防止过度的温度升高来避免上述提到的缺点，通常是利用器件外部的装置，在一个荧光灯或管灯驱动系统中是利用一个机械的保护装置。这对那些象在点焊(solder spot)技术有经验的人是熟知的。后者包括一个安装在功率器件的外包装上的机械的装置。通常这个装置是由一对具有已知热特性的面对着的金属簧片(facing metalreeds)所组成，安置在与器件热连接的散热片上面，这个机械装置的作用就象一个温度传感器和一种保护装置。在达到警戒温度时，即在功率器件中的温度刚超过预定的最高值时，它就进行干预，使器件的一个电源端从系统的电源线断开。
但这种类型的热保护存在若干缺点，例如运行的温度准确度不高和干预的速度慢。此外，保护装置使功率器件的整个尺寸增加，并促使整个系统对用户的价格明显增加。
本发明的技术问题是设想在温度刚超过一个预定最大值时有一个具有操作的精确度和速度的双极型功率器件，并同时在任何应用和任何操作条件下是有效的，例如用于荧光灯的驱动电路。
本发明的目的之一也是去为双极型功率器件取得一种热保护，允许缩小器件所占用的体积，并极大地降低应用造价。
发明内容
根据本发明，提供一个供驱动电气负载的单片集成功率器件包括：一个功率级，包含被插入在器件的第一电源端和第二电源端之间的一个高压双极型晶体管，并至少有一个控制端，一个至少有一个输出端被连接到功率级的控制端和一个输入端被连接到器件的输入端的功率级的驱动电路，以及
一个热保护电路包括有：a)一个用于产生一个与器件中温度有关的信号的温度检测电路，b)具有一个与温度检测电路相连接的第一输入端以便接收上述信号、与保持在一个与温度无关的基准电位上的节点相连接的第二输入端、以及至少一个输出端的比较器电路，以及c)至少一个第一切换电路，被连接在上述比较器电路的输出端和功率级的控制端之间并与比较器的输出互锁，从而当器件温度超过一个预定最大值时，在它的输出产生一个切断信号。
根据本发明的一个优选实施例，这个热保护电路另外包括一个第二切换电路，该电路插在比较器电路的输出端和上述驱动电路的控制节点之间，并与比较器的输出端互锁。
根据本发明，另外这个器件中，最好这个驱动电路和热保护电路都用上述的输入端供电。
在器件中，基准电压最好也是由集成在它里面的电路产生，这个电路可以是在现有技术中已经普遍用于产生一个与温度无关的电压的那种类型的电路。
在本发明的解决问题的思路的基础上，这个技术问题的解决是采用一个用于驱动电气负载的单片集成的双极型功率器件，其类型如上所述，并在下文中进行限定。
根据本发明的另一方面，提供用于驱动荧光灯的电路包括：一个变压器，它有一个初级绕组与灯管串联并有一个第一和第二次级绕组，一个第一和第二双极型功率器件用于驱动灯管，两者都串联连接在第一和第二电源线之间，并且各自与第一和第二次级绕组并联，一个中间端点在上述双极型功率器件之间，它被连到上述的初级绕组，以及一个触发电路，功能上与上述第一和第二功率器件连接，去激励它们，其特征在于所述第一和第二功率器件是如上所述的功率器件。
根据本发明的功率器件的特征和优点是在一个实施例的说明中叙述的，该实施例是参照附图通过非限定实例给定如下。
附图说明
在附图中：
图1表示一个根据本发明的具有集成热保护的双极型功率器件的方框图。
图2和图3表示根据本发明的功率器件的方框图，其中功率级包括一个与低压辅助晶体管极联的高压双极型晶体管。
图4a和4b表示分别用于前两个图中所表示的功率级的驱动电路的两个实施例。
图5表示一个用于产生和温度无关的基准电压的电路的优选实施例。
图6表示一个检测电路和一个比较器电路的优选实施例。
图7表示一个第一和第二切换电路的电路图。以及
图8表示一个根据本发明的器件用于荧光灯驱动系统的应用实例。
具体实施方式
图1表示一个根据本发明用于驱动电气负载的具有热保护的双极型功率器件的总方块图。这个器件是单片集成的并且有三个端点用于电路的连接，即第一和第二电源端点和一个输入端，分别用字母C，S和IN表示。
这个器件包括一个双极型功率级，在图中用方块1表示，它执行驱动与其连接的电气负载的功能。功率级1被插在第一电源端C和第二电源端S之间。功率级的控制端DR允许它的驱动。这个控制端DR可以代表例如功率晶体管的基极。
包括在器件中并与功率级尤其是与该级的控制端连接的是用于建立并控制它的电路的开和关的另一逻辑电路。
这个逻辑电路是由一个用于在非临界温度运行条件下完全建立功率级的导通或阻断电气状态的一个驱动器级2所组成的。这个驱动器级2基本上包括一个驱动电路4并且被插在功率级1的控制端DR和输入端IN之间，就是用这样的方法来把功率级耦合到上面提到的输入端。
根据本发明，单片集成在这个器件中的是一个热保护电路，它在图中被用虚线包围起来，用参考号3表示。这个热保护电路3在功能上作用于功率级1并在由该图所示的本发明的优选实施例中是用输入端IN供电的。热保护电路的功能是允许器件自身断开电源(Self-power down)。在热保护电路3中特别包括了下列电路方块，即一个温度检测电路5，一个比较器电路6，一个表示至少一个切换电路7和一个用于产生一个基准电压VREF的电路8的部件。
温度检测电路5在它的输出端产生一个依赖于器件中当前温度的电压信号，这个信号最好这样来选择，使它随温度线性变化。如下所说明那样，一般根据现有技术，利用了至少一个集成在电路中、并用作传感器的晶体管的一个直接偏置的基极-发射极结两端的电压降与温度的关系。
比较器电路6有一个第一输入端与检测电路5相连接，以便接收上面提到的与温度有关的信号，一个与器件的节点REF相连接的第二输入端保持在基准电位VREF上。比较器6还有一个输出端在功能上连接到切换电路7。
这个切换电路7被插比较器电路6的输出端和功率级1的控制端DR之间，并与比较器电路的输出端互锁，从而控制功率级的断电。
根据本发明，另外，最好是驱动电路4和热保护电路3都由输入端IN供电。
如图1中所示，电路8在器件内部产生基准电位VREF，该基准电位VREF与通过一个输出端连到REF节点的温度无关。电路8的电源最好是从器件的输入端取得。
功率器件的操作如下所述：
在使用这个器件期间，在两个电源端点C之一和S之间通常加一个恒定的电压，而另外的端点通常加一个负载。在输入端IN加一个可变的外部信号。驱动电路4交替地控制功率级电源的开和关，这要根据加到输入端IN的信号而定。当由接收器电路从输入端IN接收到的信号取得的一个最大值时，即例如是正的，驱动电路提供一个电流到控制端DR，即到功率晶体管的基极，该晶体管在这种情况下是导电的。相反地，如果在输入端IN的信号是最小值，即例如端点被加上一个零或负的电位，则功率晶体管是关闭的。
在正常的工作条件下，即只要温度没有超过预定的最大值，热保护电路是关闭的并且不会影响功率级1的运行，它全是取决于驱动电路4。实际上，由温度检测电路5产生，并特别地加于比较器的第一输入端的电压值，要大于出现在节点REF的恒定基准值VREF。因此，比较器电路6的输出端是高电位。
如果温度偶然地升高，由温度检测电路5产生的单调地随着温度变化的信号值逐渐降低并接近基准值VREF。当温度到达一个最大的预定值时，比较器电路6就会切换，并引起热保护电路3的干预。
温度检测电路5的参数是这样来选择的，使准确地对应于上述的温度值，由电路产生的电压值等于由基准电路8产生并预置的基准电压值。当这两个电压值相等时，比较器电路6的两个输入是在相同的电位上并且电路6切换。随后比较器电路6使切换电路7进入导通。后者具有通过产生一个阻断信号并把它加到控制端DR来使功率级1切断的功能。
在本发明的范围内，双极型功率级类型的优点在于包括一个高压的双极型晶体管和一个与它级联的低压辅助晶体管。这个便于驱动高压的晶体管的低压辅助晶体管可以是MOS和双极型的，两者没有区别。这些配置通常称为发射极切换(emitterswitching)，本发明与它们有关。
参照图2和3，按顺序表示出上述这两种用于实现功率级1的实例，在这些图中所表示的参考号和符号与图1中的同等大小的方块和部件的都相同。
正如这些图中所示，功率级1包括一个nPn双极型功率晶体管TR1和一个低压MOS晶体管或一个低压的双极型晶体管，在图2和图3中分别用M和TR2表示。这两个晶体管按级联的方式被插在第一和第二电源端，即器件的C和S之间。一个二极管DO以反向偏置的接法接在第一和第二电源端C和S之间，与上述的晶体管并联。
正如图2和3可以见到的，实际上功率级1包括两个控制节点，即由功率晶体管TR1的基极构成的DR1的第一控制节点和与晶体管控制节点相符合的用符号DR2标识的另一个控制节点，它们分别对应于晶体管M的栅极(Gate)或晶体管TR2的基极。
驱动电路4在功能上同时作用于功率级的两个晶体管。实际上它是通过它的输出端同时连到相关的晶体管的控制节点DR1和DR2。这两个晶体管的电源的开和关是同时通过驱动电路4把它们的控制节点DR1和DR2连接到电源端加以控制的。换句话说，驱动电路4在基极供给足以使双极型晶体管TR1和TR2导通的电流或者当加到输入端IN的电位取正值时，允许对晶体管的栅M充电。
热保护电路3的功能上的连接，以及特别是实现对功率级1的控制的最后方块即切换电路7的连接，专门在图2和图3中表示出来。
实际上切换电路7直接控制辅助晶体管的断电，因为它是通过这里的第一输出端去连接到控制节点DR2。应当注意到用阻断辅助晶体管而不是直接阻断功率晶体管的方式有利于功率级断电的实现。这样可以缩短器件切换的时间。
根据本发明的一个优选实施例，如图2和图3所示，并且不同于普通的电路图1，切换电路7有一个第二输出被功能上连接到驱动电路4。如果器件的内部温度达到上述最大预定值，则切换电路7就提供该阻断信号，正如上面提过的用于阻断功率级1，因此该信号同时作用于辅助晶体管TR2或M和驱动电路4，这样，就可实行双重控制。
无论如何，原则上，切换电路仅直接地作用于功率级1是足够的，即使在这个场合，有必要加大热保护电路3的尺寸，使允许在任何情况下通过驱动电路4的由电源端IN来供给的电流导通。
其中辅助晶体管是MOS型的图2中所示的结构尤其有利，这个辅助晶体管M使在短暂阶段，即功率级1接通和断开的瞬间允许获得高的性能。
比较有一个双极型晶体管TR2包含在功率级1中的图3和一个包含图2的MOS的结构的实施例，就必须考虑下面的现象。通过用于驱动功率级1的输入端所吸收的电流大于前者的场合，因为为了使晶体管TR2导电，需要供给它的基极一个不可忽略的驱动电流。另外必须考虑晶体管TR2的所谓存储时间，即在有关的控制节点存储电荷所需要的时间。
就详细参考驱动器级2和热保护电路3的一个优选实施例来说，为了清楚起见，单独的方块是分别在图4a，4b，5，6和7中表示。
在图4a，4b中表示出一个驱动电路的电路图，作为一个整体表示出来与前面的图是相似的。通过参考号4，图4a明确地与一个辅助晶体管M的场合的一个优选实施例有关，而图4b表示对于辅助晶体管是双极型，即TR2的场合采用相同的实施例。
参照图4a，驱动电路4包括一个连接功率晶体管TR1(没有在图中表示)的基极DR1到输入端IN的电阻R1。为了驱动辅助晶体管M，在优选实施例的驱动电路4包括一个pnp晶体管T1，它插在晶体管的控制节点DR2和器件的输入端IN之间。有一个电阻R3和一个npn晶体管T2被连接到晶体管T1的一个控制节点。另一个电阻R2插在输入端IN和驱动电路4的一个控制节点SW之间，连到这个节点的还有晶体管T2的基极。电阻R2和R3以及晶体管T1和T2允许驱动辅助晶体管M。
与图4a不同，图4b包括了另一个电阻R20、它与晶体管T1串联，并与电阻R2串联插入输入端IN和驱动电路4的控制节点SW之间。这个电阻的存在允许通过输入端IN精确地调整加于双极型晶体管TR2的基极端DR2的电流。
当一个适当的正电压加到器件的输入端IN时，图4a和4b的驱动电路4，使高压双极型晶体管TR1和低压辅助晶体管TR2或M保持导电。TR1的基极DR1的电流通过电阻R1被供给。T2的基极通过电阻R2被连到端点IN，并接收电流使它进入饱和。一旦T2导电，就有电流通过R3使T1切换为导电。控制节点DR2就因此处于端点IN的电位上，在辅助的MOS晶体管M的场合，没有T1的饱和电压，而在一个双极型辅助晶体管的场合，它是在晶体管T1即TR2的导电的电位上。结果这个辅助晶体管是导电的。
此外，在图4a中，在辅助晶体管M的控制节点DR2和地节点GND之间分别以正向和反向偏置连接起来的二极管D2和DZ的存在可阻止晶体管可能过压。
如果，例如在荧光灯驱动系统中使用功率器件，在这个系统中，正如下面详细阐明的，两个相同的功率器件轮换地工作，在一段相当长的期间，功率器件必须关闭，在这种场合中，在输入端IN加上一个低于或等于零的电位。高压的双极型晶体管TR1不再在基极端DR1接收电流。另一方面，由于节点DR2是接地的，辅助晶体管不导电。在节点DR2积累的电荷通过二极管(D1)放电，这个二极管D1与晶体管T1是并联的，它(D1)避免节点DR2保持在导电期间所达到的输入端IN的电位。有利的辅助晶体管的关闭使高压管TR1关闭得迅速。TR1的基极DR1在前一导电期间所积累的电荷通过串联连接在基极节点DR1和地GND之间的二极管D3，D4和D5消除得更迅速。在图4a和4b中表示出三个这种二极管，当然，它们的数目可以不同。
驱动电路4的控制节点SW与辅助晶体管的节点DR2一起是热保护电路3起作用的关键。
必须记住电路部件T1、T2，R2和R3，它们插在辅助晶体管的控制节点DR2和输入端IN之间，特别是晶体管T1，它们执行将该晶体管与上面提到的端点的去耦功能。这使得在过度的温度升高的场合，有利于并加速器件的断电，如下面更好地说明那样，即使在输入端IN上有上述的最大电压。然而，虽然目的相同，也可以提供各不相同的等效电路。例如实现直接控制辅助晶体管的切换到导通的作用的晶体管T1可以用一个由输入端IN供电的并耦合到驱动电路的控制节点SW的普通开关来替代。
在图5，6和7中表示出组成热保护电路3的方块的优选实施例。
在图5中表示的优选实施例中，根据本发明，用于产生一个基准电位的电路8，是在现今技术上普遍采用的所谓的带隙型(bandgap)的。它供给节点VR一个与温度无关也与输入电压无关的稳定电压。电路8通过一个电流镜象(Current-mirror)T3-T4和电阻R4，R5和R6组成的输入级由输入端IN供电。
利用一个电流镜象T5-T6和一个晶体管T8来补偿温度起变化时的电压。晶体管T8的基极-发射极电压VBE按照一个已知的关系随温度而变化。另一方面，众所周知，由于构成电流镜象的两个晶体管的基极-发射极电压之间的差别随温度作相反的变化。在图5的场合中，晶体管T5和T6被实现成适用于不同的VBE值。
晶体管T7的基极B的电位代表己调整的电压。尤其是这个电压取决于晶体管T8的基极-发射极电压和在电阻R8上的压降。这个最后的电位降落取决于R8的电阻值和通过它的电流，它又取决于晶体管T5和T6的VBE之间的差别和电阻R10值。温度的补偿通过适当选择参数使可得到的数值与温度无关。
但是这个电压是从发生器电路8在输出节点VR有效地取得的。这个电压通过由电阻R9和R11组成的分压器代表的是节点B的电压的一部分，不包括晶体管7的基极-发射极电位降。节点VR允许具有一个具有低阻抗的有利的输出并因此更好地适合于驱动后续的电路方块。
图5中所示的电路用实例表示出来，但容易被技术有经验的人所修改。
按照本发明的功率器件允许有效集成一个很简单的有如上面所描述的带隙的电路。
图6表示一个温度检测电路5和比较器电路6的电路图。正如大家知道的，在优选的实施例中两个电路块5和6在一个单个的差分级中结合在一起。图6的传感器/比较器电路包括通过稳定节点VR连接的两个相同的分支和各自的第一和第二输出端C1和C2。用图5表示的电路8产生的基准电压通过电阻R12和R13加到晶体管T9和T10的基极。这两个晶体管的发射极都接地，即接到节点GND。另一方面，晶体管T9和T10的基极-发射极结(junction)确定这些电位降落的等同(于器件中的当前温度)并随器件中的当前温度而变化。这个电位降落的值与由发生器电路8预定的在结的两端的电压作比较。当这两个值相等时，这两个分支都被激活。因此晶体管T9和T10执行传感器和比较器的双重的功能。适当选择基准电压值使上面提到的晶体管在器件中的温度达到最大的预定值时进入导通状态。
图6中所示电路表示方块5和6实现起来特别方便和简单的一个实施例。
总之，图7表示上述图2-3中具有单个功能块的在上面作为一个整体表示的第一和第二切换电路I1和I2，将如同上面一样加以详细说明。
第一切换电路I1插在传感器/比较器电路的第2输出C2和辅助晶体管的控制节点DR2之间。它作用于辅助晶体管以使当温度上升过度时去产生阻断，可说明以下。第一切换电路I1包括了被节点C2相继驱动的一对晶体管T13和T14。第二切换电路I2插在传感器/比较器电路的第一输出端C1和驱动电路4的控制节点SW之间以便在临界温度的条件下控制它的断电。切换电路I2包括晶体管T11和T12，它以类似于切换电路I1的方式被提供。切换电路I2最好也由该器件的输入端IN供电。
可以看出图7的电路图同时包括这两个切换电路，在本发明的范围内实现这两个切换电路的必要性上面已经讨论过。
如果器件的温度达到上述的临界值，正如从图4a或4b，5，6，和7的线路说明的综合得出的那样，热保护电路的操作如下。当以已知的关系随温度下降的传感器/比较器电路的阈值电压等于基准电位VR的值时，晶体管T9和T10一起同时进入导通状态。在这一点上，第一和第二切换电路I1和I2接通。尤其是晶体管T9的接通引起晶体管T11的导通，T11供给T12一个足以使T12进入饱和状态的电流。另一方面，由于晶体管T10的接通，导致了晶体管T13的接通，结果使晶体管T13提供给晶体管T14一个足以使它进入饱和的电流。第二切换电路I2的晶体管T12作用于驱动电路4，更确切地说是作用在晶体管T2以使它进入阻断状态。这样，辅助晶体管TR2或M的控制节点DR2与输入端IN的连接由于晶体管T2的阻断引起T1的断电而被中断。代表第一切换电路输出端的晶体管T14也作用于节点DR2，以便引起辅助晶体管的阻断。
双极型功率晶体管TR1的断电是由辅助晶体管TR2或M的阻断引起的，而不是直接由逻辑线路引起的。
现在请注意在驱动电路4中电路元件的存在允许在功率晶体管TR1基极的电荷快速放电，这些在临界温度情况下，甚至于加到输入端IN的电压不是零的时候，可以改进器件自身断电(Self-Power down)的切换时间(Switing times)。
图8表示出根据上述的本发明的一个具有温度保护的双极型功率器件应用于一个荧光灯驱动系统的优选实施例。图8的电路是技术上有经验的人所熟知的灯管镇流器(lamp ballast)。在图8中LAMP表示一个荧光灯，一个用于驱动灯管LAMP的简化电路包括一个与灯管LAMP串联的具有初级绕组P的变压器并且具有一个电感负载L和一个电容器C，用都标有字母A的方块表示的两个双极型功率器件被串联插在第一和第二电流线VA和VB之间。变压器的第一和第二次级绕组S1和S2分别与下端和上端这两个方块并联。在两个A方块之间的中间端点与初级绕组P连接。驱动电路还包括一个大家所熟知类型的触发电路(strikingcircuit)。触发(striking)作用基本上是用一个二极管DIAC与下端的方块A连接起来实现的。这个电路还包括通过功率器件A和交流输入电流线之间的整流器相连接的电路元件D20、D21、和C20。
实际上交流输入电流是经过整流并稳定在电容器C10上。利用二极管DIAC触发低端的方块A，二极管DIAC从与电容器C10并联连接的由元件C20和R21组成的一个RC电路接收电流。这个二极管D20能封闭触发电路。
灯管镇流器电路是一个具有半桥(half-bridge)的自振荡(Self-oscillating)电路。利用反相操作的次级绕组S1和S2，电流有半周期切换到下端方块A，而另半周期切换到上端的方块A。
这个应用需要快速切换功率器件A以降低损耗。因此对于这个应用最好采用具有图3中的结构的功率级的器件。利用包含一个辅助MOS晶体管这样的一种结构可以在切换期间得到高性能并且尤其是较短的储存时间。
根据本发明的这个功率器件与没有采用集成热保护的功率器件的情况作比较还有利于减少用户在应用电路中必须包括的元件数量。
当然，利用没有约束力的例子，可以对上面说明的双极型功率器件加以修改和变化，这些全都包括在下面权利要求书的保护范围之内。

Claims (14)

1.用于驱动电气负载的单片集成双极型功率器件，其特征在于它包括：
一个功率级(1)，包含被插入在器件的第一电源端(C)和第二电源端(S)之间的一个高压双极型晶体管(TR1)，并至少有一个控制端(DR)，
一个至少有一个输出端被连接到功率级(1)的控制端(DR)和一个输入端被连接到器件的输入端(IN)的功率级的驱动电路(4)，以及
一个热保护电路(3)包括有：
a)一个用于产生一个与器件中温度有关的信号的温度检测电路，
b)具有一个与温度检测电路相连接的第一输入端以便接收上述信号、与保持在一个与温度无关的基准电位上的节点(REF)相连接的第二输入端、以及至少一个输出端的比较器电路(6)，以及
c)至少一个第一切换电路(I1)，被连接在上述比较器电路(6)的输出端和功率级(1)的控制端(DR)之间并与比较器(6)的输出互锁，从而当器件温度超过一个预定最大值时，在它的输出产生一个切断信号。
2.根据权利要求1的器件，在其中上述的功率级(1)包括一个低压的辅助晶体管(TR2或M)与上述高压晶体管(TR2)级联，其特征在于上述的第一切换电路(I1)被连接到上述辅助晶体管(TR2或M)的一个控制节点(DR2)。
3.根据权利要求2的器件，其特征在于它还包括插在比较器电路(6)的输出和上述驱动电路(4)的控制节点(SW)之间的一个第二切换电路(I2)，该电路与比较器(6)的输出互锁。
4.根据权利要求3的器件，其特征在于上述的驱动电路(4)在器件的输入端(IN)和辅助晶体管(TR2或M)之间包括当在输入端加上一个预定的电压时用于把辅助晶体管(TR2或M)从上述端点(IN)去耦的装置，上述装置具有一个与驱电器电路的控制节点(SW)相连的控制节点。
5.根据权利要求4的器件，其特征在于上述去耦装置包括至少一个与辅助晶体管(TR2或M)的控制节点(DR2)连接的开关(T1)，并具有一个耦合到上述驱动电路(4)的控制节点(SW)的控制节点。
6.根据权利要求3的器件，其特征在于上述的第二切换电路(I2)是通过器件的上述输入端(IN)供电的。
7.根据权利要求6的器件，其特征在于上述第一切换电路(I1)和上述第二切换电路(I2)包括与上述比较器电路(C2，C1)相应的输出互锁的各自的输入晶体管(T13、T11)，以及被上述输入晶体管(T13，T11)控制、并分别连接到辅助晶体管(TR2或M)的控制节点(DR2)和上述驱动电路(4)的控制节点(SW)的各自的输出晶体管(T14，T12)。
8.根据权利要求1的器件，其特征在于上述的温度检测电路(5)和上述的比较器电路(6)是结合在一个单个的差分级中。
9.根据权利要求8的器件，其特征在于上述差分级包括第一和第二分支(T9，R12和T10，R13)，该第一和第二分支(T9，R12和T10，R13)连接到上述保持在基准电位(VR)的节点和上述第二和第一切换电路(I2，I1)之间，并具有限定随温度变化的电位降的各自的结，并联连接在保持在基准电位的上述节点(VR)和一个固定电压端(GND)之间，所采取的方式使得当器件的温度超过预定的最大值时使第一和第二分支(T9，R12和T10，R13)切换为导通。
10.根据权利要求1的器件，其特征在于它还包括一个在上述节点产生与温度无关的基准电位的电路(8)。
11.根据权利要求10的器件，其特征在于所述的产生基准电位的电路(8)是带隙型的。
12.根据权利要求10的器件，其特征在于上述电路(8)包括一个电流镜像(T5-T6)，该电流镜像(T5-T6)是由该器件的上述输入端(IN)供电的，并有一个接收一个与输入电流成比例的第一电流的输入分支，和一个由其流过一个与上述第一电流成比例的第二电流的输出分支；和由上述第二电流控制的并连接到一个基准节点(B)的一个晶体管(T8)，其中，上述电流镜像的基极-发射极电压之间的差值随温度的变化的情况是通过上述晶体管(T8)的基极-发射极结补偿随温度的变化，使得在上述基准节点(B)上出现的电位与温度无关。
13.根据权利要求1的器件，其特征在于上述的驱动电路(4)和上述的温度保护电路(3)是由上述输入端供电的。
14.用于驱动荧光灯(LAMP)的电路，包括：
-一个变压器，它有一个初级绕组(P)与灯(LAMP)串联并有一个第一和第二次级绕组(S1，S2)，
-一个第一和第二双极型功率器件用于驱动灯(LAMP)，两者都串联连接在第一和第二电源线(VA、VB)之间，并且各自与第一和第二次级绕组(S1，S2)并联，在上述双极型功率器件(A)之间的一个中间端点被连到上述的初级绕组(P)，以及
-一个触发电路(R21，C20，DIAC，D20)，功能上与上述第一和第二功率器件(A)连接，去激励它们，
其特征在于上述的第一和第二功率器件(A)各包括：
一个功率级(1)，包含被插入在器件的第一电源端(C)和第二电源端(S)之间的一个高压双极型晶体管(TR1)，并至少有一个控制端(DR)，
一个至少有一个输出端被连接到功率级(1)的控制端(DR)和一个输入端被连接到器件的输入端(IN)的功率级的驱动电路(4)，以及
一个热保护电路(3)包括有：
a)一个用于产生一个与器件中温度有关的信号的温度检测电路，
b)具有一个与温度检测电路相连接的第一输入端以便接收上述信号、与保持在一个与温度无关的基准电位上的节点(REF)相连接的第二输出端以及至少一个输出端的比较器电路(6)，以及
c)至少一个第一切换电路(I1)，被连接在上述比较器电路(6)的输出端和功率级(1)的控制端(DR)之间并与比较器(6)的输出互锁，从而当器件温度超过一个预定最大值时，在它的输出产生一个切断信号。
CNB961002468A 1995-04-28 1996-04-26 用于驱动电气负载的有集成热保护的双极型功率器件 Expired - Fee Related CN1161003C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP95830167A EP0740491A1 (en) 1995-04-28 1995-04-28 Bipolar power device having an integrated thermal protection for driving electric loads
EP95830167.3 1995-04-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1138285A CN1138285A (zh) 1996-12-18
CN1161003C true CN1161003C (zh) 2004-08-04

Family

ID=8221906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB961002468A Expired - Fee Related CN1161003C (zh) 1995-04-28 1996-04-26 用于驱动电气负载的有集成热保护的双极型功率器件

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6051933A (zh)
EP (1) EP0740491A1 (zh)
CN (1) CN1161003C (zh)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0858165A1 (en) * 1997-02-11 1998-08-12 STMicroelectronics S.r.l. IC for implementing the function of a DIAC diode
US5982639A (en) * 1997-11-04 1999-11-09 Power Integrations, Inc. Two switch off-line switching converter
US6876181B1 (en) 1998-02-27 2005-04-05 Power Integrations, Inc. Off-line converter with digital control
US6226190B1 (en) 1998-02-27 2001-05-01 Power Integrations, Inc. Off-line converter with digital control
US6107851A (en) 1998-05-18 2000-08-22 Power Integrations, Inc. Offline converter with integrated softstart and frequency jitter
JP3831894B2 (ja) * 2000-08-01 2006-10-11 株式会社ルネサステクノロジ 半導体集積回路
US6525514B1 (en) 2000-08-08 2003-02-25 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for reducing audio noise in a switching regulator
TW480815B (en) * 2000-08-10 2002-03-21 Analog Integrations Corp Method and circuit for limiting power consumption of electronic apparatus
IT1318952B1 (it) * 2000-10-02 2003-09-19 St Microelectronics Srl Circuito di protezione alle alte correnti in convertitori perilluminazione
US6420838B1 (en) * 2001-03-08 2002-07-16 Peter W. Shackle Fluorescent lamp ballast with integrated circuit
FR2837581A1 (fr) * 2002-03-22 2003-09-26 St Microelectronics Sa Commande d'une charge de puissance
US6873509B2 (en) * 2002-05-13 2005-03-29 Infineon Technologies Ag Use of an on-die temperature sensing scheme for thermal protection of DRAMS
US6927626B2 (en) * 2002-09-23 2005-08-09 Harman International Industries, Incorporated Thermal protection system for an output stage of an amplifier
US7432666B2 (en) * 2005-04-28 2008-10-07 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Cold cathode fluorescent lamp driving system
US7233504B2 (en) 2005-08-26 2007-06-19 Power Integration, Inc. Method and apparatus for digital control of a switching regulator
US8018694B1 (en) 2007-02-16 2011-09-13 Fairchild Semiconductor Corporation Over-current protection for a power converter
US7719243B1 (en) 2007-11-21 2010-05-18 Fairchild Semiconductor Corporation Soft-start system and method for power converter
US7872883B1 (en) 2008-01-29 2011-01-18 Fairchild Semiconductor Corporation Synchronous buck power converter with free-running oscillator
US7723972B1 (en) 2008-03-19 2010-05-25 Fairchild Semiconductor Corporation Reducing soft start delay and providing soft recovery in power system controllers
CN101552456B (zh) * 2008-03-31 2012-06-27 群联电子股份有限公司 具有高使用安全性的热插拔电子装置及其过热保护装置
JP2015073261A (ja) * 2013-09-03 2015-04-16 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
US9438224B2 (en) * 2014-06-25 2016-09-06 Freescale Semiconductor, Inc. Devices with signal characteristic dependent control circuitry and methods of operation therefor
US11545971B2 (en) 2019-12-17 2023-01-03 Analog Devices International Unlimited Company Aging protection techniques for power switches
CN113899966A (zh) * 2021-09-07 2022-01-07 上海国轩新能源有限公司 一种双向高压互锁回路检测电路

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4677346A (en) * 1985-10-28 1987-06-30 General Electric Company Drive and control circuits for gate capacitance latch with refresh lamp ballast
US4692688A (en) * 1985-12-09 1987-09-08 National Semiconductor Corporation Zero standby current switch method and apparatus
JP2521783B2 (ja) * 1987-09-28 1996-08-07 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
US4866350A (en) * 1988-04-04 1989-09-12 Usi Lighting, Inc. Fluorescent lamp system
US5315214A (en) * 1992-06-10 1994-05-24 Metcal, Inc. Dimmable high power factor high-efficiency electronic ballast controller integrated circuit with automatic ambient over-temperature shutdown
US5424897A (en) * 1993-04-05 1995-06-13 Motorola, Inc. Three leaded protected power device having voltage input

Also Published As

Publication number Publication date
US6051933A (en) 2000-04-18
CN1138285A (zh) 1996-12-18
EP0740491A1 (en) 1996-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1161003C (zh) 用于驱动电气负载的有集成热保护的双极型功率器件
CN102158067B (zh) 一种开关电源的启动电路
CN102740561B (zh) 一种led驱动电路
CN104041187B (zh) 一种发光元件的驱动电路及照明装置
CN101401486B (zh) 在更高工作温度下提高发光二极管阵列工作可靠性及在汽车灯中的使用
CN102869148B (zh) 具开路保护的发光二极管驱动电路
CN100559696C (zh) 电动机驱动电路
CN104011873A (zh) 用于限制光伏串的开路电压的电路和方法
CN1707381A (zh) 电源装置和车辆用灯具
KR102146518B1 (ko) 자동차 조명 장치
CN108882450B (zh) 恒流led电源最高输出功率的限制电路及恒流led电源电路
CN2650393Y (zh) 隔离式自振荡反激变换器
CN101326717A (zh) 发射极开关结构的驱动电路
CN103531156A (zh) 背光驱动电路以及液晶显示装置
CN106533144B (zh) 防反接及电流反灌电路
CN102751854B (zh) 一种开关器件电路
US20130119883A1 (en) Buck converter and method for providing a current for at least one led
CN103049033B (zh) 一种恒流源电路和采样电路
CN211579897U (zh) 一种驱动电路及应用该驱动电路的泵装置
EP3589080B1 (en) Led linear driving circuit
CN208523031U (zh) 发光二极管的驱动电路
CN103441656A (zh) 带欠饱和保护的igbt驱动电路
CN207573659U (zh) 一种用于车灯的led保护电路
CN202663608U (zh) 半导体光源的驱动系统及半导体照明装置
CN202997920U (zh) 电源模块、包括该电源模块的驱动器和照明装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20040804

Termination date: 20120426