CN218783795U - 一种电路封装结构、以及供电装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电路封装结构、以及供电装置，用于控制连接在输电线路上的开关器件，电路封装结构包括控制单元、至少一个晶体管、以及供电单元，控制单元分别与至少一个晶体管、以及供电单元电连接，至少一个晶体管用于与开关器件电连接，控制单元用于根据供电单元输出的基础电压信号生成控制信号，并通过控制信号驱动至少一个晶体管在不同的工作状态之间切换，以控制开关器件的通断。本申请将晶体管与控制单元、供电单元共同封装，成为能够批量投入使用的封装结构，对不同规格的三极管标准件进行无差别驱动。实现了无需改变三极管的封装结构的前提下，使用晶体管控制三极管，从而以较小的驱动电流使三极管导通，减小控制芯片的功耗。

Description

一种电路封装结构、以及供电装置

技术领域

本申请涉及电路的领域，尤其是涉及一种电路封装结构、以及供电装置。

背景技术

目前，在小功率开关电源应用中，电流驱动型开关器件得到了广泛的应用，经常使用较为廉价的高压三极管作为开关，以获得较好的经济性。

然而，三极管为电流型驱动器件，其工作所需的驱动电流较大，这导致了控制器功耗较高，不利于提升能效指标，甚至难以满足不断提高的能效指标要求。并且为了能使三极管在开通后充分饱和以保持较低的导通电压，需要对其进行过饱和驱动，但过多的基区电荷导致其关断变慢，延时较长，不利于开关频率的提高的同时更提高了关断功耗，进一步地提高了控制器功耗。

而较大的驱动电流和功耗，导致控制器供电电容在系统启动阶段放电过快，不利于较大容性负载条件下的可靠启动，相较MOSFET作为功率开关的系统容性负载能力显著偏低。虽然改为使用MOSFET作为功率开关可显著改善上述问题，但具有相同导通压降的MOSFET相比高压三极管价格显著较高，一般差价可达2~4倍。

对此，相关技术中提供了一种复合功率管结构，通过对高压三极管进行结构改造，对其增加一个共集电极的高压MOSFET。该MOSFET的源极与三极管的基极相连，控制电路通过控制MOSFET实现三极管的开通，此时三极管的驱动电流来源于MOSFET，即三极管集电极。驱动电路仅用于开通MOSFET栅极，MOSFET作为电压型器件，所需电流小于直接驱动三极管需要的基极电流，从而实现降低驱动电流即控制芯片电流的效果。

在另一种相关技术中，将一般高压三极管改为使用达林顿结构的高压三极管，利用达林顿较大的放大倍数实现驱动功耗的大幅降低，但标准达林顿三极管的关断速度相较传统高压三极管更慢，因此需要进一步在达林顿三极管上增加额外的控制端子，将达林顿三极管的后级三极管单元的基极引出进行独立的关断控制，使其关断速度得到一定程度的改善来优化开关性能。

但上述的相关技术中提供方案均需要大幅度改变功率开关的结构，针对不同规格的三极管进行单独的定制才能够投入使用，开发成本高，资源集中度低，器件不通用成本高。

针对上述情况，本申请提出了一种电路封装结构、以及供电装置，用以在无需改变功率开关结构的基础上减小功率开关的控制芯片功耗。

实用新型内容

为了在无需改变功率开关结构的基础上减小功率开关的控制芯片功耗，本申请提供一种电路封装结构、以及供电装置。

第一方面，本申请提供的一种电路封装结构，采用如下的技术方案：

一种电路封装结构，用于控制连接在输电线路上的开关器件，所述电路封装结构包括控制单元、至少一个晶体管、以及供电单元，所述控制单元分别与所述至少一个晶体管、以及所述供电单元电连接，所述至少一个晶体管用于与所述开关器件电连接，所述控制单元用于根据所述供电单元输出的基础电压信号生成控制信号，并通过所述控制信号驱动所述至少一个晶体管在不同的工作状态之间切换，以控制所述开关器件的通断。

通过采用上述技术方案，上述的晶体管为电压驱动型器件，若上述的开关器件为电流驱动型器件，使用晶体管控制开关器件能够实现以较小的驱动电流驱动开关器件导通，从而减小控制芯片的功耗。

进一步地，将晶体管与控制单元、供电单元共同封装，成为能够批量投入使用的驱动芯片，用以对不同规格的开关器件标准件进行无差别驱动。如此便无需改变开关器件的封装结构，实现经过一次封装完成的控制芯片可以同时与不同规格的开关器件相适配，而无需针对不同规格的开关器件进行定制，降低了定制成本，提高了供应的集中程度。

可选的，所述至少一个晶体管包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管均是MOS晶体管，所述控制信号包括用于驱动第一晶体管的第一控制信号和用于驱动第二晶体管的第二控制信号。

通过采用上述技术方案，MOS晶体管为电压驱动型器件，控制单元只需提供驱动电压即可使得MOS晶体管导通。因此，其具备输入阻抗高、驱动功率小的优点，相对于控制器驱动电流驱动型的开关器件，使用控制器驱动MOS晶体管，从而完成对开关器件的驱动，起到了大幅度降低驱动电流的作用。

同时，使用两个MOS晶体管对开关器件进行控制，还能够提高开关器件的开关速度。

可选的，所述第一控制信号和所述第二控制信号均是PWM调制信号，并且所述第一晶体管根据所述第一控制信号在导通工作状态和关断工作状态之间切换，所述第二晶体管根据所述第二控制信号在导通工作状态和关断工作状态之间切换，以协同控制所述开关器件的通断。

可选的，所述开关器件是三极管，所述控制单元具有第一输出端口和第二输出端口，所述第一输出端口与所述第一晶体管的栅极相连接，用于传输所述第一控制信号，所述第二输出端口与所述第二晶体管的栅极相连接，用于传输所述第二控制信号，所述第一晶体管的漏极与所述三级管的集电极电连接，所述第一晶体管的源极与所述三级管的基极电连接，所述第二晶体管的漏极与所述三级管的基极电连接，所述第二晶体管的源极与参考地电连接。

通过采用上述技术方案，第一晶体管的漏极与三级管的集电极电连接，第一晶体管的源极与三级管的基极电连接，因此，当第一晶体管导通时，第一晶体管的漏极与三极管的基极之间电流导通，三极管受电流驱动导通。由于第一晶体管的漏极与三极管的集电极电连接，而三极管是连接于供电线路中的，因此，第一晶体管导通时从漏极流向源极的电流是有供电线路提供而无需控制芯片提供的，以本方案封装的控制芯片可以在此过程中大大减少驱动三极管产生的功耗。

可选的，所述第一晶体管的工作电压高于400V，所述第二晶体管的工作电压低于40V。

通过采用上述技术方案，第一晶体管为高压MOS管，其与外部高压三极管构成一个等效IGBT结构，从而实现仅需极小的驱动电流即可使高压三极管充分饱和导通，并通过MOS的跨导增益和VDS电压越小输出电流越小的特性实现高压三极管的最佳化饱和导通，且不受开关电流的影响，自动适应工作条件的变化。

第二晶体管为低压MOS管，能够提高三极管的关断速度，降低关断延时，从而提高系统工作频率范围。

可选的，所述电路封装结构还包括检测单元，所述检测单元用于与所述输电线路电连接，以检测所述输电线路上的电流值，并根据所述电流值生成对应的检测信号，所述控制单元与所述检测单元电连接并基于所述检测信号对所述基础电压信号进行调制以生成所述第一控制信号和所述第二控制信号。

可选的，所述供电单元与外部直流电源电连接，用于将所述外部直流电源输入的原始电压信号转换为所述基础电压信号。

可选的，在所述第一控制信号为高电平以及所述第二控制信号为低电平的情况下，所述第一晶体管导通，所述第二晶体管关断，以使所述三极管导通， 在所述第一控制信号为低电平以及所述第二控制信号为高电平的情况下，所述第一晶体管关断，所述第二晶体管导通，以使所述三极管关断。

通过采用上述技术方案，第一晶体管接入高电平，第一晶体管导通；第二晶体管接入低电平，第二晶体管关断；三极管基极有电流，则三极管导通，输电线路上的电流值增大。检测单元检测输电线路上的电流值，当电流值达到预设值时，输出检测信号至控制单元中，控制单元根据输入的检测信号输出第一控制信号为低电平和第二控制信号为高电平，此时第二晶体管导通，第一晶体管断开，三极管的接地，因此三极管关断，输电线路关断。

当第一晶体管导通的情况下，保证了三极管的集电极电压大于基极电压，提高的三极管的开关速度。利用电压控制型器件控制电流控制型器件，降低了驱动电流，其驱动电流为输电线路上电流的一部分，而无须控制芯片提供，不会增加控制芯片的功耗，能够提高效率并且降低了成本。

第二方面，本申请提供一种供电装置，采用如下技术方案：

一种供电装置，包括所述电路封装结构、所述开关器件、直流电源、以及与所述直流电源电连接的所述输电线路，其中，所述开关器件是三极管，并且所述三极管的集电极与所述输电线路电连接，所述三极管的发射级经由电阻器接地。

可选的，所述供电装置还包括变压器，所述直流电源向所述变压器的原边回路供电，所述输电线路是所述原边回路的一个区段，所述变压器的副边与负载电连接，以向所述负载供电，其中，在所述三极管导通的情况下，所述原边回路导通，在所述三极管关断的情况下，所述原边回路关断。

通过采用上述技术方案，当三极管导通时，原边回路电流值上升，原边线圈开始储能，当三极管关断时，原边回路关断，原边线圈能量转换到副边为负载提供电压。

可选的，所述三极管在工作状态下，集电极和发射极之间的耐压高于400V，所述直流电源的输出电压为DC0-60kV。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.使用晶体管控制开关器件能够实现以较小的驱动电流驱动开关器件导通，从而减小控制芯片的功耗。

2.将晶体管与控制单元、供电单元共同封装，成为能够批量投入使用的驱动芯片，用以对不同规格的开关器件标准件进行无差别驱动。如此便无需改变开关器件的封装结构，实现经过一次封装完成的控制芯片可以同时与不同规格的开关器件相适配，而无需针对不同规格的开关器件进行定制，降低了定制成本，提高了供应的集中程度。

3.第一晶体管导通时从漏极流向源极的电流是有供电线路提供而无需控制芯片提供的，以本方案封装的控制芯片可以在此过程中大大减少驱动三极管产生的功耗。

4.第一晶体管为高压MOS管，其与外部高压三极管构成一个等效IGBT结构，从而实现仅需极小的驱动电流即可使高压三极管充分饱和导通，并通过MOS的跨导增益和VDS电压越小输出电流越小的特性实现高压三极管的最佳化饱和导通，且不受开关电流的影响，自动适应工作条件的变化。

5.第二晶体管为低压MOS管，能够提高三极管的关断速度，降低关断延时，从而提高系统工作频率范围。

附图说明

图1是本申请实施例中一种电路封装结构、以及供电装置的电路连接图。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在以下描述中，为了解释的目的，阐述了很多具体细节，以便提供对实用新型构思的彻底理解。作为本说明书的一部分，本公开的附图中的一些附图以框图形式表示结构和设备，以避免使所公开的原理复杂难懂。为了清晰起见，实际具体实施的并非所有特征都有必要进行描述。在本公开中对“一个具体实施”或“具体实施”的提及意指结合该具体实施所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个具体实施中，并且对“一个具体实施”或“具体实施”的多个提及不应被理解为必然地全部是指同一具体实施。

除非明确限定，否则术语“一个”、“一种”和“该”并非旨在指代单数实体，而是包括其特定示例可以被用于举例说明的一般性类别。因此，术语“一个”或“一种”的使用可以意指至少一个的任意数目，包括“一个”、“一个或多个”、“至少一个”和“一个或不止一个”。术语“或”意指可选项中的任意者以及可选项的任何组合，包括所有可选项，除非可选项被明确指示是相互排斥的。短语“中的至少一者”在与项目列表组合时是指列表中的单个项目或列表中项目的任何组合。所述短语并不要求所列项目的全部，除非明确如此限定。

本申请实施例公开一种电路封装结构。参照图1，一种电路封装结构用于控制连接在输电线路上的开关器件，在不同的使用场景中，开关器件可以为电流驱动型开关器件，也可以为电压驱动型开关器件。在本实施例中，上述的开关器件为电流型开关器件，具体为NPN型高压三极管。高压三极管在工作状态下，集电极和发射极之间的耐压高于400V。

本申请实施例公开的电路封装结构包括至少一个晶体管、控制单元、以及供电单元。其中，控制单元分别与至少一个晶体管、以及供电单元电连接，至少一个晶体管用于与三极管电连接，控制单元用于根据供电单元输出的基础电压信号生成对应的控制信号，并基于对应的控制信号驱动至少一个晶体管在不同的工作状态之间切换，以控制三极管的通断，供电单元与外部直流电源电连接，用于将外部直流电源输入的原始电压信号转换为基础电压信号。

上述的晶体管为电压驱动型器件，三极管为电流驱动型器件，使用晶体管控制三极管能够实现以较小的驱动电流驱动三极管导通，从而减小控制芯片的功耗。

进一步地，将晶体管与控制单元、供电单元共同封装，成为能够批量投入使用的驱动芯片，用以对不同规格的三极管标准件进行无差别驱动。如此便无需改变三极管的封装结构，实现经过一次封装完成的控制芯片可以同时与不同规格的三极管相适配，而无需针对不同规格的三极管进行定制，降低了定制成本，提高了供应的集中程度。

具体的，在不同实施例中，晶体管可以为一个，也可以为多个，并且可以为不同的类型。作为示例的，在本实施例中，上述的至少一个晶体管包括第一晶体管和第二晶体管，并且第一晶体管和第二晶体管均是MOS晶体管，本实施例中采用NMOS晶体管。MOS晶体管为电压驱动型器件，控制单元只需提供驱动电压即可使得MOS晶体管导通。因此，其具备输入阻抗高、驱动功率小的优点，相对于控制器驱动电流驱动型的三极管，使用控制器驱动MOS晶体管，从而完成对三极管的驱动，起到了大幅度降低驱动电流的作用。同时，使用两个MOS晶体管对三极管进行控制，还能够提高三极管的开关速度。

控制单元用于根据供电单元输出的基础电压信号生成对应的控制信号，并基于对应的控制信号驱动至少一个晶体管在不同的工作状态之间切换，以控制三极管的通断。在本实施例中，控制单元具有第一输出端口和第二输出端口，第一输出端口与第一晶体管的栅极相连接，用于传输第一控制信号，第二输出端口与第二晶体管的栅极相连接，用于传输第二控制信号，第一晶体管的漏极与三级管的集电极电连接，第一晶体管的源极与三级管的基极电连接，第二晶体管的漏极与三级管的基极电连接，第二晶体管的源极与参考地电连接。

第一晶体管的漏极与三级管的集电极电连接，第一晶体管的源极与三级管的基极电连接，因此，当第一晶体管导通时，第一晶体管的漏极与三极管的基极之间电流导通，三极管受电流驱动导通。由于第一晶体管的漏极与三极管的集电极电连接，而三极管是连接于供电线路中的，因此，第一晶体管导通时从漏极流向源极的电流是有供电线路提供而无需控制芯片提供的，以本方案封装的控制芯片可以在此过程中大大减少驱动三极管产生的功耗。

进一步的，第一晶体管的工作电压高于400V，第二晶体管的工作电压低于40V。

其中，第一晶体管为高压MOS管，其与外部高压三极管构成一个等效IGBT结构，从而实现仅需极小的驱动电流即可使高压三极管充分饱和导通，并通过MOS的跨导增益和VDS电压越小输出电流越小的特性实现高压三极管的最佳化饱和导通，且不受开关电流的影响，自动适应工作条件的变化。

其中，第二晶体管为低压MOS管，能够提高三极管的关断速度，降低关断延时，从而提高系统工作频率范围。

对应的，在本实施例中，控制信号包括用于驱动第一晶体管的第一控制信号和用于驱动第二晶体管的第二控制信号。其中，在不同的实施例中，控制信号可以为不同类型的信号，但凡能够起到驱动晶体管的作用即可。作为示例的，在本实施例中，第一控制信号和第二控制信号均是PWM调制信号，并且第一晶体管根据第一控制信号在导通工作状态和关断工作状态之间切换，第二晶体管根据第二控制信号在导通工作状态和关断工作状态之间切换，以协同控制三极管的通断。

在第一控制信号为高电平以及第二控制信号为低电平的情况下，第一晶体管导通，第二晶体管关断，以使三极管导通， 在第一控制信号为低电平以及第二控制信号为高电平的情况下，第一晶体管关断，第二晶体管导通，以使三极管关断。

在使用过程中，第一晶体管接入高电平，第一晶体管导通；第二晶体管接入低电平，第二晶体管关断；三极管基极有电流，则三极管导通，输电线路上的电流值增大。检测单元检测输电线路上的电流值，当电流值达到预设值时，输出检测信号至控制单元中，控制单元根据输入的检测信号输出第一控制信号为低电平和第二控制信号为高电平，此时第二晶体管导通，第一晶体管断开，三极管的接地，因此三极管关断，输电线路关断。

当第一晶体管导通的情况下，保证了三极管的集电极电压大于基极电压，提高的三极管的开关速度。利用电压控制型器件控制电流控制型器件，降低了驱动电流，其驱动电流为输电线路上电流的一部分，而无须控制芯片提供，不会增加控制芯片的功耗，能够提高效率并且降低了成本。

在本实施例中，电路封装结构还包括检测单元，检测单元用于与输电线路电连接，以检测输电线路上的电流值，并根据电流值生成对应的检测信号，控制单元与检测单元电连接并基于检测信号对基础电压信号进行调制以生成第一控制信号和第二控制信号。

本申请提供一种供电装置，包括电路封装结构、三极管、直流电源、变压器、以及与直流电源电连接的输电线路。其中，三极管的集电极与输电线路电连接，三极管的发射级经由电阻器接地。直流电源向变压器的原边回路供电，输电线路是原边回路的一个区段，变压器的副边与负载电连接，以向负载供电，其中，在三极管导通的情况下，原边回路导通，在三极管关断的情况下，原边回路关断。当三极管导通时，原边回路电流值上升，原边线圈开始储能，当三极管关断时，原边回路关断，原边线圈能量转换到副边为负载提供电压。

具体的，三极管在工作状态下，集电极和发射极之间的耐压高于400V，直流电源的输出电压为DC0-60kV。

综上所述，本申请实施例提供的电路封装结构，使用与上述的供电装置，三极管以NPN型高压三极管为例，其在工作状态下，集电极和发射极之间的耐压高于400V，晶体管以两个N沟道MOS管为例，其中第一晶体管选用耐高压的MOS管，即第一晶体管的工作电压高于400V；第二晶体管选用低压MOS管，即第二晶体管的工作电压低于40V。

其工作原理为：开关电源完启动完成后，检测单元产生开关电源所需的对应工作频率并输出频率信号至控制单元中，控制单元输出第一控制信号和第二控制信号，使得第一晶体管栅极为高电平，第一晶体管导通；第二晶体管栅极为低电平，第二晶体管关断；三极管基极有电流，则三极管导通，原边回路导通，原边线圈电流上升，线圈开始储能。检测单元检测原边线圈的电流，当电流达到预设值时，输出检测信号至控制单元中，控制单元根据输入的电流检测信号输出第一控制信号为低电平和第二控制信号为高电平，此时第二晶体管导通，第一晶体管断开，三极管的控制端接地，因此三极管关断，原边回路关断，原边线圈能量转换到副边为负载提供电压。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电路封装结构，用于控制连接在输电线路上的开关器件，其特征在于，所述电路封装结构包括控制单元、至少一个晶体管、以及供电单元，所述控制单元分别与所述至少一个晶体管、以及所述供电单元电连接，所述至少一个晶体管用于与所述开关器件电连接，所述控制单元用于根据所述供电单元输出的基础电压信号生成控制信号，并通过所述控制信号驱动所述至少一个晶体管在不同的工作状态之间切换，以控制所述开关器件的通断。

2.根据权利要求1所述的电路封装结构，其特征在于，所述至少一个晶体管包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管均是MOS晶体管，所述控制信号包括用于驱动第一晶体管的第一控制信号和用于驱动第二晶体管的第二控制信号。

3.根据权利要求2所述的电路封装结构，其特征在于，所述第一控制信号和所述第二控制信号均是PWM调制信号，并且所述第一晶体管根据所述第一控制信号在导通工作状态和关断工作状态之间切换，所述第二晶体管根据所述第二控制信号在导通工作状态和关断工作状态之间切换，以协同控制所述开关器件的通断。

4.根据权利要求3所述的电路封装结构，其特征在于，所述开关器件是三极管，所述控制单元具有第一输出端口和第二输出端口，所述第一输出端口与所述第一晶体管的栅极相连接，用于传输所述第一控制信号，所述第二输出端口与所述第二晶体管的栅极相连接，用于传输所述第二控制信号，所述第一晶体管的漏极与所述三极管的集电极电连接，所述第一晶体管的源极与所述三极管的基极电连接，所述第二晶体管的漏极与所述三极管的基极电连接，所述第二晶体管的源极与参考地电连接。

5.根据权利要求4所述的电路封装结构，其特征在于，所述第一晶体管的工作电压高于400V，所述第二晶体管的工作电压低于40V。

6.根据权利要求4所述的电路封装结构，其特征在于，所述电路封装结构还包括检测单元，所述检测单元用于与所述输电线路电连接，以检测所述输电线路上的电流值，并根据所述电流值生成对应的检测信号，所述控制单元与所述检测单元电连接并基于所述检测信号对所述基础电压信号进行调制以生成所述第一控制信号和所述第二控制信号。

7.根据权利要求4所述的电路封装结构，其特征在于，所述供电单元与外部直流电源电连接，用于将所述外部直流电源输入的原始电压信号转换为所述基础电压信号。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的电路封装结构，其特征在于，在所述第一控制信号为高电平以及所述第二控制信号为低电平的情况下，所述第一晶体管导通，所述第二晶体管关断，以使所述三极管导通，在所述第一控制信号为低电平以及所述第二控制信号为高电平的情况下，所述第一晶体管关断，所述第二晶体管导通，以使所述三极管关断。

9.一种供电装置，其特征在于，所述供电装置包括如权利要求1-8中任一项所述的电路封装结构、所述开关器件、直流电源、以及与所述直流电源电连接的所述输电线路，其中，所述开关器件是三极管，并且所述三极管的集电极与所述输电线路电连接，所述三极管的发射级经由电阻器接地。

10.根据权利要求9所述的供电装置，其特征在于，所述供电装置还包括变压器，所述直流电源向所述变压器的原边回路供电，所述输电线路是所述原边回路的一个区段，所述变压器的副边与负载电连接，以向所述负载供电，其中，在所述三极管导通的情况下，所述原边回路导通，在所述三极管关断的情况下，所述原边回路关断。

11.根据权利要求10所述的供电装置，其特征在于，所述三极管在工作状态下，集电极和发射极之间的耐压高于400V，所述直流电源的输出电压为DC0-60kV。

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