CN218920257U - 一种驱动电路和开关式电源供应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种驱动电路和开关式电源供应器，涉及电源技术领域，该驱动电路用于驱动一功率开关，包括：基极驱动模块、一比较器和电压抬升模块，本实用新型主要采用了容易实现且电路面积较小的电压抬升模块替代现有驱动电路中的一个比较器，其中，比较器的第一输入端接参考电压，第二输入端经电压抬升模块接入一能表征功率开关发射极电流的第一电压，输出端用于向基极驱动模块输出一比较信号，如此，本实用新型仅需一个比较器，通过控制电压抬升模块是否有效，即控制电压抬升电路的开启和关闭，可以使得比较器的第二输入端接入的电位产生变化，进而可实现对功率开关的预关断和强制关断。

Description

一种驱动电路和开关式电源供应器

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，具体涉及一种驱动电路和开关式电源供应器。

背景技术

如双极性晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)这类晶体管由于具有结构简单、价格便宜、以及较低的导通损失等优点，常作为能控制电感电流大小的功率开关，可应用在开关式电源供应器中。

相对于金属氧化物半导体晶体管而言，BJT这类晶体管需要有驱动电路来控制其基极电流，这就导致其基极电流会与集电极电流合并为发射极电流，因此发射极电流并不能单纯的反应集电极电流大小，可能造成如开关式电源控制器精度的缺失。

因此，相关技术中提出有通过对BJT进行预关断，以解决上述问题的驱动电路，具体为：在功率开关BJT打开之后，两个比较器的一输入端均接检测BJT的发射极电流，另一输入端分别接一个阈值，当发射极电流达到第一个阈值时，其中一个比较器输出第一控制信号以关断其基极电流，此时BJT基极电流降为零，集电极电流继续增加。当发射极电流达到第二个阈值后，另一个比较器输出第二控制信号，以将BJT的基极与发射极短接，使得BJT强制关断，此时BJT集电极电流为零。

上述驱动电路在对BJT进行预关断和强制关断时分别需要一个比较器，因此其至少需要两个比较器，电路会更加复杂，芯片面积和设计成本也会随之增加。

实用新型内容

本实用新型提供一种驱动电路和开关式电源供应器，以克服上述技术问题。

为了解决上述问题，第一方面，本实用新型公开了一种驱动电路，用于驱动一功率开关，包括：基极驱动模块、一比较器和电压抬升模块，

比较器的第一输入端接参考电压，第二输入端经电压抬升模块接入一能表征功率开关的发射极电流的第一电压，输出端用于向基极驱动模块输出一比较信号；

在功率开关开启且电压抬升模块开启时，比较器将第一电压经电压抬升模块抬升后得到的第二电压与参考电压进行比较，以在第二电压大于等于参考电压时，基极驱动模块基于比较信号，将功率开关的基极电流关闭。

进一步的，在功率开关的基极电流关闭且电压抬升模块关闭的情况下，比较器继续将第一电压和参考电压进行比较，并在第一电压大于等于参考电压时，基极驱动模块基于比较信号关闭功率开关。

进一步的，基极驱动模块与电压抬升模块连接，基极驱动模块用于控制电压抬升模块关闭或开启；其中，基极驱动模块在将功率开关的基极电流关闭的同时，将电压抬升模块关闭。

进一步的，电压抬升模块包括：一电流源、开关以及电阻，其中，电流源经开关与电阻的第一端连接，电阻的第二端接第一电压，比较器的第二输入端与电阻的第一端连接；其中，在开关闭合时，电压抬升模块开启；在开关断开时，电压抬升模块关闭。

进一步的，电阻为芯片一内部电阻。

进一步的，基极驱动模块包括：控制逻辑单元、上拉驱动单元以及下拉驱动单元，控制逻辑单元的输入端接比较信号，控制逻辑单元基于比较信号控制上拉驱动单元或下拉驱动单元工作；上拉驱动单元和下拉驱动单元分别与功率开关的基极连接，其中，上拉驱动单元用于控制功率开关的基极电流开启或关闭，下拉驱动单元用于控制功率开关关闭。

进一步的，上拉驱动单元与电压抬升模块连接，上拉驱动单元用于控制电压抬升模块开启或关闭。

第二方面，本实用新型还公开了一种开关式电源供应器，包括功率开关以及如本实用新型第一方面的驱动电路；

进一步的，开关式电源供应器还包括：连接于功率开关的发射极和地之间的电感电流检测模块，其中，电感电流检测模块用于在功率开关开启之后，产生一能表征功率开关的发射极电流的第一电压。

本实用新型包括以下优点：

本实用新型提供的一种驱动电路，用于驱动一功率开关，包括：基极驱动模块、一比较器和电压抬升模块，本实用新型主要采用了容易实现且电路面积较小的电压抬升模块替代现有驱动电路中的一个比较器，其中，比较器的第一输入端接参考电压，第二输入端经电压抬升模块接入一能表征功率开关发射极电流的第一电压，输出端用于向基极驱动模块输出一比较信号，如此，本实用新型仅需一个比较器，通过控制电压抬升模块是否有效，即控制电压抬升电路的开启和关闭，可以使得比较器的第二输入端接入的电位产生变化，进而可实现对功率开关的预关断和强制关断。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1是本实用新型实施例一种驱动电路的示意图；

图2是本实用新型实现预关断和强制关断的时序示意图；

图3是本实用新型实施例一种开关式电源供应器的部分示意图。

附图标记说明：

1-驱动电路，2-功率开关，3-电感电流检测电阻；

10-基极驱动模块，11-控制逻辑单元，12-上拉驱动单元，13-下拉驱动单元；20-比较器；30-电压抬升模块，31-电流源，32-开关，33-电阻。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

参考图1，示出了本实用新型实施例一种驱动电路1的示意图，该驱动电路1用于驱动一功率开关2，该驱动电路1具体可以包括：基极驱动模块10、一比较器20和电压抬升模块30。

比较器20的第一输入端接参考电压，第二输入端经电压抬升模块30接入一能表征功率开关2的发射极电流IE的第一电压，输出端用于向基极驱动模块10输出一比较信号；在功率开关2开启且电压抬升模块30开启时，比较器20将第一电压经电压抬升模块30抬升后得到的第二电压与参考电压进行比较，以在第二电压大于等于参考电压时，基极驱动模块10基于比较信号，将功率开关2的基极电流IB关闭。

如背景技术中，为实现采集到的功率开关2的发射极电流IE能够有效反应集电极电流IC大小这一目的，现有技术中采用了对功率开关2预关断，使得功率开关2的基极电流IB关闭为0的手段，实现该手段，现有技术采用了两个比较器来实现，本领域技术人员公知，比较器在电路上占用面积较大，多比较器的电路设计比较复杂，会导致芯片面积和设计成本增加。

有鉴于此，本实用新型主要采用了容易实现且电路面积较小的电压抬升模块30替代现有驱动电路1中的一个比较器，其中，本实用新型中的比较器20的第二输入端经电压抬升模块30与能表征功率开关2的发射极电流IE的第一电压连接，如此，通过控制电压抬升模块30是否有效，即控制电压抬升电路的开启和关闭，可以使得比较器20的第二输入端接入的电位产生变化。

具体而言，当电压抬升模块30关闭时，整个电压抬升模块30相当于一根导线，比较器20的第二输入端接收到的是该第一电压，如此比较器20可以将第一电压与参考电压进行比较；

当电压抬升模块30开启时，电压抬升模块30会对第一电压进行抬升，得到第二电压，即第二电压的电位高于第一电压，此时，比较器20的第二输入端接收到的是第二电压，如此比较器20可以将第二电压与参考电压进行比较。

而基于本实用新型比较器20的第二输入端接入的电位可以产生变化，本实用新型可以先利用比第一电压电位高的第二电压和一参考电压进行比较，并基于比较结果，向基极驱动模块10输出一触发信号(可以理解为比较信号)，使得功率开关2预关断，即控制功率开关2的基极电流IB为0，此时的第一电压或是功率开关2的发射极电流IE能够比较精确的反应功率开关2的集电极电流IC。

在功率开关2的基极电流IB关闭且电压抬升模块30关闭的情况下，比较器20继续将第一电压和参考电压进行比较，并在第一电压大于等于参考电压时，基极驱动模块10基于比较信号关闭功率开关2，实现对功率开关2的正式关断(强制关断)。上述这一联动过程仅基于电压抬升模块30的有效或无效就可实现对功率开关2的预关断和强制关断，无需复杂的布线，电路设计简单，可有效节约芯片面积和设计成本。

在本实用新型一实施例中，基极驱动模块10与电压抬升模块30连接，基极驱动模块10用于控制电压抬升模块30关闭或开启；其中，基极驱动模块10在将功率开关2的基极电流IB关闭的同时，将电压抬升模块30关闭。本实施例利用基极驱动模块10控制电压抬升模块30关闭或开启，可仅基于一根布线实现，有利于节省电路面积。

在本实用新型一可选实施例中，继续参考图1，电压抬升模块30可通过以下结构实现，包括：一电流源31、开关32以及电阻33。

其中，电流源31经开关32与电阻33的第一端连接，电阻33的第二端接第一电压，比较器20的第二输入端与电阻33的第一端连接；其中，在开关32闭合时，电压抬升模块30开启；在开关32断开时，电压抬升模块30关闭。本实用新型仅采用一电流源31、一开关32以及一电阻33即可构成该电压抬升模块30，其中，电流源31的作用是引入一基准电流，基准电流流经电阻33，在电阻33上产生一电压，由于电阻33与第一电压串联，因此，当电阻33上有电压产生时，该电压与第一电压叠加后形成第二电压输入至比较器20的第二输入端。

其中，电流源31、开关32以及电阻33在电路上占用面积的都较小，由于仅需对第一电压进行微微抬升，电流源31和电阻33还可选用更小尺寸的元器件，如此，保证了本实施例所构成的电压抬升模块30具有电路结构简单、面积小巧的特点。

优选的，本实用新型的电阻33采用芯片内部一电阻33即可实现，如此通过对芯片内部电阻33复用，可更进一步节约芯片面积。

在一可选实施例中，继续参考图1，基极驱动模块10包括：控制逻辑单元11、上拉驱动单元12以及下拉驱动单元13。

其中，控制逻辑单元11的输入端可以与比较器20的输出端直接连接，以接比较信号；控制逻辑单元11可以有两个输出端，如第一输出端与上拉驱动单元12连接，第二输出端与下拉驱动单元13连接，如此，控制逻辑单元11的输入端可以基于比较器20输出端输出的比较信号，控制上拉驱动单元12工作或控制下拉驱动单元13工作。上拉驱动单元12和下拉驱动单元13分别与功率开关2的基极连接，其中，上拉驱动单元12用于控制功率开关2的基极电流IB开启或关闭，下拉驱动单元13用于控制功率开关2关闭。

在本实用新型中，控制逻辑单元11可以受时钟信号clk所触发，周期性地以上拉驱动单元12使功率开关2开启，进入导通状态，若比较信号指示第二电压大于等于参考电压，则控制逻辑单元11向上拉驱动单元12发送上拉信号，使得上拉驱动单元12控制功率开关2的基极电流IB关闭，基极电流IB为0。若比较信号指示第一电压大于等于参考电压，则控制逻辑单元11向下拉驱动单元13发送下拉信号LS，使得下拉驱动单元13控制功率开关2关闭。

基于前述内容，基极驱动模块10可以关闭电压抬升模块30。进一步的，基极驱动模块10中的上拉驱动单元12可以与电压抬升模块30连接，其中，上拉驱动单元12控制电压抬升模块30开启或关闭。更具体的，继续参考图1，在电压抬升模块30为电流源31、开关32以及电阻33所组成的电路结构的情况下，上拉驱动单元12可以与电压抬升模块30中的开关32连接，上拉驱动单元12通过向开关32发送驱动信号可以使得开关32开启或关闭。在本实用新型在比较信号指示第二电压大于等于参考电压时，控制逻辑单元11可以基于上拉驱动单元12同时控制电压抬升模块30关闭以及控制功率开关2的基极电流IB关闭。

基于图1所示驱动电路1的电路结构，结合图2，接下来对本实用新型实现预关断和强制关断的时序过程进行说明。

在t1时刻，功率开关2处于关闭状态，默认电压抬升模块30关闭，此时比较器20的第二输入端接入的电压基本为0，比较器20输出的比较信号Vc2为默认电平，如高电平。

在t2时刻，上拉驱动单元输出的信号HS为高，下拉驱动单元输出的信号LS为低，功率开关2打开，电压抬升模块30也被开启，此时流过功率开关2的发射极电流IE开始线性上升，第一电压Vcs1开始线性上升，并且此时电压抬升模块30中的开关32(s1)闭合，电流源31输出的基准电流IBIAS流经过电阻33再通过电感电流检测电阻3Rcs到地，此时第二电压Vcs2＝IBIAS×R1+Vcs1，R1为电阻33的阻值。当Vcs2增大到等于参考电压VREF时(t3时刻)，比较器20输出的比较信号vc2的电平翻转，HS翻转，使得开关32(s1)断开，此时比较器20的第二输入端接入的电压Vcs2＝Vcs1，驱动功率开关2的基极电流IB降为零，功率开关2基极呈浮空状态，由于其寄生效应，功率开关2不会关断，会继续维持导通状态。并且此时比较器20的第二输入端接入的电压降低了，所以比较器20会翻转回上一个状态(即默认电平)，此时Vcs1会继续线性上升。当Vcs2＝Vcs1再次达到VREF时比较器20再次翻转，此时LS翻转，将功率开关2基极拉到地，彻底关断功率开关2，完成一个周期的控制过程。

基于同一发明构思，本实用新型还公开了一种开关式电源供应器，参考图3，该开关式电源供应器包括功率开关2以及如本实用新型的驱动电路1。关于开关式电源供应器的具体结构可参考相关现有技术的描述，本实用新型在此不多限定。该开关式电源供应器基于本实用新型驱动电路1的作用，不仅可获得比较精准的集电极电流IC大小，还具有电路结构简单、占用面积小等优点。

进一步的，开关式电源供应器还包括：连接于功率开关的发射极和地之间的电感电流检测模块，其中，电感电流检测模块用于在功率开关开启之后，产生一能表征功率开关的发射极电流IE的第一电压。其中，电感电流检测模块具体可以为电感电流检测电阻3Rcs。

在本实用新型各个实施例中，功率开关2可以为如双极性晶体管(BipolarJunction Transistor，BJT)这类晶体管。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种驱动电路，其特征在于，用于驱动一功率开关，包括：

基极驱动模块、一比较器和电压抬升模块，

所述比较器的第一输入端接参考电压，第二输入端经所述电压抬升模块接入一能表征所述功率开关的发射极电流的第一电压，输出端用于向所述基极驱动模块输出一比较信号；

在所述功率开关开启且所述电压抬升模块开启时，所述比较器将所述第一电压经所述电压抬升模块抬升后得到的第二电压与所述参考电压进行比较，以在所述第二电压大于等于所述参考电压时，所述基极驱动模块基于所述比较信号，将所述功率开关的基极电流关闭。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，

在所述功率开关的基极电流关闭且所述电压抬升模块关闭的情况下，所述比较器继续将所述第一电压和所述参考电压进行比较，并在所述第一电压大于等于所述参考电压时，所述基极驱动模块基于所述比较信号关闭所述功率开关。

3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述基极驱动模块与所述电压抬升模块连接，所述基极驱动模块用于控制所述电压抬升模块关闭或开启；

其中，所述基极驱动模块在将功率开关的基极电流关闭的同时，将所述电压抬升模块关闭。

4.根据权利要求1-3任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述电压抬升模块包括：一电流源、开关以及电阻，其中，

所述电流源经所述开关与所述电阻的第一端连接，所述电阻的第二端接所述第一电压，所述比较器的第二输入端与所述电阻的第一端连接；

其中，在所述开关闭合时，所述电压抬升模块开启；在所述开关断开时，所述电压抬升模块关闭。

5.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述电阻为芯片一内部电阻。

6.根据权利要求1-3任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述基极驱动模块包括：控制逻辑单元、上拉驱动单元以及下拉驱动单元，

所述控制逻辑单元的输入端接所述比较信号，所述控制逻辑单元基于所述比较信号控制所述上拉驱动单元或所述下拉驱动单元工作；

所述上拉驱动单元和所述下拉驱动单元分别与所述功率开关的基极连接，其中，所述上拉驱动单元用于控制所述功率开关的基极电流开启或关闭，所述下拉驱动单元用于控制所述功率开关关闭。

7.根据权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，所述上拉驱动单元与所述电压抬升模块连接，所述上拉驱动单元用于控制所述电压抬升模块开启或关闭。

8.一种开关式电源供应器，其特征在于，包括功率开关以及如权利要求1-7任一项所述的驱动电路。

9.根据权利要求8所述的开关式电源供应器，其特征在于，所述开关式电源供应器还包括：连接于所述功率开关的发射极和地之间的电感电流检测模块，

其中，所述电感电流检测模块用于在所述功率开关开启之后，产生一能表征所述功率开关发射极电流的第一电压。

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