CN107482932A - 一种自供电的双极型三极管驱动电路及开关电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自供电的双极型三极管驱动电路及开关电源电路。所述双极型三极管驱动电路包括：双极型三极管、功率开关、变压器、驱动电流源、供电电容、供电开关、以及关闭开关。本发明在充电周期开始时，关闭驱动电流源停止为双极型三极管供电，然后，通过关闭功率开关并导通供电开关，来驱使双极型三极管中的电流为供电电容充电，当供电电容充电达到预设要求时，通过导通关闭开关来关闭双极型三极管，结束供电电容充电，而实现自行充电的供电电容，能为双极型三极管提供额外补充供电，进而免除了辅助绕组的设计，减少***电路，节约***成本，还提供了安全可靠的功率双极型三极管驱动方式。

Description

一种自供电的双极型三极管驱动电路及开关电源电路
技术领域
本发明涉及驱动电路技术领域，特别涉及一种自供电的双极型三极管驱动电路及开关电源电路。
背景技术
图1是一种传统的反激型开关电源电路的简化示意图，包括一连接于输入交流电压的整流桥，连接在整流桥输出端的母线电容C10，一启动电阻Rst0，一供电电容Cvcc0，一功率开关M10，一变压器T10，一输出整流二极管D1和一输出电容C30，一采样电阻Rcs0。必须地，还包括一变压器辅助绕组，一供电二极管Dvcc，该供电二极管Dvcc连接于变压器辅助绕组和供电电容Cvcc0之间。
当功率开关M10关闭时，副边整流二极管D1导通，此时，变压器辅助绕组上的电压为正值且和输出电容C30上的电压成正比例，此辅助绕组电压可以为供电电容Cvcc0供电，也可以提供输出电压的信息。
这种传统开关电源驱动电路主要缺点为：
为了满足功率双极型三极管的驱动耗电需求，变压器必须带有辅助绕组。增加了***成本和复杂度，降低了可靠性。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种自供电的双极型三极管驱动电路及开关电源电路。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种自供电的双极型三极管驱动电路，包括：双极型三极管、功率开关、变压器、驱动电流源、用于为驱动电流源提供供电的供电电容、供电开关、以及关闭开关，
在每个充电周期开始时，通过关闭所述驱动电流源停止为所述双极型三极管供电，通过关闭功率开关并导通所述供电开关，来驱使所述双极型三极管中的电流为所述供电电容充电；
当所述供电电容充电达到预设要求时，通过导通所述关闭开关来关闭所述双极型三极管，结束所述供电电容充电。
在本发明实施例上述的双极型三极管驱动电路中，所述双极型三极管的集电极与所述变压器的电连接，所述双极型三极管的发射极分别与所述功率开关的漏极和所述供电开关的一端电连接，所述供电开关的另一端与所述供电电容的正极电连接，所述供电电容的正极还与所述驱动电流源电连接，所述供电电容的负极与所述功率开关的源极电连接，所述双极型三极管的基极分别与所述驱动电流源和所述关闭开关的一端电连接，所述关闭开关的另一端接地。
在本发明实施例上述的双极型三极管驱动电路中，还包括：采样电阻、控制电路、采样电路，
所述采样电路用于从所述采样电阻上获取的采样信息，
所述控制电路用于根据所述采样电路提供的采样信息，按预设时序控制所述驱动电流源、所述功率开关、所述供电开关、以及所述关闭开关的开启或关闭。
在本发明实施例上述的双极型三极管驱动电路中，所述控控制电路还用于根据所述供电电容上的电压信息，调整所述功率开关的导通时间。
在本发明实施例上述的双极型三极管驱动电路中，所述采样电阻的一端分别与所述功率开关的源极和所述供电电容的负极电连接，所述采样电阻的另一端与所述采样电路电连接，所述控制电路分别与所述采样电路、所述功率开关的栅极、所述驱动电流源、所述供电开关、以及所述关闭开关电连接。
在本发明实施例上述的双极型三极管驱动电路中，所述驱动电流源在驱动周期开始时，先提供超额非定值的驱动电流，持续预期时间后，根据所述采样电阻上的电压来提供成预设比例关系的驱动电流。
在本发明实施例上述的双极型三极管驱动电路中，所述功率开关为电压等级低的N型场效应管。
另一方面，本发明实施例提供了一种开关电源电路，所述开关电源电路包括：如上所述的双极型三极管驱动电路。
在本发明实施例上述的开关电源电路中，所述开关电源电路的拓扑类型为反激型拓扑、降压型拓扑以及升降压型拓扑任一项。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在充电周期开始时，关闭驱动电流源停止为双极型三极管供电，然后，通过关闭功率开关并导通供电开关，来驱使双极型三极管中的电流为供电电容充电，当供电电容充电达到预设要求时，通过导通关闭开关来关闭双极型三极管，结束供电电容充电，而实现自行充电的供电电容，能为双极型三极管提供额外补充供电，进而免除了辅助绕组的设计，减少***电路，节约***成本，还提供了安全可靠的功率双极型三极管驱动方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的一种开关电源电路的简化示意图；
图2是本发明实施例一提供的一种双极型三极管驱动电路的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的一种双极型三极管驱动电路的工作波形示意图；
图4是本发明实施例二提供的一种开关电源电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种自供电的双极型三极管驱动电路，参见图2，该双极型三极管驱动电路可以包括：双极型三极管Q1、功率开关S1、变压器T1、驱动电流源I1、用于为驱动电流源I1提供供电的供电电容Cvcc、供电开关S2、以及关闭开关S3，双极型三极管Q1的集电极与变压器T1的电连接，双极型三极管Q1的发射极分别与功率开关S1的漏极和供电开关S2的一端电连接，供电开关S2的另一端与供电电容Cvcc的正极电连接，供电电容Cvcc的正极还与驱动电流源I1电连接，供电电容Cvcc的负极与功率开关S1的源极电连接，双极型三极管Q1的基极分别与驱动电流源I1和关闭开关S3的一端电连接，关闭开关S3的另一端接地。
在每个充电周期开始时，通过关闭驱动电流源I1停止为双极型三极管Q1供电，通过关闭功率开关S1并导通供电开关S2，来驱使双极型三极管Q1中的电流为供电电容Cvcc充电；当供电电容Cvcc充电达到预设要求时，通过导通关闭开关S3来关闭双极型三极管Q1，结束供电电容Cvcc充电。
在传统的开关电源电路中，因为功率双极型场效应管的基级电流需要其集电极电流的十分之一以上，所以必须由辅助绕组补充提供。在本实施例中，在每个充电周期开始时，通过关闭驱动电流源I1停止为双极型三极管Q1供电，通过关闭功率开关S1并导通供电开关S2，来驱使双极型三极管Q1中的电流为供电电容Cvcc充电，而供电电容Cvcc则可以为驱动电流源I1提供额外补充供电，进而免除了辅助绕组的设计，减少***电路，节约***成本，还提供了安全可靠的功率双极型三极管驱动方式。在实际应用中，功率开关S1可以为电压等级低的N型场效应管。
需要说明的是，参见图3，该双极型三极管驱动电路是按驱动周期进行驱动的，其中，t2所示的时间为充电周期，也就是通过控制各种开关实现对供电电容Cvcc进行充电的周期。
具体地，参见图2，该双极型三极管驱动电路还可以包括：采样电阻RCS、控制电路100、采样电路200，采样电阻RCS的一端分别与功率开关S1的源极和供电电容Cvcc的负极电连接，采样电阻RCS的另一端与采样电路200电连接，控制电路100分别与采样电路200、功率开关S1的栅极、驱动电流源I1、供电开关S2、以及关闭开关S3电连接。
其中，采样电路200用于从采样电阻RCS上获取的采样信息，采样电阻RCS与功率开关S1电连接，可以有效采集关于变压器T1的电流信息，采样电路200通过采集采样电阻RCS上的电流信息来关注变压器T1的峰值电流。
控制电路100用于根据采样电路200提供的采样信息来，按预设时序控制驱动电流源I1、功率开关S1、供电开关S2、以及关闭开关S3的开启或关闭，实现对整个驱动周期的调节。
进一步地，控控制电路100还用于根据供电电容Cvcc上的电压信息，调整功率开关S1的导通时间，进而实现对充电周期的调节。
需要说明的是，供电电容Cvcc在为双极型三极管Q1的基极提供额外的补充供电时，还为控制电路100提供工作电流。
下面结合图2和图3，来具体说明一下该双极型三极管驱动电路的驱动过程：
在每个驱动周期开始时，功率开关S1率先被开通，此时双极型三极管Q1的发射极电压等于电路地，同时，驱动电流源I1开始输出电流给双极型三极管Q1的基极，同时供电电容Cvcc也通过驱动电流源I1对双极型三极管Q1的基极进行辅助供电。在优化的设计实例中，驱动电流源I1的驱动电流并非恒定值，如图3所示，而是在驱动周期开始时，先输出稍多的驱动电流，持续一段时间后，根据采样电阻RCS上的电压来调整驱动电流的大小。
在适当的时间后(即图3中t1后)，需要对供电电容Cvcc进行充电，此时开启充电周期，驱动电流源I1停止供电，功率开关S1被关闭，同时供电开关S2开通，此时，虽然双极型三极管Q1已经没有基级电流(由驱动电流源I1)，但由于双极型三级管Q1的拖尾效应，其集电极和发射极之间的阻抗依然较低，集电极电流继续上升，发射极电流通过供电开关S2流入供电电容Cvcc，并实现对供电电容Cvcc的充电。
在t2时间后，供电电容Cvcc的充电完成，此时，关闭开关S3开通，使得功率双极型三极管Q1的基极被快速下拉到地，功率双极型三极管Q1也快速关闭，完成一个充电周期。
充电周期结束后，关闭开关S3开通继续导通一段时间，完成整个驱动周期，然后，功率开关S1率先被开通，供电开关S2和关闭开关S3同时被关闭，进而开启新的驱动周期。
其中，在每个驱动周期中，t1时间和t2时间的总和可以由控制电路100决定，控制电路100通过采样电路200获得变压器T1中的电流信息，当其达到内部参考值时，使双极型三极管Q1快速关闭，从而控制双极型三极管Q1的集电极的峰值电流。而t1时间可以由供电电容Cvcc电压动态调节，当电容Cvcc电压不足时，由控控制电路100减少功率开关S1的导通时间，来减少t1时间的比例，当供电电容Cvcc电压较高时，由控控制电路100增加功率开关S1的导通时间，来增加t1时间的比例。由此可以使刚好满足需求的供电电流流入供电电容Cvcc。
本发明实施例通过在充电周期开始时，关闭驱动电流源停止为双极型三极管供电，然后，通过关闭功率开关并导通供电开关，来驱使双极型三极管中的电流为供电电容充电，当供电电容充电达到预设要求时，通过导通关闭开关来关闭双极型三极管，结束供电电容充电，而实现自行充电的供电电容，能为双极型三极管提供额外补充供电，进而免除了辅助绕组的设计，减少***电路，节约***成本，还提供了安全可靠的功率双极型三极管驱动方式。
实施例二
本发明实施例提供了一种开关电源电路，参见图4，该开关电源电路包括：实施例一所述的双极型三极管驱动电路。
参见图4，该开关电源电路还包括：输入交流电压的整流桥、连接在整流桥输出端的母线电容C1、启动电阻Rst。
需要说明的是，双极型三极管驱动电路大部分被集成到图4中的驱动芯片(该芯片的引脚包括：VCC、C、FB、CS、VSS等)中了，本领域技术人员可以结合实施例一以及图2来完成整个开关电源电路的设计，这里不在重复说明。
在本实施例中，关电源电路的拓扑类型可以为反激型拓扑、降压型拓扑以及升降压型拓扑任一项，即双极型三极管驱动电路的驱动方式可以应用于反激型拓扑，降压型拓扑以及升降压型拓扑中。
本发明实施例通过在充电周期开始时，关闭驱动电流源停止为双极型三极管供电，然后，通过关闭功率开关并导通供电开关，来驱使双极型三极管中的电流为供电电容充电，当供电电容充电达到预设要求时，通过导通关闭开关来关闭双极型三极管，结束供电电容充电，而实现自行充电的供电电容，能为双极型三极管提供额外补充供电，进而免除了辅助绕组的设计，减少***电路，节约***成本，还提供了安全可靠的功率双极型三极管驱动方式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自供电的双极型三极管驱动电路，其特征在于，包括：双极型三极管(Q1)、功率开关(S1)、变压器(T1)、驱动电流源(I1)、用于为驱动电流源(I1)提供供电的供电电容(Cvcc)、供电开关(S2)、以及关闭开关(S3)，
在每个充电周期开始时，通过关闭所述驱动电流源(I1)停止为所述双极型三极管(Q1)供电，通过关闭功率开关(S1)并导通所述供电开关(S2)，来驱使所述双极型三极管(Q1)中的电流为所述供电电容(Cvcc)充电；
当所述供电电容(Cvcc)充电达到预设要求时，通过导通所述关闭开关(S3)来关闭所述双极型三极管(Q1)，结束所述供电电容(Cvcc)充电。
2.根据权利要求1所述的双极型三极管驱动电路，其特征在于，所述双极型三极管(Q1)的集电极与所述变压器(T1)的电连接，所述双极型三极管(Q1)的发射极分别与所述功率开关(S1)的漏极和所述供电开关(S2)的一端电连接，所述供电开关(S2)的另一端与所述供电电容(Cvcc)的正极电连接，所述供电电容(Cvcc)的正极还与所述驱动电流源(I1)电连接，所述供电电容(Cvcc)的负极与所述功率开关(S1)的源极电连接，所述双极型三极管(Q1)的基极分别与所述驱动电流源(I1)和所述关闭开关(S3)的一端电连接，所述关闭开关(S3)的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的双极型三极管驱动电路，其特征在于，还包括：采样电阻(RCS)、控制电路(100)、采样电路(200)，
所述采样电路(200)用于从所述采样电阻(RCS)上获取的采样信息，
所述控制电路(100)用于根据所述采样电路(200)提供的采样信息，按预设时序控制所述驱动电流源(I1)、所述功率开关(S1)、所述供电开关(S2)、以及所述关闭开关(S3)的开启或关闭。
4.根据权利要求3所述的双极型三极管驱动电路，其特征在于，所述控控制电路(100)还用于根据所述供电电容(Cvcc)上的电压信息，调整所述功率开关(S1)的导通时间。
5.根据权利要求3所述的双极型三极管驱动电路，其特征在于，所述采样电阻(RCS)的一端分别与所述功率开关(S1)的源极和所述供电电容(Cvcc)的负极电连接，所述采样电阻(RCS)的另一端与所述采样电路(200)电连接，所述控制电路(100)分别与所述采样电路(200)、所述功率开关(S1)的栅极、所述驱动电流源(I1)、所述供电开关(S2)、以及所述关闭开关(S3)电连接。
6.根据权利要求3所述的双极型三极管驱动电路，其特征在于，所述驱动电流源(I1)在驱动周期开始时，先提供超额非定值的驱动电流，持续预期时间后，根据所述采样电阻(RCS)上的电压来提供成预设比例关系的驱动电流。
7.根据权利要求1所述的双极型三极管驱动电路，其特征在于，所述功率开关(S1)为电压等级低的N型场效应管。
8.一种开关电源电路，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的双极型三极管驱动电路。
9.根据权利要求8所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路的拓扑类型为反激型拓扑、降压型拓扑以及升降压型拓扑任一项。
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