電晶體電橋的製作方法

2023-09-19 08:45:40 1

電晶體電橋的製作方法
【專利摘要】電晶體電橋，屬於電子電路【技術領域】。在小功率的電容源應用中，實現高頻振蕩器對無驅動電路的三極體實現驅動。當A點電壓超過B點電壓值大於Q4導通電壓時，R2流過的觸發電流使Q2、Q4組成的正反饋結構飽和導通，B點由Q2驅動，Q3、Q1組成的正反饋結構因Q3的發射結負壓截止；當A點電壓小於B點電壓值大於Q3導通電壓時，R1流過的觸發電流使Q3、Q1組成的正反饋結構飽和導通，B點由Q1驅動，Q4、Q2組成的正反饋結構因Q4的發射結負壓截止。可應用於反相器、高壓方波振蕩器、高頻方波振蕩器、驅動輸出等。
【專利說明】電晶體電橋
【技術領域】
[0001]本發明屬於電子電路【技術領域】。
【背景技術】
[0002]在無源驅動電路中，需要一種方波振蕩電路，能穩定的振蕩同時又具有一定的驅動能力，推動電荷泵正常工作，以方便從MOSFET的漏極或晶體三極體的集電極獲得足夠的驅動電流電壓，完成無源驅動要求。目前獲得方波的方法有以比較器振蕩、門電路振蕩、單片機給出等，這些方式對無源驅動電路都太複雜。對一個簡單的驅動電路來說，振蕩電路越複雜會造成整個無源驅動電路複雜，使無源驅動電路缺乏適用性。

【發明內容】

[0003]如附圖1。它是由4隻三極體和3個電阻組成的電晶體觸髮式電橋(簡稱電晶體電橋)。A點是電橋的輸入端，B點是電橋的輸出端。設Rl = R2，則B點電壓為Ui的一半。在A、B兩點，Q3、Q4的基極-射極以反向電流方式並聯在一起，當電橋的A點與B點的壓差超過一個PN結導通電壓時，就會有一個導通，並且只會有一隻導通，因為它們的導通電流是反向的。比如輸入端Pi接GND電壓時，A點低於B點電壓，Q3導通，Q4的基極-射極電壓就是Q3的導通電壓，但是一個負壓，這個負壓確保Q4的可靠截止且不會被反向擊穿。Q3有一個基極-射極導通電流，引起Q3集電極-射極導通電流，Q3集電極電流流經Ql基極-射極，使Ql導通，Ql就會有射極-集電極電流，由於Q2是不導通的，Ql的集電極電流就會流過Q3的基極-射極，形成Q3的基極-射極電流的疊加，這樣就形成了正反饋路徑，直到Ql、Q3都飽和，正反饋結束。觸發電阻Rl被Ql短路，B點被Ql接在了 Ui上，使輸出直接由Ql驅動。如果Pi接在了 Ui上，Q3由於射極電流減小使集電極電流減小，使Ql基極電流減小，Q3、Ql的正反饋結構又使它們迅速翻轉到截止狀態，同時由於Ql的截止，使B點恢復到由電阻R1、R2決定的電壓即Ui電壓的一半。由於Pi接在Ui上，A點電壓高於B點電壓，使Q4、Q2組成的正反饋翻轉到飽和，電阻R2被Q2短路，B點被Q2接在了 GND上，輸出由Q2驅動。
[0004]在B點翻轉到Ui或GND電壓的過程中，不會有Ui到GND短路的情況。因為任何時候都只會有Ql、Q3或Q2、Q4中的一組導通，或者兩組都不導通。當A點與B點的壓差不足一個PN結導通電壓時，Q3、Q4均不會導通，則Q1、Q2也不會導通。Po與Pi是反相的，電阻Ri只提供Ql或Q3最小基極飽和電流，電阻Rl、R2隻提供Q3、Q4的基極觸發電流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1:電晶體電橋電路結構圖
[0006]圖2:由電晶體電橋構成的互補輸出振蕩器
[0007]圖3:電晶體電橋作為驅動MOSFET的驅動輸出級
[0008]圖4:由電晶體電橋構成的晶體三極體的無源驅動電路【具體實施方式】
[0009]實施例一:構成相位差180°輸出的互補方波振蕩電路。
[0010]如圖2。它由振蕩器和反相器兩部分構成。R、C決定振蕩器的振蕩頻率，Q1、Q3構成的正反饋通過R對C充電，Q2、Q4構成的正反饋使C通過R放電。觸發電流電阻Rl =R2、R4 = R5，R3提供Q5、Q6最小基極飽和電流，振蕩電阻R的值由振蕩頻率決定。設Ube為電晶體基極-射極導通電壓。
[0011]上電時，Ub= Ui/2，Ud = Ui/2，U。= 0V。所以此時的 P+= P+= Ui/2。由於電阻 R 中沒有電流，Ua = U。，則Ub > Ua，只要滿足Ub-Ua Ube，則Q3中就會有基極-射極電流，Q1、Q3形成正反饋飽和導通，Ui通過Q1、Q3、R給C充電，充電電流維持Ql、Q3飽和導通。同時Q4的基極-射極得到一個正向的Ube』 Q4、Q2截止，正向的Ube維持Q4、Q2截止。P+由於Ql的飽和P+ = Ui。在反相器中，由於Ud = Ui/2,而Ub = Ui,則反相器的Ud < Ue,滿足Ud-Ue ( -Ube,則Q8中就會有基極-射極電流，Q6、Q8飽和導通，同時Q7的基極-射極得到一個負向的Ube』 Q5、Q7截止。P由於Q6的飽和P = 0V。
[0012]當電容C的充電電流不能維持Ql、Q3的飽和導通時，Ql、Q3截止，Ub逐漸恢復到由Rl、R2決定的分壓值，由於電容C的電壓U。= U1-Ube,當Ub-Ua ( -Ube時，Q4中就會有基極-射極電流，Q4、Q2飽和導通，電容C通過R的放電電流維持Q4、Q2的飽和，Q3的基極-射極得到一個負向的UBE，Q3、Ql截止，負向Ube維持Q3、Ql截止。P+由於Q2的飽和P+ = 0V。在反相器中，由於Ub = 0V，滿足Ud-Ue≥Ube，則Q7中就會有基極-射極電流，Q5、Q7飽和導通，同時Q8的基極-射極得到一個正向的Ube』 Q8、Q6截止。P由於Q5的飽和P = Ui0此後重複上述過程，完成振蕩。
[0013]由上可見，當P.= Ui時，P = OV ;當P.= OV時，P = Ui,這兩個電橋完成了一對相位差180°的互補方波電壓輸出。同時，它們的輸出端P+和P—均是由一隻電晶體的集電極驅動的，配合輸出管完成振蕩的Q3、Q4、Q7、Q8隻從相應的驅動管Q1、Q2、Q5、Q6攝取基極電流。所以Q1、Q2、Q5、Q6 是具有一定的驅動能力的。
[0014]實施例二:用於驅動開關管的驅動電路的輸出級。
[0015]由於電晶體電橋本身的結構:它輸出高、低電平有自鎖功能；保持電平時具有較強的電流驅動的能力；高-低及低-高翻轉時均有正反饋；且翻轉過程中不會有驅動電源的短路現象。這些特徵決定其適合於驅動電路的輸出級、構成高頻振蕩器、高頻驅動電路、聞壓振蕩電路等。
[0016]圖3是一個電晶體電橋驅動N_M0SFET的連接圖。在圖中，從Pi輸入控制脈衝，輸出Po接在MOSFET的柵極G上，MOSFET的S極接在GND上。這裡的驅動是反相驅動:當Pi輸入為高時，Po輸出為低；Pi輸入為低時，Po輸出為高。UD是驅動級的供電電源，U-M是MOSFET控制的迴路信號。Pi所提供的驅動信號的電流在低電平時要滿足Ql的最小基極飽和電流，在高電平時要滿足Q2的最小基極飽和電流，就能對MOSFET形成可靠的驅動。
[0017]實施例三:用電晶體電橋構成三極體的無源驅動電路。
[0018]如圖4。它是一個NPN三極體的驅動電路，由A、B、C三個部分組成:A部分是驅動電路電源和控制信號輸入部分為驅動電流和負壓的加載提供正反饋；C部分為負壓電容C2提供充放電路徑。下面分別敘述它們的工作過程。[0019]A部分。電源部分由Q1、D3、C1、D4構成；控制信號加載由R1、R2、D2完成。當Vs-Ve為短路電壓時，Vc通過R2、Vs、Ve形成Ql的射極-基極導通電流，Ql導通給電容Cl充電同時提供電源Uc的電流。當輸入信號端Vs-Ve為開路電壓時，限流電阻R2沒有電流，Ql截止，控制電源Uc-Ve由電容Cl提供電流。D4限制Cl電壓過高:當被驅動的三極體開始導通時，Ql已經開通，這時的Vc-Ve並沒有完全降低到開通壓降，所以需要給電容Cl限制最高電壓。當被驅動三極體完全開通時，Vc-Ve電壓會低於Uc-Ve電壓，為防止Ql集電極-基極有反向電流通過，設置了二極體D3。Rl為縮短Ql的關閉時間而設，Dl為防止Vc-Ve有負壓而設。
[0020]Vs-Ve為短路電壓時，二極體D2使B部分的驅動電橋中的輸入電阻R4失去電流。Vs-Ve為開路電壓時，在被驅動三極體的Vc-Ve電壓還沒完全恢復到開路電壓時，Uc至Vc是有電流流過的。因電阻R2、Rl的作用使Uc通過D2加載到Vc的電流很小，使R4恢復由R3提供電流，從而使電橋翻轉，完成控制信號Vs-Ve開路電壓加載到驅動電橋。當Vc-Ve恢復開路電壓時，因Uc-Ve低於Vc-Ve，D2反壓截止。
[0021]B部分。Vs-Ve開路時，觸發電流路徑:Uc、R3、j點、R4、f點、Q4的射極-基極、g點、R6，這個電流使Q4導通，Q4、Q6組成的正反饋結構飽和，g點為Ve的電壓。Vs-Ve短路時，D2使流過R4的電流通過Vs-Ve直接到Ve，觸發電流路徑:Uc、R5、g點、Q3的基極-射極、f點、R4、j點、D2、Vs、Ve，這個電流使Q3導通，Q2、Q3組成的正反饋結構飽和，g點為Vc的電壓。因為驅動電流三極體Q6與B部分的驅動電橋中的三極體Q2的基極-射極是並聯的，所以Q6的集電極電流與Q2的集電極電流具有相同的性質。電阻R6是在Q6的關閉期間為其發射結提供漏電流通路，以免Q6的集電極漏電流影響負壓的加載。穩壓管D5為限制負壓電容C2充電電壓過高而設。
[0022]C部分。由R7、R8、Q7、Q8構成。當Q6同步於Q2飽和時，R8使Q8飽和導通，負壓電容C2通過Vc、Q2、C2、Q8、Ve充得Vc-Ve的電壓，這裡Q8提供了 C2的充電路徑。當Q6同步於Q2截止時Q8截止，同時Q4、Q5是飽和導通的。電容C2通過Q5、R7、Q7的基極-射極放電使Q7導通，將Vb接在了 C2的負極，使C2通過Q5、Q7將其電壓加載到Ve-Vb形成Vb-Ve的負壓。這裡Q7提供了 C2的放電路徑。
[0023]工作原理。
[0024]Vs-Ve短路時:Q1導通給Cl充電同時為Uc提供電流；D2導通使Q2、Q3飽和同時Q4、Q5截止。Q6並聯在Q2，所以Q6飽和為Vb提供驅動電流，這個電流是從Vc拾取的。電容C2通過Q2和Q8最高充得D5的電壓值(D5的限壓值不能高於Vc-Ve的最高導通壓降，防止Q2有集電極-基極反向電流)。
[0025]Vs-Ve開路時:Q1截止，Uc由Cl提供電流；Q4、Q5飽和同時Q2、Q3截止。Q6同步Q2截止。負壓半橋中Q7飽和同時Q8截止。C2通過Q7、Q5形成對Vb-Ve的負壓。
[0026]當Cl的初始化完成後，在每個控制脈衝的關閉期間，Cl都要為電晶體電橋提供電流，維持電橋的狀態，以保持負壓電容C2對Vb-Ve提供負壓的路徑中內阻最小，加速被驅動三極體的關閉，當關閉後這個小內阻的路徑可以確保被驅動三極體的漏電流最小，以避免電容源的效率降低。所以當初始化完成後，Cl為整個電路提供正常維持電流的時間應該大於Vs-Ve最大的開路時間(即控制脈衝的最大關閉時間)，避免頻繁的初始化造成控制脈衝與輸出脈衝的不同步。[0027]這個驅動電路將Q2、Q6的發射極接在了被驅動三極體的集電極(Vc)，使整個驅動電路有四隻電晶體的漏電流:D1、Q1、Q2、Q6。在升壓矩陣的應用中，存在晶體三極體的集電極-發射極有負壓的情況，所以Dl是必須有的；電晶體電橋要保持狀態必須提供一定的電流維持其中一對正反饋飽和，所以Ql是必須有的；因為要提供負壓，所以必須使用兩隻三極體——一隻完成負壓充電，一隻完成驅動電流的提供。功率型晶體三極體的基極電流往往都超過1A，無法用普通的電容完成這個電流儲備。並且由於Cl是並聯在被驅動三極體的集電極-發射極的，當Q2、Q6接在Uc時，會造成被驅動三極體的損耗較大:因為給Vb提供電流的路徑經過了 Ql、Q6兩隻電晶體。
【權利要求】
1. 一種由四隻晶體三極體和三隻電阻構成的電橋電路，其特徵為:前述電橋有正極(Ui)供電端、負極(GND)供電端、輸入端(Pi)、輸出端(Po)共四個端；與正極(Ui)供電端連接的有一個正反饋結構(Ql和Q3)和一隻電阻(Rl);與負極(GND)供電端連接的有一個正反饋結構(Q2和Q4)和一隻電阻(R2);正極(Ui)供電端連接的正反饋結構(Ql和Q3)和負極(GND)供電端連接的正反饋結構(Q2和Q4)連接成兩個點(A點和B點)；一個點(A點)通過輸入電阻(Ri)連接到輸入端，另一個點(B點)連接到輸出端(Po)。權利要求中所述的「與正極(Ui)供電端連接的有一個正反饋結構(Ql和Q3)和一隻電阻(R1)」的連接方法是:電晶體一(Ql)是PNP型電晶體，電晶體三(Q3)是NPN型電晶體，且電晶體一(Ql)的發射極連接在正極(Ui)供電端，電晶體一(Ql)的集電極連接在電晶體三(Q3)的基極，電晶體一(Ql)的基極連接在電晶體三(Q3)的集電極；前述電阻(Rl)的一端連接在電晶體一(Ql)的發射極，另一端連接在電晶體一(Ql)的集電極。
2.權利要求中所述的「與負極(GND)供電端連接的有一個正反饋結構(Q2和Q4)和一隻電阻(R2)」的連接方法是:電晶體二(Q2)是NPN型電晶體，電晶體四(Q4)是PNP型電晶體，且電晶體二(Q2)的發射極連接在負極(GND)供電端，電晶體二(Q2)的集電極連接在電晶體四(Q4)的基極，電晶體二(Q2)的基極連接在電晶體四(Q4)的集電極；前述電阻的一端連接在電晶體二(Q2)的發射極，另一端連接在電晶體二(Q2)的集電極。
3.權利要求中所述的「正極(Ui)供電端連接的正反饋結構(Ql和Q3)和負極(GND)供電端連接的正反饋結構(Q2和Q4)連接成兩個點(A點和B點)」的連接方法是:電晶體三(Q3)的發射極與電晶體四(Q4)的發射極連接在一起稱為一個點(AA);電晶體三(Q3)的基極與電晶體四(Q4)的基極連接在一起稱為另一個點(B點)。
4.權利要求中所述的「一個點(AA)通過輸入電阻(Ri)連接到輸入端，另一個點(B點)連接到輸出端(Po)」的連接方法是:輸入電阻(Ri)的一端連接在輸入端(Pi)，輸入電阻(Ri)的另一端連接在電橋的一個點(八點)；電橋的另一個點(B點)直接連接在輸出端(Po)。
【文檔編號】H03K3/02GK103441748SQ201310379556
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年7月21日
【發明者】不公告發明人 申請人:馬東林