驅動開關電源變換器中的雙極電晶體的系統與方法
2023-05-29 01:44:31 2
專利名稱：驅動開關電源變換器中的雙極電晶體的系統與方法
技術領域：
本發明涉及集成電路。更具體而言，本發明提供了一種用於驅動雙極結電晶體的系統與方法。僅僅作為示例，本發明已被應用於電源變換器。但是應當認識到，本發明具有更廣闊的應用範圍。
背景技術：
電源變換器被廣泛應用於諸如可攜式設備的消費類電子設備。電源變換器將電源從一種形式轉換到另一種形式。作為示例，電源被從交流(AC)變換成直流(DC)、從DC變換成AC、從AC變換成AC或者從DC變換成DC。此外，電源變換器可以將電源從一個電平轉換到另一個電平。
電源變換器包括線性變換器和開關方式變換器。開關方式變換器通常比線性變換器具有更高的效率，並且通常使用功率電晶體作為開關。例如，功率電晶體是場效應電晶體、雙極結電晶體、絕緣柵雙極電晶體、和/或其它類型的電晶體。電源開關通常從脈寬調製(PWM)控制器和/或脈衝頻率調製(PFM)控制器接收控制信號。可以通過取樣輸出電壓或電流響應於輸出負載來調節控制信號。
圖1是具有電源開關的簡化的現有開關方式變換器。開關方式變換器100包括多電流保護(OCP)比較器110、PWM控制器組件120、柵極驅動器130、電源開關140、初級繞組150和次級繞組160。電源開關140是場效應電晶體(例如高電壓功率MOSFET)，並且用於控制被輸送到開關方式變換器100的次級側的功率。例如，如果初級繞組160的電流大於限制級別，則PWM控制器組件120斷開電源開關140並關斷開關方式變換器100。
作為電源開關，高電壓功率MOSFET和高電壓功率雙極NPN電晶體對於低功率應用可以獲得相似的性能。但是高電壓功率MOSFET通常比高電壓功率雙極NPN電晶體昂貴得多。因此，為了降低成本希望在低功率應用的開關方式功率變換器中使用雙極NPN電晶體來代替MOSFET。
但是MOSFET的操作與雙極結電晶體(BJT)的操作是不同的。MOSFET是電壓控制的器件；而BJT是電流控制的器件。作為一個示例，對於MOSFET來說，漏極到源極電流是通過柵極電壓來導通和關斷的。作為另一示例，對於BJT來說，集電極電流是通過基極電流來導通和關斷的。因此，用於驅動功率MOSFET的系統與方法通常不能用來驅動功率BJT。
因此，非常需要用於驅動雙極結電晶體的改進技術。
發明內容
本發明涉及集成電路。更具體而言，本發明提供了一利用於驅動雙極結電晶體的系統與方法。僅僅作為示例，本發明已被應用於電源變換器。但是應當認識到，本發明具有更廣闊的應用範圍。
根據本發明的一個實施例，提供了一種用於驅動雙極結電晶體的系統。該系統包括第一電晶體，第一電晶體包括第一柵極、第一終端和第二終端。第一柵極被配置接收第一控制信號。此外，該系統包括第二電晶體，第二電晶體包括第二柵極、第三終端和第四終端。第二柵極被配置接收第二控制信號。而且，該系統包括第一電阻器，第一電阻器包括第五終端和第六終端。第五終端連接到第一終端，並且第六終端被偏置到第一預定電壓。第四終端被偏置到第二預定電壓。第二終端和第三終端在節點處連接，並且所述節點連接到雙極結電晶體的基極。第一控制信號和第二控制信號每個都與電源變換器的脈寬調製信號有關，並且電源變換器包括與電流相關聯的初級繞組。雙極結電晶體被配置用作與所述電流有關的開關。
根據本發明的另一實施例，一種用於驅動雙極結電晶體的系統包括第一電晶體，第一電晶體包括第一柵極、第一終端和第二終端。第一柵極被配置接收第一控制信號，並且第一終端被偏置到第一預定電壓。此外，該系統包括第二電晶體，第二電晶體包括第二柵極、第三終端和第四終端。第二柵極被配置接收第二控制信號，並且第四終端被偏置到第二預定電壓。第二終端和第三終端在第一節點處連接。而且，該系統包括第一電阻器，第一電阻器包括第五終端和第六終端。第五終端連接到第一節點，並且第六終端連接到第二節點。第二節點連接到雙極結電晶體的基極。第一控制信號和第二控制信號每個都與電源變換器的脈寬調製信號有關。電源變換器包括與電流相關聯的初級繞組，並且雙極結電晶體被配置用作與所述電流有關的開關。
根據本發明的又一實施例，一種用於驅動雙極結電晶體的系統包括第一電晶體，第一電晶體包括第一柵極、第一終端和第二終端。第一柵極被配置接收第一控制信號，並且第一終端被偏置到第一預定電壓。此外，該系統包括第二電晶體，第二電晶體包括第二柵極、第三終端和第四終端。第二柵極被配置接收第二控制信號，並且第四終端被偏置到第二預定電壓。而且，該系統包括第一電阻器，第一電阻器包括第五終端和第六終端。第五終端連接到第二終端，並且第三終端和第六終端在節點處連接。所述節點連接到雙極結電晶體的基極。第一控制信號和第二控制信號每個都與電源變換器的脈寬調製信號有關。電源變換器包括與電流相關聯的初級繞組，並且雙極電晶體被配置用作與所述電流有關的開關。
根據又一實施例，一種用於控制電源變換器的系統包括第一電阻器和雙極結電晶體，第一電阻器包括第一電阻器終端和第二電阻器終端，雙極結電晶體包括基極、集電極和發射極。此外，該系統包括集成電路晶片。所述集成電路晶片包括電晶體，該電晶體包括柵極、第一電晶體終端和第二電晶體終端。而且，所述集成電路晶片包括耦合在第二電阻器終端和第一電晶體終端之間的第一晶片終端，耦合到雙極結電晶體的基極的第二晶片終端，以及被配置接收與第一電流相關聯的第一信號的第三晶片終端，其中第一電流與電源變換器的初級繞組有關。而且，集成電路晶片包括第四晶片終端、第五晶片終端和第六終端，第四晶片終端被配置接收與第二電流相關聯的第二信號，其中第二電流與電源變換器的次級繞組有關；第五晶片終端被配置向集成電路晶片提供第一預定電壓，第六終端被配置向集成電路晶片提供第二預定電壓。雙極結電晶體被配置用作與第一電流有關的開關。
通過本發明實現了優於現有技術的許多優點。例如，本發明的一些實施例提供了一種用於驅動PWM控制的開關方式電源變換器中的功率雙極結電晶體的系統與方法。例如，開關方式電源變換器是離線回掃(offlinefly-back)變換器或正向變換器。本發明的某些實施例可以降低低功率應用中的開關方式電源變換器的成本。
根據實施例，可以實現這些優點中的一個或多個。參考下文詳細的說明和附圖，將充分理解本發明的這些優點以及各種其它目的、特徵和好處。
圖1是具有電源開關的簡化的現有開關方式變換器；圖2是根據本發明實施例的用於驅動雙極結電晶體的簡化系統；圖3是根據本發明另一實施例的用於驅動雙極結電晶體的簡化系統；圖4是根據本發明又一實施例的用於驅動雙極結電晶體的簡化系統；圖5是根據本發明實施例的用於開關方式電源變換器的簡化控制系統；圖6是根據本發明另一實施例的用於開關方式電源變換器的簡化控制系統。
具體實施例方式
本發明涉及集成電路。更具體而言，本發明提供了一種用於驅動雙極結電晶體的系統與方法。僅僅作為示例，本發明已被應用於電源變換器。但是應當認識到，本發明具有更廣闊的應用範圍。
圖2是根據本發明實施例的用於驅動雙極結電晶體的簡化系統。該示圖僅僅是示例，其不應當不適當地限制權利要求的範圍。本領域普通技術人員將認識到許多變化、替換和修改形式。系統200包括電晶體210和220、以及電阻器230。雖然使用了選定的一組組件來示出系統200，但是可以有許多替代形式、修改形式和變化形式。例如，一些組件可以被擴展和/或被合併。可以在上面提到的組件中插入其他組件。例如，系統200包括PWM控制器組件240。取決於實施例，組件的安排可以交換，另一些組件可以被替代。例如，系統200被用來調整雙極結電晶體250。在另一示例中，雙極結電晶體250被用作電源變換器的電源開關。這些組件的進一步細節可在本說明書中找到，下面會更具體地描述。
如圖2所示，電晶體210的柵極接收來自PWM控制器組件240的控制信號242，並且電晶體220的柵極接收來自PWM控制器組件240的控制信號244。例如，控制信號242和244與電源變換器的PWM信號有關。在另一示例中，電晶體210和220是NMOS電晶體。電晶體210的源極和電晶體220的漏極在節點212處連接。電晶體210的漏極連接到電阻器230的終端232，並且電阻器230的另一終端234被偏置到第一預定電壓。例如，第一預定電壓是電源電壓VDD。而且，電晶體210的襯底被偏置到與電晶體210的源極相同的電壓電平，並且電晶體220的襯底被偏置到與電晶體220的源極相同的電壓電平。此外，電晶體220的源極被偏置到第二預定電壓。例如，第二預定電壓是地電壓。第一預定電壓高於第二預定電壓。如圖2所示，系統200在節點212處產生輸出電流222。例如，輸出電流222被發送到雙極結電晶體250的基極。
在一個實施例中，如果信號242攜帶邏輯高電壓而信號244攜帶邏輯低電壓，則電晶體210被接通而電晶體220被關斷。作為響應，電流將從終端234開始經過電阻器230和電晶體210作為輸出電流222流到雙極結電晶體250的基極。例如，雙極結電晶體250是雙極NPN電晶體。在另一示例中，雙極結電晶體250被接通，並且工作在飽和區。
例如，雙極結電晶體250的集電極連接到開關方式電源變換器的初級繞組260。雙極結電晶體250的發射極通過電阻器270被偏置到第二預定電壓。在另一示例中，當雙極結電晶體250被接通時，集電極電流響應於初級繞組260逐步形成的電流而傾斜上升。相應地，基極電流如下所示IB=VDD-B-VRS-VbeRB+RdsM1]]>(等式1)其中IB代表基極電流。VDD_B代表電晶體210的漏極電壓，VRS代表電阻器270上的電壓降，Vbe代表雙極結電晶體250的基極—發射極電壓。此外，RB是電阻器230的電阻，RdsM1是電晶體210的接通電阻。在一個實施例中，VDD_B遠大於VRS和Vbe，RB遠大於RdsM1。例如，VRS小於1伏特，Vbe等於約0.7伏特。因此，等式1變為IBVDD_BRB]]>(等式2)這樣，基極電流主要是VDD_B和RB的函數。
在另一實施例中，如果信號242攜帶邏輯低電平而信號244攜帶邏輯高電平，則電晶體210被關斷而電晶體220被接通。雙極結電晶體250的基極被電晶體220拉升到第二預定電壓。因此，雙極結電晶體250的基極電流變為零。雙極結電晶體250被關斷。
如圖2所示，系統200被用於調整雙極結電晶體250，其中雙極結電晶體250被用作根據本發明實施例的電源變換器的電源開關。雙極結電晶體250被基極電流接通或斷開，以便控制輸送到電源變換器的次級側上的輸出負載的功率。雙極結電晶體250的基極電流至少部分由PWM控制器組件240所產生的控制信號242和244來確定。
PWM控制器組件240接收上電復位(power-on-reset)信號245、反饋信號246、信號248和保護信號249。上電復位信號245被用來接通或關斷PWM控制器組件240，並且保護信號249被用於保護電源變換器。當PWM控制器組件240被接通時，PWM控制器組件240基於與反饋信號246和信號248相關聯的信息來確定電源變換器的負載狀況。響應於負載狀況，PWM控制器可以調節與控制信號242和244有關的脈衝寬度。因此，控制信號242和244至少部分確定雙極結電晶體250的基極電流。例如，基極電流具有與控制信號242和244相同的脈衝寬度。脈衝式的基極電流控制雙極結電晶體250的集電極電流，進而還控制輸送到電源變換器次級側上的輸出負載的功率。
根據一個實施例，上電復位信號245是由上電復位與欠壓鎖定(under-voltage-lockout)系統280產生的。此外，反饋信號246是由隔離反饋系統282產生的。而且，信號248是由上升沿消隱(leading edgeblanking LEB)電路286產生的，上升沿消隱電路286接收由電阻器272和電阻器270產生的電流取樣信號。而且，保護信號249是由OCP比較器284產生的，OCP比較器284耦合到LEB 286。
如上所述以及這裡進一步介紹的，圖2僅僅是示例，其不應當不適當地限制權利要求的範圍。本領域普通技術人員將認識到許多變化、替換和修改形式。例如，節點212耦合到電阻器290的一個終端。電阻器290的另一終端被偏置到第二預定電壓。在一個實施例中，電阻器290可以將雙極結電晶體250基極的電壓電平向下拉到第二預定電壓，以便在集成電路斷電的情況下保護電源變換器。
圖3是根據本發明另一實施例的用於驅動雙極結電晶體的簡化系統。該示圖僅僅是示例，其不應當不適當地限制權利要求的範圍。本領域普通技術人員將認識到許多變化、替換和修改形式。系統300包括電晶體310和320、電阻器330、二極體390和電容器396。雖然使用了選定的一組組件來示出系統300，但是可以有許多替代形式、修改形式和變化形式。例如，一些組件可以被擴展和/或被合併。可以在上面提到的組件中插入其他組件。例如，系統300包括PWM控制器組件340。取決於實施例，組件的安排可以交換，另一些組件可以被替代。例如，系統300被用來調整雙極結電晶體350。在另一示例中，雙極結電晶體250被用作電源變換器的電源開關。這些組件的進一步細節可在本說明書中找到，下而會更具體地描述。
如圖3所示，電晶體310的柵極接收來自PWM控制器組件340的控制信號342，並且電晶體320的柵極接收來自PWM控制器組件340的控制信號344。例如，控制信號342和344與電源變換器的PWM信號有關。在另一示例中，電晶體310是PMOS電晶體，而電晶體320是NMOS電晶體。電晶體310的漏極和電晶體320的漏極在節點312處連接。電晶體310的源極被偏置到第一預定電壓。例如，第一預定電壓是電源電壓VDD。此外，電晶體320的源極被偏置到第二預定電壓。例如，第二預定電壓是地電壓。第一預定電壓高於第二預定電壓。而且，電晶體310的襯底被偏置到與電晶體310的源極相同的電壓電平，並且電晶體320的襯底被偏置到與電晶體320的源極相同的電壓電平。如圖3所示，電晶體330、二極體390和電容器396在節點312和節點314之間並聯。系統300在節點314處產生輸出電流322。例如，輸出電流322被發送到雙極結電晶體350的基極。
在一個實施例中，如果信號342和344每個都攜帶邏輯低電壓，則電晶體310被接通而電晶體320被關斷。因此，雙極結電晶體的基極被拉高到第一預定電壓。例如，電容器396上的電壓降是VDD-Vbe-VRS。Vbe代表雙極結電晶體350的基極—發射極電壓，VRS代表電阻器370上的電壓降。在另一示例中，基極電流近似等於IBVDDRB]]>(等式3)其中RB是電阻器330的電阻。因此，基極電流主要是VDD和RB的函數。例如，雙極結電晶體350是雙極NPN電晶體。在另一示例中，雙極結電晶體350被接通並且工作在飽和區。
例如，雙極結電晶體350的集電極被連接到開關方式電源變換器的初級繞組360。雙極結電晶體350的發射極通過電阻器370被偏置到第二預定電壓。在另一示例中，當雙極結電晶體350被接通時，集電極電流響應於初級繞組360逐漸形成的電流而傾斜上升。
在另一實施例中，如果信號342和344每個都攜帶邏輯高電平，則電晶體310被關斷而電晶體320被接通。雙極結電晶體350的基極被電晶體320拉到第二預定電壓。因此，雙極結電晶體350的基極電流變為零。雙極結電晶體350被關斷。
如圖3所示，二極體390和電容器396可以幫助對根據本發明實施例的雙極結電晶體350的基極區充電。這樣，雙極結電晶體350被更快地關斷。在另一實施例中，如果選擇了電阻器330和電容器396的適當RC時間常數，則在電晶體320被接通的過渡時間段期間，電容器396可以使雙極結電晶體350的基極電壓變為負。例如，對電容器396充電通常需要時間。因此，電容器396上的電壓降在過渡時間段期間應當保持為正。過渡時間段取決於RC時間常數，並且例如等於約幾十或幾百納秒。這樣，雙極結電晶體350的基極—發射極電壓是負的，並且雙極結電晶體350被更快地關斷。雙極結電晶體350的快速關斷可以減少與雙極結電晶體350相關聯的開關損耗，進而提高效率。
根據本發明的實施例，系統300被用於調整雙極結電晶體350，雙極結電晶體350被用作電源變換器的電源開關。雙極結電晶體350被基極電流接通和關斷，以便控制輸送到電源變換器次級側上的輸出負載的功率。雙極結電晶體350的基極電流至少部分由PWM控制器組件340所產生的控制信號342和344來確定。
PWM控制器組件340接收上電復位信號345、反饋信號346、信號348和保護信號349。上電復位信號345被用來接通或關斷PWM控制器組件340，並且保護信號349被用於保護電源變換器。當PWM控制器組件340被接通時，PWM控制器組件340基於與反饋信號346和信號348相關聯的信息來確定電源變換器的負載狀況。響應於負載狀況，PWM控制器可以調節與控制信號342和344有關的脈衝寬度。因此，控制信號342和344至少部分確定雙極結電晶體350的基極電流。例如，基極電流具有與控制信號342和344相同的脈衝寬度。脈衝式的基極電流控制雙極結電晶體350的集電極電流，進而還控制輸送到電源變換器次級側上的輸出負載的功率。
根據一個實施例，上電復位信號345是由上電復位與欠壓鎖定系統380產生的。此外，反饋信號346是由隔離反饋系統382產生的。而且，信號348是由上升沿消隱(leading edge blanking LEB)電路386產生的，上升沿消隱電路386接收由電阻器372和電阻器370產生的電流取樣信號。而且，保護信號349是由OCP比較器384產生的，OCP比較器384耦合到LEB 386。
圖4是根據本發明又一實施例的用於驅動雙極結電晶體的簡化系統。該示圖僅僅是示例，其不應當不適當地限制權利要求的範圍。本領域普通技術人員將認識到許多變化、替換和修改形式。系統400包括電晶體410和420、以及電阻器430。雖然使用了選定的一組組件來示出系統400，但是可以有許多替代形式、修改形式和變化形式。例如，一些組件可以被擴展和/或被合併。可以在上面提到的組件中插入其他組件。例如，系統400包括PWM控制器組件440。取決於實施例，組件的安排可以交換，另一些組件可以被替代。例如，系統400被用來調整雙極結電晶體450。在另一示例中，雙極結電晶體450被用作電源變換器的電源開關。這些組件的進一步細節可在本說明書中找到，下面會更具體地描述。
如圖4所示，電晶體410的柵極接收來自PWM控制器組件440的控制信號442，並且電晶體420的柵極接收來自PWM控制器組件440的控制信號444。例如，控制信號442和444與電源變換器的PWM信號有關。在另一示例中，電晶體410是PMOS電晶體，而電晶體420是NMOS電晶體。電晶體410的源極被偏置到第一預定電壓。例如，第一預定電壓是電源電壓VDD。此外，電晶體220的源極被偏置到第二預定電壓。例如，第二預定電壓是地電壓。第一預定電壓高於第二預定電壓。電晶體410的漏極連接到電阻器430的終端432，並且電阻器430的另一終端434在節點412處連接到電晶體420的漏極。而且，電晶體410的襯底被偏置到與電晶體410的源極相同的電壓電平，並且電晶體420的襯底被偏置到與電晶體420的源極相同的電壓電平。如圖4所示，系統400在節點412處產生輸出電流422。例如，輸出電流422被發送到雙極結電晶體450的基極。
在一個實施例中，如果信號442和444每個都攜帶邏輯低電壓，則電晶體410被接通而電晶體420被關斷。因此，雙極結電晶體的基極被拉高到第一預定電壓。基極電流流經電阻器430，並且近似等於(等式4)其中RB是電阻器430的電阻。因此，基極電流主要是VDD和RB的函數。例如，雙極結電晶體450是雙極NPN電晶體。在另一示例中，雙極結電晶體450被接通並且工作在飽和區。
例如，雙極結電晶體450的集電極被連接到開關方式電源變換器的初級繞組460。雙極結電晶體450的發射極通過電阻器470被偏置到第二預定電壓。在另一示例中，當雙極結電晶體450被接通時，集電極電流響應於初級繞組460逐漸形成的電流而傾斜上升。
在另一實施例中，如果信號442和444每個都攜帶邏輯高電平，則電晶體410被關斷而電晶體420被接通。雙極結電晶體450的基極被電晶體420拉到第二預定電壓。因此，雙極結電晶體450的基極電流變為零。雙極結電晶體350被關斷。
根據本發明的實施例，系統400被用於調整雙極結電晶體450，雙極結電晶體450被用作電源變換器的電源開關。雙極結電晶體450被基極電流接通和關斷，以便控制輸送到電源變換器次級側上的輸出負載的功率。雙極結電晶體450的基極電流至少部分由PWM控制器組件340所產生的控制信號442和444來確定。
PWM控制器組件440接收上電復位信號445、反饋信號446、信號448和保護信號449。上電復位信號445被用來接通或關斷PWM控制器組件440，並且保護信號449被用於保護電源變換器。當PWM控制器組件440被接通時，PWM控制器組件440基於與反饋信號446和信號448相關聯的信息來確定電源變換器的負載狀況。響應於負載狀況，PWM控制器可以調節與控制信號442和444有關的脈衝寬度。因此，控制信號442和444至少部分確定雙極結電晶體350的基極電流。例如，基極電流具有與控制信號442和444相同的脈衝寬度。脈衝式的基極電流控制雙極結電晶體450的集電極電流，進而還控制輸送到電源變換器次級側上的輸出負載的功率。
根據一個實施例，上電復位信號445是由上電復位與欠壓鎖定系統480產生的。此外，反饋信號446是由隔離反饋系統482產生的。而且，電流取樣信號448是由上升沿消隱電路(LEB)486產生的，上升沿消隱電路486接收由電阻器472和電阻器470產生的電流取樣信號。而且，保護信號449是由OCP比較器484產生的，OCP比較器384耦合到LEB386。
圖5是根據本發明實施例的用於開關方式電源變換器的簡化控制系統。該示圖僅僅是示例，其不應當不適當地限制權利要求的範圍。本領域普通技術人員將認識到許多變化、替換和修改形式。該系統是集成電路晶片500，其包括終端510、520、530、540、550和560。例如，終端510、520、530、540、550和560每個都是引腳。雖然使用了選定的一組組件來示出該系統，但是可以有許多替代形式、修改形式和變化形式。例如，一些組件可以被擴展和/或被合併。可以在上面提到的組件中插入其他組件。取決於實施例，組件的安排可以交換，另一些組件可以被替代。例如，系統被用來調整雙極結電晶體。在另一示例中，雙極結電晶體被用作電源變換器的電源開關。這些組件的進一步細節可在本說明書中找到，下面會更具體地描述。
在一個實施例中，終端510向用於驅動雙極結電晶體250的系統200提供電源電壓。例如，終端510直接連接到電晶體210的漏極和電阻器230的終端232。在另一示例中，電晶體210在集成電路晶片500上，並且電阻器230在集成電路晶片500的外部。
在另一實施例中，終端520提供基極電流以驅動雙極結電晶體。例如，終端520直接連接到節點212和雙極結電晶體250的基極。在另一示例中，雙極結電晶體250在集成電路晶片500的外部。
在又一實施例中，終端530向集成電路晶片500提供取樣信號，該取樣信號與和電源變換器的初級側有關的電流相關聯。例如，電源變換器的初級側包括初級繞組。在另一示例中，終端530連接到電阻器272、PWM控制器組件240和LEB 286。在又一示例中，PWM控制器組件240和LEB 286在集成電路晶片500上，而電阻器272在集成電路晶片500的外部。
在又一實施例中，終端540向集成電路晶片500提供反饋信號，該反饋信號與和電源變換器的次級側有關的電流相關聯。例如，電源變換器的次級側包括次級繞組。在另一示例中，終端540連接到隔離反饋系統282和PWM控制器組件240。在又一示例中，PWM控制器組件240在集成電路晶片500上，並且隔離反饋系統282在集成電路晶片500的外部。
在另一實施例中，終端550向集成電路晶片500提供第一預定電壓。例如，終端550提供電源電壓。在另一示例中，終端550至少連接到上電復位與欠壓鎖定系統280，上電復位與欠壓鎖定系統280在集成電路晶片500上。在又一實施例中，終端560向集成電路晶片500提供第二預定電壓。例如，終端560提供地電壓。在另一示例中，終端560連接到電晶體220的源極，電晶體220在集成電路晶片500上。
圖6是根據本發明另一實施例的用於開關方式電源變換器的簡化控制系統。該示圖僅僅是示例，其不應當不適當地限制權利要求的範圍。本領域普通技術人員將認識到許多變化、替換和修改形式。該系統是集成電路晶片600，其包括終端610、620、630、640、650、660和670。例如，終端610、620、630、640、650、660和670每個都是引腳。雖然使用了選定的一組組件來示出該系統，但是可以有許多替代形式、修改形式和變化形式。例如，一些組件可以被擴展和/或被合併。可以在上面提到的組件中插入其他組件。取決於實施例，組件的安排可以交換，另一些組件可以被替代。例如，系統被用來調整雙極結電晶體。在另一示例中，雙極結電晶體被用作電源變換器的電源開關。這些組件的進一步細節可在本說明書中找到，下面會更具體地描述。
在一個實施例中，終端610向用於驅動雙極結電晶體250的系統200提供電源電壓。例如，終端610直接連接到電晶體210的漏極和電阻器230的終端232。在另一示例中，電晶體210在集成電路晶片600上，並且電阻器230在集成電路晶片600的外部。
在另一實施例中，終端620提供基極電流以驅動雙極結電晶體。例如，終端620直接連接到節點212和雙極結電晶體250的基極。在另一示例中，雙極結電晶體250在集成電路晶片600的外部。
在又一實施例中，終端630向集成電路晶片600提供取樣信號，該取樣信號與和電源變換器的初級側有關的電流相關聯。例如，電源變換器的初級側包括初級繞組。在另一示例中，終端630連接到電阻器272、PWM控制器組件240和LEB 286。在又一示例中，PWM控制器組件240和LEB 286在集成電路晶片600上，而電阻器272在集成電路晶片600的外部。
在又一實施例中，終端640向集成電路晶片600提供反饋信號，該反饋信號與和電源變換器的次級側有關的電流相關聯。例如，電源變換器的次級側包括次級繞組。在另一示例中，終端640連接到隔離反饋系統282和PWM控制器組件240。在又一示例中，PWM控制器組件240在集成電路晶片600上，並且隔離反饋系統282在集成電路晶片600的外部。
在又一實施例中，終端650向集成電路晶片600提供第一預定電壓。例如，終端650提供電源電壓。在另一示例中，終端650至少連接到上電復位與欠壓鎖定系統280，上電復位與欠壓鎖定系統280在集成電路晶片600上。在又一實施例中，終端660向集成電路晶片600提供第二預定電壓。例如，終端660提供地電壓。在另一示例中，終端660連接到電晶體220的源極，電晶體220在集成電路晶片600上。在又一實施例中，終端670是用於確定PWM控制器組件240的開關頻率的輸入/輸出終端。
根據本發明的另一實施例，提供了一種用於驅動雙極結電晶體的系統。該系統包括第一電晶體，第一電晶體包括第一柵極、第一終端和第二終端。第一柵極被配置接收第一控制信號。此外，該系統包括第二電晶體，第二電晶體包括第二柵極、第三終端和第四終端。第二柵極被配置接收第二控制信號。而且，該系統包括第一電阻器，第一電阻器包括第五終端和第六終端。第五終端連接到第一終端，並且第六終端被偏置到第一預定電壓。第四終端被偏置到第二預定電壓。第二終端和第三終端在節點處連接，並且所述節點連接到雙極結電晶體的基極。第一控制信號和第二控制信號每個都與電源變換器的脈寬調製信號有關，並且電源變換器包括與電流相關聯的初級繞組。雙極結電晶體被配置用作與所述電流有關的開關。例如，該系統是根據系統200而實現的。
根據本發明的又一實施例，一種用於驅動雙極結電晶體的系統包括第一電晶體，第一電晶體包括第一柵極、第一終端和第二終端。第一柵極被配置接收第一控制信號，並且第一終端被偏置到第一預定電壓。此外，該系統包括第二電晶體，第二電晶體包括第二柵極、第三終端和第四終端。第二柵極被配置接收第二控制信號，並且第四終端被偏置到第二預定電壓。第二終端和第三終端在第一節點處連接。而且，該系統包括第一電阻器，第一電阻器包括第五終端和第六終端。第五終端連接到第一節點，並且第六終端連接到第二節點。第二節點連接到雙極結電晶體的基極。第一控制信號和第二控制信號每個都與電源變換器的脈寬調製信號有關。電源變換器包括與電流相關聯的初級繞組，並且雙極結電晶體被配置用作與所述電流有關的開關。例如，該系統是根據系統300而實現的。
根據本發明的又一實施例，一種用於驅動雙極結電晶體的系統包括第一電晶體，第一電晶體包括第一柵極、第一終端和第二終端。第一柵極被配置接收第一控制信號，並且第一終端被偏置到第一預定電壓。此外，該系統包括第二電晶體，第二電晶體包括第二柵極、第三終端和第四終端。第二柵極被配置接收第二控制信號，並且第四終端被偏置到第二預定電壓。而且，該系統包括第一電阻器，第一電阻器包括第五終端和第六終端。第五終端連接到第二終端，並且第三終端和第六終端在節點處連接。所述節點連接到雙極結電晶體的基極。第一控制信號和第二控制信號每個都與電源變換器的脈寬調製信號有關。電源變換器包括與電流相關聯的初級繞組，並且雙極電晶體被配置用作與所述電流有關的開關。例如，該系統是根據系統400而實現的。
根據又一實施例，一種用於控制電源變換器的系統包括第一電阻器和雙極結電晶體，第一電阻器包括第一電阻器終端和第二電阻器終端，雙極結電晶體包括基極、集電極和發射極。此外，該系統包括集成電路晶片。所述集成電路晶片包括電晶體，該電晶體包括柵極、第一電晶體終端和第二電晶體終端。而且，所述集成電路晶片包括耦合在第二電阻器終端和第一電晶體終端之間的第一晶片終端，耦合到雙極結電晶體的基極的第二晶片終端，以及被配置接收與第一電流相關聯的第一信號的第三晶片終端，其中第一電流與電源變換器的初級繞組有關。而且，集成電路晶片包括第四晶片終端、第五晶片終端和第六終端，第四晶片終端被配置接收與第二電流相關聯的第二信號，其中第二電流與電源變換器的次級繞組有關；第五晶片終端被配置向集成電路晶片提供第一預定電壓，第六終端被配置向集成電路晶片提供第二預定電壓。雙極結電晶體被配置用作與第一電流有關的開關。例如，該系統是根據圖5而實現的。在另一示例中，柵極被配置接收與電源變換器的脈寬調製信號有關的控制信號，並且集成電路晶片還包括第七晶片終端，第七晶片終端用於確定與脈寬調製信號有關的開關頻率。在又一示例中，系統是根據圖6而實現的。
本發明具有許多優點。本發明的一些實施例提供了一種用於驅動PWM控制的開關方式電源變換器中的功率雙極結電晶體的系統與方法。
例如，開關方式電源變換器是離線回掃變換器或正向變換器。本發明的某些實施例可以降低低功率應用中的開關方式電源變換器的成本。
雖然已經描述了本發明的具體實施例，但是本領域的技術人員將理解，存在與所描述的實施例等同的其他實施例。因此，本發明不應被理解為僅限於具體示出的實施例。本發明僅由權利要求的範圍限定。
權利要求
1.一種用於驅動雙極結電晶體的系統，所述系統包括第一電晶體，第一電晶體包括第一柵極、第一終端和第二終端，第一柵極被配置接收第一控制信號；第二電晶體，第二電晶體包括第二柵極、第三終端和第四終端，第二柵極被配置接收第二控制信號；第一電阻器，第一電阻器包括第五終端和第六終端，第五終端連接到第一終端，第六終端被偏置到第一預定電壓；其中第四終端被偏置到第二預定電壓；第二終端和第三終端在節點處連接；所述節點連接到雙極結電晶體的基極；第一控制信號和第二控制信號每個都與電源變換器的脈寬調製信號有關；電源變換器包括與電流相關聯的初級繞組；所述雙極結電晶體被配置用作與所述電流有關的開關。
2.如權利要求1所述的系統，其中第一控制信號和第二控制信號是由脈寬調製控制器組件產生的。
3.如權利要求1所述的系統，其中第一電晶體和第二電晶體每個都是NMOS電晶體。
4.如權利要求3所述的系統，其中第一終端是第一電晶體的第一漏極；第二終端是第一電晶體的第一源極；第三終端是第二電晶體的第二漏極；第四終端是第二電晶體的第二源極。
5.如權利要求4所述的系統，其中第一預定電壓高於第二預定電壓。
6.如權利要求5所述的系統，其中第一於預定電壓與電源電壓相關聯；第二預定電壓與地電壓相關聯。
7.如權利要求3所述的系統，其中如果第一控制信號處於邏輯高電壓電平，則第二控制信號處於邏輯低電壓電平。
8.如權利要求7所述的系統，其中如果第一控制信號處於邏輯低電壓電平，則第二控制信號處於邏輯高電壓電平。
9.如權利要求1所述的系統，其中所述雙極結電晶體是雙極NPN電晶體。
10.如權利要求9所述的系統，其中所述雙極結電晶體包括所述基極、集電極和發射極；所述集電極耦合到所述電源變換器的初級繞組；所述發射極通過第二電阻器被偏置到第二預定電壓。
11.如權利要求1所述的系統，還包括第二電阻器，第二電阻器包括兩個終端，所述兩個終端中的一個耦合到所述節點，所述兩個終端中的另一個被偏置到第二預定電壓。
12.一種用於驅動雙極結電晶體的系統，所述系統包括第一電晶體，第一電晶體包括第一柵極、第一終端和第二終端，第一柵極被配置接收第一控制信號，第一終端被偏置到第一預定電壓；第二電晶體，第二電晶體包括第二柵極、第三終端和第四終端，第二柵極被配置接收第二控制信號，第四終端被偏置到第二預定電壓，第二終端和第三終端在第一節點處連接；第一電阻器，第一電阻器包括第五終端和第六終端，第五終端連接到第一節點，並且第六終端連接到第二節點；其中第二節點連接到雙極結電晶體的基極；第一控制信號和第二控制信號每個都與電源變換器的脈寬調製信號有關；所述電源變換器包括與電流相關聯的初級繞組；所述雙極結電晶體被配置用作與所述電流有關的開關。
13.如權利要求12所述的系統，還包括耦合在第一節點和第二節點之間的電容器。
14.如權利要求13所述的系統，還包括耦合在第一節點和第二節點之間的二極體。
15.如權利要求12所述的系統，還包括耦合在第一節點和第二節點之間的二極體。
16.如權利要求12所述的系統，其中第一控制信號和第二控制信號是由脈寬調製控制器組件產生的。
17.如權利要求12所述的系統，其中第一電晶體是PMOS電晶體；第二電晶體是NMOS電晶體。
18.如權利要求17所述的系統，其中第一終端是第一電晶體的第一漏極；第二終端是第一電晶體的第一源極；第三終端是第二電晶體的第二漏極；第四終端是第二電晶體的第二源極。
19.如權利要求18所述的系統，其中第一預定電壓高於第二預定電壓。
20.如權利要求19所述的系統，其中第一於預定電壓與電源電壓相關聯；第二預定電壓與地電壓相關聯。
21.如權利要求17所述的系統，其中第一控制信號和第二控制信號相同。
22.如權利要求17所述的系統，其中如果第一控制信號處於邏輯高電壓電平，則第二控制信號處於邏輯高電壓電平。
23.如權利要求21所述的系統，其中如果第一控制信號處於邏輯低電壓電平，則第二控制信號處於邏輯低電壓電平。
24.如權利要求12所述的系統，其中所述雙極結電晶體是雙極NPN電晶體。
25.如權利要求24所述的系統，其中所述雙極結電晶體包括所述基極、集電極和發射極；所述集電極耦合到所述電源變換器的初級繞組；所述發射極通過第二電阻器被偏置到第二預定電壓。
26.一種用於驅動雙極結電晶體的系統，所述系統包括第一電晶體，第一電晶體包括第一柵極、第一終端和第二終端，第一柵極被配置接收第一控制信號，第一終端被偏置到第一預定電壓；第二電晶體，第二電晶體包括第二柵極、第三終端和第四終端，第二柵極被配置接收第二控制信號，第四終端被偏置到第二預定電壓；第一電阻器，第一電阻器包括第五終端和第六終端，第五終端連接到第二終端，第三終端和第六終端在節點處連接；其中所述節點連接到雙極結電晶體的基極；第一控制信號和第二控制信號每個都與電源變換器的脈寬調製信號有關；所述電源變換器包括與電流相關聯的初級繞組；所述雙極電晶體被配置用作與所述電流有關的開關。
27.如權利要求26所述的系統，其中第一控制信號和第二控制信號是由脈寬調製控制器組件產生的。
28.如權利要求26所述的系統，其中第一電晶體是PMOS電晶體；第二電晶體是NMOS電晶體。
29.如權利要求28所述的系統，其中第一終端是第一電晶體的第一漏極；第二終端是第一電晶體的第一源極；第三終端是第二電晶體的第二漏極；第四終端是第二電晶體的第二源極。
30.如權利要求29所述的系統，其中第一預定電壓高於第二預定電壓。
31.如權利要求30所述的系統，其中第一於預定電壓與電源電壓相關聯；第二預定電壓與地電壓相關聯。
32.如權利要求28所述的系統，其中第一控制信號和第二控制信號相同。
33.如權利要求28所述的系統，其中如果第一控制信號處於邏輯高電壓電平，則第二控制信號處於邏輯高電壓電平。
34.如權利要求33所述的系統，其中如果第一控制信號處於邏輯低電壓電平，則第二控制信號處於邏輯低電壓電平。
35.如權利要求26所述的系統，其中所述雙極結電晶體是雙極NPN電晶體。
36.如權利要求35所述的系統，其中所述雙極結電晶體包括所述基極、集電極和發射極；所述集電極耦合到所述電源變換器的初級繞組；所述發射極通過第二電阻器被偏置到第二預定電壓。
37.一種用於控制電源變換器的系統，所述系統包括第一電阻器，第一電阻器包括第一電阻器終端和第二電阻器終端；雙極結電晶體，所述雙極結電晶體包括基極、集電極和發射極；集成電路晶片，所述集成電路晶片包括電晶體，所述電晶體包括柵極、第一電晶體終端和第二電晶體終端；耦合在第二電阻器終端和第一電晶體終端之間的第一晶片終端；耦合到所述雙極結電晶體的基極的第二晶片終端；被配置接收與第一電流相關聯的第一信號的第三晶片終端，所述第一電流與電源變換器的初級繞組有關；被配置接收與第二電流相關聯的第二信號的第四晶片終端，所述第二電流與電源變換器的次級繞組有關；被配置向所述集成電路晶片提供第一預定電壓的第五晶片終端；被配置向所述集成電路晶片提供第二預定電壓的第六終端；其中所述雙極結電晶體被配置用作與第一電流有關的開關。
38.如權利要求37所述的系統，其中第一晶片終端、第二晶片終端、第三晶片終端、第四晶片終端、第五晶片終端和第六晶片終端中的每個包括引腳。
39.如權利要求37所述的系統，其中所述電晶體是NMOS電晶體；第一電晶體終端是所述電晶體的漏極；第二電晶體終端是所述電晶體的源極。
40.如權利要求37所述的系統，其中第一預定電壓高於第二預定電壓。
41.如權利要求37所述的系統，其中所述雙極結電晶體是雙極NPN電晶體。
42.如權利要求41所述的系統，其中所述集電極耦合到所述電源變換器的初級繞組；所述發射極通過第二電阻器被偏置到第二預定電壓。
43.如權利要求37所述的系統，其中所述柵極被配置接收與所述電源變換器的脈寬調製信號有關的控制信號。
44.如權利要求43所述的系統，其中所述集成電路晶片還包括第七晶片終端，第七晶片終端用於確定與所述脈寬調製信號有關的開關頻率。
全文摘要
本發明公開了一種用於驅動雙極結電晶體的系統與方法。該系統包括第一電晶體，第一電晶體包括第一柵極、第一終端和第二終端。第一柵極被配置接收第一控制信號。此外，該系統包括第二電晶體，第二電晶體包括第二柵極、第三終端和第四終端。第二柵極被配置接收第二控制信號。而且，該系統包括第一電阻器，第一電阻器包括第五終端和第六終端。第五終端連接到第一終端，第六終端被偏置到第一預定電壓。第四終端被偏置到第二預定電壓。第二終端和第三終端在節點處連接，所述節點連接到雙極結電晶體的基極。
文檔編號H02M3/335GK1988347SQ200510111968
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月21日 優先權日2005年12月21日
發明者方烈義, 趙時峰, 陳志樑, 李振華 申請人:昂寶電子(上海)有限公司